한국기계연구원 송준협 부원장 연구팀과 ㈜프로텍이 공동으로 반도체 후공정의 생산성을 기존보다 100배 이상 높일 수 있는 `Gang-Bonder(갱 본더)` 장비를 개발했다고 11일 밝혔다.

이번에 개발한 Gang-Bonder 장비는 머리카락 한 가닥(약40-70㎛)의 절반보다 얇은 20㎛급 유연 반도체 칩을 파손 없이 기판에 배열할 수 있는 장비다. 또 ±2㎛ 이내로 정밀하게 패널 단위로 한 번에 패키징해

생산속도를 크게 향상시킨 첨단 후공정 기술이다.

연구팀은 비접촉식 압력 인가 방식과 다중 셀 세라믹 히터 기술을 핵심으로 하는 Gang-Bonding 방식을 적용하여 300㎜×300㎜ 이상 대면적 유연 반도체 패키지 패널 조립 장비를 개발하는데 성공했다.

또 열에 의한 휨이나 손상을 최소화하고 생산성은 극대화한 것으로, 향후 반도체 칩 후공정의 생산성을 획기적으로 개선할 것으로 기대된다. 연구팀은 기존의 일반적인 후공정 방식(TC Bonder)과 Gang-Bonder 방식의 생산성을 비교한 결과 시간당 반도체 생산량(UPH)이 100배 이상 증가하는 것을 확인했다.

Gang-Bonder 기술은 기존의 반도체 칩을 기판에 하나씩 조립하던 방식과 달리 여러 개의 칩을 동시에 조립하는 기술이다. 낮은 온도에서 일차적으로 칩을 간소하게 조립한 다음, 다시 대량의 칩을 일괄 전기 접속하는 방식이다. 반도체 칩에 가하는 열손상은 줄이고 생산성은 높인 차세대 방식으로 세계적으로 아직 상용화 사례는 없다.

현재 반도체 패키징 조립은 개별 칩마다 조립 헤드부분이 기계적으로 압력을 가하는 방식으로 이뤄진다. 이때 칩과 기판의 두께에 편차가 생기면 조립 오차가 발생할 수 있어 한 번에 만들 수 있는 양에 제한이 있었다.

송준엽 기계연 부원장은 "이번에 개발한 Gang-Bonder 장비는 유럽, 일본 등 반도체 장비 선도국가의 소수 업체가 주도하고 있는 최고 사양의 반도체 조립 장비보다 앞선 세계 최고 수준의 기술"이라며 "웨어러블 디바이스, 스마트카드, 메디컬 디바이스, Micro-LED 디스플레이뿐만 아니라, AI 반도체 패키지와 같은 웨이퍼 및 패널 레벨 패키지 초정밀 조립 분야에도 활용될 수 있어 관련 산업의 고속 성장에 따라 새로운 장비산업 창출로 확대될 것으로 기대된다"고 설명했다. 조남형 기자

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