세기원, 차세대 반도체 패키징용 ‘감광성 결정화 유리’ 개발

▲ 감광성 결정화 유리의 비아 형성 원리 모식도(출처:한국세라믹기술원, AI 생성)

국내 산학연이 차세대 반도체에 사용되는 특수 유리 소재인 감광성 결정화 유리(Photosensitive Glass-Ceramics)를 개발해 반도체 패키징 소재 국산화에 기여할 전망이다.

한국세라믹기술원(원장 윤종석)은 ㈜하스, 한국항공대, 엘엑스글라스와 함께 반도체 칩을 연결하는 유리기판에 미세한 구멍인 관통비아(TGV, Through Glass Via)를 만들 수 있는 소재와 가공 기술을 개발하고, 지름 200mm급 유리기판 시편 제작 등의 성과를 거뒀다고 29일 밝혔다.

유리기판은 반도체 칩을 올려놓고 연결하는 받침판으로 기존 플라스틱 계열 기판보다 표면이 매끄럽고 열에 의한 변형이 적어 작은 회로를 촘촘하게 만들고 전기 신호의 손실을 줄이는 데 유리하다.

그러나 유리는 충격에 깨지기 쉽고 기판의 위아래를 연결하는 미세한 구멍을 일정한 크기로 만들기도 어려워 튼튼한 소재와 정밀한 가공 기술을 확보하는 것이 상용화의 주요 과제였다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 자외선에 반응하는 감광성 결정화 유리 소재를 개발하고 원료의 배합부터 유리기판 제작, 자외선 조사, 열처리, 화학용액을 이용한 가공에 이르는 기술을 확보했다.

연구팀은 개발한 소재를 활용해 지름 200mm급 대면적 유리기판 시편을 제작했으며, 동일 소재의 100mm급 기판에서 미세 구멍을 형성할 수 있다는 것도 확인했다.

특히 이번 연구에서는 유리기판의 대면적화 가능성뿐만 아니라 소재의 강도와 미세한 구멍을 정밀하게 만드는 기술에서도 성과를 거뒀다.개발 소재의 굴곡강도(휘는 힘을 견디는 정도)는 동일 시험조건에서 440MPa로 측정돼 기존 붕규산염 유리보다 약 2배 높은 강도를 나타냈으며, 향후 유리기판을 더 얇게 만들고 제조 과정에서 깨질 위험을 줄이는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

또한 지름 60∼200㎛(마이크로미터, 1mm의 1,000분의 1) 크기의 미세한 구멍을 만들 수 있음을 확인했으며, 두께 1.5mm 유리기판을 완전히 관통하는 구멍을 만드는 데도 성공했다.

세라믹기술원 한윤수 박사는 “국내에서도 반도체 패키징용 감광성 결정화 유리 소재를 설계하고 제조할 수 있는 기술적 기반을 마련했다”며, “향후 대면적화와 미세 가공 기술을 고도화해 차세대 반도체 패키징 소재의 국산화와 산업현장 적용에 기여하겠다”고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 산업통상부 소재부품기술개발사업의 지원을 받아 수행중이며, 2028년까지 300mm급 대면적 유리기판 제작과 미세 가공 기술을 고도화 해나갈 예정이다.