전기전자/정보통신

Nikkei Electronics_2024.7 (p16-17)

FICT, 쉽게 깨지지 않는 유리기판 개발
코어의 다층화로 응력을 분산

반도체의 패키지 기판 재료로서 유리가 주목을 받고 있다. 반도체 패키지나 기판을 전개하는 FICT(나가노시)는 코어층의 유리를 다층화한 기판(멀티 유리코어 기판)을 개발했다. 실용화를 위해, 다이싱(절단)할 때 유리가 깨지는 문제를 해결했고, 고온에서의 휨(Warpage)량이나 열팽창율이 억제되기 때문에 칩렛 집적에서도 유리하게 된다.

-- 깨지는 문제 다층화로 해결 --
유리기판의 실용화를 위한 큰 문제 중 하나는 기판을 다이싱할 때 발생하는 ‘세와레’라고 부르는 현상이다. 새로 개발한 멀티 유리코어 기판 ‘G-ALCS’는 이 세와레에 대응했다.

유리기판은 코어층의 위아래에 배선층과 절연층을 겹친 빌드업층을 여러 층 겹친 구조로 되어 있다. 이 빌드업층의 층수를 늘리면 다이싱할 때 빌드업층의 응력에 의해 유리가 찢어지듯 깨져버린다. FICT 테크놀로지본부의 이이다 켄지 부장은 “우리가 진행한 시뮬레이션에서는 단층 유리를 코어층으로 사용했을 경우, 빌드업층의 층수는 4층 정도가 한계였다”라고 말한다.

그래서 FICT는 수지와 도전성 페이스트를 사용해 코어층의 유리를 다층화했다. 코어층의 유리 사이에 있는 수지가 외부에서 가해지는 응력을 분산시킨다. 단층 제품에서 응력이 집중되었던 부분에 대해, 다층 제품에서는 응력을 5분의 1로 억제할 수 있다고 한다.

고온에서의 휨량이나 열팽창율이 거의 변화하지 않는다는 이점도 있다. 후공정에는 도금이나 납땜 등 기판이 고온이 되는 공정이 있는데, 수지기판에서는 온도 변화에 의한 휨이나 팽창이 문제가 되었다. 멀티 유리코어 기판은 섭씨 250도의 열에도 휨량이 거의 변화하지 않고, 열팽창률은 1도당 3ppm(0.0003%)으로 Si(실리콘) 수준을 유지한다. 멀티 유리코어 기판의 이러한 특성은 수지기판과 비교해 Si 칩을 접속할 때 유리하고 대형화도 쉽다.

-- 슈퍼컴퓨터 유래 기술을 활용 --
FICT는 새로 개발한 멀티 유리코어 기판으로 광전융합 분야도 노린다. 광전융합은 전기신호 회로와 광신호 회로를 융합하는 기술로, 많은 기대를 받고 있다. 이번에 멀티 유리코어 기판 위에 슈퍼컴퓨터 ‘후가쿠(富岳)’의 프로세서와 Si제 광칩을 구현해, 프로세서와 광칩 사이에서 112Gbps(초당 기가비트)의 고속 전송이 가능한 것을 확인했다.

멀티 코어 유리기판의 기초가 된 것은 후지쓰의 슈퍼컴퓨터에서 사용되었던 기판과 기판 접속 기술이다. FICT의 원류는 1967년에 발족한 후지쓰의 프린트 기판 사업부로, 2002년에 사업소를 통합하는 형태로 후지쓰 인터커넥트 테크놀로지즈가 발족. 그 후에 신에쓰 후지쓰를 흡수해 2022년에 FICT가 되었다.

-- 인텔의 채택 표명으로 각광 --
유리기판은 기존의 Si제 인터포저(중간 기판)를 대체할 것으로 오랫동안 기대를 받았지만 실제로는 좀처럼 대체되지 않았다. 이 상황을 확 바꾼 것이 미국 인텔이다. 인텔이 장래에 채택한다고 표명함으로써 유리기판은 스포트라이트를 받았다.

