첨단 반도체 패키징 기술의 숨은 주역을 만나다!: DAF(Die Attach Film) 연구개발팀

AI, HPC(고성능 컴퓨팅), *HBM 등 첨단 패키징 트렌드로 인해 ‘메모리 고집적화’가 화두가 되면서 D램과 낸드 공정 전반에서 반도체 패키징 기술의 중요성도 함께 커지고 있습니다. 특히 반도체 칩이 점차 얇고 복잡하게 진화하면서, 패키지 내부의 열과 응력을 안정적으로 제어할 수 있는 소재 기술이 핵심 경쟁력으로 떠오르고 있습니다.

그 중심에는 반도체 칩과 칩, 그리고 칩과 기판을 안정적으로 연결하는 접착 소재, DAF(Die Attach Film)가 있습니다. DAF는 칩을 안정적으로 고정하고 반도체의 성능과 신뢰성을 유지하는 핵심 소재로 주목받고 있습니다.

이번 인터뷰에서는 LG화학 DAF 개발팀을 만나 DAF가 반도체 패키징에서 수행하는 역할과 AI 시대에 요구되는 기술 변화, 그리고 LG화학만의 차별화된 경쟁력에 대해 들어보았습니다.

* HBM(High Bandwidth Memory): AI 반도체·고성능 컴퓨팅(HPC) 등에 활용되는 고성능 메모리 반도체

안녕하세요! 현재 맡고 계신 역할과 개발 중인 DAF 소재를 간단히 소개 부탁드립니다.

안녕하세요. 저희 팀은 LG화학에서 반도체 패키지용 접착 소재인 DAF 개발과 함께, 웨이퍼(Wafer)를 고정하는 보호 테이프인 DCT(Dicing Tape)를 비롯한 첨단 반도체 패키지용 공정 테이프를 개발하고 있습니다.

DAF는 반도체 칩과 기판, 또는 칩과 칩을 연결하는 접착 소재로, 우수한 전기적·열적 신뢰성을 충족해야 하는 핵심 소재입니다. *CCL, *EMC와 함께 반도체 패키징 공정에서 필수적인 역할을 담당하고 있습니다.

또한 LG화학의 DAF는 웨이퍼 절삭 공정에 필요한 DCT와 일체형으로 적용되는 제품입니다. 웨이퍼를 원하는 크기의 칩으로 절삭하는 공정부터, 절삭 이후 개별 칩을 기판이나 다른 칩에 부착하는 공정까지 함께 사용됩니다.

*CCL(Copper Clad Laminate): 동박적층판. 반도체 및 PCB 기판의 핵심 소재
*EMC(Epoxy Molding Compound): 반도체 칩을 외부 환경으로부터 보호하는 봉지재

LG화학이 개발하고 있는 DAF는 어떤 역할을 하는 소재인가요?

DAF는 반도체 패키징 공정에서 여러 층의 반도체 칩을 안정적으로 쌓을 수 있도록 도와 고집적화와 고성능화를 구현하는 데 중요한 역할을 합니다.

DAF는 칩을 정해진 위치에 안정적으로 고정하고, 이후 열 공정과 신뢰성 평가 과정에서도 접착 상태를 유지해야 하기 때문에 높은 수준의 접착 안정성이 요구됩니다. 또한 패키지 내부에서 발생하는 응력을 완화해 안정적인 패키지 구조를 유지하는 역할도 합니다.

특히 DAF는 필름 형태로 적용되기 때문에 접착층 두께를 균일하게 제어할 수 있으며, 이는 공정 안정성을 높이는 데에도 유리하게 작용합니다. 함께 사용되는 DCT는 웨이퍼를 안정적으로 지지하고, *Die Pick & Place 공정까지 절단된 칩의 위치를 유지하는 역할을 담당합니다. 결국 DAF는 반도체 패키지 내부에서 눈에 띄지는 않지만, 칩을 안정적으로 고정하는 숨은 주역이라고 할 수 있습니다.

*Die Pick & Place: 절단된 칩을 집어 원하는 위치에 배치하는 공정

일반 접착 소재와 비교했을 때 DAF만의 핵심 차별점은 무엇이며,
최근 AI 및 고성능 반도체 트렌드로 인해 요구되는 기술적 변화는 무엇인가요?

일반 접착제가 단순히 물건을 붙이는 기능에 집중한다면, DAF(Die Attach Film)는 머리카락보다 얇은 반도체 칩을 오차 없이 쌓아 올리고, 가혹한 반도체 공정과 장기 신뢰성을 견뎌내야 하는 고난도 접착 소재입니다.

