2026. 07. 08
더 빠른 연산, 더 많은 데이터, 더 높은 집적도. AI 시대의 반도체는 끊임없이 성능의 한계를 넘어가고 있습니다.
하지만 고성능 반도체를 완성하는 것은 칩만이 아닙니다. 칩과 칩, 칩과 기판을 정밀하게 연결하고 안정적으로 보호하는 패키징 소재 기술 역시 중요한 역할을 담당하고 있는데요. 특히 PID(Photo Imageable Dielectric)는 초미세 회로 구현을 가능하게 하며, 반도체 패키징이 구현할 수 있는 수준 자체를 넓혀가고 있습니다.
이번 인터뷰에서는 LG화학 PID 연구개발팀을 만나 PID 기술의 현재와 미래, 그리고 차세대 반도체 패키징 시장을 향한 도전에 대해 이야기를 나누었습니다.
안녕하세요. 먼저 팀 소개와 현재 담당하고 계신 업무를 소개 부탁드립니다.
안녕하세요. 저희 LG화학 패터닝소재 PJT는 AI, HPC(고성능 컴퓨팅) 및 5G·6G 애플리케이션에 적용되는 *고밀도 팬아웃 패키지(HDFO) 기술용 소재를 연구개발하고 있습니다.
현재 팀에서는 패키지 내 *재배선층(RDL)에 사용되는 ‘PID(Photo Imageable Dielectric)’를 개발하고 있는데요. PID는 저손실 특성과 높은 신뢰성을 갖춘 차세대 유전체 소재로, 빛을 이용해 미세한 회로 그림을 아주 정밀하게 그려내는 ‘노광(Lithography) 성능’이 우수합니다.
그중에서도 빛을 이용해 미세 회로를 구현할 수 있는 *감광성 폴리이미드(PSPI)를 설계에 집중하고 있는데요. 당사의 PID는 구조적 이점으로 인해 타사 제품 대비 가스 방출이 적고, 수축률이 낮으며, 보다 낮은 온도에서 경화가 가능해 신뢰성 측면에서 다양한 장점을 제공합니다.
패터닝소재 PJT는 이러한 소재 설계 역량을 바탕으로 차세대 반도체 패키징이 요구하는 더욱 정교하고 안정적인 구조를 구현할 수 있는 PID를 개발하고 있습니다.
* 고밀도 팬아웃 패키지(HDFO, High-Density Fan-Out): 반도체 칩 주변에 더 많은 입·출력(I/O) 연결을 구현할 수 있도록 설계된 첨단 패키징 기술
* 재배선층(RDL, Redistribution Layer): 반도체 칩 내부의 입·출력 단자(I/O)를 원하는 위치로 재배치해 외부 회로와 연결할 수 있도록 하는 배선층
* 감광성 폴리이미드(PSPI, Photosensitive Polyimide): 빛에 반응해 원하는 패턴을 형성할 수 있는 폴리이미드 소재로, 반도체 패키징 공정 등에 사용
* 폴리이미드(PI, Polyimide): 우수한 내열성과 내화학성을 갖춘 고기능성 고분자 소재로, 반도체와 전자부품 등 다양한 첨단 산업에 활용
PID는 일반 소비자들에게는 다소 생소한 소재인데요.
PID가 어떤 소재인지, 그리고 반도체 패키징 공정에서 어떤 역할을 하는지 쉽게 설명해 주실 수 있을까요?
PID는 빛을 쬐었을 때 화학적 반응이 일어나 경화되거나 녹는 특성을 가진 ‘감광성 절연 소재’입니다. 반도체 패키징 공정에서는 칩과 기판 사이에 전기 신호가 흐르는 통로를 만들면서도, 신호 간 간섭이나 외부 영향으로부터 회로를 보호하는 역할을 하죠.
특히 고성능 반도체에 필요한 초미세 회로를 구현하는 데 필수적인 소재인데요. 기존 소재 대비 낮은 온도에서 경화가 가능하고 금속 표면에 대한 접착력이 우수하다는 장점도 갖고 있습니다. 현재는 크게 액상(Liquid) 타입과 필름(Film) 타입으로 개발되고 있는데요. 액상 타입은 소재를 도포한 뒤 경화하는 방식이고, 필름 타입은 얇은 막 형태의 소재를 부착해 사용하는 방식입니다.
