반도체 패키징 기술 진화에 따라 패키징에 활용하는 소재에 대한 관심이 높아지고 있다. 어드밴스드 패키징의 핵심은 ▲고성능 ▲소형화 ▲저전력이다. 이를 위해서는 반도체 칩 다이(Die)와 패키지 기판(PCB)을 연결하는 부품과 소재에 대한 고민도 필요하기 때문이다.

엠케이전자 솔더개발팀장 이영우 박사는 12일 서울 강남구 코엑스에서 《디일렉》 주최로 열린 ‘2023 어드밴스드 반도체 패키지 혁신공정 콘퍼런스’에서 “솔더 소재는 또 한 번의 조성 변화 기로에 서 있다”라며 “환경 규제가 유발한 주석(Sn)과 납(Pb) 중심에서 납을 줄이는 흐름에서 고사양을 구현할 수 있는 신뢰성 확보 차원에서 새로운 시도가 늘어나고 있다”라고 밝혔다.

솔더는 반도체 다이와 PCB를 접합할 때 이용한다. 솔더볼과 솔더페이스트 등의 형태로 사용한다. 솔더볼은 구 형태의 부품을 솔더페이스트는 크림 형태의 접합 소재를 일컫는다.

최근 솔더는 ▲고신뢰성 솔더볼 및 솔더페이스트 ▲저온계 솔더볼 및 솔더페이스트 ▲구리 도금 솔더볼(CCSB: Cu Cored Solder Ball) 등이 주목을 받고 있다.

고신뢰성 제품은 열과 진동 등으로 접합부에 발생하는 금(크랙) 등을 줄여 수명을 늘리는 것이 핵심이다.

이 박사는 “비스무스(Bi)와 니켈(Ni) 등을 첨가해 신뢰성을 확보하는 기술 개발이 활발하다”라며 “강성을 높이면 잘 깨진다는 단점이 있지만 적정량을 사용하면 긍정적 효과를 얻을 수 있다. 이미 일부 제품에 상용화를 진행한 상태”라고 말했다.

저온계 제품은 고가 시스템반도체 보호와 ESG(환경·사회·지배구조) 강화 등으로 기회가 열렸다. 기존 솔더에 비해 낮은 온도로 작업이 가능하다. 기존 솔더는 섭씨 200도(℃) 이상에서 작업이 이뤄진다. 작업 온도를 내리면 반도체 손상 위험과 탄소 발생량을 줄일 수 있다.

이 박사는 “저온계 솔더볼은 고가 반도체 패키징 등에 주로 쓴다. Bi가 많이 들어가 깨질 위험이 증가하지만 엣지 본딩 등으로 보완하는 방향으로 가고 있다”라며 “저온계 솔더볼과 솔더페이스트를 같이 쓰거나 저온계 솔더볼 또는 솔더페이스트만 쓰거나 하는 것은 고객사의 선택 문제”라고 분석했다.

CCSB는 압착 공정에서 발생할 수 있는 손실을 막아주는 것이 특징이다. 일반 솔더볼은 35파스칼 이상으로 누르면 뭉개진다. CCSB는 코어를 솔더로 도금한 형태다. 코어가 기둥 역할을 해 압력으로 인한 파손을 방지한다. ▲코어를 얼마나 크게 만들 수 있는지 ▲도금의 두께와 형태를 제어하는 기술이 경쟁력이다.

이 박사는 “솔더가 너무 줄면 접합이 안 되기 때문에 고객사와 협업이 중요하다”라며 “특허 이슈가 있지만 이를 피해서 이용하려는 시도가 확대하고 있다”라고 전했다.

디일렉=윤상호 기자 [email protected]

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