헨켈은 선도적인 반도체 재료 공급업체로서, 혁신적인 접착제 및 인캡슐런트를 통해 AI와 컴퓨팅 발전을 이끕니다. Kefan Ni 박사와 싱가포르 반도체 산업 협회(SSIA)는 AI 패키지 개발 트렌드와 성능 개선 및 안정성을 위한 미래 혁신에 대해 논의했습니다.
APAC Head of Application Engineering
헨켈은 AI와 컴퓨팅 혁신을 선도하는 반도체 재료 공급업체로서, 새로운 접착제와 인캡슐런트 제형을 통해 첨단 패키징 발전을 지원합니다. 싱가포르 반도체 산업 협회(SSIA)와 헨켈 접착제 사업부 전자기기 사업 부문의 응용 엔지니어링 APAC 책임자인 Kefan Ni 박사는 미래 기술에 대한 헨켈의 관점을 논의하고 탁월한 성능과 안정성을 구현하는 데 필요한 재료 혁신에 대해 이야기했습니다.
Kefan Ni: 컴퓨팅 성능을 강화하려는 움직임과 그에 따른 AI 기술의 성장은 100% 첨단 반도체의 기술력 덕분에 가능했습니다. AI와 고성능 컴퓨팅(HPC)에는 전송 속도, 대용량 메모리, 정교한 컴퓨팅을 위한 방대한 파라미터 계산이 필요합니다. 업계는 더 작은 트랜지스터 피처 크기를 지닌, 더 빠르고 전력 효율이 더 우수한 고밀도의 첨단 실리콘 노드를 지속적으로 개발하고 있습니다. 동시에, 첨단 패키징은 혁신적인 통합 기술을 제공하고 있습니다. 오늘날의 컴퓨팅 전력 요구 사항을 충족하려면 절대적으로 반도체 개발에 발전이 있어야 합니다.
Kefan Ni: 최근 몇 년간, 첨단 패키징 기술은 AI/HPC 성능 요구 사항을 충족하는 데 핵심적인 역할을 해왔습니다. 특히 이종집적 플랫폼에서 이러한 경항이 두드러지는데, 이 플랫폼에서는 고밀도, 저지연, 고대역폭 성능을 지원하는 동시에 높은 수율의 경제성과 시간을 절약하는 설계 유연성을 제공하기 때문입니다. 현재의 첨단 패키징 기술은 고급 노드 로직, 메모리, 컴팩트한 2.5D의 기판, HPC 및 AI/5G용 인터포저 패키지 폼 팩터 등을 통합합니다. 또한 범프리스(bumpless) 3D IC 적층 기술이 등장하고 있습니다. 이 기술은 고밀도 칩렛을 더욱 정밀하게 통합하고, 전기적 거리를 최소화하면서 I/O 간 상호 연결 밀도를 극대화할 수 있습니다. 이에 따라 대역폭을 크게 넓히고, 지연 시간을 줄이며, 에너지 효율성을 개선합니다. 물론, 이는 모두 첨단 패키징 혁신 덕분에 가능한 일입니다.
Kefan Ni: GPU 기술과 첨단 패키징은 이전에도 존재했지만, 반도체 스케일링, 처리 능력, 해상도, 소재 혁신, 설계 방법론 등에서 최근 혁신이 일어나면서 강력한 AI의 시대가 도래하게 되었습니다.
Kefan Ni: 데이터 센터의 AI 및 HPC 모듈은 매우 큰 다이와 대형 패키지 본체를 갖춘 패키지를 통합하여 구성됩니다. 역사적으로 이러한 규격은 그동안 안정성 문제를 초래했는데, 그 이유는 열 방출 요구와 뒤틀림 경향 때문이었습니다. 첨단 패키징용 반도체 재료는 이러한 문제를 완화하고, 고가치 및 고성능 기기의 높은 안정성을 확보할 수 있도록 균형 잡힌 제형으로 제공되어야 합니다.
Kefan Ni: 말씀드리자면 이렇습니다. 오늘날 복잡한 설계에서 안정성을 확보하는 데 중요한 역할을 하는 첨단 패키징 재료는 몇 가지 카테고리로 나뉩니다. 언더필 인캡슐런트, 액상 압축 성형(LCM) 재료, 방열 재료, 리드/스티프너 부착 접착제 등이 있습니다. 재료 특성과 성능 요구 사항은 다음과 같습니다.
