첨단 반도체 패키징을 구현하기 위해서는 소재 혁신이 뒷받침돼야 한다. 소재가 없으면 반도체 칩을 쌓을 수도 없고, 열에 휘거나 손상을 입어 반도체 작동 자체가 불가능하기 때문이다. LG화학은 두께를 줄이고 탄성을 높인 패키징 공정용 소재를 선보일 계획이라고 밝혔다.
이광주 LG화학 연구위원은 17일 전자신문과 반도체 패키징 발전전략 포럼이 공동 주최한 '반도체 한계를 넘다' 콘퍼런스에서 “두께를 3마이크로미터(㎛)로 줄인 다이접착필름(DAF)을 낸드플래시 양산용으로 개발하고 있다”면서 “모바일 D램용으로는 5㎛ 두께 DAF의 내년 양산을 목표로 하고 있다”고 말했다.
DAF는 반도칩 칩과 칩, 칩과 기판이 서로 접착되도록 만드는 접착 소재다. 최근 전자제품의 고집적화 트렌드에 따라 칩 두께가 얇아지고 반도체 공정용 소재에 요구되는 두께도 점점 얇아지고 있다. 칩 두께가 얇아지다보니 공정 중 웨이퍼가 깨지거나 휘는(워피지) 현상이 심화되고 가장자리 부분에 들뜸이 발생하기도 한다.
전자제품 고집적화에 따른 칩과 패키지 과열 문제도 시급한 해결 과제다. 로직 다이에서 발생하는 열이 메모리 온도를 상승시키면 칩의 구동이 불안정해지고 성능이 저하된다.
LG화학은 소재 두께를 줄이면서도 공정에서 발생할 수 있는 문제를 해결하기 위해 탄성계수(modulus)를 획기적으로 높인 DAF 소재를 개발했다고 설명했다. 두께가 얇을수록 열저항을 낮춰 방열 성능을 높이는데도 유리하다.
LG화학은 석유화학제품이나 이차전지 소재로 일반에 널리 알려져 있지만 반도체 소재에서 혁신적 제품들로 자리잡은 지 오래다. 회사는 5㎛ 두께 DAF를 2021년부터 낸드플래시 공정용으로 공급하기 시작했다. 2022년에는 10㎛ 두께 DAF를 모바일 D램용으로 양산하고 있다.
또 최근에는 인공지능(AI) 반도체로 익숙한 고대역폭메모리(HBM)용 소재도 개발 중이다. 비전도성 접착필름(NCF) 접착소재로, HBM을 만드는데 쓰이는 본딩 방식에는 칩 사이에 NCF를 넣은 뒤 녹여 연결하는 것이다. 'TC-NCF'와 칩 사이에 액체 형태의 보호재를 주입한 뒤 굳히는 'MR-MUF' 방식이 있다.
이 연구위원은 “TC-NCF의 경우 NCF가 미리 적용돼있기 때문에 칩과 칩간 간격을 줄이는데 유리하다”면서 “반면 MR MUF의 경우 범퍼들을 연결한 다음 소재를 주입하기 때문에 칩 간의 간격을 아예 좁히기가 어렵다”고 설명했다.
다만 TC-NCF의 경우 발열 문제에서 불리할 수 있기 때문에 발열을 개선할 수 있는 방법으로 NCF 두께를 줄여 열저항을 낮추는 동시에 적절한 점도를 찾는 연구를 진행하고 있다고 전했다.
정현정 기자 iam@etnews.com
