HBM 내부 결함 잡더니… 휴대용 보조배터리 내부까지 들여다본다

최근 반도체 공정의 미세화와 고집적화가 가속화되면서 HBM(고대역폭메모리) 을 비롯한 첨단 패키지 구조 내부 결함을 보다 정밀하게 확인할 수 있는 검사 수요가 크게 늘고 있다.

실리콘 관통 전극(TSV)과 범프 배열 구조 내부에서 발생하는 이상은 외관 검사로는 식별이 어렵고, 양산 수율과 장기 신뢰성에 직접적인 영향을 미친다. 이에 따라 내부 구조를 비파괴 방식으로 3차원 분석할 수 있는 고해상도 CT 검사 기술의 중요성이 커지고 있다.

산업용 디지털 엑스레이 시스템 전문기업 (주)씨에이티빔텍(대표 류제황)은 국가 시험기관의 공인시험을 통과한 엑스레이(엑스선) 소스가 HBM 내부 구조를 고해상도·고정밀 CT로 분석할 수 있는 기술적 기반으로 주목받고 있다. 해당 소스를 기반으로 한 검사 응용이 휴대용 보조 배터리 내부 분석 영역까지 확장 가능성을 보이면서, 첨단 제조와 안전 관리 분야를 아우르는 핵심 기술로 관심을 끈다.

HBM 내부 구조 CT 비파괴 검사 결과. (왼쪽부터) HBM 패키지 실물, CT 비파괴 검사로 분석한 Bump 배열 구조, 내부 공극 불량이 식별된 확대 영상. 외관 검사로는 확인이 어려운 수십 마이크로미터(μm) 수준의 미세 구조와 내부 결함이 3차원적으로 확인된다. 사진=씨에이티빔택

이러한 정밀 검사의 전제가 되는 핵심 요소는 엑스레이 소스의 안정성과 정밀도다. 최근 150kV급 조건에서 국가 시험기관 공인시험을 통과한 해당 엑스레이 소스는 출력 안정성과 재현성을 확보했다. 업계에서는 이번 결과를 두고, 전자방출원 탄소나노튜브 소재 원천기술을 기반으로 한 엑스레이 소스가 국가 공인시험을 통과한 사례는 세계 최초로 평가하고 있다.

기존 탄소나노튜브 기반 엑스레이 소스가 주로 연구·실험 단계에 머물렀던 것과 달리, 산업 적용을 전제로 한 성능 검증을 공식적으로 통과했다는 점에서 의미가 크다는 분석이다.

해당 엑스레이 소스는 전자방출원 탄소나노튜브 소재 원천기술을 기반으로 개발된 엑스레이 선원 기술로 안정적인 전자 방출과 정밀 제어가 가능하다는 점이 특징이다. 이러한 소스 기술의 검증을 토대로 HBM 내부 범프 배열 구조와 내부 결함을 고해상도 CT 영상으로 분석하는 정밀 검사 응용이 가능해졌다는 평가다.

휴대용 보조배터리 내부 엑스레이 비파괴 검사 결과. (왼쪽부터) 휴대용 보조배터리 외관 예시, 엑스레이 비파괴 검사로 확인한 내부 구조, 내부 이상 부위를 확대한 영상. 외관으로는 확인하기 어려운 셀 상단부 내부 이물 및 이상이 단계적으로 식별된다. 사진=씨에이티빔텍

반도체 분야에서는 이 엑스레이 소스를 기반으로 HBM 내부 구조를 3차원 분석하는 CT 검사 솔루션이 공정 개발 단계의 결함 원인 분석은 물론, 양산 단계의 품질 관리와 신뢰성 확보 수단으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 업계에서는 엑스레이 소스의 성능이 차세대 메모리 공정 검사 경쟁력을 좌우하는 핵심요소가 될 것으로 전망한다.

휴대용 보조배터리 분야에서도 응용 가능성이 거론된다. 최근 항공기 기내 반입 보조배터리 안전 문제가 사회적 이슈로 부각되면서, 배터리 내부 상태를 사전에 확인할 수 있는 기술적 대안에 관한 관심이 높아지고 있다. 휴대용 보조배터리에서 발생하는 발화·사고의 주요 원인으로 지목되는 내부 단락, 전극 손상, 이물 혼입 등은 외관 검사로는 확인이 어렵다.

CT 및 엑스레이 기반 비파괴 검사를 적용하면 보조배터리 내부 구조를 손상 없이 분석해 이러한 내부 이상을 사전에 식별할 수 있어, 항공기 기내 반입 제품을 포함한 배터리 안전성을 관리하기 위한 기술적 수단으로 활용 가능성이 제시된다. 이는 사고를 단정적으로 방지하는 개념이 아니라, 사회적 위험 요인을 사전에 확인하고 관리하는 접근이다.

해당 기술은 글로벌 시장에서도 성과로 이어지고 있다. 지난달 미국 시카고에서 열린 북미방사선학회(RSNA)에서 관련 기술이 발표된 이후 의료·산업 영상 분야에서 관심이 이어졌으며, 그 결과 미국 이동형 엑스레이 장비 업체로부터 구매주문을 수주하는 성과로 연결됐다.

아울러 검증된 엑스레이 소스는 현재 미국 하버드병원 연구팀에 공급돼 차세대 의료 CT 영상 및 정밀 분석연구에 활용되고 있다. 업계에서는 한미 간 연구 협력이 국가시험을 통한 소스 검증을 거쳐 실제 산업 현장 적용으로 이어지는 구조적 사례로 평가하고 있다.

업계 관계자들은 이번 국가 시험기관 공인시험 통과를 계기로 엑스레이 소스를 기반으로 한 고해상도 CT 내부검사 기술이 반도체와 휴대용 보조배터리를 넘어 자동차, 에너지 저장 시스템, 의료 영상 등 다양한 산업 분야로 확장될 가능성에 주목하고 있다.

서희원 기자 shw@etnews.com

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