웨이퍼 단계에서 칩을 안정적으로 떼어내는 픽업(Pick-up) 특성을 유지해야 하고, 접착 후에는 미세한 빈 공간(Void) 없이 균일한 접합층을 형성해야 합니다. 또한, 패키징 이후 고온·고습 환경이나 급격한 온도 변화 속에서도 접착면이 떨어지는 계면 박리나 크랙이 발생하지 않아야 하므로 열팽창계수(CTE), 탄성률(Modulus) 등을 복합적으로 제어하는 고도의 설계 기술이 필요합니다.

최근 AI 서버, HPC(고성능 컴퓨팅) 시장의 성장으로 반도체를 극도로 얇게 여러 층 쌓는 첨단 패키징이 대세가 되면서 DAF에 요구되는 스펙도 한층 까다로워졌습니다. 칩과 칩 사이의 간격이 좁아짐에 따라 5μm 이하의 ‘초박형’ 두께에서도 완벽한 접착력을 유지해야 하며, 전력 소비 증가로 발생하는 뜨거운 열을 효과적으로 방출하는 ‘방열’ 성능이 필수 요구사항으로 자리 잡았습니다.

그렇다면 ‘초박형’과 ‘고방열’이라는 고난도 요구사항을 충족하기 위해,
LG화학 DAF 개발팀은 현재 어떤 독자적인 기술 개발에 집중하고 계신가요?

LG화학 DAF 연구개발팀은 첨단 반도체 시장의 핵심 화두인 초박형 제어 기술과 고효율 방열 기술 확보에 역량을 집중하고 있습니다.

첫째, 초박형 DAF 분야에서는 필름이 극도로 얇아지더라도 칩을 적층할 때 균일한 품질을 유지할 수 있도록 소재의 점도와 접착력, 표면 점착 특성을 정밀하게 제어하는 독자적인 나노 단위 제어 기술을 고도화하고 있습니다.

둘째, 고방열 DAF 분야에서는 세라믹이나 금속 계열의 미세 입자인 무기 *필러(Filler)를 최적으로 활용하는 기술을 개발 중입니다. 열전도를 높이기 위해 필러 함량만 무작정 늘리면, 소재가 뻑뻑해져(점도 상승) 코팅성이 떨어지고 칩 사이에 빈 공간(Void)이 생겨 불량으로 이어집니다.

LG화학은 이러한 한계를 극복하기 위해 ▲필러를 뭉침 없이 고르게 섞는 독자적인 분산 기술, ▲새로운 촉매 시스템, ▲자체 설계한 특수 수지(Resin)를 융합하여, 방열 성능을 극대화하면서도 완벽한 공정 편의성을 제공하는 맞춤형 고방열 DAF 솔루션을 구축해 나가고 있습니다.

*필러(Filler): 소재의 물성이나 기능을 향상하기 위해 첨가하는 미세 입자

LG화학 DAF만의 차별화된 경쟁력은 무엇이라고 생각하시나요?
특히 고객사 관점에서 높게 평가받고 있는 강점이 있다면 함께 소개 부탁드립니다.

LG화학 DAF의 경쟁력은 크게 세 가지로 말씀드릴 수 있습니다.

첫 번째는 LG화학만의 소재 설계 기술입니다. LG화학은 지난 20여 년간 글로벌 메모리 반도체 고객사와 함께 다양한 DAF 제품을 개발해오며, 서로 상충되는 물성을 균형 있게 설계하고 패키지 구조 및 공정별 요구 특성을 최적화하는 노하우를 축적해왔습니다. 또한 고객 공정에 최적화된 DCT를 함께 설계·제공함으로써 시행착오를 줄이고, 고객사의 공정 최적화 기간 단축과 양산 수율·신뢰성 향상 측면에서도 좋은 평가를 받고 있습니다.

두 번째는 필름화 및 정밀 코팅 기술입니다. LG화학은 다양한 필름 사업을 운영하며 축적한 필름 가공 및 정밀 코팅 기술을 보유하고 있으며, 자동화된 계측·검사 시스템을 기반으로 후막부터 초박막까지 다양한 두께의 필름을 안정적으로 양산할 수 있는 경쟁력을 갖추고 있습니다.

마지막은 고객 대응력입니다. LG화학은 고객과 지속적으로 소통하며 요구사항에 빠르게 대응하고, 개발 단계부터 양산 적용까지 긴밀하게 협업할 수 있는 체계를 갖추고 있습니다. 특히 고객 공정을 모사한 내부 사전 검증시스템 구축과 사내 분석연구소 및 DX·Simulation팀들과의, 긴밀한 협업 체계를 기반으로 개발과 양산 단계에서 발생할 수 있는 기술적인 이슈들을 빠르게 분석하고 솔루션을 제공해 나가고 있습니다.

