패키징은 기판 제조의 핵심 후공정으로 칩을 더욱 정확하게 접착시킬 수 있는 기술개발이 한창이다. 또 땜을 위한 기초 소재인 무연 솔더는 국산 업체를 중심으로 최적의 조성을 찾기 위한 노력이 계속되고 있다.
◇패키징 기술, 더 정교하게=칩과 기기를 하나의 시스템으로 패키징하는 기술은 휴대폰 등 정보 단말기의 고성능화 및 융·복합화와 소형화가 동시에 이뤄지면서 그 중요성이 더욱 커졌다.
회로가 설계된 반도체 칩에 전기적인 연결과 함께 충격에 견딜 수 있게 밀봉 포장하는 게 패키징의 역할이다. 이전에는 단순히 칩을 보호하고 보드와의 전기적 연결이 주요 역할이었다. 갈수록 패키징 시의 전기적, 열적 성능 요구가 갈수록 높아지고 있다.
반도체 패키징 분야는 기술, 재료, 장비, 지식 집약적으로 변하고 있다. 많은 업체가 독자적인 반도체 패키징 기술을 개발하기 위해 지금도 많은 투자를 단행한다. 우수한 연구개발 인력에 대한 수요도 커지고 있다.
반도체 패키징은 단순한 반도체 제조의 후공정이 아니라, 반도체의 성능을 더욱 더 효과적으로 발휘하고 신기술을 개발할 수 있도록 해주는 동반자 역할로 진화했다.
최근에는 칩 크기와 거의 같은 크기의 패키지인 CSP(Chip Size Package)가 주류를 이루고 있다. 또 여러 개의 칩을 쌓아올리는데 쓰이는 SCSP(Stacked CSP)와 기능이 다른 여러 개의 반도체 칩을 하나의 패키지 안에 배열하는 MCM(Multi Chip Module) 패키징도 각광받고 있다.
생산 효율을 높이기 위해 베어칩을 기판에 직접 접착하는 플립칩 실장 기술이 급부상했다. 여러 칩들이 붙어 있는 웨이퍼를 다이 본딩, 몰딩, 트리밍, 마킹 등 일련의 조립공정을 마친 후 이를 절단해 곧바로 완제품을 만드는 웨이퍼레벨패키지(WLP)도 개발됐다.
◇무연솔더, 최적 조성을 찾아라=지난 2006년 7월 1일부로 유해물질사용제한지침(RoHS) 규제가 시행되면서 주석(Sn) 96.5%, 은(Ag) 3%, 구리(Cu) 0.5% 조성의 무연솔더 합금이 주류를 이뤄왔다.
그러나 2006년 말부터 시작된 국제 원자재 가격 상승이 계속되고 있어 무연솔더 제조사는 물론이고 사용하는 업체들도 원가 부담이 커지고 있다. 이에 따라 생산 원가 절감이 절실한 상황이다.
웨이브 솔더링은 무연 공정 적용 초기부터 은이 포함되지 않은 제품을 검토, 업계 대부분이 적용을 마친 상태다. 이런 비은계 제품은 부품과 PCB 등의 내열성이 향상됐고, 지속적인 사용으로 인한 신뢰성 데이터가 확보됨으로써 그 적용 범위가 확대되고 있다.
무연솔더 크림은 신뢰성 및 상품성 등의 확보 및 인식의 부족으로 다른 조성의 검토가 미미했었다. 하지만 최근 은 함유량이 낮은 쪽으로 검토가 활발하게 진행되고 있다. 지난 3∼4년간 무연솔더를 적용하면서 축적된 부품 및 PCB의 내열성 확보와 리플로 장비 개선을 통한 기술과 신뢰성 확보가 큰 힘이 됐다.
일부 업체들이 검토하고 적용 중인 무연솔더 조성은 은 함유량을 낮춘 ‘주석 98.5%, 은 1%, 구리 0.5%’와 ‘주석 99.2%, 은 0.3%, 구리 0.7%’이다.
이 조성들은 일부 볼그리드어레이(BGA)용 볼과 웨이브 솔더링에 사용되던 조성으로 이미 신뢰성이 확보됐다는 평가다. 또 원가 절감이 40% 가량 가능해 차세대 무연솔더 조성으로 관심이 집중되고 있다.
국내에는 무연솔더 전문업체인 에코조인을 비롯한 업체들이 은 함유량이 낮은 무연솔더 제품 개발에 전력을 기울인다. 제조업체들도 적극적으로 검토하고 있는 것으로 알려졌다.
양종석기자@전자신문, jsyang@