관련 통계자료 다운로드 반도체 웨이퍼 범핑 시장 추이
반도체 웨이퍼 범핑이 패키징 방식의 새로운 트렌드로 떠오르면서, 범핑 성능을 끌어올리기 위한 소재 혁신이 잇따르고 있다.
13일 업계에 따르면 반도체 미세 공정에 적합한 범프 소재부터 공정 속도를 끌어올릴 수 있는 약품까지 다양한 혁신 소재가 개발되는 추세다.
웨이퍼 범핑은 웨이퍼(다이)를 인쇄회로기판(PCB) 위에 바로 붙여 신호를 주고 받을 수 있도록 하는 기술이다. 웨이퍼에 틴-실버(SnAg)로 만든 미세한 돌기(범프)를 형성함으로써 와이어 없이도 PCB와 신호를 연결할 수 있게 해 준다. 웨이어 레벨 패키징, 플립칩 패키징, 3차원(D) 적층 반도체, 임베디드 패키징 등 다이 크기를 최소화할 수 있는 첨단 패키징 방식에 웨이퍼 범핑이 모두 활용된다. 이에 따라 범핑 성능을 끌어올리는 것은 곧 첨단 반도체 성능과 직결된다.
시장조사업체 욜은 웨이퍼 범핑 방식이 지난 2010년부터 오는 2016년까지 300㎜ 웨이퍼 기준 연평균 30%의 속도로 급격히 늘어날 것이라고 기대했다.
범핑의 중요성이 커진 만큼 소재 혁신도 잇따르고 있다. 범핑 확산과 함께 가장 많은 인기를 끈 소재는 바로 구리다. 반도체 크기가 점차 작아지면서 범프 크기도 줄고 수량도 늘어나다보니 범프끼리 충돌이 일어나게 된다. 이를 막기 위해 미세한 구리 기둥을 세우고 그 위에 범프를 올리는 방식이 인기를 끈 것이다. 틴 실버에 구리를 미량 섞기도 한다.
또 미세 공정에서는 반도체 성능에 영향을 줄 수 있는 알파파를 최소화하는 것이 과제다. 이 때문에 틴에서 발생될 수 있는 알파파를 최소화하는 소재가 각광을 받고 있다. 하니웰과 같은 글로벌 소재 업체들이 알파(Alpha) 파티클이 적은 주석(Sn)을 개발하고 공급 중이다. 이 제품은 하니웰이 향후 성장성을 주목하는 소재 중 하나다.
플립칩 등에서는 웨이퍼 범핑이 패키징 공정 중 가장 큰 비중을 차지하기 때문에 범프 형성 공정 시간이 곧 패키징 시간을 좌우하게 된다. 범프를 형성할 때는 포토레지스트를 현상한 뒤 절연재료(UBM)위에 틴-실버 도금을 처리하는 과정을 거친다. 다우케미칼은 도금 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 도금 약품을 개발했다. 이 회사가 개발한 공정액 ‘솔더온’은 1분에 6㎛를 도금할 수 있어 기존 제품보다 공정 시간을 6분의 1로 줄일 수 있다.
업계 관계자는 “웨이퍼 범핑이 반도체 크기를 줄일 수 있는 장점은 있지만 범프가 워낙 미세하다보니 많은 문제가 발생하는 것이 사실”이라며 “여기에서 나타날 수 있는 문제를 해결할 수 있는 것은 소재 혁신”이라고 말했다.
문보경기자 okmun@etnews.com
