鄭勝敎 / 삼성전기(주) 전자소자사업부 연구그룹 수석연구원 LTCC를 응용한 제품의 기원은 1970년대 저온소결 세라믹 다층기판으로 거슬러 올가가며, 당시 고부가가치 Module로 적용되던 Hybrid 기판의 차세대기술로 각광을 받았으나, 적용분야에서 다층화의 한계나, SET의 요구가 절실하지 않은 상태였고, FR4 등의 범용 기판에 비하여 가격이나 성능 면에서 불리한 상태였기 때문에 점차 사업이 줄어들기 시작하였고, 연구 활동도 크게 위축되어 왔다. 한편, Dupont 등에서는 Super Computer 등의 고급 SET의 냉각기능과 회로연결기능을 동시구현하기 위해 저온소결 기판을 적용하는 등 ,극히 일부의 높은 신뢰성을 요구하는 부문에 국한되어 개발되어 왔다. 1990년대 MCM (Multi Chip Module)의 기술에 대한 새로운 집적화의 개념이 구체화 되면서 반도체 분야, Mul ti-layer PCB 분야에서 High Density의 Circuit 모듈을 적용한 SET가 등장하게 되고, 이동통신이 부각됨에 따라 RF 신호처리에서의 저저항 도체의 고기능 기판, 부분 집적화 요구 증가에 따라 새로운 개념의 저온소결 세라믹 응용부품이 급격히 등장하게 되었다. 국내에서는 이러한 다층기판개념의 연구는 지금까지 활발하지 않은 상태이나, 1990년대 초반 적층 칩인덕터의 개발 및 생산을 필두로 2000년대에 들어서면서 복합부품 즉, LC Filter, Coupler, Diplexer, EMI Filter, Balun, Antenna 등 900℃ 이하에서 소결 가능한 Ag, Cu를 내부전극를 적용하는 부품의 개발전개로 급격히 사업범위를 넓혀가고 있는 상황 이다. 또한, ASM(Antenna Switch Module), FEM (Front End Module), PA(Power Amp.)Module 등의 일부 LTCC를 적용한 무선통신용 Module도 2003년 이후 개발 및 생산을 하고 있다. 그렇지만, LTCC 사업은 쉽게 보면 무엇이든 할 수 있을 것 같지만, 준비되어 있지 않으면 하나도 제대로 할 수 없는 것이 이 사업의 특징이다. 특히, 수 GHz 이상의 고주파 소자로 적용되기 때문에 단순한 전기적기능이 아닌 주변 부품과의 전자기적 정합(Matching)과 재료고유의 특성을 명확히 알고 잘 결합시키고 고도화된 공정제어 능력을 갖추지 않으면, 흉내만 내고 결과가 없는 무한투자만 이루어지는 사업으로 전락하고 만다. 이러한 면에서 아직 국내의 LTCC 사업의 수준은 준비가 부족한 상태로, 소재 및 공정기술, 응용기술의 기반이 취약한 상황으로 보여진다. 다행스러운 점은 국내의 IT산업의 전체적인 기술투자와 경쟁력 제고에 대한 정부차원의 지원과 관심이 있기 때문에 선진회사와의 기술격차가 조만간 줄어들 것으로 보여 진다. LTCC를 어떻게 어느 분야에 접목시켜 성능을 높이고 Down Size화 할 수 있느냐를 기획하는 것이 향후 LTCC 사업을 크게 성공시킬 수 있는 성패의 관건이다. 현재까지 LTCC를 응용한 각 산업분야에서의 적용현황을 살펴보면 크게 도표 1에서 보이는 시장으로 전개되고 있다. LTCC를 응용한 부품, Package, Module용 기판 등으로써의 LTCC 고유 시장규모가 현재 약 1조원에서 2007년 2조원이상의 시장으로 2배 이상 증가할 것으로 보여진다. 이중 RF/Wireless 산업에 적용되는 시장이 전체의 약 40%로 가장 높으나, 향후 텔레매틱스가 활발히 전개되면서 자동차용 전장부품에서의 통신 모듈의 급신장이 예상된다. 이러한 각 산업분야에서의 LTCC 기술의 응용에 대한 최근까지의 제품의 실제 적용 예를 도표 2에 표시하였다. 미국에서는 특히 방위산업 분야와 의료용 등 다양한 응용분야에 제품화하였고, 유럽에서는 자동차용으로 각종 전장용 기판으로 LTCC를 적용하고, 일본이나 국내의 경우는 RF 분야의 부품이나 모듈에 중점을 두고 개발 및 양산을 하고 있다. 이러한 각 산업분야에서 적용되는 각종 Module은 재결합되고 Multimedia 환경에 맞게 변형되어 새로운 Module로의 발전이 거듭될 것으로 생각된다. 또한, Digital 방송시대가 본격화되고 광통신 및 BT, NT 산업이 본격개발 되면서 이와 직간접적으로 융합된 Module이 생성되기 때문에 이때, LTCC 기술이 갖는 고유특성을 정확히 살릴 수 있는 전략적인 기획을 한다면 부가가치가 높은 산업으로 육성될 것이 분명하다고 할 수 있다. LTCC의 응용기술에서 최근에 가장 역점을 두고 있는 것은, 크게 인쇄, 소성, 이종재료 동시소성, Packaging 관련된 도금 및 Sealing, Bump Bonding 기술이다. 