PID의 역할은 반도체 패키징 공정에서 더욱 중요하게 드러납니다. 패키징은 완성된 반도체 칩을 보호하고 외부 시스템과 전기적으로 연결하는 마지막 단계인데요. 이 과정에서 PID는 칩과 기판을 연결하는 미세한 전기 길(재배선층)들이 서로 합선되지 않도록 안전하게 감싸주는 ‘보호 피복(절연층, Redistribution Layer)’ 역할을 합니다. 덕분에 복잡한 회로 속에서도 전기 신호가 다른 곳으로 새지 않고 정확하고 안정적으로 전달될 수 있습니다.
쉽게 비유하자면, PID는 여러 주요 도시를 연결하는 철도망 속 ‘터널’과 같은 역할을 담당합니다. 철도가 도시와 도시를 빠르게 연결하면서도 안전하게 운행되기 위해 터널과 보호 구조물이 필요하듯, PID 역시 전기 신호가 이동하는 경로를 보호해 칩과 칩, 칩과 기판 사이의 신호가 정확하고 빠르게 전달될 수 있도록 합니다.
AI 반도체의 고성능화와 함께 패키징 기술도 빠르게 발전하고 있습니다.
이러한 변화 속에서 고객사들이 PID에 요구하는 성능은 어떻게 달라지고 있으며, LG화학은 이에 대응해 어떤 액상 PID 기술을 개발하고 있나요?
AI 반도체의 발전과 함께 반도체 패키징 기술도 빠르게 진화하고 있습니다. 특히 반도체 칩과 기판을 가는 금속선으로 연결하는 기존의 와이어 본딩(Wire Bonding) 방식에서, 칩을 뒤집어 기판과 직접 연결하는 플립칩(Flip Chip) 구조로 전환되면서 재배선층에 사용되는 층간 유전체 소재 시장도 확대되고 있습니다.
이러한 변화는 PID에 대한 요구사항에도 영향을 주고 있는데요. 기존에는 높은 온도에서 화학 반응을 거쳐 최종 폴리이미드 구조가 형성되는 전구체 유형의 소재가 주로 사용됐습니다. 하지만 이 방식은 뜨거운 열 때문에 반도체에 무리가 가고, 이 과정에서 가스가 발생해 불량을 만들기 쉬웠죠. 최근에는 공정 과정에서 발생하는 가스량이 적고 낮은 온도에서도 경화가 가능한 선폐환 타입 폴리이미드 조성물이 공정성과 신뢰성 측면에서 더욱 주목받고 있습니다. 반도체에 스트레스를 주지 않으면서도 불량률을 낮출 수 있기 때문입니다.
여기에 더해, AI 반도체가 점점 더 얇고 고성능화되면서 회로의 길도 머리카락보다 수만 배 가는 미세 회로로 변하고 있습니다. 이에 따라 미세한 패턴을 구현할 수 있는 고해상도 PID의 중요성과 필요성도 지속적으로 커지고 있습니다.
LG화학 역시 이러한 시장 변화에 맞춰 공정 안정성과 신뢰성, 고해상도 패터닝 성능을 모두 확보할 수 있는 차세대 PID 소재 개발하고 공급하기 위해 노력하고 있습니다.
AI 반도체 시장이 성장하면서 패키징 기술과 소재에 대한 요구도 빠르게 변화하고 있습니다.
연구 현장에서는 이러한 변화를 어떻게 체감하고 계신가요? 또한 LG화학이 필름 PID 개발에 주목하게 된 배경과 향후 시장 전망도 궁금합니다.
AI 반도체 시장의 급성장은 반도체 패키징 기술의 패러다임을 근본적으로 변화시키고 있습니다. 이에 따라 핵심 소재인 PID 역시 단순히 회로를 절연하고 보호하는 소재를 넘어, 이제는 고성능 칩의 신호 무결성과 열 관리, 대면적 기판의 균일성까지 좌우하는 핵심 소재로 자리 잡고 있는데요.
연구 현장에서도 AI 반도체 패키징은 더 이상 단순한 ‘조립 기술’이 아닌 고도의 ‘물성 설계’가 필요한 분야로 인식되고 있습니다. AI 가속기와 HBM이 결합된 칩은 고전력, 고열, 고주파 신호, 전자파 간섭 등 다양한 조건을 동시에 견뎌야 하기 때문인데요. 이로 인해 고객사들이 요구하는 성능 수준도 크게 높아지고 있습니다.
[AI 반도체 시대, PID 전반에 대한 주요 요구사항]
LG화학은 이러한 변화에 대응하기 위해 일본 소재 업체들이 주도해 온 PID 시장에 독자 기술을 바탕으로 진입했으며, 액상 PID와 필름 PID를 모두 개발해 AI 및 고성능 반도체 시장을 공략하고 있습니다. 특히 액상 PID는 친환경성과 공정 안정성을, 필름 PID는 고객의 다양한 공정 환경에 대응할 수 있는 솔루션으로 차별화된 포트폴리오를 구축하고 있으며, 현재 글로벌 주요 반도체 기업들과 협업을 통해 개발을 진행하고 있습니다.
