차세대 AI 반도체 핵심 '유리기판 배선' 혁신기술 확보…반도체 패키징 공급망 경쟁력 ↑

'극초단펄스 레이저 유도 화학기상증착 (ULCVD)' 공정 모식도(왼쪽)와 투명 유리 기판 내부에 마스크 없이 직접 새긴 전남대 로고 및 3차원 전도성 탄소 회로.

차세대 AI 반도체 패키징의 핵심 소재로 주목받는 유리 기판 모든 표면에 회로를 직접 그릴 수 있는 혁신적인 배선 기술이 국내·외 글로벌 공동연구진이 개발했다. 첨단 '공동 패키징 광학(CPO)' 기반 광-전 융합 반도체를 비롯해 정밀 양자 센서 등 다양한 3차원(3D) 유리 구조물 기반 소자 혁신을 가져올 것으로 기대한다.

전남대학교는 한승회 기계공학부 교수팀이 김영진 한국과학기술원(KAIST) 교수를 비롯해 한국기계연구원·한국생산기술연구원·미국 텍사스A&M 대학교 연구팀과 공동으로 초고속 펨토초 레이저를 활용해 투명 기판의 전·후면에 전도성 탄소 회로를 마스크 없이 직접 새겨 넣는 '극초단펄스 레이저 유도 화학기상증착 (ULCVD)' 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.

최근 인공지능(AI) 반도체의 고집적화와 데이터 처리량 급증으로 전기 신호와 광(빛) 신호를 하나의 칩에 통합하는 차세대 CPO 기술이 대두되며 광학적 특성이 뛰어난 유리 기판 도입이 가속화되고 있다.

하지만 유리 기판 상하를 연결하는 유리관통전극(TGV)이나 재배선층(RDL) 공정에서 입체적인 배선을 형성하는 것은 매우 까다로운 기술적 난제다.

위쪽 왼쪽부터 시계방향으로 허준석 석박통합과정, 한승회 교수, 위찬웅 석박통합과정생, C. 나가라잔 박사후연구원이 기념 촬영하고 있다.

연구팀은 펨토초 레이저가 투명한 유리를 그대로 통과하는 특성과 비선형 흡수 현상을 이용해, 유리 기판의 앞면과 뒷면 모두에 자유롭고 선택적인 배선이 가능함을 입증했다. 공정 최적화로 기존 학계에 보고된 최고 수준의 레이저 유도 그래핀(LIG) 배선과 필적하는 우수한 전기 전도성을 입증했다.

특히 향후 반도체 패키징 핵심인 관통 홀 내부나 복잡한 3D 곡면 구조물 위에도 배선을 형성할 수 있는 강력한 잠재력과 원천 기술로서의 가능성을 가지고 있음을 확인했다.

한승회 교수는 “현재의 탄소 기반 배선을 넘어 향후 반도체 패키징의 주력 소재인 구리(Cu)나 금(Au) 등 다양한 금속 물질로 ULCVD 공정 기술을 확장할 계획”이라며 “글로벌 첨단 반도체 패키징 공급망에서 국내 기술의 압도적인 경쟁력을 확보하는 핵심 동력이 될 것”이라고 말했다.

광주=김한식 기자 hskim@etnews.com