기계연, 반도체 생산성 100배 높이는 기술 개발 성공

반도체 생산성을 기존 대비 100배 높일 수 있는 기술이 등장했다.
한국기계연구원(기계연, 원장 박상진)은 국내 중소기업 프로텍(대표 최승환)과 공동으로 반도체 후공정의 생산성을 기존보다 100배 이상 높일 수 있는 'Gang-Bonder(갱 본더)' 장비를 개발했다고 11일 밝혔다.
기계연 연구팀과 프로젝이 개발한 갱 본더 장비는 머리카락 한 가닥(약40~70㎛)의 절반보다 얇은 20㎛급 유연 반도체 칩을 파손 없이 기판에 배열할 수 있는 장비다. 또 매우 정밀하게 칩 단위가 아닌 패널 단위로 한번에 패키징해 생산속도를 크게 향상시킨 첨단 후공정 기술을 적용할 수 있다. 연구팀은 열에 의한 휨이나 손상을 최소화했고 생산성은 100배 이상 극대화해 향후 반도체 칩 후공정 생산성을 획기적으로 개선할 것으로 기대받고 있다.
갱 본더 기술은 기존의 반도체 칩을 기판에 하나씩 조립하던 방식과 달리 여러 개의 칩을 동시에 조립하는 기술이다. 낮은 온도에서 일차적으로 칩을 간소하게 조립한 다음, 다시 대량의 칩을 일괄 전기 접속하는 방식이다. 반도체 칩에 가하는 열손상은 줄이고 생산성은 높인 차세대 방식으로 세계적으로 아직 상용화 사례는 없다.

연구팀은 갱 본더 패키징 구현을 위해 특수 기체로 칩과 접촉하지 않은 채 압력을 가하는 기술을 개발했다. 이를 통해 칩 또는 기판의 두께 편차가 발생해도 균일한 압력을 가할 수 있고 칩의 정렬이 틀어지는 조립 오차를 해결할 수 있다. 현재 반도체 패키징 조립은 개벌 칩에 기계적으로 압력을 가해야하기 때문에 칩과 기판 두께 편차로 조립 오차가 발생할 수 있어 한 번에 만들 수 있는 양에 제한이 있다. 이번에 연구팀은 이같은 조립 오차를 줄여 생산성을 높였다.
송준엽 기계연 부원장은 "이번에 개발한 갱 본더 장비는 유럽, 일본 등 반도체 장비 선도국가의 소수 업체가 주도하고 있는 최고 사양의 반도체 조립 장비보다 앞선 세계 최고 수준의 기술"이라며 "웨어러블 디바이스, 스마트카드, 메디컬 디바이스, Micro-LED 디스플레이뿐만 아니라, AI 반도체 패키지와 같은 웨이퍼 및 패널 레벨 패키지 초정밀 조립 분야에도 활용될 수 있어 관련 산업의 고속 성장에 따라 새로운 장비산업 창출로 확대될 것으로 기대된다"고 설명했다.
[이종화 기자]