반도체 칩보다 훨씬 높은 열팽창계수로 부품 휘는 日 제품보다 성능우수
기술이전받은 삼화페인트공업, 신규 에폭시 수지 4종의 양산 준비 완료
일본 의존도가 87%로 높은 에폭시 소재의 수입을 대체할 국산 원천기술이 개발돼 반도체 제조의 마지막 단계인 패키징(Packaging) 공정에서 일본 의존도가 크게 낮아질 전망이다.
한국생산기술연구원은 섬유융합연구 부문 전현애 박사 연구팀이 10년의 연구개발 끝에 새로운 에폭시 수지 제조 원천기술을 개발, 일본산 제품보다 열팽창 성능이 우수한 에폭시 밀봉재(EMC)를 제작해 국산화에 성공했다고 16일 밝혔다.
에폭시 밀봉재는 열경화성 고분자의 일종인 에폭시 수지를 기반으로 만든 복합소재로 반도체 칩을 밀봉해 열이나 습기, 충격 등 외부환경으로부터 보호하는 역할을 한다. 반도체 전·후 공정에 사용되는 유기 소재 중 세계시장 규모가 1조5천억원으로 가장 큰 핵심 소재이지만, 최고 등급의 에폭시 물성이 필요해 대부분 일본산 제품 수입에 의존해왔다.
전현애 박사 연구팀은 새로운 화학 구조의 에폭시 수지를 독자적으로 설계·합성하고, 이를 기반으로 세계 최고 수준의 저(低)열팽창 특성을 갖는 에폭시 소재 기술을 구현해냈다.
대다수 소재는 온도 상승에 따라 부피 변화가 동반되며, 그 변화 값을 '열팽창계수'라고 한다. 반도체 패키징에서는 에폭시 수지의 열팽창계수를 줄이는 것이 공정의 신뢰성과 용이성을 좌우한다.
일본산 상용 에폭시는 반도체 칩보다 훨씬 높은 열팽창계수를 지녀 패키징 과정에서 부품 전체가 휘는 불량 문제를 종종 일으켜왔다. 지금까지의 에폭시 소재 기술은 구성 성분의 대다수를 차지하던 보충재(실리카)의 함량을 높여 열팽창계수를 낮추는 데 초점이 맞춰졌다. 하지만 이 경우 점도가 지나치게 높아져 공정 용이성이 떨어지는 한계가 있었다.
전현애 박사 연구팀이 개발한 기술은 에폭시 수지 자체의 구조 변화만을 통해 소재의 공정 용이성을 그대로 유지하면서 열팽창계수를 반도체 칩과 거의 유사한 '3ppm/℃' 수준까지 조절했다는 점에서 차별화된다. 또한 반도체 패키징에 사용되는 모든 형태의 에폭시 소재 제조에 활용할 수 있고, 대량 합성도 용이하다.
이 기술을 활용한 에폭시 밀봉재는 일본산 제품의 한계였던 12인치(inch) 이상 대면적 패키징이 가능해 향후 인공지능, 자율주행차 등에 필요한 고성능 반도체 제작에 폭넓게 적용될 것으로 기대된다.
해당 기술은 2018년 10월 도료 제조 전문기업인 삼화페인트공업에 이전됐다. 삼화페인트공업은 이 기술을 활용한 신규 에폭시 수지 4종의 양산 준비를 완료했다. 전현애 박사는 "일본 기업의 영향이 절대적인 반도체 소재 분야에서 기술 우위를 뒤바꿀 수 있는 독보적인 원천기술"이라며 "앞으로 양산된 제품이 시장에 성공적으로 출시·정착하도록 밀착 지원하겠다"고 말했다.
생산기술연구원은 "기술을 개발한 사실이 어느 정도 상용화가 가까워졌을 때 알려지는 것이 바람직하다는 연구팀 의견에 따라 현 시점에 내용을 공개하게 됐다"고 밝혔다.
