트랜지스터 스케일링이 물리적 한계에 부딪히자, 패키징이 주전장이 되었다
지난 수십 년간 반도체 성능 향상은 주로 트랜지스터 크기의 지속적인 축소에 의존해 왔다. 하지만 AI 가속기 시대에 이르러 단순한 스케일링만으로는 대역폭과 전력 소비 요구를 충족할 수 없게 되었으며, 업계의 무게 중심은 조용히 "적층"으로 이동했다—첨단 패키징을 통해 더 많은 칩과 더 높은 상호연결 밀도를 동일한 패키지 내에 집적하는 방식이다. 군지 컨설팅에 따르면, 글로벌 반도체 첨단 패키징 시장은 2026년에 587억 달러에 달할 것으로 예상되며 전년 대비 97% 성장하고, 공급 부족 상황은 2027년까지 지속될 것이라고 한다.
이러한 추세 속에서, 코팅과 패키징 소재는 무대 뒤에서 전면으로 나서게 되었다. 웨이퍼 레벨 패키징의 컨포멀 보호, 유리 기판의 금속화, 유기 인터포저의 재배선층(RDL) 어느 것이든, 소재의 매번 세대 교체는 AI 칩의 수율, 대역폭 및 장기 신뢰성을 직접적으로 결정한다.
Qnity의 두 가지 첨단 패키징 소재: 유리 기판을 겨냥하다
2026년 도쿄 JPCA Show(6월 10일~12일)에서 Qnity Electronics는 차세대 반도체 패키징을 위한 두 가지 첨단 소재를 출시했다: Intervia 8540HSP 다기능 구리와 Cyclotene DF6800M 드라이 필름 광이미징 유전체 소재이다.
Intervia 8540HSP 구리는 AI GPU 및 기타 고성능 장치의 마이크로 범프와 구리 재배선층(Cu-RDL) 적용을 위해 특별히 개발되었다. Qnity에 따르면, 이 소재는 고순도 구리 증착, 우수한 인칩 균일성 및 엄격한 표면 변화 제어를 제공하여 미세 피치 상호연결 형성을 지원하고 제조 일관성을 개선한다. Cyclotene DF6800M 드라이 필름 유전체 소재는 유리 코어 기판 및 유리 인터포저에 최적화되어 있으며, 미세 피처 패터닝, 패터닝 표면 평탄화 및 첨단 패키징에 필요한 다층 적층 공정을 지원한다.
두 제품의 의의는 다음과 같다: 반도체 아키텍처가 축소에서 적층으로 전환됨에 따라, 유리 기판은 치수 안정성과 더 높은 상호연결 밀도 능력 때문에 인텔, 삼성, TSMC 등에 의해 대형 AI 패키징에서 기존 유기 기판의 장기적인 후계자로 여겨지고 있다. 유리 인터포저에 최적화된 소재는 바로 이러한 산업적 판단에 부응하는 선제적 배치이다.
니콘 PAP: 광반응 약제로 유리 기판 도금을 단순화
첨단 패키징의 유리 기판에 대한 수요가 지속적으로 상승하고 있지만, 유리 자체는 절연체라 직접 도금할 수 없으며, 표면이 너무 매끄러워 도금층 결합력을 보장하기 어렵다. 기존 방식은 진공 스퍼터링으로 박막을 증착한 후 도금하거나(장비가 고가임), 표면을 에칭하여 조면화하는(고주파 전기적 특성을 악화시킴) 방법이었다.
니콘이 JPCA Show 2026에서 전시한 PAP(Photo Assist Patterning, 광보조 패터닝) 광반응형 표면 처리 약제는 제3의 길을 제시한다: 약제를 기판 전면에 도포하고, 도금이 필요한 영역만 광노출하며, 광을 받은 영역이 도금 촉매 매질을 흡착하여 선택적 국부 도금을 구현한다. 니콘에 따르면, PAP 코팅 두께는 10나노미터 이내로 제어 가능하여 기판의 기존 표면 평탄도를 훼손하지 않으며, 자체 절연 특성을 지니기 때문에 후속 박리 공정이 불필요하여 한 가지 핵심 공정을 생략할 수 있다.
이 공정의 가치는 공정 단순화에 그치지 않고, 유리 기판의 고주파 전기적 특성을 유지한다는 점에 있다—이는 바로 AI 서버 칩 패키징이 ABF 유기 기판에서 유리 기판으로 전환하는 핵심 동인이다: 칩 간 전송 속도와 연산 밀도를 대폭 향상시키기 때문이다.
컨포멀 코팅: 바이오 기반 및 자가 치유의 친환경 도약
칩 패키징 보호 공정에서, 컨포멀 코팅(conformal coating)은 소재 혁신을 통해 성능과 환경 보호의 이중 돌파를 실현하고 있다. 신형 기능성 수지가 빠르게 진화하고 있다:
– 바이오 기반 에폭시 수지는 내열 온도가 324℃에 달해 반도체 패키징의 극한 상황 요구를 충족한다; – 자가 치유 패키징 접착제는 미세 균열 자동 복구 기능을 통해 소자 수명을 3배 연장하며, 2030년 양산이 예상된다; – 수성 불소 수지 페인트는 2액형 에멀전 기술을 통해 상온 경화를 실현하며, 내후성능이 용제형 제품과 동등하고, 이미 건축 알루미늄 프로파일 및 플렉시블 전자에 널리 사용되고 있다.