LG화학은 반도체 패키징 소재 공급에 그치지 않고, 고객의 새로운 개발 니즈와 공정 문제들을 함께 고민하고 해결해 나가는 진정한 파트너가 되고자 합니다.

DAF는 용도와 패키징 구조에 따라 다양한 제품군으로 나뉘는 것으로 알고 있습니다.
각각 어떤 반도체 구조와 공정에 적용되며, 최근 특히 수요가 확대되고 있는 분야는 어디인가요?

일반(Normal) 타입은 범용 패키지에 적용되는 제품으로, 표준적인 접착력과 공정성을 기반으로 DRAM, NAND 등 다양한 반도체 패키지에 폭넓게 사용되고 있습니다. *FOW(Film on Wafer)와 *FOD(Film on Die) 제품군은 NAND의 컨트롤러나 와이어를 매립하는 구조에 적용되고 있습니다.

High-modulus 타입은 LG화학만의 차별화된 제품군으로, 얇은 웨이퍼(Wafer)나 *오버행(Overhang) 구조를 갖는 모바일용 DRAM 패키지에 주로 적용됩니다. 이러한 구조에서는 칩 일부가 하단의 칩 밖으로 돌출되는 형태이기 때문에, 반도체 칩과 기판을 가는 금속선으로 연결하는 공정 과정에서 변형이나 크랙이 발생하기 쉽습니다. 이를 안정적으로 지지하기 위해서는 높은 강성을 갖춘 소재 특성이 중요합니다.

최근 모바일 기기의 슬림화와 고집적화가 가속화되면서 이러한 구조의 적용이 확대되고 있고, 이에 따라 High-modulus DAF 수요 역시 빠르게 증가하는 추세입니다. 또한 AI 가속기 및 서버, 온디바이스 AI 반도체 시장이 성장하면서, 발열 문제 해결을 위한 방열 DAF 수요도 앞으로 더욱 확대될 것으로 기대하고 있습니다.

*FOW(Film Over Wire): 웨이퍼 단계에서 필름을 부착하는 방식
*FOD(Film Over Die): 개별 칩 위에 필름을 부착하는 방식
*Overhang 구조: 칩 일부가 기판보다 바깥으로 돌출된 구조

DAF는 매우 정밀한 공정 기술이 필요한 소재라고 들었습니다.
제조 과정에서 가장 까다로운 공정이나 품질 차이를 만드는 핵심 포인트는 무엇인가요?

DAF는 얇은 필름 형태의 소재이지만, 제조 과정에서는 높은 수준의 정밀도가 요구됩니다.

먼저 *밀링(Milling) 공정에서는 수지와 필러 등 구성 성분이 얼마나 균일하게 분산되느냐가 가장 중요한 포인트입니다. DAF는 매우 얇은 두께로 적용되는 소재이기 때문에, 내부 조성이 조금만 불균일 해도 특정 부위의 물성 차이가 발생할 수 있고 이는 접착 불량이나 접합층 내부에 빈 공간이 생기는 문제, 신뢰성 저하로 이어질 수 있습니다. 따라서 입자 분산 상태, 응집 제어, 점도 안정성 등을 정밀하게 관리하여 필름 전체에 걸쳐 균일한 물성을 확보하는 것이 핵심입니다.

다음으로 코팅 공정에서는 단순히 두께를 맞추는 것을 넘어, 외관 품질과 공정성을 동시에 확보하는 것이 중요합니다. 표면 결함이나 두께 편차는 이후 칩을 부착하는 공정에서 불량으로 이어질 수 있기 때문에, 소재가 균일하게 도포되도록 하는 코팅 조건과 건조 과정, 생산 속도 등을 정밀하게 제어해 안정적인 품질을 확보해야 합니다. 특히 고객 공정에서 요구하는 외관 수준을 만족시키기 위해 다양한 공정 변수를 조합하고 최적화하는 과정이 매우 중요합니다.

결국 DAF의 품질 차이는 특정 공정이 아니라, 조성 설계부터 분산, 코팅까지 이어지는 전 공정에서 얼마나 균일한 품질을 구현하느냐에 의해 결정된다고 볼 수 있습니다. 저희 팀은 이러한 공정 변수들을 체계적으로 관리하고 최적화해 고객 공정에서 가장 안정적으로 적용 가능한 제품을 구현하고 있습니다.

*밀링(Milling): 수지와 필러 등 원료를 미세하게 분산·혼합해 소재의 품질을 균일하게 만드는 공정

DAF 개발 과정에서 가장 기억에 남는 순간이 있으셨다면 소개 부탁드립니다.

