홈   >   Cover Story 이 기사의 입력시간 : 2019-08-03 (토) 1:43:39
(주)프로텍
‘Thermal Stress’ 고민, ‘Laser Bonding’ 기술이 해답
2019-08  정리 : 박성호 기자 / reporter@sgmedia.co.kr
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국부적인 레이저 조사로 열적 폐해 최소                
‘LAB 공정 턴키솔루션 제공’, 고객만족도 높일 것

(주)프로텍이 thermal stress로 어려움을 겪고 있는 공정 및 업체를 돕기 위해 적극적으로 나서고 있다. 플립칩 본딩 차세대 기술로 여겨졌던 LAB(Laser assisted boding)을 현실화시키고, 안정화시킨 경험과 기술력을 토대로 업체들의 고민을 해소해 주고 있다. LAB 기술은 원하는 영역의 칩에만 레이저를 조사하는 방식이기 때문에 열에 민감한 칩/부품, 기판을 사용하는 공정에 최적합한 솔루션으로 여겨져 왔다. 많은 업체들이 기술 현실화를 목표로 뛰어들었지만 성공을 거두지 못하였다. 이 회사의 고윤성 상무는 “LAB 설비를 최초로 출시한 만큼 많은 시행착오를 경험한 후에야 비로소 안정화시킬 수 있었다. 이 자리를 빌려 함께 고생한 패키징 고객사에 감사를 전한다”면서, “Thermal stress에서 자유로운 LAB 기술의 응용 범주는 매우 넓다. 골머리를 썩고 있는 업체들의 숨통을 터주도록 기술지원을 아끼지 않을 계획”이다고 말했다.
 

(주)프로텍 / 고윤성 상무
시스템 통합화(System Integration)를 구축한 ‘LAB 공정 턴키솔루션 제공’으로 고객만족도를 한 단계 높일 방침이다. Thermal stress으로 고민하고 있는 공정 및 업체들의 갈증을 해소하는 솔루션을 제공하여 고객의 성장에 기여하도록 최선을 다할 생각이다.

지난해 차세대 플립칩 본딩설비인 LAB(Laser assisted boding) 머신을 발표했다. 간단한 기술소개 부탁한다.

A 일반적으로 플립칩 본딩 공정은 무연 납 혹은 Cu pillar라는 범프 구조를 컨벡션 리플로우에 통과시켜 이뤄진다. 그런데 리플로우 방식 구조상 기판과 플립칩이 동시에 열을 받으면서 원치 않은 문제가 자주 대두되었다. 기판도 열을 받으며 팽창하여 칩과 기판의 열팽창의 차이로 제대로 본딩되지 않고 범프 혹은 칩의 미세회로 층이 파손되는 현상이 나타났다. 수천 개가 넘는 범프 중 하나라도 파손되면 패키지 기능에 문제가 생길 수 있어서 리플로우를 통과하는 도중 범프가 파손되지 않도록 많은 노력을 기울여 왔다.
이러한 문제를 해결하기 위해 LAB(Laser Assisted Bonding) 기술이 연구되어 왔다. 일반적으로 리플로우를 통과하는 시간이 5~7분 정도인 것에 반해, 레이저 기술을 활용한 LAB는 한 영역당 1~2초의 아주 짧은 시간 동안 칩 부분에만 열을 가하여 본딩한다. 칩과 주변에만 높은 온도가 유지되고 그 밖에 영역에는 상대적으로 온도가 낮다. 열에 노출되는 시간이 짧고 부분적이니 칩과 범프에 발생하는 thermal stress도 상대적으로 낮다. 더불어, 기존 컨벡션 리플로우 설비에 비해 1/7 정도 작은 외형이며, N2 가스가 불필요하기 때문에 공간활용 측면에서도 매우 뛰어나다.
다년간 LAB 기술 연구&개발에 매진해 온 당사는 반도체 주요 고객사와의 긴밀한 협력을 통해 공정안정화를 이뤄냈고, 지난해 상반기 전용 모델인 ‘PLA-100’을 선보였으며, 하반기에 후속 버전업 모델인 ‘PLA-400’을 발표하였다. LAB 기술에 관심을 보였던 주요 반도체 업체들로부터 러브콜을 끊임없이 받고 있다.

최적의 적용 애플리케이션을 이야기해 달라.

