ASPS 2024: 삼성전자, 첨단 패키징 기술 선보이다

2024년 8월 28일 - 반도체 공정 미세화와 집적도 개선 등 기존의 기술 혁신이 한계에 다다르며 첨단 패키징 기술이 비욘드 무어(Beyond Moore) 시대를 열 핵심 열쇠로 주목받고 있다. 삼성전자 반도체는 8월 28일부터 3일간 개최되는 2024 ASPS* (차세대 반도체 패키징 산업전)에 참가해 스마트 패키징 팹(Packaging Fab) 자동화 및 차세대 관련 기술, 지속가능경영 추진 현황 등 반도체 패키징 분야의 성과를 선보인다.

반도체 메가 클러스터로 자리매김하는 경기도와 수원시 공동 주최로 올해 2회째를 맞은 이번 행사는 120여 개사가 참가해 최신 반도체 패키징 글로벌 트렌드 및 응용 장비, 재료, 기술 솔루션을 한눈에 볼 수 있는 기회를 제공한다. 전년 대비 참가 기업 수는 32%, 부스 수는 약 2배 증가해 반도체 패키징 및 후공정에 대한 업계 안팎의 뜨거운 관심을 확인할 수 있다. 

삼성전자 기조연설: 반도체 패키징 팹 자동화 비전을 현실로

금일 오전 반도체 패키징 트렌드 포럼 개막식을 시작으로, 삼성전자 TSP 총괄 김희열 상무는 ‘반도체 패키징 팹(Packaging Fab) 자동화’를 주제로 기조연설을 진행했다.

패키지 팹은 웨이퍼 팹(Wafer Fab)에서 생산된 웨이퍼를 칩으로 분리, 다품종 칩에 맞는 수십 종의 원부자재와 도구를 사용해 제품을 완성한다. 웨이퍼 팹 대비 원부자재 수는 약 70배, 이송 용기 및 물류 장치의 수는 각각 5배, 16배에 이른다. 즉, 패키지 공정에는 단순·반복적 수작업이 연간 수십만 건 이상 발생한다. 또한, 저출생과 명목임금 지속 상승으로 인해 국내 제조업 경쟁력은 지속적으로 도전받고 있다. 이러한 상황에서 특수한 패키지 팹 제조 환경을 고려한 자동화 기술 확보가 주는 시사점은 크다.

김희열 상무는 물류, 설비, 제조 운영, 품질 등 4대 부문에서 삼성전자 반도체의 패키징 팹 자동화 추진 전략과 구체적인 성과를 발표했다.

첫째, 물류 자동화는 설비 간, 건물 층간, 건물 간 웨이퍼 반송 기술 혁신이다. 즉, 공정 최적화 및 공간 효율성에 맞게 설계된 저층고 라인 환경과 용기·설비별 구조를 고려해 독자적 자동화 기술을 적용하고 고도화했다. 현재 90% 이상의 자동화를 달성한 상태다.

둘째, 설비 자동화는 원부자재·도구의 공급 및 교체 자동화를 말한다. 기존 설비는 이에 대한 교체 주기를 연장하거나, 단일화·간소화하는 방식을 취하며, 신규 설비는 완전 자동화를 추진한다. 6년 만에 패키지 팹의 원부자재·도구 자동 교체 기술 확보율이 40% P 이상 증가, 약 50%에 이르렀다.

셋째, 제조 운영 자동화는 로트(Lot) 스케줄러에서 교체 스케줄러로의 전환을 의미한다. 웨이퍼 작업 순서의 효율적 관리에 머물러 있었던 과거와는 달리, 현재는 웨이퍼 품종 교체, 라인 및 공정 통합 스케줄링 등 제조 운영상의 자동화 범위로 세부화되고 확장되고 있다. 현재 생산 스케줄링 시스템 실행률은 약 90%이상에 달한다.

넷째, 품질 자동화는 시스템 기반 검사 자동화에 기반한다. 이를 통해 검출력 기술을 확보했고, 향후 축적된 데이터를 활용한 머신러닝으로 AI와 연계된 통합 플랫폼을 구축해 나갈 계획이다.

스마트 패키징 팹 및 차세대 패키징 기술 전시를 한눈에

삼성전자는 ASPS 2024에 마련된 전시 공간을 통해 스마트 패키징 팹 및 차세대 관련 기술을 선보인다. 스마트 패키징 팹 관련 제품군 및 완전 자동화된 패키징팹 공정에 대한 상세 콘텐츠를 통해 차세대 스마트 패키징에 대한 삼성전자 반도체의 지향점을 확인할 수 있다.

또한, AI향 2.5D I-Cube, 3D X-Cube, 모바일향 2D FOPKG, 고방열 PKG등  차세대 패키징 기술을 전시한다. △2.5D I-Cube는 칩을 병렬·수평으로 배치하고, TSV*와 BEOL** 기술을 통해 조화롭게 연결함으로써 열 배출 및 성능 개선이 용이하며, AI향 CPU, GPU와 HBM을 연결할 때 주로 활용된다. △3D X-Cube는 3차원 적층 패키지 기술로 고용량 메모리 솔루션을 수직 장착해 전체 칩 면적을 줄인다는 장점이 있다. △2D FOPKG는 모바일 및 웨어러블 디바이스 등 저전력 메모리 집적화에 최적화된 패키지로 패널 레벨 패키지 FOPLP***와 웨이퍼 레벨 패키지 FOWLP****를 제공한다. △고방열 PKG는 열전달 효율이 높은 소재를 사용하여 반도체에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있다.

ESG: 모두를 위한 지속가능경영

한편, 삼성전자 반도체는 이번 행사에서 ‘기술을 지속가능하게 하는 기술 (Technology that makes technology sustainable)’을 테마로 자사의 지속가능경영 추진 현황 및 성과를 공개한다. 신환경경영전략에 따라, 탄소, 수자원, 폐기물, 오염물질 등 4개 환경 분야에서 환경에 미치는 영향을 최소화하는 목표를 공유하고 지속가능한 반도체 생태계 구축을 지원하기 위한 삼성 반도체의 노력을 공유했다. 

삼성전자 반도체는 국내에서도 지역사회 구성원으로서의 책임도 힘쓰고 있다.  ‘희망디딤돌’ 사업을 통해 국가의 보호 체계가 종료되고 자립을 앞둔 청소년들의 성공적인 사회 진출을 위한 금융, 경제, 주거, 교육을 지원해왔다. 그뿐만 아니라, 한국장애인고용공단과 연계해 삼성전자의 100% 출자로 설립된 장애인 표준사업장 ‘희망별숲’을 통해 제과 등 발달장애인에게 적합한 직무를 발굴, 안정적인 일자리를 창출하며 사회 공헌을 지속하고 있다.

삼성전자 반도체는 자동화 기술 확대와 국내외 전 생산 라인 통합 관제로 글로벌 스마트 패키징 팹을 구축하며, 첨단 패키징 분야에서도 초격차를 달성할 것이다. ‘지속 가능한 기술을 통해 기술 혁신을 이룬다’(Technology that makes technology sustainable) 는 전사적 미션 아래, 세상을 조금 더 지속 가능한 방향으로 나아가게 하는 삼성전자 반도체의 미래가 기대된다.