앞으로 반도체 패키징 시장은 AI 인프라 확대에 힘입어 연평균 두 자릿수의 지속적인 성장이 예상됩니다. *CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)와 같은 첨단 패키징 기술 수요가 증가하고 공급망 다변화가 진행되는 가운데, 유리기판 등 차세대 패키징 플랫폼에 최적화된 소재 경쟁도 더욱 치열해질 것으로 보고 있는데요. LG화학은 이러한 변화에 대응하며 차세대 반도체 소재 시장을 선도해 나가고자 합니다.
* CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate): 여러 개의 반도체 칩을 하나의 기판 위에 고밀도로 연결해 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높이는 첨단 패키징 기술
최근 반도체 기판 업계에서 ‘글라스(유리) 기판’이 큰 화두입니다.
차세대 필름 PID 개발 과정에서도 이러한 기판 소재 변화에 대비하고 계신가요? LG화학은 어떤 준비를 하고 있는지 궁금합니다.
반도체 패키징 업계가 플라스틱 기반 유기물 기판에서 유리(Glass) 기판으로 변화하는 흐름은 차세대 필름 PID 개발에서도 중요한 고려 요소 중 하나입니다. LG 화학을 비롯한 주요 소재 기업들은 유리 기판의 높은 평탄도와 낮은 열팽창 계수 등 물리적 특성과 공정 요구사항을 충족하기 위해 기존 액상 PID 와 차별화된 필름 타입 PID 기술을 선제적으로 개발하고 있습니다.
AI 반도체의 성능이 높아질수록 칩의 크기는 점점 커지고 적층 구조는 복잡해지고 있습니다. 이러한 환경에서는 기존 유기물 기판이 고온 공정에서 기판이 휘어지는 워페이지(Warpage) 현상이나 초미세 회로 구현 측면에서 한계를 보일 수 있는데요. 반면 유리 기판은 열팽창 계수가 낮고 표면이 매우 평탄해 미세 배선 형성과 대형화에 유리한 장점을 갖고 있습니다. 이러한 변화에 맞춰 필름 PID 소재에도 새로운 수준의 성능이 요구되고 있습니다.
[유리기판 시대, 필름 PID에 대한 요구사항]
이러한 요구사항은 필름 PID가 가진 장점과도 맞닿아 있습니다. 특히 대면적 공정에서의 균일성과 기존 공정 활용 가능성은 향후 유리 기판 적용이 확대될수록 더욱 중요해질 것으로 보고 있습니다. 유리기판은 상용화를 위해 많은 글로벌 기업들이 기술 개발을 진행 중이며, 관련 투자를 확대하고 있는데요. 향후 유리 기판 적용이 확산되면 PID 소재 시장에서도 대면적 공정 대응 능력과 고해상도 구현 기술이 핵심 경쟁력이 될 것으로 전망됩니다.
결국 LG화학의 필름 PID 개발은 단순한 소재 개발을 넘어, 플라스틱에서 유리 기판으로 전환되는 차세대 패키징 패러다임 변화에 선제적으로 대응하기 위한 전략입니다. 앞으로도 대면적 균일성과 공정 호환성을 갖춘 PID 기술을 바탕으로 차세대 반도체 패키징 시장에 대응해 나갈 계획입니다.
LG화학은 액상 PID와 필름 PID를 모두 개발하고 있습니다. 두 제품은 각각 어떤 특징과 강점을 가지고 있으며, 고객에게 어떤 차별화된 가치를 제공하고 있나요?
LG화학은 첨단 반도체 패키징 시장의 다양한 수요에 대응하기 위해 액상 PID와 필름 PID라는 상호 보완적인 제품 포트폴리오를 구축하고 있습니다.
LG화학은 이러한 액상 PID와 필름 PID 포트폴리오를 바탕으로 고객의 공정 규모와 생산 환경에 맞는 최적의 솔루션을 제공하고 있습니다. 기존 설비 활용이 중요한 고객에게는 필름 PID를, 초미세 회로 구현과 공정 안정성이 중요한 고객에게는 액상 PID를 제안함으로써 AI 및 고성능 반도체 시장에서 요구되는 다양한 기술적 과제에 대응하고 있는데요. 고객의 공정 특성과 개발 방향에 맞춰 최적의 소재 솔루션을 제공할 수 있다는 점이 LG화학 PID의 경쟁력이라고 생각합니다.
