생기원에서 개발한 에폭시 수지 제조기술을 이전받아 삼화페인트공업에서 제작한 에폭시 수지 시제품.[한국생산기술연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 반도체 제조공정의 마지막 단계인 패키징 공정에 사용되는 대일 의존도가 약 87%에 달하는 외산 소재가 사용된다. 국내 연구진이 이 같은 에폭시 소재 수입을 완전 대체할 수 있는 국산 원천기술을 개발했다.

한국생산기술연구원은 전현애 박사 연구팀이 새로운 에폭시 수지 제조 원천기술을 개발하고, 이를 이용해 일본산 제품보다 열팽창 성능이 우수한 에폭시 밀봉재를 제작해 국산화에 성공했다고 16일 밝혔다.

일반적으로 대다수의 소재들은 온도 상승에 따라 부피 변화가 동반되며 그 변화값을 ‘열팽창계수’라고 하는데, 반도체 패키징에서는 에폭시 수지의 열팽창계수를 줄이는 것이 공정의 신뢰성과 용이성을 크게 좌우한다.

일본산 상용 에폭시는 반도체 칩보다 훨씬 높은 열팽창계수를 지녀 패키징 과정에서 부품 전체가 휘는 불량 문제를 종종 일으켜왔다.

최근 반도체가 점차 대면적화되면서 휨 현상이 심각해짐에 따라 기존보다 더 낮은 열팽창계수를 가진 에폭시 밀봉재 개발이 중요해졌다.

전현애 박사 연구팀은 10년의 연구개발 기간을 거쳐 새로운 화학 구조의 에폭시 수지를 독자적으로 설계·합성하고, 이를 기반으로 세계 최고 수준의 저(低)열팽창특성을 갖는 에폭시 소재 기술을 구현해냈다.

지금까지 에폭시 소재 기술은 구성성분의 대다수를 차지했던 보충재(실리카)의 함량을 높여 열팽창계수를 낮추는데 초점이 맞춰졌으나, 점도가 지나치게 높아져 공정 용이성이 떨어지는 한계가 있었다.

연구팀은 에폭시 수지 자체의 구조 변화만을 통해 소재의 공정 용이성을 그대로 유지하면서 열팽창계수를 반도체 칩과 거의 유사한 ‘3ppm/℃’ 수준까지 조절했다는 점에서 차별화된다.

이 기술은 반도체 패키징에 사용되는 모든 형태의 에폭시 소재 제조에 활용할 수 있으며, 대량 합성도 용이하다는 장점이 있다.

또한 이를 활용한 에폭시 밀봉재의 경우, 일본산 제품의 한계였던 12인치 이상의 대면적 패키징이 가능해 향후 인공지능, 자율주행차 등에 필요한 고성능 반도체 제작에 폭넓게 적용될 것으로 예상된다.

전현애 박사가 개발한 에폭시 수지를 들어보이고 있다. [한국생산기술연구원 제공]

연구팀은 삼화페인트공업에 기술을 이전했으며, 이 회사는 현재 신규 에폭시 수지 4종의 양산을 안정화하여 고순도·고수율의 톤(ton) 단위 생산시스템을 구축했다.

전현애 박사는 “생기원 대표기술 ‘키-테크(Key-Tech)’ 성과 중 하나로 일본기업의 영향이 절대적인 반도체 소재 분야에서 기술 우위를 뒤바꿀 수 있는 독보적인 원천기술”이라며 “앞으로 양산된 제품이 시장에 성공적으로 출시·정착될 수 있도록 밀착 지원할 것”이라고 말했다.

한편 ‘키-테크(Key-Tech)’란 국가 R&D혁신을 주도하고 소·부·장 독립을 뒷받침할 수 있는 생기원 대표기술로, 뿌리산업 등 전통 제조업의 공정개선부터 4차 산업혁명 기반의 차세대 생산시스템까지 다양한 분야의 143개 기술들로 구성돼 있다.

nbgkoo@heraldcorp.com