무연납 진공 리플로우(LFVR: Lead-Free Vacuum Reflow)란?

무연납 진공 리플로우(LFVR, Lead-Free Vacuum Reflow)는 반도체 패키징 공정에서 솔더볼(Solder Ball)을 리플로우(Reflow)하는 과정에서 발생하는 공기 기포(Void)를 최소화하기 위한 기술입니다. 기존의 일반적인 리플로우 공정과 달리 진공 환경을 활용하여 솔더링 품질을 향상시키는 것이 핵심입니다.

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1. 무연납 진공 리플로우 개요

1) 리플로우(Reflow)란?
리플로우는 반도체 패키징에서 칩과 기판을 연결하는 솔더볼(Solder Ball)을 녹이고 접합하는 공정입니다.

2) 무연납(Lead-Free) 솔더링의 필요성
기존의 납(Pb) 기반 솔더링은 환경 및 건강 문제로 인해 규제가 강화되면서, RoHS(Restriction of Hazardous Substances) 규제에 따라 무연납 솔더링이 필수화되었습니다.

3) 진공(Vacuum) 환경을 활용하는 이유
솔더링 과정에서 공기 중 산소와 수분이 가열될 경우 **기포(Void)**가 발생하며, 이는 접합 강도를 저하시킬 수 있습니다. 진공 환경에서 솔더링을 진행하면 기포 제거 효과가 있어 품질이 향상됩니다.

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2. 무연납 진공 리플로우 공정 단계

1. 칩 & 기판 정렬(Alignment)
   • 반도체 칩과 기판을 정밀하게 배치
2. 플럭스 도포(Flux Coating)
   • 산화 방지를 위한 플럭스를 바르고 솔더볼을 부착
3. 진공 리플로우 가열(Vacuum Heating)
   • 솔더볼을 가열하여 녹이면서 동시에 진공 환경에서 기포 제거
4. 냉각(Cooling)
   • 접합이 완료된 후 냉각하여 강도를 유지

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3. 무연납 진공 리플로우의 주요 장점

구분	일반 리플로우	무연납  진공 리플로우
기포(Void) 제거	X (기포 발생 가능)	O (진공 환경으로 제거)
접합 강도	낮음 (기포로 인한 결함 가능)	높음 (균일한 접합)
불량률	상대적으로 높음	낮음 (불량 감소)
환경 규제	Pb 포함 가능	RoHS 준수 (무연납)

• 기포(Void) 감소: 진공 상태에서 솔더링을 진행하여 내부 공기 방울을 최소화
• 솔더 접합 강도 향상: 균일한 용융과 냉각으로 접합 품질을 극대화
• 고신뢰성 필요 부품에 적합: HBM(고대역폭 메모리), AI 반도체, 전력 반도체(Power IC) 등에 필수적

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4. 무연납 진공 리플로우의 반도체 산업 적용 사례

1) HBM(고대역폭 메모리) 패키징

• HBM 제조 시, DRAM 칩을 TSV(Through-Silicon Via) 기술로 적층(스택)한 후,
  • 칩 간 접합에 무연납 진공 리플로우 공정이 필수적으로 사용됨.

2) AI 반도체 및 고성능 서버용 칩

• 데이터센터 및 AI 가속기(GPU, TPU)용 반도체 칩은 고속 데이터 전송이 필요하며,
  • 신뢰성이 중요한 만큼 진공 리플로우 공정을 통해 결함 최소화

3) 전력 반도체(Power IC) 및 자동차용 반도체

• 자동차 및 전력 반도체는 높은 내구성과 신뢰성이 필요하며,
  • 솔더링 품질이 직접적인 성능과 수명에 영향을 미치므로 무연납 진공 리플로우 적용이 필수적

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5. 에스티아이(STI)의 무연납 진공 리플로우 기술 경쟁력

에스티아이는
✅ HBM 패키징용 무연납 진공 리플로우 장비 개발 성공
✅ 글로벌 반도체 제조사와의 협업 확대
✅ 기존 미국 독점 시장을 대체할 국산화 장비 공급

을 통해 고부가가치 반도체 패키징 시장에서 경쟁력을 확보하고 있습니다.

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6. 결론: 무연납 진공 리플로우는 차세대 반도체 패키징 필수 기술

📌 반도체 소형화 및 고성능화가 진행됨에 따라 무연납 진공 리플로우 기술의 중요성이 급증
📌 HBM, AI 반도체, 전력 반도체 등 첨단 분야에서 필수적인 패키징 공정
📌 에스티아이의 기술 개발 성공으로 국내 반도체 장비 시장에서 경쟁력 강화

 

에스티아이(STI) : CCSS(중앙화학약품공급시스템) 시장의 선도 기업