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고성능 패키지의 핵심 층을 설계하다: BUF(Build-Up Film) 연구개발팀

2026. 07. 20

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AI와 HPC(고성능 컴퓨팅)를 중심으로 고성능 반도체 수요가 늘어나면서, 반도체 패키지 기술도 빠르게 발전하고 있습니다. 더 많은 데이터를 안정적으로 처리하려면 반도체 패키지 안의 회로는 더 촘촘해지고, 여러 층으로 정교하게 쌓여야 합니다.

이때 각 배선층이 서로 간섭하지 않도록 구분하고, 미세한 회로가 안정적으로 형성될 수 있도록 돕는 소재인 BUF(Build-Up Film)가 필요합니다.

이번 인터뷰에서는 LG화학 BUF 개발팀을 만나, 고성능 패키지 시대에 BUF가 어떤 역할을 하는지, 그리고 이를 위해 어떤 기술을 준비하고 있는지 들어보았습니다.

안녕하세요! 먼저 팀 소개와 현재 담당하고 계신 업무를 소개 부탁드립니다.

안녕하세요. 저희 팀은 반도체 패키지용 BUF(Build-Up Film) 소재 개발을 담당하고 있습니다.

저희는 AI 서버와 HPC 등 고성능 반도체 패키지 기판에 적용되는 BUF를 개발합니다. 미세한 배선이 안정적으로 형성되고, 빠르게 오가는 신호가 손실 없이 전달될 수 있도록 BUF의 성능을 설계하는 것이 주요 역할입니다.

이를 위해 다양한 수지와 무기 필러, 촉매 시스템을 조합해 전기적 특성, 치수 안정성, 접착력, 신뢰성을 확보하고 있습니다. 나아가 레이저 가공성과 도금 밀착성처럼 실제 패키지 기판 제조 공정에서 중요한 요소까지 함께 검토해, 공정에 적합한 BUF 솔루션을 개발하고 있습니다.

BUF(Build-Up Film)는 어떤 소재이며, 반도체 패키지 기판에서 어떤 역할을 하나요?

BUF는 반도체 패키지 기판에서 층간 절연층으로 사용되는 유·무기 복합 소재입니다. 여러 층의 배선이 서로 간섭하지 않도록 절연해주고, 그 위에 미세 회로가 안정적으로 형성될 수 있도록 돕는 역할을 합니다.

쉽게 말해 반도체 패키지 안의 촘촘한 배선들이 서로 영향을 주지 않고 제 역할을 하려면, 층 사이를 안정적으로 나누고 받쳐주는 소재가 필요합니다. BUF가 바로 그 기반이 됩니다.

전기적으로는 배선 사이의 신호 간섭이나 단락을 막고, 구조적으로는 미세 배선층을 안정적으로 지지합니다. 동시에 균일한 두께와 표면을 구현해 회로가 정밀하게 형성될 수 있도록 돕습니다.

이처럼 BUF는 층을 나누는 절연재를 넘어, 미세 회로 구현과 패키지 구조의 안정성을 함께 뒷받침하는 소재로 역할이 확대되고 있습니다.

패키지 구조 변화에 따라 BUF에 요구되는 성능은 어떻게 달라지고 있나요?

고성능 반도체 패키지는 적용 분야와 구조에 따라 필요한 성능이 달라집니다. LG화학 BUF 역시 이러한 요구에 맞춰 저유전·저손실(Low Dk/Df), 저열팽창(Low CTE), 미세패턴(Fine Pattern) 등 다양한 제품군으로 개발되고 있습니다.

이에 따라 BUF에 요구되는 핵심 성능은 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

1. 신호 손실을 줄이는 특성(Low D_k/D_f)
고속으로 이동하는 전기 신호가 손실되거나 왜곡되지 않도록 돕습니다.

2. 열에 의한 변형을 줄이는 특성(Low CTE)
기판의 대형화·고집적 환경에서도 Warpage(휨)를 효과적으로 억제하여 우수한 치수 안정성과 높은 신뢰성을 제공합니다.

3. 미세 회로를 구현하는 성능(Fine Pattern)
얇고 균일한 절연층과 정밀한 레이저 가공성을 바탕으로 더 촘촘한 회로와 고밀도 적층 구조를 구현할 수 있도록 합니다.

결국 BUF는 신호를 안정적으로 전달하고, 열에 의한 변형을 줄이며, 미세 회로가 정밀하게 형성될 수 있도록 돕는 소재로 발전하고 있습니다. 중요한 것은 패키지 구조와 고객 공정에 맞춰 여러 특성이 함께 구현되도록 설계하는 것입니다.

LG화학 BUF만의 차별화된 경쟁력은 무엇인가요?

LG화학 BUF의 차별화된 경쟁력은 고객 요구에 최적화된 ‘수지 조성 설계(Resin Formulation) 기술’에 있습니다. 패키지 구조와 적용 분야에 따라 필요한 성능이 다르기 때문에, 수지, 촉매, 필러를 정교하게 조합해 원하는 물성을 구현하는 것이 핵심입니다.

특히 고인성(High Toughness) 설계를 통해 균열에 강한 특성을 높이고 있습니다. 이를 통해 열과 기계적 스트레스가 반복되는 환경에서도 소재가 안정적으로 버틸 수 있도록 하였습니다.

또한, 필러 함량이 높을수록 얇게 코팅하기 어려운 기술적 한계를 극복하고, 나노필러 고충진 기술과 10㎛ 이하 초박막 코팅 기술을 동시에 구현하여 미세패턴 구현성을 높였습니다. 얇고 균일한 절연층을 형성할 수 있어, 초미세 회로 구현과 생산 효율 향상에 기여할 수 있습니다.

