LG이노텍,고성능 반도체 패키징 기술 '유리기판 FC-BGA'

FC-BGA(Flip Chip-Ball Grid Array)는 고성능 반도체 칩과 메인 기판을 연결하는 고집적 패키지 기판으로, 칩을 뒤집어 기판에 부착하는 플립칩 방식을 채택합니다. 이러한 구조는 전기 신호의 손실을 줄이고, 열전도성을 높이며, 입출력 단자의 수를 늘려 반도체 칩의 성능과 신뢰성을 향상합니다. 특히 CPU, GPU, NPU 등 고사양 칩에 주로 사용되며, 서버, 자동차, 게임 콘솔 등 다양한 분야에서 활용됩니다.

[FC-BGA의 모습]사진 제공=LG이노텍

FC-BGA에 필요한 기술:

FC-BGA의 제조에는 고도의 기술이 요구됩니다. 16층 이상의 고다층 빌드업 공법과 10μm 미만의 초미세 회로 형성, 130μm 이하의 솔더범프 형성, 50x50mm 이상의 대면적 기판 제조 공법 등이 핵심 기술로 꼽힙니다. 이러한 기술들은 고성능 반도체 칩의 요구 사항을 충족시키기 위해 필수적입니다.

유리기판 FC-BGA에 필요한 기술:

유리기판을 활용한 FC-BGA 제조에는 기존의 유기 소재 대신 유리 코어층을 적용하는 기술이 필요합니다. 유리는 기존 소재보다 단단하여 세밀한 회로 형성이 가능하며, 열과 전기적 특성이 우수합니다. 그러나 유리의 특성상 가공이 어려워 Through Glass Via(TGV) 기술 등 정밀한 가공 기술이 요구됩니다.

FC-BGA에서 유리 기판을 사용하는 기술:

유리 기판을 FC-BGA에 적용하기 위해서는 유리의 높은 강도와 우수한 전기적 특성을 활용하는 동시에, 가공의 어려움을 극복해야 합니다. 이를 위해 TGV 기술이 사용되며, 이는 유리 기판에 미세한 구멍을 뚫어 전기적 연결을 가능하게 합니다. 또한, 유리의 열팽창 계수가 낮아 열 변형을 최소화할 수 있어 고온 환경에서도 안정적인 성능을 제공합니다.

FC-BGA에서 유리 기판 사용 시의 장점:

유리 기판을 사용하면 기존의 유기 소재 대비 여러 가지 장점이 있습니다. 첫째, 유리의 높은 강도는 기판의 두께를 줄이면서도 기계적 안정성을 확보할 수 있게 합니다. 둘째, 유리의 우수한 전기적 특성은 신호 전송의 손실을 최소화하여 고속 신호 처리에 유리합니다. 셋째, 유리의 낮은 열팽창 계수는 열 변형을 줄여 고온 환경에서도 안정적인 성능을 유지하게 합니다.

FC-BGA 응용 분야:

FC-BGA는 고성능 반도체 칩의 패키징에 주로 사용되며, 서버의 CPU, GPU, NPU 등에서 핵심적인 역할을 합니다. 또한, 자동차의 센서, 엔진, 제어장치 등에도 적용되어 전기 신호의 손실을 줄이고 열전도성을 높여 반도체 칩의 성능과 신뢰성을 향상시킵니다.

유리기판 FC-BGA 국내외 개발 현황:

국내외 소부장(소재·부품·장비) 업체들은 유리기판 시장 선점을 위해 활발히 움직이고 있습니다. 국내에서는 필옵틱스가 TGV 및 유리 절단 장비를, 에스이에이가 습식 장비를 개발해 고객사에 공급하고 있습니다. 켐트로닉스는 레이저와 식각 기술을, 하나기술은 초박막유리(UTG) 가공 장비 개발에 주력하고 있습니다. 해외에서는 코닝이 저열 팽창 유리 소재를, 쇼트가 대면적 초박형 유리를 선보였습니다.

유리기판 FC-BGA 시장 전망과 시장 규모:

FC-BGA 시장은 전기차, 자율주행차, 커넥티드카 등의 발전에 따라 급성장하고 있으며, 2025년에는 120억 달러까지 성장할 것으로 예상됩니다. 또한, 후지키메라연구소에 따르면 글로벌 FC-BGA 시장 규모는 2022년 80억 달러에서 2030년 164억 달러로 커질 전망입니다.

이러한 시장 성장에 대응하여 국내 기업들도 적극적으로 FC-BGA 및 유리기판 사업에 참여하고 있습니다. LG이노텍은 구미4공장을 통해 FC-BGA 양산을 시작했으며, 삼성전기는 베트남 신공장을 가동할 예정입니다. 이러한 투자와 기술 개발을 통해 국내 기업들은 글로벌 FC-BGA 시장에서의 경쟁력을 강화하고 있습니다.

종합적으로, 유리기판을 활용한 FC-BGA 기술은 고성능 반도체 패키징의 핵심으로 부상하고 있으며, 관련 기술 개발과 시장 확대가 지속적으로 이루어질 것으로 전망됩니다.

FC-BGA 시장 규모 (사진출처:프리스마크)