웨어러블 디바이스, 스마트카드, 메디컬 디바이스, 지능형 자동차 등에 적용 가능
한국기계연구원 첨단생산장비연구본부 송준엽 본부장 연구팀과 하나마이크론(주) 김동현 연구소장팀은 공동으로 자유롭게 구부리거나 휠 수 있고 패키지 사이즈를 획기적으로 줄일 수 있는 3차원 플렉서블 반도체 패키징 기술을 개발했다.
최근 웨어러블기기는 편안한 착용감, 아름다운 곡면 형상, 저전력, 높은 성능 등이 요구되고 있다. 이를 구현하기 위해선 반도체 패키지도 자유로운 구부림, 박막, 고집적화가 가능해야 한다.
기존 패키징 기술은 단단한 솔더범프를 사용해 플렉서블 패키지에 적용하기 어려웠다. 뿐만 아니라 반도체 소자를 유연하게 만들기 위해 두껍고 딱딱한 반도체 웨이퍼를 20~30 마이크로미터 두께로 매우 얇게 가공한 후 플렉서블 연성기판에 순차적으로 적층해야 해 파손되기 쉬웠다.
이번에 개발된 3차원 플렉서블 반도체 패키징 기술은 이러한 문제점을 획기적으로 개선한 차세대 기술이다. 반도체 소자를 여러 층으로 적층해도 구부려지고, 접촉을 유지할 수 있으며 유연한 기계적 특성을 갖는다.
2층으로 적층된 3차원 플렉서블 반도체 패키지는 굽힘 반경 10 밀리미터로 굽혔다 폈다를 10,000번 반복해도 전기적 특성 변화 없이 성능을 유지한다.
해외 시장조사기관에 따르면, 글로벌 웨어러블디바이스 시장 규모가 연평균 15%씩 성장해 2022년 약 510억 달러에 이르고, 스마트카드 출하량도 2017년 38억 개에서 2020년까지 약 46~47억 개 수준으로 증가할 것으로 전망된다.
송준엽 본부장은 “새로 개발된 3차원 플렉서블 반도체 패키징 기술은 미국과 유럽 등에서 컨소시엄을 구성해 개발하고 있는 것보다 앞선 세계 최고 수준의 기술”이라며 “웨어러블 디바이스, 스마트카드, 메디컬 디바이스 등 실리콘 웨이퍼 기반 디바이스 시장이 고속 성장해 기술 활용처가 더욱 확대될 것으로 기대된다”고 말했다.
한편, 이번 공동개발은 산업통상자원부 산업핵심기술개발사업의 지원을 받아 추진됐다.