A LAB 적용범위는 앞으로 더욱 넓어질 것으로 예상한다. 최신의 전자기기는 얇아지고 가벼워지는 반면에 성능은 나날이 좋아지고 있다. 전자기기의 경량화, 다기능화 진화에 맞추기 위해 기판과 칩도 역시 변화를 겪고 있다. 필름 타입의 서브스트레이트가 활용되고 있고, 고밀도 실장에 적합하도록 칩의 두께는 얇아지면서 접합 면적은 넓어지고 있다. 2.5D/3D 패키지의 적용비율이 높아지고 있다. 이들 최첨단 공정에서는 thermal stress를 많이 받고 있는데, 기존의 본딩/솔더링 방식으로 이를 해소하기가 쉽지 않다.
Laser Assisted Bonding은 이러한 고민을 해결해 줄 수 있는 차세대 플립칩 인터커넥션 기술이다. LAB는 Small die, Large Fine pitch, Thin substrate CuP/Solder bump joint에 유리할 뿐만 아니라 fcCSP, fcBGA, CoW Flip-chip bonding, fcSiP, PoP, 2.5D/3D, microLED 등 활용할 수 있는 애플리케이션이 매우 넓다.

LAB의 핵심기술은 무엇인가?
 
A LAB 설비는 기판 위에 플립칩을 올려놓고 칩 표면에 Laser를 조사한다. 이때 열에너지가 전달이 되고 솔더가 녹았다가 굳으면서 본딩이 된다. 핵심은 일반적인 레이저 빔을 면 빔으로 만들어 원하는 영역에만 똑같은(Homogenized) 양으로 레이저를 조사하는 기술이다. 이 기술은 광학 및 제어기술이 뒷받침되어야만 신뢰할 수 있는 안정적인 성능을 확보할 수 있다.
또한 최적화된 LAB의 레이저 프로파일 생성 기술도 중요하다. 오랜 기간의 현장 테스트와 여러 번의 시행착오를 거치면서 당사는 생산 제품에 맞는 최적화된 프로파일 생성 노하우를 습득하였다. 현장에서 쉽게 사용할 수 있도록 레이저 프로파일 프로그램을 내장시켜 두었다.

신규 모델 ‘PLA-400’ 출시를 언급했다. 신제품의 특장점을 설명해 달라.

A 내부 및 외형이 전면적으로 개선된 ‘PLA-400’의 큰 특징은 초기 버전 대비 ‘생산성 및 사용의 편의성 강화’이다. 플렉시블한 활용과 생산성 증대를 위해 레이저 빔 사이즈를 9×9mm ~ 86×86mm로 늘렸다. 초기 모델에 비해 2배 정도 커진 스펙이다. 4kW 고출력 레이저 소스를 채용해 확장된 빔 사이즈에도 안정적인 조사가 가능하도록 설계하였다.
PLA-400에는 LAB 공정에 필요한 모든 기능들이 집약되어 있다. 반도체 업체별 조금씩 다른 입맛들을 모두 아우를 수 있는 최상위 레벨로 프로그램을 설정해 두었다. 지난해 10월에 발표된 PLA-400은 올해 연초부터 납품하기 시작했는데, 최근 대만 지역의 반도체 업체에 판매하였고, 현재 몇몇 반도체 업체들과도 이야기를 나누고 있다.

SMT 영역에서 활용 가능한 애플리케이션이 있는가?

A 최근에는 SMT 공정에서도 기존 컨벡션 리플로우로 대응하지 못하는 영역이 조금씩 대두되고 있다. 고밀도 부품 집적에 따른 쇼트, 이종(異種) 부품의 서로 다른 융점, PCB 자체에 솔더링해야 하는 물종 등 기존 방식으로 해결하기 어려운 공정에서 LAB는 최상의 솔루션이라고 생각한다. 아울러, 100미크론 이하 사이즈의 솔더볼이 장착된 공정에서는 더욱 큰 빛을 발할 것이다.
당사는 thermal stress에 민감한 SMT 공정과 반도체 후공정에 겨냥해 전용 ‘PLA 시리즈’를 출시해 어려움을 해소시켜드릴 계획이다.

향후 마스터플랜을 말해 달라.

A 시스템 통합화(System Integration)를 구축한 ‘LAB 공정 턴키솔루션 제공’으로 고객만족도를 한 단계 높일 방침이다. ‘스크린프린터 + 마이크로 솔더볼 어테치 + LAB’ 풀라인화를 제안하고 있다. LAB 턴키솔루션은 현재 전세계적으로 오직 프로텍에서만 제공하고 있다. 해당 시스템에 대한 기술소개를 다방면으로 진행하고 있는데, PCB 제작업체와 전장 업종에서도 큰 관심을 보이고 있다. Thermal stress에 고민하고 있는 공정 및 업체들의 갈증을 해소하는 솔루션을 제공하여 고객의 성장에 기여하도록 최선을 다할 생각이다.  

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