국가뿌리산업진흥센터

반도체의 핵심 부품, 솔더볼(Solder Ball)

반도체는 완성이 되더라도 그대로 사용하지 않고 충격이나 습기로부터 보호하기 위해 포장을 해 사용한다. 이 포장 작업을 패키징(Packaging)이라고 하는데 패키징 과정에서 반도체는 기판과 전기적으로 연결이 돼야 한다. 솔더볼(Solder Ball)은 반도체를 패키징할 때 반도체 칩과 기판을 연결해 전기신호를 전달하는 아주 작은 공 모양의 부품이다. 솔더볼은 대부분의 반도체 패키지에 활용되기 때문에 우리 생활과 밀접한 관련이 있는 스마트폰 및 태블릿 PC를 포함한 거의 모든 전자제품에 사용되고 있다.

솔더볼을 접합재료인 솔더파우더(Solder Powder), 플럭스(Flux), 에폭시(Epoxy) 등과 결합시켜 만든 것이 솔더페이스트(Solder Paste)다. 솔더크림이라고도 불리는 솔더페이스트는 컴퓨터나 스마트폰 같은 전자제품의 반도체 칩에 각종 전자부품을 부착하기 위한 솔더링(Soldering, 납땜) 작업에 사용되는 접착 소재다. 솔더링을 통해 솔더페이스트를 녹이면서 각종 부품을 반도체 칩에 고정시킨다. 솔더볼과 솔더페이스트는 휴대폰, 노트북, TV 등 전자기기의 소형화, 슬림화 추세에 힘입어 꾸준히 수요가 늘고 있으며 솔더페이스트의 국내 시장은 약 1,000억 원 규모, 세계시장은 약 5,000억 원 규모로 추산되고 있다.

눈에 보이지 않는 세상을 탐구하다

솔더볼은 눈에 보이지 않는 아주 작은 크기다. 30~760마이크론의 작은 크기인데 1마이크론이 1/1,000mm인 것을 생각하면 육안으로는 확인할 수 없는 크기다. 이렇게 눈에 보이지 않는 크기의 작은 구슬 모양의 물체가 세상을 움직이는데 없어서는 안 될 역할을 한다. 이제는 휴대폰, 노트북, TV가 없는 세상을 상상할 수 없는데 그런 기기들이 이 작은 구슬 없이는 만들어질 수 없다.

덕산하이메탈(주)은 솔더볼을 만들기 위해 만들어졌다고 해도 과언이 아닌 회사다. 1999년 덕산산업이라는 도금업체가 모태가 돼 울산대학교와의 산학협력을 통해 설립된 덕산하이메탈은 설립 3년 전부터 연구되던 솔더볼 연구노하우를 이어받아 지속적으로 솔더볼 개발에 매진했다. 2001년 드디어 솔더볼 기술개발에 성공한 덕산하이메탈은 이후 2~3년간의 추가 안정화단계를 거쳐 상품화에 성공했다. 일본 업체가 독과점하던 세계 솔더볼 시장의 판도를 변화시키기 시작한 것이다. 그리고 15년이 지난 2016년 현재. 덕산하이메탈은 솔더볼 세계시장 2위의 업체로 성장했다.

신기술 적용으로 시장 변화에 대처하다

국가뿌리산업진흥센터의 기술협력지원사업을 통해 덕산하이메탈은 수요기업인 한륙전자(주)와 함께 무세척 레진함유 솔더페이스트 제조 및 공정기술을 개발했다. 수요기업인 한륙전자는 1970년 설립돼 IC회로 부품인 칩저항기(Chip Register)를 비롯해 각종 저항기 부품을 생산해 국내외 대형 가전회사에 납품하고 있는 전자부품 전문 회사다. 뿌리기업인 덕산하이메탈과 수요기업인 한륙전자는 몇 해 전부터 인연을 이어오고 있었다. 그러던 중 솔더링 부품을 LED 분야에 적용해 시장을 확대해 나가고자 하던 덕산하이메탈과 최근 LED분야의 기술변화에 대응해야만 했던 한륙전자의 이해가 맞아 떨어져 이번 기술개발을 구상하게 됐다. 그리고 국가뿌리산업진흥센터의 기술협력지원사업을 통해 본격적으로 기술개발을 진행해 나갔다.

최근 LED업계는 CSP(Chip Scale Package)기술 발전에 따라 기존 F/C(Flip Chip)방식을 대체하는 변화를 보이고 있다. CSP는 LED칩을 감싸는 플라스틱 몰드와 기판과 광원을 연결하는 금속선을 없앤 패키징 기술인데 CSP 특성상 기존 F/C 방식에 비해 접합부 온도 증가로 인한 광량 감소 문제가 발생한다. 따라서 기존 솔더페이스트와 에폭시 소재의 물질적 특성을 그대로 유지하면서 둘을 결합해 접착제로서의 기능을 극대화 할 필요성이 있었으며 이번 개발은 그 부분에 초점을 맞춰 진행됐다.

에폭시를 이용한 LED용 솔더페이스트 개발

덕산하이메탈은 에폭시를 활용한 LED용 솔더페이스트를 개발했다. 그러기 위해 몇 가지 문제점들을 해결했는데 먼저 에폭시 소재를 활용한 에폭시 솔더페이스트를 LED칩에 적용할 경우 에폭시 잔여물이 빛 방출의 일부를 차단해 광량이 감소되었다. 또한 열에 의해 에폭시 잔유물이 흑색으로 변색됨에 따라 LED칩 광량 손실이 발생하는 문제점 역시 발생하는데 기술개발을 통해 덕산하이메탈은 인쇄량 및 에폭시 함유량 조절을 통해 잔여물에 의한 광량 감소를 최소화 하고 에폭시 잔여물 및 기타 첨가제 조정을 통해 잔유물 변색 개선으로 LED칩의 광량 감소를 억제했다.

덕산하이메탈은 기존 TV, 휴대폰, 컴퓨터 등의 영역에서 LED 분야로 사업영역을 확대할 수 있는 기술기반을 마련했다. 눈에 보이지 않는 물체를 제어해 더 밝은 빛을 만들어 낸 마법과도 같은 기술을 선보인 덕산하이메탈. 그들의 미래 역시 지금처럼 밝게 빛나기를 응원한다.

< 출처 : 2015 뿌리기업-수요기업 기술협력지원사업 결과안내집 >