도포 공정도 지능화, 친환경화로 진화하고 있다. 지능형 도포 시스템은 AI 알고리즘과 사물인터넷을 결합하여 온도, 압력 및 습도를 실시간 모니터링하고, 분사 각도와 두께를 동적으로 조정하여 부품 하부의 쉐도우 효과 문제를 해결한다. 자외선 경화 기술은 3~30초의 빠른 경화와 저에너지 특성으로 PCB 컨포멀 코팅, 칩 패키징 및 플렉시블 전자 분야에서 규모 있게 적용되고 있다. 딥 코팅법과 스프레이법은 여러 번 분사 및 회전 조사하여 100% 도포 커버리지를 보장하고 핀홀 결함을 방지한다.
산업 동향: 고밀도 집적과 지속 가능한 폐쇄 루프
전자 패키징 기술은 고밀도 집적으로 돌파하고 있다. Chiplet 이종 집적은 표준화된 인터페이스를 통해 다공정 노드 칩의 혼합 패키징을 실현하여 설계 주기를 60% 단축한다; 웨이퍼 레벨 패키징(WLCSP)은 5나노미터 이하 공정 집적을 실현하며, I/O 밀도가 10,000개/제곱센티미터를 돌파하고 두께는 50마이크로미터 이하로 감소한다. 유리 기판은 유전 손실 0.001(@10GHz) 특성으로 2026년 고주파 통신 모듈에 양산 적용될 것이다; 탄화규소 패키징 내온 능력은 400℃를 돌파하여 신에너지 자동차 전력 모듈에 적합하다.
지속 가능한 경로에서, 패키징 소재 재활용률은 2030년 90%를 초과할 것으로 예상되며, 수용성 세정제가 유기 용제를 전면 대체하고, 태양광 패키징 분야에서 생분해성 소재 비중이 25%를 돌파하여 산업 체인의 친환경 폐쇄 루프를 추진한다.
전자 패키징 보호 소재 분야에서, 커신 신소재(광동) 유한공사는 고온, 고습, 고절연 상황에서의 컨포멀 코팅과 기능성 코팅의 적합성에 주목하며, 그 나노 복합 체계는 플렉시블 전자와 전력 소자에 신뢰할 수 있는 계면 보호 방안을 제공할 수 있다.
핵심 소재 및 공정 능력 대조
| 기술 방향 | 대표 소재/공정 | 핵심 돌파 |
|---|---|---|
| 유리 기판 금속화 | 니콘 PAP 광반응 약제 | 10나노미터 이내 코팅, 박리 불필요 |
| 재배선층 | Intervia 8540HSP 구리 | 고순도, 미세 피치 상호연결 |
| 유전층 | Cyclotene DF6800M 드라이 필름 | 유리 인터포저 패터닝 |
| 컨포멀 보호 | 바이오 기반 에폭시, UV 경화 | 324℃ 내열, 초단위 경화 |
| 자가 치유 | 마이크로캡슐 패키징 접착제 | 수명 3배 연장 |
엔지니어링 적용의 현실적 문턱
첫째, 유리 기판의 양산 수율. PAP는 도금을 단순화하지만, 유리의 대형 휨 제어와 전 영역 도금층 균일성은 여전히 공학적 난제이며, 니콘도 다양한 기판에 적합하도록 지속적으로 반복 개선 중이다.
둘째, 바이오 기반 소재의 신뢰성 검증. 내열 324℃의 바이오 기반 에폭시는 장기 노화 및 습열 순환 시험을 통과해야만 차량용 및 산업용 공급망에 진입할 수 있다.
셋째, 자외선 경화의 그림자 효과. 복잡한 3차원 구조 바닥에는 여전히 경화 부족 위험이 존재하므로, 침지법과 회전 조사를 병행하여 피복률을 보완해야 한다.
넷째, 회수 체계의 표준화. 90% 회수율 목표는 상하류가 협력하는 분해 및 선별 규범에 의존하며, 단일 지점의 소재 혁신만으로는 달성하기 어렵다.
자주 묻는 질문
질문: 왜 첨단 패키징이 트랜지스터 스케일링보다 더 주목받는가? 답: AI 가속기는 대역폭, 전력 소비 및 패키지 수준 통합에 대한 요구가 트랜지스터 축소만으로는 만족시킬 수 없게 되었으며, 업계는 Chiplet, 2.5D, 유리 기판 등 패키징 기술을 통해 시스템 성능을 향상시키는 방향으로 전환했다.
질문: 니콘 PAP는 유리 기판의 어떤 문제를 해결했는가? 답: 유리는 절연성이며 표면이 매끄러워 도금이 어려운데, 기존 방식은 장비가 비싸거나 전기적 성능을 악화시켰다. PAP는 광반응 약제를 사용해 선택적 국소 도금을 구현하며, 10나노 이내 코팅이고 박리 불필요하여 평탄도와 부착력을 모두 잡는다.
질문: 순형 코팅 밀봉의 친환경화는 어디에 나타나는가? 답: 바이오 기반 에폭시가 내열성을 높이고, 자가 복원 접착제가 수명을 연장하며, 수성 불소 수지 페인트가 상온 경화되고, UV 경화가 초 단위 절전이며, 수용성 세정제 대체가 더해져 패키징 소재 회수율을 2030년 90% 이상으로 끌어올린다.
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