차량용 반도체 등 고신뢰성 패키징 본딩와이어 기술
Al2O3 코팅으로 기존 본딩와이어 문제점 개선 주력
엠케이전자, 엔씨디 등 협력사들과 테스트 진행 중
반도체 칩에 본딩 와이어가 연결된 모습. <출처 : 삼성전기>
삼성전자가 차량용 반도체와 같이 높은 신뢰성을 요구하는 패키징 공정을 위해 새로운 본딩와이어 기술을 개발 중이다. 기존에 개발 및 상용화 사례가 없는 차세대 기술이다. 현재 협력사와 함께 신뢰성 테스트를 진행 중인 것으로 알려졌다.
2일 업계에 따르면 삼성전자는 엠케이전자를 비롯한 후공정 협력사들과 기존 본딩와이어 대비 신뢰성 및 절연성을 높인 알루미늄 옥사이드(Al2O3) 코팅 본딩와이어 기술을 개발하고 있다.
본딩와이어는 반도체 패키징 공정에서 칩의 입·출력부를 기판(리드프레임, PCB 등)에 연결하는 데 쓰이는 미세 금속전선이다. 기존 패키징 공정에서는 유연성 및 전기전도도(전류가 잘 흐르는 정도)가 뛰어나고, 산화가 잘 되지 않는 금(Au)이 주요 소재로 활용돼왔다. 그러나 금 단가가 갈수록 비싸지면서, 은(Ag)·구리(Cu) 등 대체재에 또 다른 금속을 혼합한 본딩와이어를 활용하려는 시도가 증가하는 추세다.
문제는 이같은 대체재 기반 와이어는 표면에 코팅되는 절연성·내식성 물질에 대한 접착력이 약하다는 것이다. 접착력이 약할 경우 차량용 반도체와 같이 고온, 고습한 환경에 지속적으로 노출되는 와이어 표면이나 와이어 자체에 균열이 발생할 가능성이 높다. 이는 곧 칩의 신뢰성 및 수명 하락에도 직결된다.
이같은 문제 해결을 위해 삼성전자는 엠케이전자, 엔씨디, LT메탈 등 협력사들과 기존 본딩와이어의 한계를 극복할 수 있는 차세대 본딩와이어 기술을 개발 중이다. 금속 소재 와이어에 알루미늄 옥사이드를 나노미터(nm) 단위로 얇게 코팅하는 것이 이 기술의 핵심이다.
알루미늄 옥사이드는 절연성과 내마모성, 내열성, 화학적안정성 등이 뛰어난 물질이다. 또한 절연체 코팅에 포함된 에폭시 물질에 강한 접착력을 갖는다. 알루미늄 옥사이드를 증착하기 위한 전구체 TMA(트리메틸알루미늄)의 가격이 상대적으로 저렴한 것도 장점이다.
삼성전자는 알루미늄 옥사이드를 우수한 균일성으로 코팅하기 위한 ALD(원자층증착법) 증착 시스템도 확보했다. ALD는 원자층을 한층씩 쌓아올려 막을 형성하는 방식으로, 0.1nm 수준의 미세한 박막을 형성할 수 있다. 삼성전자는 이를 통해 다양한 굵기 및 방식에 따른 알루미늄옥사이드 코팅 본딩와이어의 신뢰성을 테스트하고 있다.
당면한 가장 큰 과제는 OCB(Off centered ball) 현상 해결이다. 통상 본딩와이어는 열압착을 통해 와이어 끝에 둥근 구체를 형성하고, 이를 전극에 접합하는 공정을 거친다. 이 때 볼이 기울여지지 않고 똑바로 형성돼야 신뢰성이 높다. OCB는 와이어 끝의 볼이 바르게 형성되지 않고 특정 방향으로 기울여지는 것을 뜻한다.
