반도체 기술 탐구: MR-MUF (몰디드 언더필) 기술 개발(feat. by 헨켈)

1. 헨켈(Henkel)의 기술 개발 동향

 

헨켈이 어드밴스드 언더필 솔루션을 MUF로도 확장하고 있다고 밝혔다. 지난해 리퀴드 몰딩 제품 'LCM1000AF'를 출시했고, 현재는 LCM(가칭) 1~3도 개발 중이다.

심규창 헨켈 접착테크놀러지스 기술지원팀장은 지난 12일 서울 코엑스에서 《디일렉》 주최로 열린 '2023 어드밴스드 반도체 패키지 혁신 공정 콘퍼런스'에서 헨켈이 어드밴스드 언더필 기술 가운데 '몰디드 언더필'(MUF:Molded Underfill)도 개발하고 있다고 밝혔다. 

 

언더필은 플립칩 같이 범프를 이용한 연결에서 기판과 칩, 또는 칩과 칩 사이를 채우는 재료를 말한다. 언더필은 범프를 이용한 본딩 후에 범프 사이를 채우는 공정(Post Filling)과, 본딩 전에 언더필 재료를 접합부에 미리 붙이는 공정(Pre-Application)으로 나뉜다.

본딩 후 범프 사이를 채우는 공정은 채우는 방법에 따라 다시 '캐필러리 언더필'(CUF:Capillary Underfill)과, '몰디드 언더필'(MUF:Molded Underfill)로 분류된다. CUF는 캐필러리로 칩 옆에서 언더필 재료를 분사해서 언더필 재료가 칩과 기판 사이를 표면장력으로 채운다. MUF는 몰딩에 사용되는 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC) 재료가 언더필 기능도 함께 해서 공정을 단순화한다. 

 

CUF: Capillary Underfill

 

MUF: Molded Underfill

심규창 팀장은 "MUF 타입 '리퀴드 콤프레션 몰드'(LCM:Liquid Compression Mold)를 새롭게 개발하고 있다"며 "현재 헨켈은 리퀴드 몰딩 재료를 크게 3가지 방향으로 개발하고 있다"고 설명했다. 우선 '팬아웃웨이퍼레벨패키지'(FOWLP)는 LCM과, 프린팅 공정 형태로 개발 중이다. 팬인웨이퍼레벨칩스케일패키지(WLCSP)는 5-사이드 프로텍션용, 그리고 칩온웨이퍼(CoW)와 2.5D 등 적층된 다이에 필요한 오버몰드 LCM과, 갭필LCM(MUF)를 개발하고 있다.

리퀴드 몰딩 포트폴리오에 대해 심 팀장은 "LCM1000AF는 지난해 FOWLP용으로 출시했다"고 밝혔다. 그는 "LCM1000AG는 패터닝이 가능하도록 개발 중이고, EN8000AJ는 FOWLP의 프린팅 버전으로, 프린터블 인캡으로 개발하고 있다"고 말했다. 이어 "LCM1~3 제품은 MUF 타입 LCM으로 필러 크기와 로딩 등 타깃에 맞춰 개발하고 있다"며 "아직 출시하지 않았기 때문에 LCM1~3으로 부르고 있다"고 설명했다.

헨켈은 LCM 외에도 '포스트 어플라이드'(Post Applied) 언더필인 캐필러리 언더필과, '프리 어플라이드'(Pre-Applied) 언더필로 분류되는 TC(Thermal Cycling) NCP(Non-Conductive Paste)와 TC NCF(Non-Conductive Film) 등 언더필 솔루션을 보유하고 있다.

 

본딩 전에 언더필 재료를 적용하는 것은 칩 단위, 그리고 웨이퍼 단위로 하는 경우로 나뉜다. 칩 단위로 하는 경우는 페이스트(NCP:Non-Conductive Paste)로 접합부를 채워 놓느냐, 필름(NCF:Non-Conductive Film)으로 채워 놓느냐에 따라 공정과 재료가 달라진다. 웨이퍼 단위로 언더필 재료를 미리 적용할 때는 주로 필름 타입(NCF)을 사용한다. 언더필 재료는 플립칩, TSV(Through Si Via)를 이용한 칩 적층 등에서 접합부 신뢰성 확보를 위한 핵심 재료여서 충진성과 계면 접착력, 열팽창 계수, 열전도도, 내열성 등 조건을 만족해야 한다.

 

심 팀장은 "캐필러리 언더필은 현재 시장에서 대부분 플립칩 애플리케이션에 사용 중"이라며 "TC 본딩을 사용하는 TC NCP와 TC NCF에 비해, 캐필러리 언더필은 인라인 리플로(Reflow) 프로세스를 사용하기 때문에 상대적으로 생산성이 높다"고 밝혔다. 리플로는 반도체 패키지나 모듈에 열을 가하고, 이 열로 솔더가 녹아서 솔더볼 등이 패키지에 붙거나, 반도체 패키지를 포함한 여러 부품이 기판에 접합되도록 하는 공정을 말한다.

심 팀장은 "캐필러리 언더필은 시장에서 장기 검증된 솔루션"이라며 "상대적으로 TC NCP나 TC NCF는 리플로 프로세스가 아니라 프리 어플라이드 방식의 TC 본딩을 이용하기 때문에, 최근 많이 요구되는 까다로운 KOZ(Keep Out Zone) 제어나, 고집적 패키지 구조에서 선호되고 있다"고 밝혔다. 이어 "하지만 프리 어플라이드여서 잠재적으로 패드와 범프 사이 필러 인트랩먼트 가능성 등의 단점이 있다"고 덧붙였다.

