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◆…인텔 연구원이 유리기판을 들어 보이고 있다.사진=인텔 제공 
대만 파운드리(반도체 위탁생산) 기업 TSMC가 차세대 첨단 패키징 기술인 CoPoS(Chip-on-Panel-on-Substrate) 개발에 속도를 내고 있다.차세대 기술로 꼽히는 유리기판은 2030년 이후 상용화될 것으로 전망됐다.
시장조사업체 트렌드포스는 인공지능(AI) 반도체 수요 증가로 팬아웃 패널레벨 패키징(FOPLP·Fan-Out Panel-Level Packaging)이 업계의 새로운 경쟁 분야로 부상하고 있다고 17일 밝혔다.
트렌드포스에 따르면 TSMC는 현재 CoPoS 패키징 아키텍처 개발에 집중하고 있으며,310×310㎜ 패널 규격을 표준으로 채택했다.올해는 관련 장비·소재 업체들의 핵심 검증 시기로,TSMC는 2027년 파일럿 생산을 거쳐 2028년 하반기 양산에 돌입할 것으로 예상된다.
CoPoS 이후 TSMC의 다음 목표는 유리기판이다.트렌드포스는 유리기판의 본격적인 상업 생산이 2030년 이후 이뤄질 가능성이 높다고 내다봤다.
다만 유리기판 상용화까지는 여러 기술적 과제가 남아 있다고 분석했다.
핵심 공정인 TGV(Through-Glass Via·유리기판 내부에 미세한 관통홀을 형성해 전기 신호를 연결하는 기술)는 레이저 에너지 변화에 따른 홀 크기 불균일과 가공 과정에서 발생하는 미세 균열,10마이크로미터(㎛) 이하 초미세 홀 내부 금속 증착의 어려움,카지노 올라오는 시간대량 생산 과정에서의 정밀 정렬 문제 등을 해결해야 한다.
재료 측면에서도 과제가 남아 있다.유리는 유기기판보다 평탄도가 우수하지만,500×500㎜ 이상 대형 패널에서 나노미터 수준의 평탄도를 유지하기 어렵다.서로 다른 재료층 간 열팽창계수(CTE·온도 변화에 따라 재료가 팽창하는 정도) 차이로 인해 발생하는 휨 현상은 노광과 정렬 정확도,수율에 영향을 줄 수 있다.
트렌드포스는 대만 패널 업체들이 관련 분야에서 선도적인 위치를 확보하고 있다고 평가했다.일부 업체들은 전력관리반도체(PMIC)와 RF(무선주파수) 칩 등 성숙 공정 제품을 대상으로 최대 620×750㎜ 크기의 FOPLP 양산 체계를 구축한 상태다.
대만 소재·장비 업체들도 기술 개발을 진행하고 있다.특수 화학소재 업체들은 공정 온도를 섭씨 180도 이하로 낮춘 저온 경화 절연재를 개발해 열 스트레스와 패키지 휨 현상을 줄이고 있다.
장비 분야에서는 레이저 가공과 화학 식각을 결합한 2단계 공정을 적용해 10㎛ 이하 초미세 홀의 정밀도를 높이고 있다.해당 기술은 주요 글로벌 종합반도체기업 IDM의 인증을 통과했으며 출하량도 점진적으로 늘어나고 있다.
트렌드포스는 대형 유리 가공 기술과 반도체 기업들의 첨단 패키징 역량,현지 소재·장비 생태계가 결합되면서 대만이 유리기판 분야에서 경쟁 우위를 확보할 수 있을 것으로 전망했다.
국내 반도체 기업들도 첨단 패키징 기술 경쟁력 강화에 속도를 내고 있다.
삼성전자는 파운드리 부문을 중심으로 첨단 공정과 HBM(고대역폭메모리),패키징,테스트를 결합한 턴키 전략을 강화하고 있다.삼성 파운드리는 2.5D·2.3D·3D 패키징 솔루션을 통해 로직 반도체와 HBM을 단일 패키지에 집적하는 이종집적 기술을 앞세우고 있다.FO-PLP(Fan-Out Panel Level Packaging) 기반 2.3D Cube-E와 HBM 통합형 2.5D Cube-S 등을 인공지능·고성능컴퓨팅(HPC)용 패키징 플랫폼으로 제시했다.
SK하이닉스는 HBM 패키징 기술 고도화와 생산능력 확대에 집중하고 있다.회사는 HBM4에 어드밴스드 MR-MUF 공정을 적용해 적층 안정성과 방열 성능을 높이고 있으며,차세대 HBM용 열관리 기술인 iHBM도 공개했다.iHBM은 HBM 패키지 내부에 냉각 요소를 적용해 열저항을 30% 낮추는 것을 목표로 하는 기술로,HBM5 등 차세대 제품에 적용될 예정이다.
생산 거점 투자도 이어지고 있다.삼성전자는 광주에 첨단 패키징 시설 건설을 검토 중인 것으로 알려졌다.SK하이닉스도 청주에 19조원을 투입해 신규 패키징·테스트 공장인 P&T7을 건설하고 있다.미국 인디애나주에는 38억7000만달러(약 5조8000억원) 규모의 차세대 HBM 첨단 패키징 생산 및 연구개발(R&D) 시설을 구축 중이다.
