클라우스 피들러 LPKF CEO는 "올해 유리기판 사업을 준비하는 고객사와 장비 출하 계약을 맺은 데 이어 또 다른 고객사로부터도 최근 신규 주문을 받았다"고 밝혔다.
유리기판 기술이 최근 반도체 패키징 분야 최대 화두로 떠오른 가운데 독일 장비 기업 'LPKF 레이저 & 일렉트로닉스'에 업계 관심이 쏟아지고 있다.
독자 특허 LIDE(Laser Induced Deep Etching) 기술을 반도체 유리기판 가공을 위한 핵심 공정인 TGV(Through Glass Via)에 성공적으로 접목했다는 평가를 받고 있기 때문이다.
클라우스 피들러 LPKF 최고경영자(CEO)는 15일 "올해 유리기판 사업을 준비하는 고객사와 장비 출하 계약을 맺은 데 이어 또 다른 고객사로부터도 최근 신규 주문을 받았다"고 밝혔다. 피들러 CEO는 구체 고객사명은 언급하지 않고 "아시아 지역에 있는 기업"이라고만 했다.
그는 "반도체 유리기판 관련, 한국 포함 세계 각국에서 굉장히 다양한 요청을 받고 있다"면서 "연구개발(R&D)이 아닌, 실제 양산을 준비하기 위한 접촉"이라고 덧붙였다.
최근 업계는 반도체 기판인 FC-BGA(Flip-chip Ball Grid Array)의 유기 코어 층을 유리로 대체하려는 연구와 투자를 지속하고 있다. 그간 FC-BGA 기판 코어 층은 유리섬유 강화 에폭시 레진(FR4:Fire Retardant4)이 활용돼 왔다. 유리는 FR4 소재 대비 더 딱딱해 열에 의한 휘어짐 문제가 적다. 따라서 대면적화에 유리하다. 평탄성이 좋아 보다 세밀한 회로 형성도 가능하다. 절연성이 높다는 점도 장점. 전기신호 손실이 적고 신호전달 속도 측면에서도 강점이 있다. 더 높은 동작 주파수를 요하는 고주파 무선주파수(RF) 분야에선 유리 기판 특성을 따라갈 소재가 없다는 연구 보고도 상당수 나와 있다.
인텔은 오는 2030년 전까지 유리기판을 채용할 것이라 밝힌 바 있다. 삼성전기도 올해 초 2025년에 유리기판을 쓴 반도체 패키지 기판 시제품을 생산한 뒤 2026~2027년 양산에 들어갈 것이라고 발표했다.
그러나 유리를 코어층으로 쓰는 반도체 기판 양산화를 위해선 공정상 여러 난제를 풀어야 한다. 가장 큰 난제가 TGV다. 회로를 연결하려면 유리에 구멍을 뚫어야 한다. 유리는 공정 과정에서 작은 흠집이 생겼을 때 다른 영역으로 균열이 옮겨가기 좋은 구조로 돼 있다. 유리에 구멍을 뚫은 뒤 전극 형성을 위해 고온 환경에서 구리 도금을 하면, 열에 아홉은 유리에 균열이 일어나서 버려야 하는 상황이 생긴다는 게 전문가 설명이다.
LPKF의 LIDE는 우리 말로 레이저(Laser)로 유도(Induced)하는 깊은(Deep) 식각(Etching) 기술 정도로 해석할 수 있다.
원리는 이렇다. 유리 위 구멍을 뚫어야 할 곳에 한 번의 짧은 레이저 신호를 주면, 이 곳에 고에너지 광자가 전달돼 구조(밀도, 화학적 결합 상태 혹은 결정 구조 등)가 변한다. 이러한 변화는 해당 부위 식각 속도를 높이는 주요 요인이 된다. 레이저를 쪼인 상태에서 유리 표면 전체에 식각액을 뿌리면 레이저가 닿은 부분, 즉 식각 용액과의 반응성이 높아진 부분이 더 빠르게 제거돼 구멍이 매끈하게 뚫리는 원리다.
LPKF 연구원이 LIDE 기술로 가공한 유리기판을 살펴보고 있다(사진 LPKF 제공).
해당 기술이 구현된 LPKF 장비가 비트리온(Vitrion) 5000 P 모델이다. LPKF는 폴더블 디스플레이용 커버 유리 가공 등 LIDE 기술이 오래 전부터 상용화 돼 있는 상태라고 설명했다. 피들러 CEO는 "LIDE 기술은 이미 10여년 전에 LPKF가 독자 개발한 특허 기술"이라면서 "해당 기술을 접목한 장비군은 앞으로 LPKF의 주요 매출 동력이 될 것"이라고 했다.