 

2. Henkel에 대한 개요 및 관련된 잡설

 

헨켈에 대해 잘 모르는 사람들이 많겠지만, 사실 접착제 분야에서 전세계에서 가장 유명한 회사이다. 독일에 기반을 두고 있으며, 1876년에 설립된 역사가 오래된 회사이다. 한국 사람들에게 쌍둥이표 부억칼로 유명한 헹켈(Henckel)과는 다른 회사이다. 헨켈 회사에 대한 자세한 설명은 다른 글에서 다루도록 하겠다.

 

접착제 회사 헨켈

 

부억칼로 유명한 헹켈

 

어쨌든, 헨켈은 접착제 분야의 글로벌 기업이고, 한국에서는 여러회사를 인수하는 과정에서 한국 록타이트, 홍성화학, 럭키 실리콘 등을 합병하여 제법 규모가 크게 성장하였다.

 

록타이트: 과거에는 회사였지만, 지금은 헨켈의 제품 브랜드

헨켈의 2022년 회계연도 글로벌 출은 약 32조원이고, 한국 매출만 4,700억원에 달하는 거대 기업이다.

 

하지만, 한국에서의 위상은 한국의 제조업 규모를 감안했을 때는 그렇게 인상적인 수준은 아니다. 물론 접착제라는 제품 자체가 제품에서 차지하는 원가가 높지 않은 품목이라서 그렇기는 하지만, 더 근본적인 이유는 반도체나 디스플레이와 같은 고부가 소재를 사용하는 산업에서의 헨켈 제품의 채용율이 그렇게 높지 않기 때문이다.

 

물론 한국에서의 매출 4,700억원이 적은 규모의 매출은 아니지만, 매출을 구성하는 주된 품목이 자동차 산업 및 건설용 등의 접착제로 반도체 및 디스플레이와 같은 상대적으로 고부가 접착제 제품이 아니기 떄문이다.

 

그 이유는 반도체와 디스플레이와 같은 첨단 제조업에서 요구되는 접착제는 '공정 소재'로써, 제조 공정에서 사용되는 설비와 공정 조건에 따라 물성이 최적화 되어야 한다. 어떤 공정 소재든 기본적으로 가진 물성이 있는데, 그 물성을 그대로 사용하는 경우도 있지만, 대량으로 이를 사용하는 고객에 납품을 위해서는 소재의 조성과 성형 조건을 조절에서 고객사의 공정에서 요구되는 물성에 맞춰야 한다.

 

헨켈의 접착제 제품은 기본 소재의 물성 자체는 우수하지만, 삼성이나 LG와 같은 고객사에서 요구하는 물성을 맞추기 위한 '최적화'를 지원할만한 테크센터 역량이 부족하기 때문이다. 역량의 부족은 '기술적 역량' 보다는 '대응력'으로 표현하는 것이 더 적합하다. 

 

이러한 최적화는 대개 헨켈과 같은 소재 제조사의 application engineer들이 수행해야 하는데, 헨켈은 이러한 엔지니어들이 모두 독일이나 미국에 있기 때문에 시차도 있고, 그들은 한국의 엔지니어들처럼 삼성이나 LG의 요구에 밤새서 샘플을 만들어주는 '대응력'을 보여주지는 않기 때문이다. 

 

그럼 헨켈말고 누가 잘하느냐? 일본계 업체들이 잘한다. 접착제 및 접착 필름에서는 Hitachi chemical, Showa Denko(현 레조낙), Namics 같은 업체들이 잘하는 업체들이다.

 

 

 

 

 

 

물론 '대응력' 자체는 한국 엔지니어들이 가장 뛰어나다(이를 악용하는 갑질 고객사에 대한 분노는 잠시 접어두기로 하자). 일본계 업체들은 일단 지리적으로 가깝기 때문에, application engineer들을 미국이나 유럽에 보유한 업체들보다는 훨씬 유리했다. 더군다나, 일찍부터 반도체 산업의 소재 및 장비 공급사 역할을 해왔기 때문에 한국 고객사들의 특성을 잘 이해하고, 한국에서 요구되는 신속한 '대응력'을 확보하기 위해 Tech center도 고객사와 가까운 곳에 설치하고, 대응력 우수한 한국 엔지니어들을 다수 영입하여 '최적화'를 지원해 왔다.

 

그렇기 때문에 반도체 및 디스플레이 관련 소재 관련해서는 기본 소재 기술이 훨씬 우수함에도 불구하고, 유럽이나 미국 업체들이 일본계 업체에게 밀려왔던 것이다. 헨켈도 이러한 사실을 10여년전부터 깨닫고(빨리도..) Tech center를 구성하는 등의 노력을 기울여 왔지만, 여전히 부족한 것으로 보인다.

 

지난 번 화이트리스트 삭제 사건 때문에 그간 일본 소재 업체에 의존해 왔던 기류에서 국내 소부장 업체들과의 협력 강화 및 유럽계 업체들로의 벤더 다변화가 이루어져서 그나마 유럽 업체들의 입지가 많이 올라간 상태이다. 앞으로 우리나라의 첨단 사업의 경쟁력 및 소재 공급선 안정화를 위해서는 지나친 일본 업체들에 대한 의존 경향 개선도 필요하지만, 유럽 업체들의 분발도 더욱 필요해 보인다. 

 

물론 우리나라 소부장 업체들이 더 잘한다면, 더할나위 없이 좋은 일이다.

 

 

출처: 디일렉, 위키피디아, 각사 홈페이지

 

뜨리스땅 

 

 

https://tristanchoi.tistory.com/458

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