즉, LG화학 BUF는 소재 설계에만 머무르지 않습니다. 실제 기판 제조 공정에서 필요한 가공성, 접착성, 신뢰성까지 함께 고려한 통합 솔루션이라는 점에서 차별화됩니다.

AI 반도체 기판에서는 워페이지 문제가 중요하다고 하는데요.
워페이지는 어떤 현상이고, BUF는 이를 줄이는 데 어떻게 기여하나요?

‘워페이지(Warpage)’는 열이나 응력으로 인해 기판이 휘어지는 현상을 말합니다. AI 반도체 패키지는 점점 대형화·고집적화되고 있는데, 여러 소재가 쌓여 있는 기판은 열이 가해졌을 때 소재별로 팽창하는 정도가 다릅니다. 이 차이가 커지면 기판 변형이 발생할 수 있습니다.

LG화학의 Low CTE BUF는 이러한 열팽창 차이를 줄여 기판 변형을 억제하는 역할을 합니다. 탄성(Modulus) 조절과 두께 균일성 확보 기술을 통해 기판 내부의 응력 분포를 고르게 만들고, 열에 의한 뒤틀림을 줄일 수 있도록 설계하고 있습니다.

또한 다기능(Multi-functional) 경화제 설계를 통해 열팽창 자체를 낮출 수 있도록 합니다. 이를 통해 대면적 AI 패키지에서도 제조 공정의 안정성과 패키지 구조의 신뢰성을 높이는 데 기여하고 있습니다.

워페이지(Warpage) 외에도, BUF 개발 과정에서 가장 어려운 기술적 과제는 무엇인가요?

BUF 개발에서 가장 어려운 점은 여러 성능을 동시에 만족시키는 ‘균형 설계’입니다. 하나의 성능을 높이는 과정에서 다른 특성이 영향을 받을 수 있기 때문에, 전기적 특성, 접착 안정성, 구조 신뢰성, 공정 적합성을 함께 고려해야 합니다.

예를 들어 신호 손실을 줄이기 위해 저유전율*·저유전손실* 소재를 적용하면, 구리(Cu)와의 접착력이 낮아질 수 있습니다. 이는 도금 계면이나 층간 접합의 신뢰성에 영향을 줄 수 있습니다.

또한 패키지가 커지고 여러 층으로 복잡해질수록 내부에 열과 응력이 쌓이기 쉽습니다. 이로 인해 기판 변형, 균열(Crack), 층간 박리(Delamination) 같은 문제가 함께 발생할 수 있습니다. 여기에 고객이 요구하는 저유전 특성과 미세패턴 대응 수준도 계속 높아지고 있어, 기존 소재만으로는 요구 성능을 모두 만족시키기 어려운 경우가 있습니다.

결국 BUF 개발은 특정 물성 하나를 개선하는 일이 아니라, 서로 영향을 주고받는 여러 특성을 균형 있게 맞추는 정교한 소재 설계 과정입니다.

* 저유전율(Low Dk, Low Dielectric Constant): 전기 에너지를 적게 저장하여 신호 전달 지연을 줄이는 특성
* 저유전손실(Low Df, Low Dissipation Factor): 신호 전달 중 에너지 손실을 줄여 신호 감쇠를 최소화하는 특성

초정밀 소재인 BUF를 개발할 때, 연구실에서 가장 예민하게 신경 쓰는 부분은 무엇인가요?
연구원님들만의 ‘직업병’도 궁금합니다.

BUF는 미세 배선을 구현하는 초정밀 소재인 만큼, 연구실에서는 무엇보다 이물(Particle) 관리와 소재 및 막의 균일성 확보를 중요하게 보고 있습니다. 작은 이물이나 분산 불균일도 미세 회로 불량으로 이어질 수 있기 때문에, 소재 합성부터 코팅, 평가까지 전 과정에서 청정도와 분산 상태를 철저히 관리합니다.

성능 검증과 품질 확보를 위해서는 신호 손실과 관련된 유전 특성(D_k/D_f), 구리(Cu) 접착력, 열팽창계수(CTE), 워페이지(Warpage), 균열 및 박리, 미세패턴 형성 능력, 고온·고습 신뢰성 등을 중점적으로 평가합니다. 또한 실제 적용을 위해 라미네이션, 레이저 드릴링, 도금 등 공정 조건 최적화도 함께 진행하고 있습니다.

이런 업무 특성 때문에 연구원들은 일상에서도 먼지나 표면의 미세한 차이를 자연스럽게 인지하게 되는 경우가 있습니다. 작은 결함 하나까지 놓치지 않으려는 감각이 연구개발 과정 전반에 자리 잡고 있는 셈입니다.

연구개발 과정에서는 다양한 전공과 경험을 가진 팀원들이 함께 협업할 텐데요.
BUF 연구개발팀만의 협업 문화나 문제 해결 방식이 있다면 소개 부탁드립니다.

BUF 개발은 원재료, 배합, 공정, 신뢰성, 제품화 등 다양한 영역이 긴밀하게 연결되어 있습니다. 하나의 문제가 발생해도 소재 조성, 공정 조건, 평가 방식 등 여러 관점에서 원인을 살펴봐야 하기 때문에, 각 분야의 경험과 전문성을 연결하는 협업이 중요합니다.

저희 팀은 구성원들이 자유롭게 의견을 나누고, 논의한 내용을 실제 검증으로 이어가는 문화를 중요하게 생각합니다. 검증 결과는 다시 정리하고 표준화해 팀의 자산으로 축적하고 있습니다. 이렇게 쌓인 데이터와 노하우는 복잡한 문제를 더 빠르고 안정적으로 해결하는 기반이 됩니다.