전력반도체의 방열 제어 핵심 기술인 '클립 본딩(Clip-bonding)'의 적용 영역이 무선주파수(RF) 반도체까지 확대 중이다. 통신용이나 레이더용 RF 반도체 칩의 경우 출력파워가 크다 보니 발열을 잡기 어려운데, 이 문제를 첨단 패키징 기술로 해결하려는 시도다.
26일 업계에 따르면 화합물반도체 팹리스 웨이브피아는 제엠제코와 손잡고 클립본딩을 적용한 RF 질화갈륨(GaN)반도체를 공동개발, 최근 상용화했다. 클립 본딩에 기술 전문성을 가진 제엠제코가 소재 제작과 패키지 조립을 맡고, 웨이브피아가 시뮬레이션 등을 진행했다.
최윤화 제엠제코 대표는 “(클립 본딩 방식 적용 시)와이어 본딩 대비 전기적 특성이나 L값(인덕턴스) 등에서 뛰어나다는 데이터가 나왔고, 실제 생산된 제품에서도 입증됐다”고 설명했다.
현재 반도체 연결의 주류인 와이어 본딩은 반도체 칩의 전극과 외부 단자를 아주 가는 금속선으로 연결하는 전통적 패키징 기술이다. 그런데 '선'의 형태로 이뤄져 있기 때문에 전기가 흐르는 통로가 좁아 저항이 높고 열이 많이 발생하며, 이는 배터리 소모량을 늘리는 원인이 된다.
반면 클립 본딩은 금속선 대신 구리 소재의 '클립(면)'을 사용하는 방식이다. 전기적 저항이 낮아져 전력 효율이 좋아지고 표면이 평평해져 고대역폭메모리(HBM)처럼 층을 높게 쌓는 것도 가능하다. 데이터센터나 스마트폰 등 고효율과 소형화가 필요한 분야에서는 클립 본딩이 와이어 방식을 빠르게 대체하고 있다.
RF 반도체는 단자의 크기가 매우 작아 전력 반도체 대비 클립 본딩 기술 적용이 더 어렵다. GaN 기반 RF 칩의 단자 오픈 사이즈는 100x200마이크로미터(μm) 수준인데, 이처럼 미세한 영역에 클립을 정확히 안착시키는 것은 기술적으로 매우 난이도가 높다.
또한 RF 반도체는 고주파를 다루기 때문에 전기적 방해 요소인 인덕턴스 관리가 매우 예민하다. 접합 부위의 미세한 불균형이나 소재 차이가 오히려 신호 왜곡을 일으킬 수 있어 전력반도체보다 높은 수준의 공정 제어가 요구된다. 클립을 타공하는 금형과 관리 자체도 차별화된 노하우가 필요하다.
최윤화 대표는 “HBM이 3세대 4세대 이어 계속 진화하듯 전력 반도체도 궁극적으로 열과 전력소모를 제어하는 방향으로 지속 발전하고 있다”며 “도금기술과 소재기술, 장비기술, 응용기술이 유기적으로 연결되면 더 좋은 기술이 계속 나올 것”이라고 강조했다.
이형두 기자 dudu@etnews.com