LPKF는 고객사가 요청한 대로 유리기판을 가공해 주는 '파운드리' 사업도 전개 중이다. 피들러 CEO는 "유리를 활용한 기판 생산량이 적은 기업 혹은 대규모 장비 도입 전에 테스트 차원에서 공정 품질 검증을 원하는 고객사를 대상으로 파운드리 사업을 하고 있다"면서 "굉장히 많은 고객과 이 사업을 통해 접촉이 이뤄진다"고 설명했다.
LPKF는 독일 하노버 인근 가브센에 본사를 둔 기업이다. 1976년 설립됐다. 레이저 기술을 기반으로 인쇄회로기판(PCB), 마이크로칩, 태양광 패널, 바이오 분야 장비로 매출을 올리고 있다. 독일 증권거래소에 상장돼 있는 LPKF의 지난해 매출은 1억2430만유로(약 1850억원)였다.
유리 기판이 어드밴스드 반도체 패키지 업계의 주목을 받고 있습니다. 세계 굴지의 다수 기업이 기존 반도체 패키지 기관인 FC-BGA(Flip-chip Ball Grid Array)의 유기 소재 코어층을 유리 기판으로 대체하려는 연구와 투자를 지속하고 있기 때문입니다.
통상 FC-BGA 기판 코어 층은 유리섬유 강화 에폭시 레진(FR4:Fire Retardant4)을 활용해 왔습니다. 유리는 FR4 소재 대비 더 딱딱해 열에 의한 휘어짐 문제가 적습니다. 이 때문에 대면적화에 유리합니다. 평탄성이 좋아 보다 세밀한 회로 형성도 가능합니다. 절연성이 높다는 점도 장점입니다. 전기신호 손실이 적고 신호전달 속도 측면에서도 강점이 있습니다. 더 높은 동작 주파수를 요하는 고주파 무선주파수(RF)분야에선 유리 기판 특성이 매우 좋다는 연구 보고도 상당수 나와 있습니다.
최근 인공지능(AI)인프라 투자 확산으로 유리 기판 적용에 대한 기대감이 커지고 있습니다. AI 반도체용 칩은 면적이 크고, 미세 회로를 커버할 수 있는 고직접 패키지 기판이 필요합니다. 기존 패키지 기판은 면적이 커질수록 휘어짐 문제를 해결하기가 어렵습니다. 집접도 역시 마찬가지입니다. 유리기판이 최근 반도체 기판의 핵심 소재로 각광받는 이유입니다.
유리기판 상용화를 위해 넘어야 할 과제는 많습니다. 우선 전극 형성을 위해 유리에 구멍을 뚫는 TGV(Through Glass Via)공정을 고도화해야 합니다.
유리는 공정 과정에서 작은 흠집이 생기면 시간이 흐름에 따라 쉽사리 다른 영역으로 균열이 가기 때문에 이 공정을 고도화하지 않으면 상용화는 쉽지 않을 것이라는 의견이 많습니다. 유리를 잘 자르는 장비 기술도 필요합니다. 자를 때 잘 자르지 않으면 측면 크랙에 의한 기판 균열이 수율을 크게 떨어뜨린다고 합니다.
구멍 잘 내고 잘 자르는 기술 외에도 구멍 속을 구리로 채우는 도금 기술 역시 안정적으로 이뤄져야 합니다. 패터닝 그 자체도 문제지만 포토레지스트(PR)를 잘 펴서 바르는 기술 등과 더불어 수동 소자를 내장하고 레이어를 올리는 기술 역시 추가적으로 개발되어야 합니다.
인텔은 오는 2030년 전까지 유리기판을 채용할 것이라 밝히고 있으나 유리 기판에 대한 업계의 요구가 높아짐에 따라 이 보다 빠른 속도로 상용화가 이뤄질 것이라는 기대가 있습니다. 실제 삼성전기는 2025년에 유리기판을 쓴 반도체 패키지 기판 시제품을 생산한 뒤 2026~2027년 양산에 들어갈 것이라고 밝히기도 했습니다.
전자부품 전문미디어 <디일렉>은 유리기판 적용에 필요한 기술과 공정 노하우, 장비 소재 서플라이체인을 조망하는 콘퍼런스를 준비했습니다. 변화하는 산업 생태계의 통찰력을 얻어가십시오.
▣ 행사 개요
– 행사명 : 반도체 유리기판 서플라이체인 & 기술 콘퍼런스
– 일 시 : 2024년 6월 11일(화) 10:00 ~ 18:00
– 장 소 : 코엑스 콘퍼런스룸 4층 402호 (서울 강남구 영동대로 513, 삼성동)
– 규 모 : 150명
- 사 전 등 록 : 얼리버드 신청 5월 24일 (금) 18시까지 44만원(VAT포함)
5월 24일 18시 이후 55만원(VAT포함)
– 주 최 : 디일렉 / 와이일렉
– 후 원 : 한국반도체산업협회 / 한국반도체연구조합