그중 인쇄기술은 기존의 Screen Printing 기법 내에서 전극 Paste 및 스크린 기술의 향상으로 선폭/Pitch 의 한계를 40/40um의 정도까지 접근하였다. 또한, 선폭 30um 이하를 구현하기 위하여 기존 방법이 아닌 PI(Photo Imageable) 공법을 이용 High Resolution Line을 구현하는 방법을 검토하고 있다. 이에 대한 기술적 요구는 사용주파수 대역이 20GHz 이상의 4세대 이동통신용 Filter 등의 필수요건이 되고 있다. LTCC 소성공정 기술은 기존의 HTCC 공정에 비하여 세라믹의 소결거동이 급격하기 때문에 발생되는 각종 Defect를 제어하기 위한 연구와 수축률을 정밀하게 제어하여 복잡한 IC의 Bump 조립시 정열정밀도 향상 및 고주파특성의 산포를 줄이기 위한 이른바, 무수축 공정에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 여기서, 무수축 공정이라는 것은 전혀 수축을 하지 않는 공정을 의미하는 것이 아니라 평면방향(X-Y)의 수축은 거의 ‘0’ 로 수축이 되지 않고, 두께방향으로만 수축하도록 강제된(Constrained Sintering)소결이 되도록 하는 기법을 의미한다. 이러한 기법을 사용하면 통상의 수축공정의 수축과정에서 발생되는 Size 오차를 1/10로 줄여 ±0.05% 이내의 정밀한 수축률 제어가 가능해 지게 된다. 이러한 기술을 응용하여 기판의 Size를 8in이상 대형화 하여 기판을 변형 없이 균일하게 제조하는 것이 가능하게 된다. 한편, LTCC 재료/소성 기술에서 주요한 분야로 서로 다른 재료 즉, 저 유전율의 LTCC 재료와 중 유전율 재료, 자성체 재료, 저항체 재료, 금속재료, 고유전율 재료 등을 하나이상 동시에 한 기판내에 구성하는 이종재료 결합기술에 대한 연구가 활발히 전개되고 있다. 이는 기판내에 수동부품의 내장할 수 있는 용량범위를 넓혀 실제적인 Down Size 화와 고주파에서의 부품간 거리를 줄여 Line Loss를 최소화 할 수 있게 하여 보다 부가가치 있는 Module을 개발하기 위해서 필요한 기술이다. 또한, 금속재료를 동시에 결합시킨 LTCC-M 기술 등은 열방출을 쉽게 하여 HTCC에 비해 상대적으로 열전달특성이 부족한 것을 보완하면서, LTCC의 강도도 기구적으로 보완할수 있는 방법으로 채택되고 있다. 이외에도, LTCC를 Package의 기능으로 적용할 경우 Brazing 등 새로운 Sealing 방법에 대한 연구와, Au 도금 방법, Wire Bonding, CSP 등에서의 LTCC 표면제어 및 신뢰성에 대한 연구가 진행되고 있다. LTCC 기술발전과 더불어 Embedded PCB (Print Circuit Board), 반도체의 IPD(Integrated Passive Device)화, MEMS(Micro Electro Mechanical System)의 RF 적용 등이 회로모듈의 접근방향이 되고 있기 때문에, 향후 각 기술 분야에서 치열한 생존경쟁이 예상된다. 이동통신 등에 집중되어 있는 현재의 산업에서는 급격한 변화가 요구되고 이에 따라, 어떠한 정해진 기법이 아닌 빠른 시장대응과 가격/성능이 우선된다. 따라서, 요구되는 수준의 정도에 맞게 각각의 기술적 방법에서의 장·단점이 보완되면서 적용되어 질것으로 보여 진다. 향후 LTCC 기술의 주인은 주변의 기술과 어떻게 접목하고, 차별화 할 수 있는 빠른 기획력을 갖고 있으면서, 다양한 재료를 갖춘 회사가 될 것으로 보여 진다. 후막과 박막, 유전체와 자성체, 무기물과 유기물, IT와 BT, NT 등을 하나의 모듈 내에 조화롭게 구성할 수 있는 방향으로 모든 전자산업이 발전할 것으로 보여지며, 여기에서 각 기술이 갖고 있는 장·단점을 정확히 파악하고 필요한 모든 기술을 Integration 시킬 수 있는 산업전반의 발전 없이는 미래에 대응하지 못할 것으로 보이기 때문에 각 부문에서 장기적으로 협업하고, 종합적인 대응을 하지 않으면 경쟁력을 갖출 수 없다. 이러한 관점에서 LTCC는 새로운 기술의 집적화라는 의미를 갖는 분야이고 앞으로의 전자산업 발전방향의 하나의 요소기술 축으로 성장할 수 있는 분야이다. 그렇지만, 타 기술부문이나 재료분야에 대한 결합 없이 독자적인 해결책으로는 한계가 있기 때문에 주변기술에 대한 넓은 안목과 종합기술로의 승화를 위한 협업이 이루어질 때 가치가 더욱 빛이 날 것으로 전망한다.