기계연-프로텍, 반도체 생산성 100배 높이는 기술 개발

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(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 한국기계연구원(원장 박상진)은 송준엽 부원장 연구팀이 ㈜프로텍(대표 최승환)과 반도체 후공정의 생산성을 기존보다 100배 이상 높일 수 있는 ‘갱 본더’(Gang-Bonder) 장비를 개발했다고 11일 밝혔다.

갱 본더 장비는 머리카락 한 가닥(약40~70㎛)의 절반보다 얇은 20㎛급 유연 반도체 칩을 파손 없이 고집적 유연기판에 배열하고, 조립정밀도 ±2㎛ 이내로 접속 및 적층시킬 수 있는 대면적 규모의 패널 레벨 패키지 조립 장비다.

연구팀은 비접촉식 압력 인가 방식과 다중 셀 세라믹 히터 기술을 핵심으로 하는 갱 본딩(Gang-Bonding) 방식을 적용해 300㎜×300㎜ 이상 대면적 유연 반도체 패키지 패널 조립 장비를 개발하는데 성공했다.

연구팀은 갱 본더 방식의 패키징을 구현하기 위해 특수 기체를 이용하여 칩과 접촉하지 않고 압력을 인가하는 기술을 개발했다.

이 방식을 활용하면 칩 또는 기판의 두께 편차가 발생하더라도 균일한 압력을 가할 수 있고 칩의 정렬이 틀어지는 조립 오차를 해결할 수 있다.

현재 반도체 패키징 조립은 개별 칩마다 조립 헤드부분이 기계적으로 압력을 가하는 방식으로 이뤄진다. 이때 칩과 기판의 두께에 편차가 생기면 조립 오차가 발생할 수 있어 한 번에 만들 수 있는 양에 제한이 있었다.

이밖에 연구팀은 300㎜×300㎜ 이상의 대면적을 20℃/sec 이상으로 고속 승온 및 냉각할 수 있는 다중 셀 세라믹 히터(온도 균일도 ±2% 이내)를 개발했다.

이는 유연 기판을 셀로 나눠 가열하되, 이를 동시에 진행해 균일한 열전달을 가능하게 하는 기술이다.

송준엽 부원장은 “갱 본더 장비는 유럽, 일본 등 반도체 장비 선도국가의 소수 업체가 주도하고 있는 최고 사양의 반도체 조립 장비보다 앞선 세계 최고 수준의 기술”이라고 말했다.

이어 “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 강조했다.

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