첨단 반도체 패키징 소재는 높은 정밀도와 신뢰성이 요구되는 만큼 개발 과정에서도 많은 도전이 있었을 것 같습니다. PID 개발 과정에서 가장 기억에 남는 기술적 과제는 무엇이었나요?
첨단 반도체 패키징 소재인 PID는 다양한 물성과 높은 신뢰성이 동시에 요구되는 소재인 만큼 개발 과정에서도 많은 기술적 도전이 있었습니다. 특히 개발 초기에는 이미 일본 소재 업체들이 주도하고 있는 시장에서 새로운 소재의 가능성을 검증하고 경쟁력을 확보해야 했기 때문에 많은 시행착오를 겪었습니다.
PID는 특정 성능 하나만 뛰어나서는 안 됩니다. 미세 패턴 구현 능력은 물론, 접착력, 내열성, 공정 안정성, 신뢰성 등 여러 특성을 균형 있게 확보해야 하기 때문입니다. 이를 위해 PI 레진의 분자 구조를 설계하고 다양한 첨가제를 적용하는 한편, 공정 조건을 반복적으로 최적화하며 원인을 분석하고 개선해 나갔습니다.
매 순간이 새로운 도전이었지만, 작은 성공과 실패가 교차하는 그 과정 자체가 저희에게는 성장의 동력이었습니다. 끊임없는 도전 정신으로 축적된 데이터와 노하우가 결국 액상 PID와 필름 PID 모두에서 우수한 물성과 신뢰성을 확보할 수 있는 기반이 되었죠.
연구개발은 정답을 찾아가는 과정이라기보다 끊임없이 가능성을 검증하고 한계를 넘어서는 과정이라고 생각합니다. 앞으로도 LG화학은 축적된 기술력과 경험을 바탕으로 고객이 요구하는 차세대 반도체 소재 개발에 지속적으로 도전해 나갈 계획입니다.
마지막으로, 앞으로 LG화학 PID 연구개발팀이 만들어가고 싶은 미래에 대해 말씀 부탁드립니다.
LG화학 PID 연구개발팀이 만들어가고 싶은 미래는 단순한 소재 공급자를 넘어, 반도체 패키징 기술의 진화를 함께 이끄는 기술 파트너로 자리매김하는 것입니다.
AI와 HBM 등 차세대 반도체의 고집적화·고성능화 요구에 맞춰, 저희는 기존 공정의 한계를 뛰어넘을 수 있는 초정밀·고신뢰성 소재를 지속적으로 개발해 나가고자 합니다. 또한 액상과 필름, 이원화된 포트폴리오를 AI 기반 공정 최적화 기술과 신소재 개발 역량을 접목해, 고객사의 맞춤형 니즈를 선제적으로 파악하고 해결하는 ‘커넥팅 솔루션(Connecting Solution)’을 제공하는 것이 우리의 목표입니다.
아울러 환경 규제가 강화되는 흐름에 맞춰 유해 화학물질을 배제한 PFAS-Free 소재와 저탄소 소재 기술을 고도화하며, 보다 지속 가능한 반도체 생태계 구축에도 기여하고자 합니다. 앞으로도 끊임없는 연구개발과 혁신을 통해 고객과 함께 성장하고, 차세대 반도체 산업의 발전에 기여할 수 있는 소재를 선보이겠습니다.
AI 시대의 반도체 경쟁력은 칩 자체를 넘어, 이를 얼마나 정교하게 연결하고 구현하느냐에 의해 결정되고 있습니다.
LG화학 PID 연구개발팀은 액상 PID와 필름 PID를 바탕으로 차세대 패키징 기술의 한계를 넓혀가고 있습니다. 초미세 회로 구현부터 차세대 유리기판 대응까지, 끊임없는 연구와 도전으로 미래 반도체 산업의 새로운 가능성을 만들어가고 있는데요.
앞으로도 고객의 기술적 과제를 함께 해결하며 차세대 반도체 패키징의 미래를 만들어갈 PID 연구개발팀의 도전을 기대해 주세요.
[LG화학 첨단 소재 연구개발팀 인터뷰 모아보기👉]
1) CCL 연구개발팀: AI시대, 소재가 고성능 반도체 성능을 좌우한다!: CCL 연구개발팀
2) DAF 연구개발팀: 첨단 반도체 패키징 기술의 숨은 주역을 만나다!: DAF(Die Attach Film) 연구개발팀
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