LG화학에서 반도체 패키징 소재 분야를 처음 시작하고 DAF 소재를 개발하는 과정에서, 개발 제품이 양산화까지 이어져 High-modulus DAF 제품과 FOD 제품으로 *장영실상을 두 차례 수상하게 된 경험이 가장 기억에 남습니다.

경쟁사를 뛰어넘는 세계 최고 수준의 제품을 개발하는 과정에서 수많은 기술적 난제를 마주했고, 동료들과 함께 문제를 하나씩 해결해 나가며 큰 몰입감과 성취감을 느낄 수 있었습니다. 특히 얇은 웨이퍼를 안정적으로 지지하고 공정 중 깨지지 않도록 만드는 DAF를 개발할 때가 기억에 남습니다. 당시 얇은 종이를 받쳐주는 ‘책받침’에서 아이디어를 얻어 개발 방향을 고민하기도 했습니다.

오랜 시행착오 끝에 완성한 High-modulus DAF 샘플을 고객사에 제공했고, 내부 평가와 동일하게 고객 평가에서도 우수한 성능을 인정받았을 때 우리의 개발 방향성이 틀리지 않았다는 확신을 얻을 수 있었고 그 과정에서 고객으로부터 기술적 신뢰를 인정받았다고 느꼈던 순간이 가장 인상에 남습니다.

*장영실상: 국내 산업기술 발전에 기여한 우수 기술 및 제품에 수여되는 상

AI 서버·스마트폰·자동차 등 다양한 기술 안에서 중요한 역할을 하고 있는
DAF의 개발자로서 보람을 느꼈던 순간이 있으셨나요?

개발자로서 가장 보람 있었던 순간은 제가 개발에 참여했던 신제품이 글로벌 플래그십 스마트폰에 실제 적용된 모습을 봤을 때입니다.

특히 최근 출시된 폴더블 스마트폰은 초기 모델 대비 두께가 절반 수준까지 얇아졌는데, 처음 제품을 접했을 때 정말 놀라웠습니다. DAF 신제품 개발 과정에서도 기존 성능을 유지하면서 두께를 절반 수준으로 줄이기 위해 오랜 시간 고민하고 수많은 시행착오를 겪었는데, 실제 제품에 양산 적용된 모습을 확인했을 때 큰 전율을 느꼈습니다.

이처럼 다양한 부품 개발자들이 각자의 영역에서 두께를 줄이고 성능을 높이기 위해 노력한 결과가 모여 새로운 기술과 제품이 탄생한다고 생각합니다. 저희가 하는 연구들이 세상에 나아가 많은 사람들을 좀 더 이롭게 하고 조금 더 편리하고 나은 세상을 만드는 데 기여하고 있다는 점에 보람을 느낍니다.

마지막으로, 전하고 싶은 말씀이 있다면 부탁드립니다.

DAF는 반도체 기기 속에 들어가서 눈에 보이지 않는 소재이지만, 반도체 패키징의 근간을 이루는 칩과 칩을 붙이고 고정하며 전체 패키지를 지탱해주는 중요한 역할을 합니다.

DAF는 현재까지 반도체 패키징에서 공정성과 신뢰성이 가장 많이 검증된 대체불가의 접착 소재입니다. 특히 고집적· 박형화로 가고 있는 첨단 패키지일수록 이러한 접착 안정성과 열 특성, 그리고 신뢰성이 제품 성능과 직결되어 DAF의 중요도가 더욱 커지고 있습니다. 글로벌 메모리 강국인 우리나라 반도체 기업들이 더욱 기술과 시장 트렌드를 지속해서 주도해 나가는 데에 LG화학의 DAF도 보탬이 되었으면 합니다.

AI와 고성능 반도체 시대가 본격화되면서, 패키징 소재 기술의 중요성은 앞으로 더욱 커질 것으로 예상됩니다. 특히 반도체 성능이 칩 자체를 넘어 패키지 구조와 소재 기술에 의해 좌우되기 시작하면서, DAF 역시 반도체 신뢰성과 성능을 결정하는 핵심 소재로 자리 잡고 있습니다.

LG화학은 초박형·고방열 DAF 기술과 정밀 소재 설계 역량을 바탕으로 빠르게 변화하는 첨단 반도체 시장에 대응하고 있습니다. 앞으로도 고객과의 긴밀한 협업을 통해 차세대 반도체 패키징 기술 혁신에 기여해 나갈 계획입니다.

[LG화학 첨단 소재 연구개발팀 인터뷰 모아보기👉]

1) CCL 연구개발팀: AI시대, 소재가 고성능 반도체 성능을 좌우한다!: CCL 연구개발팀