- 모세관 언더필
- 액상 압축 성형(LCM)
- 방열 재료
- 리드/스티프너 접착
초미세 피치 및 좁은 간격의 플립 칩 연결 기술이 발전함에 따라, 모세관 언더필에는 공극 없이 충진되도록 미세 필러 기술과 빠른 흐름 특성을 지닌 유변학적 특성이 요구됩니다. 표면적이 넓기 때문에 유량이 중요합니다. 모든 범프가 캡슐화되기 전에 재료가 젤화되지 않아야 하기 때문이죠. 또한 언더필은 안전성을 유지하고 설계 유연성에 대응하기 위해 다양한 표면(PI, SiN, Cu, Si, 솔더 마스크 등)에 강력한 접착력을 발휘해야 합니다. 마지막으로, 범프 보호와 견고한 기계적 지지를 위해서 열팽창계수(CTE), 유리 전이 온도(Tg), 탄성률 등의 경화 특성이 균형을 이루어야 합니다.
LCM 재료는 웨이퍼 레벨에서 적용되며, 이종집적을 위해 사용됩니다. 즉, 팬인 웨이퍼 레벨 패키징(FI-WLP)과 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키징(FO-WLP) 모두에 사용됩니다. AI에서는 매우 고밀도의 2.5D 집적이 이루어집니다. 해당 처리 공정에서 뒤틀림 제어가 필수적인데, LCM이 이를 가능하게 합니다. 모세관 언더필처럼 LCM 재료는 다양한 표면(PI, SiN, Cu, Si)에 대한 우수한 접착력이 필요하며, 기계적 지지를 위해 인성, CTE, 탄성률 특성이 조화를 이루어야 합니다.
AI 패키지의 경우, 다양한 방열 방식이 있습니다. 일반적으로, 혁신적인 필러가 포함된 필름이나 시트를 패키지와 리드 사이에 배치하여 기기에서 발생한 열이 효율적으로 방출되도록 합니다. 헨켈 은 기판에 적용되는 방열 재료의 선도 기업으로서, 이러한 전문성을 활용하여 패키지 레벨의 혁신을 이끌고 있습니다.
마지막으로, 리드 및 스티프너 접착제는 패키지 본체가 큰 기기에 필수적인 요소입니다. 설명한 대로, 이러한 대형 아키텍처는 뒤틀림에 매우 취약합니다. 리드와 스티프너 접착제는 이러한 패키지를 평평하게 유지시켜 기계적 손상으로부터 보호합니다. 헨켈 의 재료는 탁월한 접착력, 균형 잡힌 경화 특성, 개선된 패키지 안정성을 제공합니다.
Kefan Ni: 향후 5~10년간 AI 발전 속도는 전혀 느려지지 않을 것이라고 확신합니다. 그러나 대부분의 혁신 기술처럼, 시장에서 점진적인 변화를 보일 것입니다. 현재 시장을 주도하는 몇몇 기업들이 있지만, 더 많은 경쟁업체가 뛰어들 것으로 보이고, 모듈 비용을 줄이기 위한 프로세스 발전과 새로운 재료가 이러한 발전을 이끌어갈 것입니다.
Kefan Ni: 기기에 장착된 AI는 앞으로 매우 큰 시장 트렌드가 될 것입니다. 이미 주요 PC 및 스마트폰 브랜드들이 AI 기기를 발표하고 있고, XR과 자동차 기술 분야도 AI 기능을 통합하고 있습니다. AI 기능을 통합하는 모바일 프로세서는 프로세서 분야에서 첨단 패키징의 발전을 주도하고 있습니다. 이 경우에도 첨단 실리콘 노드 언더필 같은 재료가 필요하게 될 것입니다. 차이가 있다면 패키지와 다이 크기가 더 작다는 것입니다.
Kefan Ni: 헨켈은 강력한 기반을 바탕으로 차세대 모세관 언더필, 몰딩 언더필, 미세 특성 기능과 뒤틀림이 매우 낮은 액상 압축 성형(LCM), 리드 및 스티프너 접착 등 오늘날 AI에 대한 첨단 솔루션을 제공하고 있으며, 방열 재료(TIM)에 대한 혁신적인 솔루션을 개발하고 있습니다. 이러한 분야에서 헨켈의 플랫폼은 뛰어나며, 계속해서 AI 및 기타 첨단 패키징 분야에서 점진적으로 변화할 수 있도록 선도적으로 혁신하고 있습니다.
이 기사는 Singapore Semiconductor Industry Association (SSIA) Voice Magazine, 2024년 9월 판에서 발췌한 것입니다.
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