“패키징은 하나의 전공이 없다. 반도체 패키징에는 전자·기계·소재·화학 모든 것이 섞여 있다”

강사윤 한국마이크로전자 및 패키징학회 학회장은 EMC KOREA 2023에서 노동집약적이던 과거 패키징 산업이 기술집약적 산업으로 변모하며 다양한 산업기술이 결합된 패키징은 다양한 고객 요구와 제품 개발에 대응할 수 있는 첨단 기술로 떠올랐음을 시사했다.

반도체 패키징과 결합한 전자파 기술은 고집적·고속·고전력화되고 있는 첨단 디바이스의 전자파 적합성(EMC) 및 신호무결성(SI)·전력무결성(PI) 이슈 해결에 기여하고 있다. 특히나 소재·장비 부문과 반도체 후공정 측면에서 그 중요성이 점차 높아질 것으로 예상된다.

■ 전자파 차폐 공정 장비, 스퍼터링 대세·소재 개발도 활발
모바일 디바이스는 스마트폰의 등장으로 작은 단말기 안에 다양한 기능을 탑재하는 방향으로 점차 발전했다. 이에 따라 모바일용 반도체는 점차 고집적화됨과 동시에 데이터 전송의 고속화로 인해 반도체 패키징에서 전자파 차폐가 매우 중요한 요소 기술로 떠오르게 됐다.

반도체는 경량화된 모바일 폼펙터에 맞춰 얇고 밀도 높은 설계가 요구됐다. 이에 따라 전통적으로 사용되던 쉴드 캔(Shield Can) 방식의 전자파 차폐 솔루션은 모바일용에 적합하지 않게 됐다. 또한 쉴드 캔은 외부 부품 칩 간 간섭을 막는 데는 적합한 반면, 쉴드 캔 내부에서 일어나는 전자파 반사에 따른 EMI는 취약한 편이다.

현재는 스퍼터링(Sputtering)이라고 하는 진공 증착 방식이 주류로 자리잡으며 개별 칩에 대한 차폐로 경량화와 차폐 기능 구현을 도모하고 있다. 스퍼터링 방식은 저진공 상태에서 아르곤(Ar) 플라즈마를 이용해 코팅 재료를 충돌시켜 기판에 필름이 자라게 하는 기술이다.

높은 품질과 두께 균일도 면에서 장점을 가진 스퍼터링 기술은 현재 ASE와 앰코가 시장을 이끌고 있으며, 삼성전자와 SK하이닉스가 2016년 경부터 스프레이 방식을 발전시키기 위해 장비사인 프로텍 및 소재사인 엔트리움과 협업하고 있으나 여전히 스퍼터링 방식이 대세인 것으로 전해진다.

소재 면에서도 차폐 소재 성능 발전이 가속화되며 고주파뿐 아니라 저주파를 포함한 모든 주파수 대역의 전자파를 차폐하는 소재 기술과 전자파를 반사하는 것이 아닌 흡수해 2차 반사 피해를 줄이는 흡수 소재 개발도 활발하다.

엔트리움은 전체 주파수 대역의 소재 레벨 전자파 차폐 제품을 공급하고 있으며, 반도체의 선택 영역 정밀 차폐 기술, 반도체 측면 차폐 특성 보강 등 차세대 전자파 차폐 맞춤형 기술 솔루션을 제공하고 있다.

국내 장비사 가운데는 제너셈과 씨앤아이테크놀로지가 EMI 차폐 장비를 개발해 해외 고객사 등에 공급하고 있는 것으로 알려져 있다. 한미반도체는 EMI 차폐 공정의 전후 공정에 사용되는 EMI 차폐 공정 필수 장비를 시장에 공급하고 있으며, EMI 차폐 공정 장비 시장에서 세계 점유율 1위를 기록한 적도 있으나 최근 1위 자리는 제너셈 차지한 것으로 전해진다.

■ 고집적·고속·고전력화, EMI 해결과제多
고집적·고속·고전력화되고 있는 모바일과 전동화되고 있는 자동차 시장 및 다가올 5G 환경이 촉발시킬 전자파 이슈들로 인해 EMI·EMC 기술은 다양한 영역에서 쓰임을 받고 있다.

김종훈 이엠씨닥터스 대표 겸 한국전자파학회 EMC기술연구회 위원장은 “EMI·EMC서 빠르게 니즈가 증가하고 있는 산업은 자동차 부문이다”며 “특히 자동차에 전장 부품이 많이 탑재되면서 기능안전이 일반 가전제품과는 차원이 다르기 때문에 고신뢰성 요구에 맞춰 EMI·EMC는 더욱 중요해질 것이다”라고 말했다.

자동차에 탑재되는 반도체 수는 전기차의 경우 1,000개가량의 차량용 반도체가 사용되고 자율주행차는 2,000개 이상이 사용되는 것으로 추정된다. 노근창 현대차증권 리서치센터장은 “스마트폰에 AP가 1개 들어간다면 자동차는 10개가 들어간다고 보면 된다”고 말했다.

EMI·EMC 솔루션은 내부 전장품의 오작동 및 성능저하, 안전사고를 예방하고 기능 안전을 유지하기 위한 필수 기술 요소로 부각되며 향후 수요 증가가 예상된다. 특히 테슬라는 자사 제품의 전기전자 아키텍처를 12볼트(V)에서 48V로의 전환을 밝히며 고전력화되는 전장부품에서 EMI 해결과제가 새롭게 떠오르고 있다.

통신환경 면에선 모바일에 탑재되는 무선 주파수 대역이 많아지는 동향이 문제가 되고 있다. 심환우 삼성전자 수석은 EMC KOREA 2023에서 “최근 사용하는 RF 밴드가 많아지고 이러한 밴드 수의 증가는 곧 RF쪽에 들어가는 부품 수의 증가로 이어진다”며 디바이스 소형화 추세로 칩 면적은 축소되고 RF 부분은 커지게 되면서 간섭 현상이 많이 발생하게 된다고 설명했다.

더불어 28GHz 등 밀리미터파(mmWAVE) 고주파수의 5G 통신환경이 도래하게 되면 기존의 전자파 차폐 방식으론 고주파에 의한 2차 반사 피해를 막기 어려울 것으로 예상된다.

이상복 한국재료연구원 책임연구원은 “기존 3G·4G에서는 사용되는 전자파 차폐 기술은 금속과 인조흑연 같은 전도성 소재 사용으로 전자파의 반사·2차 반사를 발생시키며 내부간섭 및 오작동 문제를 일으키게 된다”며 자성소재를 이용한 전자파 흡수가 관건이라고 말한 바 있다.