전남대·KAIST·정부출연연·美 텍사스 A&M 참여한 글로벌 공동연구 성과
'펨토초 레이저' 활용해 유리 기판 앞·뒷면에 마스크 없는 직접 배선 구현
차세대 AI 반도체 '공동 패키징 광학' 대응할 유리기판 공정 난제 풀어
전남대학교가 차세대 AI 반도체 패키징 분야의 핵심 기술로 꼽히는 유리기판 직접 배선 기술 확보에 성공했다고 21일 밝혔다.
이번 성과는 전남대 한승회 교수 연구팀을 중심으로 KAIST 김영진 교수 연구팀, 한국기계연구원, 한국생산기술연구원, 미국 텍사스 A&M대 연구진이 함께한 글로벌 공동연구를 통해 나왔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 ‘글로컬 R&D’와 ‘글로벌기초연구실’ 사업을 바탕으로 추진됐다. 지역 거점대학과 국내외 연구기관의 협력 역량을 결집해 실제 성과로 이어졌다는 점에서 의미를 더한다.
윗줄 왼쪽부터 시계방향 허준석 석박통합과정, 한승회 지도교수, 위찬웅 석박통합과정, C. Nagarajan 박사후연구원 기념 촬영
공동 연구팀은 초고속 펨토초 레이저를 활용해 투명 유리기판의 앞면과 뒷면 모든 표면에 전도성 탄소 회로를 마스크 없이 직접 형성하는 ‘극초단펄스 레이저 유도 화학기상증착(ULCVD)’ 기술을 개발했다.
이 기술은 유리를 통과하는 레이저의 특성과 비선형 흡수 현상을 이용해 원하는 위치에 선택적으로 배선을 구현할 수 있는 것이 특징이다.
최근 AI 반도체는 고집적화와 데이터 처리량 증가에 따라 전기 신호와 광 신호를 하나의 칩에 함께 구현하는 ‘공동 패키징 광학(CPO)’ 기술이 주목받고 있다.
이 과정에서 광학 특성이 뛰어난 유리기판 도입이 빨라지고 있지만, 유리관통전극(TGV)과 재배선층(RDL) 공정에서 입체 배선을 구현하는 문제는 여전히 난제로 꼽혀왔다.
연구팀은 이번 기술을 통해 유리기판 전면은 물론 뒷면에서도 자유로운 배선 형성이 가능하다는 점을 입증했다. 특히 공정 최적화를 거쳐 기존 학계 최고 수준의 레이저 유도 그래핀(LIG) 배선과 견줄 만한 전기 전도성도 확보했다.
또 이번 기술이 반도체 패키징 핵심 구조인 관통 홀 내부나 복잡한 3차원 곡면 구조물 위에도 적용될 가능성이 크다는 점도 확인했다. 단순한 실험실 수준을 넘어 차세대 반도체 패키징의 원천 기술로 발전할 잠재력을 보여줬다는 평가다.
연구팀은 기술 응용성을 검증하기 위해 정육면체 원자 증기 셀 표면에 탄소 히터를 패터닝하고, 이를 바탕으로 비접촉식 무선 광열 가열 개념도 시연했다.
투명 유리의 특성과 3차원 전자회로 구현 기술을 결합할 수 있어 향후 CPO 기반 광·전 융합 반도체를 비롯해 정밀 양자 센서 등 다양한 3차원 유리 구조 소자 분야에서 활용 폭이 넓어질 것으로 기대된다.
한승회 전남대 교수는 “이번 성과는 글로벌기초연구실 사업 등을 통한 긴밀한 국제 협력 네트워크가 있었기에 가능했던 결실”이라며 “복잡한 마스크 공정 없이도 유리기판의 전방위 패터닝이 가능한 원천 기술을 확보했다는 점에서 의미가 크다”고 말했다.
이어 “연구팀은 현재의 탄소 기반 배선을 넘어 앞으로 반도체 패키징의 주력 소재인 구리(Cu)와 금(Au) 등 다양한 금속 물질로 ULCVD 공정 기술을 확장할 계획”이라며 “이는 글로벌 첨단 반도체 패키징 공급망에서 국내 기술 경쟁력을 높이는 핵심 동력이 될 것”이라고 밝혔다.
이번 연구 결과는 JCR 광학 분야 상위 4.4%에 해당하는 학술지 ‘PhotoniX(IF 19.1)’에 지난 3일 게재됐다. 연구는 한국연구재단 글로컬 R&D 지원사업, 한국연구재단 글로벌기초연구실지원사업, 한국산업기술기획평가원 기계장비산업기술개발사업 등의 지원을 받아 수행됐다.
댓글
0