정부출연연구기관(출연연)과 기업이 함께 반도체 후공정 생산성을 기존 대비 100배 이상 높일 수 있는 장비를 개발했다.
한국기계연구원(원장 박상진)은 송준엽 부원장 연구팀이 프로텍(대표 최승환)과 '갱 본더' 장비를 공동 개발했다고 11일 밝혔다.
갱 본더 장비는 반도체를 채널 단위로 패키징하는 '패널 레벨 패키지' 조립 장비다. 여러 개 칩을 동시에 조립한다. 낮은 온도에서 일차적으로 칩을 간소하게 조립한 다음, 다시 대량의 칩을 일괄 전기 접속하는 방식이다. 세계에서도 아직 상용화 사례는 없다.
연구팀은 20마이크로미터(㎛)급 유연 반도체 칩을 파손 없이 유연기판에 고집적 배열하고, 조립정밀도 ±2㎛ 이내로 접속·적층하는 장비를 개발했다. 가로·세로 300㎜ 이상 대면적 유연 반도체 패키지 패널을 조립할 수 있게 했다.
연구팀은 갱 본더 패키징을 구현하기 위해 특수 기체를 이용, 칩과 접촉하지 않고 압력을 인가하는 기술을 개발했다. 이 방식을 활용하면 칩이나 기판 두께 편차가 발생하더라도 균일한 압력을 가할 수 있다. 칩 정렬이 틀어지는 조립 오차도 해결할 수 있다.
연구팀은 또 대면적을 초당 20도 이상 고속 승온·냉각하는 다중 셀 세라믹 히터(온도 균일도 ±2% 이내)도 개발했다. 생산 공정의 속도는 높이고 불량은 줄이는 핵심 기반이다. 기존 방식은 대면적을 한 번에 가열하는 단일 셀 구조다. 열충격에 따른 파손 문제가 있었다.
송준엽 부원장은 “개발 장비는 유럽, 일본 등 반도체 장비 선도국가 소수 업체가 주도하는 최고 사양 반도체 조립 장비보다 앞선 것”이라며 “웨어러블 디바이스, 스마트카드, 메디컬 디바이스, 마이크로 LED 디스플레이, 인공지능(AI) 반도체 패키지와 같은 웨이퍼 및 패널 레벨 패키지 초정밀 조립 분야에도 활용될 수 있고 관련 산업 성장에 따라 새로운 장비산업 창출도 가능하다”고 설명했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
