국내 반도체 소재·부품·장비(소부장) 기업이 차세대 반도체 기판 기술을 개발했다. 기판 휨 현상과 신호 손실 문제를 해결할 폴리이미드(PI) 신소재와 공정 기술을 적용한 성과다.
25일 업계에 따르면, 반도체 소재 기업 비아코어와 레이저 솔루션 기업 아큐레이저는 '저선팽창 PI 신소재'와 '분자 접합' 기술을 기반으로 차세대 반도체 기판 솔루션을 개발했다.
현재 반도체 기판 성능 고도화를 가로막는 주요 요인으로 '선팽창계수(CTE) 차이'가 지목된다. 고열 공정 시 반도체 소재인 실리콘과 전통적 유기 기판(PCB)이 서로 다르게 팽창해서다. 물성 차이로, 이는 기판 휘어짐(워피지)이나 마이크로 범프 연결부 파손 등 결함을 야기한다.
기판 소재 접합도 문제다. 5세대(5G) 통신이나 인공지능(AI) 반도체에 주로 활용되는 40㎓ 고주파는 기판 내 전기적 특성 때문에 신호 감쇠가 일어날 수 있다. 신호 손실을 줄이기 위해 구리 회로를 매끄럽게 처리하면, 기판 소재 간 접합력이 떨어지는 현상이 발생한다.
비아코어는 일본 소재 기업 다이치 및 다이치코리아와 협력, CTE 차이를 극복했다. 저선팽창 PI 소재를 활용, 실리콘이나 유리와 비슷한 선팽창계수(3~4PPM/℃)를 확보하는데 성공했다. 기존 PCB와 견줘 3~4배 안정적 물성을 구현했다.
서승일 비아코어 대표는 “저선팽창 PI 기술은 100×150㎜ 이상 대면적 패키징 공정에서도 평탄도를 유지하게 한다”며 “고온 공정 후에도 치수가 변하지 않아 미세 배선 위치 정밀도를 극대화할 수 있다”고 설명했다.
또 재료 표면의 화학적 결합을 유도하는 분자 접합 기술로, 표면이 매끄러운 초평탄 구리박과도 강한 결합력을 유지했다. 이를 통해 고주파 신호 손실을 기존 대비 40% 이상 줄였다. 분자 결합 방식이라 접착제가 필요없어 레이저 가공도 훨씬 쉬워졌다.
서 대표는 “유리 기판 수준 성능을 구현하면서 제조 비용을 약 40% 이상 절감할 수 있다”며 “이는 가격 경쟁력이 중요한 소비자 가전 및 범용 AI 서버 시장에서 유리 기판을 대체할 솔루션이 될 것”이라고 밝혔다.
비아코어와 아큐레이저는 PI 기판 신기술로 시장 공략을 본격화할 방침이다. 특히 가벼운 무게와 안정성이 필요한 통신 분야를 정조준한다. 초고주파를 사용하는 6G 안테나 모듈(AiP)나 저궤도 위성 등 항공 우주 분야도 타깃이다.
현재 미국과 일본에서 일부 PI 기판을 활용하고 있지만, 시장 저변이 넓지 않다. 양사는 주요 반도체 기판 제조사와 협력해 제품 개발과 생산 일정을 구체화할 계획이다. 비아코어에서 기판 적층 및 설계를 담당하고, 아큐레이저가 레이저 드릴링 공정을 진행하는 게 주요 사업 방향이다.
권동준 기자 djkwon@etnews.com