현재, 칩렛 집적을 위해 패키지가 대형화될 것으로 보이며, 그에 따라 인터포저나 패키지 기판도 한층 더 대형화나 배선의 고밀도화가 요구되면서 유리기판이 주목을 받고 있다. 또한 패키지 기판으로 유리기판을 채택하면, 패키지 기판 위에 칩렛을 직접 나란히 구현해도, Si제 인터포저나 브리지를 사용했을 경우와 동등한 성능을 실현할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

유리기판의 개발이 본격화된 것은 2014년쯤이다. 당시, Si제 인터포저에는 전공정 이용으로 인한 비용 증가나, 웨이퍼의 모양으로 인한 낮은 면적 효율 등의 문제가 있었다. 유리기판은 수지기판보다도 높은 평탄도와, Si제 인터포저에 필적하는 배선 밀도를 실현할 수 있기 때문에 Si제 인터포저의 대체를 목표로 하는 대응이 활발했다.

그러나 실제로는 뜻대로 보급되지 않았다. FICT 테크놀로지본부의 사카이 타이지 부장은 “Si제 인터포저의 경쟁력이 생각했던 것보다 높았다”라고 말한다. 예를 들면, 감가상각이 끝난 전공정 라인을 사용함으로써 Si제 인터포저의 가격이 떨어졌다. 또한 당시의 유리기판은 요소 기술이나 양산 기술이 미숙했다. 구체적으로는, 유리 관통 전극을 고속으로 가공하는 방법이나 얇은 기판을 운반하는 방법 등이 확립되지 않았었다. 팹리스 반도체 업체나 수직 통합형 디바이스 업체(IDM)가 채택에 소극적이었다는 것도 큰 영향을 미쳤다.

 -- 끝 --

Copyright © 2020 [Nikkei Electronics] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.

Hot News
・2023년의 인텔 파운드리는 1조엔 적자, 18Å 세대로 승부
모든 방법을 동원해 2027년경의 흑자화를 목표로 한다
・르네사스의 차량탑재 마이크로컴퓨터의 점유율 저하, 시바타 사장 "몇 년 걸려 되찾겠다"
EV로의 이행과 마이크로컴퓨터의 기능 집약 속도를 잘못 판단하다
・FICT가 쉽게 깨지지 않는 유리기판 개발, 코어의 다층화로 응력 분산
후지쓰의 슈퍼컴퓨터 기술을 전용해 제조 시의 과제를 해결
・TOPPAN이 반도체용 기판의 개발 강화, 유리나 유기재료에서 Si 대체
자회사의 반도체 설계능력 활용, 신설 개발센터에서 교류 인사
・포스트 SiC에 'GeO2'가 입후보, 비와코에서 기업연합이 발족
리쓰메이칸대학발 스타트업 기업 Patentix가 중심으로
・2024년 3월기 호조의 소시오넥스트, 탈일본 가속으로 26년 재성장
전기 대비 14.8% 플러스의 대폭 증익, 25년 3월기는 횡보하거나 다소 감소할 전망

Breakthrough 특집 1
신대륙 '달표면'
~수송, 탐사, 체류가 빅 비즈니스로~
제1부 : 총론
달표면에서 벌써 ‘미-중 대립’, 미래 경제권 둘러싸고 패권 다툼
제2부 : 탐사선 편

세계 최초 ‘정밀 착륙’의 임팩트, 유인탐사차는 ‘재생형 연료전지’ 탑재
3부 : 요소기술 편
'달표면판 GPS'를 미국, 유럽, 일본이 표준화, 달-지구간 광통신도 실용화로 전진

Emerging Tech＆Biz
인터뷰
‘초(超)계속’이 도레이의 DNA, 언더그라운드 연구가 기반을 강화
하기와라 사토루(萩原 識) 씨(도레이 대표이사, 부사장 집행임원, 기술센터 소장[CTO])
반도체 제조
TSMC와 인텔을 불러들이는 일본의 후공정 자원, 삼성은 요코하마서 권토중래 기약
가전 박람회
상하이에 집결한 세계 최신 가전, 유니크한 기술로 노리는 거대 중국시장
전원
AI 반도체의 전원은 '수직 급전'으로, 배선 단축이나 GaN 이용으로 손실 저감
파워 반도체
GaN 파워반도체의 보급 가속, 자동차/IT기기용이 견인

Products' Trends
르네사스, 차세대 스마트 미터를 위해 Arm 코어 마이크로컴퓨터 신제품 외

Readers' Voice
매엽(枚葉) 처리의 시대로 외

 -- 끝 --