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기체를 이용해 접촉 없이 여러 반도체칩을 고르게 조립하는 방법으로 머리카락보다 얇은 두께의 휘어지는 반도체칩을 손상 없이 조립하는 고효율 상용화 기술이 개발됨.

한국기계연구원 송준엽 부원장과 첨단생산장비연구부 이재학 책임연구원팀이 국내기업 프로텍과 함께 반도체 후공정(패키징)의 생산성을 100배 이상 높일 수 있는 핵심 장비 기술을 개발함.

연구팀은 반도체를 웨이퍼나 칩 하나씩 패키징하지 않고 넓은 패널 단위로 패키징해 생산속도를 높일 수 있는 ‘패널 레벨 패키지’라는 후공정을 연구했음.

먼저 기체를 이용해 직접 접촉하지 않고도 칩에 압력을 가하는 기술을 개발했음. 이를 활용해 기판에 두께 편차가 있더라도 압력을 균일하게 가해 가로세로 30cm의 넓은 유연 반도체 패키지 패널을 오차 없이 균일하게 조립하는 장비를 완성했음. 또 1초에 약 20도의 온도를 고르게 올리거나 내리는 기술을 개발했음. 이 두 가지 기술을 포함해 반도체칩을 효율적으로 조립하는 제작 기술을 ‘갱본더’라고 부르는데, 아직 세계적으로 상용화된 사례가 없음.

연구팀은 개발한 갱본더 기술을 이용해 낮은 온도에서 칩을 대략 조립한 뒤, 다시 대량의 칩을 일괄로 전기 접속하는 공정을 완성했음. 그 결과 머리카락 굵기보다 얇은 0.02mm 두께의 휘어지는 반도체칩을 손상 없이 기판에 배열하고 이를 0.002mm 이내의 오차 범위 내에서 쌓을 수 있는 장비를 완성하는 데 성공했음.

연구팀은 “열에 의한 변형이 적고 시간당 반도체 생산량을 기존 후공정에 비해 100배 이상 높일 수 있다”라며 “향후 실제 생산 현장에 활용될 경우 반도체 칩 후공정의 생산성을 높이는 데 도움이 될 것”이라고 말함.

연구팀은 연구 과정에서 국내 특허 등록 20건, 출원 25건, 해외 특허 등록 2건, 출원 2건 등 다양한 원천기술을 확보했음.

송 부원장은 “이번에 개발한 갱본더 장비는 유럽과 일본 등 일부국가의 소수업체가 개발한 최고 사양의 반도체 조립장비보다 기술적으로 앞선다”며 “웨어러블(입는) 기기나 의료기기, 마이크로 발광다이오드(LED) 디스플레이 등 초정밀 조립 분야에 활용될 수 있을 것”이라고 말함.