AI칩 각광에 패키징 소재도 첨단화…日 레조낙 개발 선도

그라파이트 TIM 올해 양산…향후 메탈 소재 채택 전망

엔비디아·AMD 등의 주도로 고성능·고집적 반도체가 지속 출시되면서, 반도체 소재 업계도 첨단 제품 개발에 열을 올리고 있다. 올해에는 일본 레조낙이 기존 대비 뛰어난 특성을 갖춘 패키징 소재를 개발해, AI 반도체 향으로 본격적인 양산에 나섰다.

이광주 LG화학 연구위원은 28일 한양대학교 'SSA(Smart Semiconductor Academy)'에서 AI 반도체향 첨단 패키징 시장 동향에 대해 이같이 발표했다.

이광주 LG화학 연구원이 SSA에서 발표를 진행하는 모습(사진=장경윤 기자)

현재 LG화학은 반도체 후면연마(BGT), 부착(DAF)등 반도체 후공정 분야에 필요한 소재를 양산 중이다. PCB(인쇄회로기판)의 핵심 소재인 동반적층판(CCL)용 소재 사업도 영위하고 있다.

이 연구원은 "AI, HPC(고성능컴퓨팅) 등을 위한 고성능 반도체 개발로 이전에 없던 다양한 패키징 소재들이 연구되고 있다"며 "상용화를 위해서는 방열 특성을 좋게하거나 소재의 두께를 얇게 하는 등, 여러 가지 기술적 과제들을 해결해야 한다"고 설명했다.

특히 고성능 AI 반도체를 위한 차세대 소재 개발 경쟁이 치열한 것으로 전해진다. 현재 엔비디아의 블렉웰 시리즈, AMD MI300 시리즈 등 방대한 양의 데이터 처리를 위한 AI 서버용 칩이 지속 출시되고 있다.

여기에 중요한 소재 중 하나가 TIM(열계면물질)이다. TIM은 반도체 칩에 방열판을 접착시키기 위해 사용되는 고분자 재료다. 칩에서 나오는 열을 방열판으로 잘 전달해줘야 하기 때문에 높은 열전도율을 갖춰야 하며, 동시에 접착성이나 안정성도 뛰어나야 한다.

TIM에 주로 사용되는 물질은 폴리머, 그라파이트(흑연), 메탈 등으로 나뉜다. 각 물성에 따라 적용처가 다르다. 후자로 갈수록 열전도율이 높아 방열처리가 유리하기 때문에, 업계는 고성능 AI 반도체 향으로 그라파이트, 메탈 기반의 TIM을 개발해 왔다.

다만 메탈 TIM은 소재 두께를 얇게하거나 뛰어난 유연성을 구현하기 어렵다는 단점이 있다.

이로 인해 AI 반도체 시장에서는 올해부터 그라파이트 TIM이 메탈 TIM에 앞서 선제적으로 양산에 적용됐다. 일본의 주요 소재 기업인 레조낙이 상용화에 성공한 것으로 알려졌다.

이광주 연구원은 "메탈 TIM이 방열 특성이 좋기는 하지만 아직 기술적으로 완성되지는 않았다"며 "국내외에서 많은 기업들이 고방열 특성의 TIM을 개발하고 있고, 현재는 레조낙이 가장 제일 앞서나가는 형국"이라고 설명했다.