[딜사이트 김민기 기자] 최근 AI(인공지능) 열풍으로 고부가 반도체 패키지 기판 수요가 급격히 늘어나면서 플립칩 볼그리드 어레이(FC-BGA) 시장이 확대되고 있다. 이에 FC-BGA 기판 수율을 획기적으로 개선할 수 있는 솔더볼 범핑 공정 장비를 갖춘 다원넥스뷰도 주목 받고 있다.

기존에는 FC-BGA 기판에서 솔더볼이 누락되는 불량이 발생할 경우 전량 기판을 폐기했다. 하지만 기판 가격이 올라가면서 폐기로 인한 손실이 커지자 세계 최초로 리페어 기술을 개발한 다원넥스뷰 장비에 대한 관심이 커졌다. 다원넥스뷰에서 개발한 장비는 국내 S사에 납품된 후 글로벌 CPU 기업의 서버용 FC-BGA 기판에 관련 기술이 적용되면서 일본, 대만 등 해외 시장 수출도 기대되고 있다. 

8일 업계에 따르면 최근 FC-BGA 시장이 수급 불균형이 일어날 정도로 수요가 크게 늘고 있다. FC-BGA는 크게 PC용과 서버용으로 나뉘는 데 글로벌 빅테크들이 AI 관련 사업을 적극적으로 추진하면서 서버용 FC-BGA에 대한 수요가 급증했다. 서버용 FC-BGA 기판의 경우 이비덴, 신코덴키 등 일본 기업이 주도했던 시장에 유니마이크론, 난야 등 대만 기업과 삼성전기와 대덕전자 등 국내 기업이 본격 참여하기 시작했다.

서버용 FC-BGA는 패키지 기판 중 가장 난이도가 높은 제품으로 일반 PC용 보다 기판 면적이 4배 이상 크고, 층수도 20층 이상으로 두 배 이상 많다. 이에 기판의 대형화와 고다층에 따른 제품 신뢰성 확보와 생산 수율 관리가 핵심으로 꼽히면서 다원넥스뷰의 첨단 마이크로 솔더볼 범핑 공정 장비인 sLSMB(반도체 패키징)의 수요도 늘고 있다. FC-BGA는 칩과 메인기판을 연결하는 고밀도 회로 기판으로, 고성능컴퓨팅(HPC) 등 하이엔드 반도체에 주로 활용된다. FC 기술은 칩을 뒤집어 기판에 부착하는 방식으로 플립칩과 기판의 마이크로 솔더 범프를 통해 연결한다. 

다원넥스뷰 관계자는 "고성능 칩의 패드 폭이 워낙 작아서 바로 제품 기판 (PCB)에 접착할 수가 없다"며 "중간 Interposer 역할을 하는게 FC-BGA기판으로 상단에는 플립칩 스케일의 솔더볼을 이용하여 연결하고, 하단은 보다 큰 BGA 스케일의 솔더볼을 이용하여 마더보드와 같은 제품 기판에 연결한다"고 설명했다.

과거 와이어본딩 방식으로 칩과 기판을 연결하던 것과 달리 플립칩은 솔더볼 방식을 이용한다. 솔더볼은 쉽게 말하면 납땜용 구슬이다. 일정한 간격(Grid)으로 배열된 솔더볼을 뜨거운 열을 가해 녹여 칩과 제품 기판을 연결한다. 이 방식은 와이어본딩 방식 대비 입출력(I/O) 개수가 많고 짧은 전기 경로로 고성능을 구현하는 데 유리하다.

최근엔 첨단 반도체 칩의 회로가 더욱 미세화되고, 패키징 공정기술이 발전함에 따라 FC 계열의 마이크로 솔더볼(Microscale Solder Ball)의 수요가 늘고 있다. 이 솔더볼의 크기는 40마이크로미터(1㎛=100만분의 1m) 수준으로 작아졌다.

무엇보다 다원넥스뷰의 sLSMB 장비는 FC-BGA 기판의 솔더볼이 탈락되는 불량을 고칠 수 있는 리페어 솔루션이 가능하다는 것이 가장 큰 장점이다. 현재 솔더볼 마운터는 일본 애슬릿, 히타치, 시부야 등의 장비 기업이 세계 시장의 60%를 차지하고 있다. 하지만 리플로우 공정 이후 리페어가 가능한 장비는 사실상 다원넥스뷰가 전세계에서 유일하다. 독일 업체도 비슷한 기술을 가지고 있지만 커스터마이즈 측면에서 부족하다보니 고객사들이 다원넥스뷰의 장비를 채택하는 비중이 늘 것이라는 분석이다.

예컨대 과거에는 솔더볼 범핑 표준 공정이 기판에 플럭스를 도포하고, 그 위에 솔더볼을 부착한 후 광학식 비전 검사를 하고 솔더볼이 누락된 패드 위에 다시 솔더볼을 실장하는 식이었다. 이후 리플로우 솔더링 및 플럭스 세정을 진행하는 순서다. 리플로우는 일종의 오븐으로 열풍을 가해 범프를 용해시키는 과정이다. 기존에는 리플로우 이전에 검사가 진행돼 단순히 솔더볼만 다시 누락된 위치에 실장하면 됐다.

다원넥스뷰 관계자는 "제품 전체를 고온으로 가열하는 리플로우를 하면 휨과 같은 제품의 변형 문제와 연결부의 기계적 강도가 약해지기 때문에 열적 데미지가 생겨 2~3번씩 리플로우를 할 수 없다"며 "리플로우 솔더링과 플럭스 세정 중에 솔더볼이 누락되는 불량이 발생할 경우 리페어 방법이 없어 불량 기판은 전량 폐기했다"고 말했다.

하지만 최근 기판이 고층화돼 원가가 상당히 올랐고 대면적화 되면서 생산할 수 있는 기판 수도 줄어들면서 단순히 솔더불 불량으로 기판을 버리기엔 손실이 너무 커지게 됐다. FC-BGA 크기가 2배, 3배로 커지면 4배, 9배로 면적은 커지는데 수십만개의 솔더볼 중 하나만 탈락해도, 10% 이상의 수율 감소로 직결돼 리페어 공정 없이는 시장에서 요구되는 수율과 코스트를 만족 시킬 수 없게 됐다. 

이에 다원넥스뷰는 솔더볼 실장과 동시에 용융 접합이 가능한 '일괄 리페어 공정 자동화 장비'를 세계 최초로 개발해 국내 S사에 납품에 성공했다. S사는 이 장비를 통해 인텔, AMD 등에 FC-BGA를 납품했다. sLSMB 장비의 경우 기판을 자동으로 로딩해주는 투입기, 불량품을 검사하는 검사기, 양품과 불량을 분리하는 분배기, 솔더블 불량을 수리하는 리페어기, 양품과 불량을 분리하는 수취기 등이 있어 턴키로 라인을 만들어 공급이 가능하다. 

남기중 다원넥스뷰 대표는 "국내 FC-BGA 기판 제조사들의 글로벌 빅테크 물량 수주가 본격화되면, 국내에서도 장비 판매가 확대될 것으로 기대된다"며 "하반기에 대만 패키징 시장 진출을 위해 기존 대비 2배 빠른 초당 12발이 가능한 장비를 개발하고 있고 20초면 플립칩 패키지에 200개 이상의 솔더볼을 장착할 수 있어 대만, 일본 등의 후공정을 전문으로 하는 외주업체인 OSAT사에도 수출이 늘어날 것으로 기대된다"고 전했다.