프린솔, 플럭스 리스 솔더볼 어태치 시스템 개발...반도체 공정 혁신 선도

반도체 솔더 접합 공정에서 플럭스(Flux)를 사용하지 않는 공정 기술을 국내 기업이 선보였다. 시스템이 보급되면 플랜트 단위 면적을 줄이고 원가 절감, 친환경 경영에도 큰 도움을 줄 전망이다.

프린솔(대표 정관식)은 최근 서울 로얄 호텔에서 'Flux-less BGA solder Ball 접합 시스템' 론칭 행사를 개최했다. 행사에서는 플라즈마 산화막 제거 장비 'PHARUS', 레이저 접합 장비 'HELIOS', 플러스 리스(Flux-less) BGA(Ball Grid Array) 레이저 솔더볼 접합 장비 'TRIUMPH' 솔루션이 소개됐다.

플럭스 리스(Flux-less)가 적용된 시스템은 반도체 패키징 공정의 새로운 패러다임을 제시하는 기술이다. 이 시스템은 기존 공정에 필수 요소인 플럭스를 제거하고, 플라즈마 및 레이저 기술을 활용해 효율성과 신뢰성을 높였다. 해당 기술을 통해 원가 절감과 친환경 공정 구축에도 기여할 것이라는 게 회사측 설명이다.

행사에는 김현호 한국실장협회 회장이 국내에서도 다양한 기술을 개발해 시장을 선도하고 성장을 바라는 축사를 전했다. 또한 인텔코리아, 엔비디아코리아 등 고객사·반도체 패키징 외주 기업·파트너사 40여명이 참석했다.

발표를 맡은 정관식 대표는 플럭스를 사용하지 않고 솔더볼을 부착하는 기술 혁신을 강조했다. 기존 BGA 공정은 플럭스를 이용한 접합 후, 리플로우 공정과 플럭스 잔여물 제거를 위한 세정 공정을 거친다. 플럭스 사용은 잔여물로 인한 이온 마이그레이션 및 신뢰성 저하 문제를 유발한다. 플럭스는 D램을 접합하고 전기적으로 연결할 때 산화막이 접합 품질을 떨어트릴 수 있는데 이를 제거하는 물질이다.

플럭스 리스 시스템은 플라즈마 산화막 제거 기술과 레이저 리플로우 기술을 결합했다. 플라즈마 장비는 대기압 상태에서 아르곤(Ar)과 수소(H₂) 혼합 가스를 이용해 산화막을 효과적으로 제거한다.

기존의 진공 플라즈마 방식과 달리 대면적 처리가 가능하며, 수소 농도를 4%로 낮춰 폭발 위험성을 최소화했다. 레이저 리플로우 공정은 1070nm 파장의 파이버 레이저를 사용해 솔더볼을 접합한다. 이 방식은 기존 매스 리플로우보다 에너지 소비가 적고, 열 충격에 민감한 반도체 칩의 변형을 최소화하는 장점이 있다.

프린솔은 리퀴드 바인더(Liquid Binder) 기술을 도입해 솔더볼을 안정적으로 고정하는 방법을 제시했다. 이 바인더는 열에 의해 완전히 기화되며 잔여물이 남지 않아 추가 세정 공정이 필요 없다. 이로써 플럭스 및 세정 공정을 제거한 올인원 시스템이 완성됐다.

정 대표는 이번 시스템이 생산성과 원가에서도 뛰어난 효율성을 보인다고 설명했다. 기존 대비 공정 면적을 73% 절감하고, 에너지 소비는 90%, 질소 가스 사용량은 80% 감소한다고 밝혔다. 특히 플럭스 사용이 전혀 없어 폐수 처리 비용이 들지 않는다. 플럭스 및 볼 툴 제작 비용 역시 대폭 절감돼 연간 수백만 달러에 이르는 상당한 비용 절감 효과를 제공할 것으로 내다봤다.

프린솔은 이번 플럭스 리스 기술을 BGA 솔더볼 어태치뿐만 아니라, 웨이퍼 레벨 패키징(WLP), 프리칩 본딩(Pre-chip bonding), 마이크로 볼 어태치(Micro ball attach) 등 다양한 반도체 공정에 적용할 계획이다. 특히 HBM(High Bandwidth Memory)과 같은 차세대 메모리 패키징 공정에도 유효한 솔루션이 될 것으로 기대된다.

정관식 프린솔 대표는 “플럭스 리스 기술은 반도체 패키징 공정의 친환경화와 효율성 극대화라는 두 마리 토끼를 잡는 기술”이라며 “앞으로 글로벌 반도체 기업들과 협력해 시장 확대에 나설 계획”이라고 말했다.

이 기술은 이미 타이베이 IMAPS(국제 마이크로일렉트로닉스 패키징 학회), 부산 ISMP(국제 반도체 패키징 심포지엄), 싱가포르 EPTC(전자 패키징 기술 컨퍼런스)에서 발표돼 업계의 큰 관심을 받은 바 있다. 프린솔은 추가적인 특허 출원을 통해 기술 보호에 나서는 한편, 글로벌 시장 진출을 위한 파트너십도 확대할 계획이다.

한편, 프린솔은 코엠에스에서 지분투자해 설립한 법인이다. 프린솔은 기술공정 콘셉트를 바탕으로 코엠에스의 자동화 기술을 통해 기계설계·설비제작·설비프로그램 등을 완성했다.

김정희 기자 jhakim@etnews.com