반도체 핵심 설비의 성능, 생산성 및 신뢰성 향상 방안

반도체 패키지 크기가 끊임없이 소형화됨에 따라, OEM 업체들은 노광(Lithography) 기술을 극한으로 끌어올려야 하는 과제에 직면해 있습니다. Wilting을 비롯한 1차 협력사(Tier 1)들은 3D Systems의 Application Innovation Group과 금속 적층 제조 솔루션을 도입하여 이 경쟁에 대응하고 있습니다. 특히 설계 단계부터 제조 효율과 성능 최적화를 고려한 맞춤형 컨설팅을 통해 반도체 부품의 가치를 극대화하고 있습니다.

금속 적층 제조의 핵심은 기존 방식으로는 불가능했던 '최적화된 설계'에 있습니다. 리소그래피 및 웨이퍼 처리 장비에 들어가는 매니폴드(Manifold), 웨이퍼 테이블, 이송 시스템, 플렉셔(Flexure) 등을 3D 프린팅으로 제작하면 부품의 성능과 신뢰성이 비약적으로 향상됩니다. 이는 나노미터(nm) 단위의 정밀도 향상과 처리량(Throughput) 증대로 이어지며, 결국 고객사의 총소유비용(TCO)을 절감하는 강력한 경쟁력이 됩니다.

Wilting은 3D Systems 엔지니어들과 협력하여 설계 가이드를 조기에 도입함으로써 부품 개선에 걸리는 시간을 획기적으로 단축했습니다. 덕분에 복잡한 반도체 부품의 설계를 신속하게 반복 수정하고 검증하며 양산까지 이어지는 안정적인 프로세스를 구축했습니다.

예를 들어 3D 프린팅 전용으로 설계된 매니폴드는 내부 유체와 가스의 흐름을 최적화해 압력 손실을 줄이고 기계적 진동을 최소화합니다. 기존 제조 방식으로는 부품이 크고 무거워지며 유체 정체나 연결 부위 불량이 발생하기 쉬웠으나, 적층 제조는 이를 완벽히 보완합니다. 반도체 애플리케이션 분야에서 적층 제조를 사용했을 때 이점은 다음과 같습니다.

• 유체 유동이 최적화됩니다. 적층 제조 솔루션을 사용하면 유체 유동으로 인한 교란 하중을 최대 90%까지 줄일 수 있습니다. 
• 중량과 부피가 감소합니다. 기존 제조 방식과 비교했을 때 적층 제조 경량화로 중량을 최대 50%까지 줄일 뿐만 아니라 제한된 공간에서 필요한 부피를 최적화할 수 있습니다. 
• 안정성이 증가합니다. 기존 방식으로 제작된 매니폴드 어셈블리(20개가 넘는 부품)와 비교했을 때 적층 제조 방식에서는 단일 모놀리식 부품을 제작하여 안정성을 높이는 것은 물론이고 제조 수율까지 개선할 수 있습니다. 

3D Systems의 고객 혁신 센터를 통해 생산 지원을 받으면, 미세 입자 오염을 최소화하는 독자적인 세정 프로세스와 함께 고정밀·고품질의 적층 제조 서비스를 이용할 수 있습니다. 이를 통해 클린룸 규격은 물론, 리소그래피 및 웨이퍼 공정 장비에 바로 투입 가능한 수준의 금속 부품 제작이 가능합니다.

Wilting은 3D Systems와의 협력을 통해 3D 프린팅 부품의 후가공, 후처리 및 조립 분야에서 꾸준히 전문성을 쌓아왔습니다. 파트너십을 이어오며 Wilting의 고객들로부터 적층 제조에 대한 실질적인 수요가 있음을 확인하기도 했습니다.

현재 Wilting은 자체적인 적층 제조 시스템을 운영 중이지만, 금속 프린팅 부품에 대한 수요가 조만간 내부 생산 능력을 초과할 것으로 내다보고 있습니다. Kannekens는 "3D Systems와의 협력은 새로운 비즈니스 기회를 창출하는 즉시 강력한 힘을 발휘할 것"이라며, "사업 확장 시 발생하는 초과 물량을 3D Systems가 안정적으로 지원해주기 때문"이라고 밝혔습니다.

Wilting은 복잡한 구조의 적층 제조 부품에 대한 고객 수요가 지속적으로 증가함에 따라, 고품질 금속 프린팅 공정을 내재화하기 위해 3D Systems의 DMP Flex 350를 도했습니다. 3D Systems의 금속 적층 제조 기술은 동급 최저 수준의 산소 농도(< 25ppm)와 철저한 불활성 환경을 유지합니다. 덕분에 티타늄, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈 합금 등 다양한 소재를 활용해 강도와 정밀도가 뛰어나고 화학적 순도가 높은 부품을 제작할 수 있습니다.

DMP Flex 350은 처리량이 높은 모듈식 프린터 구조(3DXpert® 올인원 3D 프린팅 소프트웨어 포함)와 광범위한 테스트를 통과한 LaserForm® 소재가 결합된 금속 적층 제조 통합 솔루션입니다. 또한, Wilting은 향후 필요에 따라 장비를 추가 도입함으로써 생산 용량을 유연하게 확장할 수 있습니다.

3D Systems의 엔지니어들은 단순한 지식 공유를 넘어, 신규 고객에게 전문 교육과 기술 이전을 제공함으로써 고객이 적층 제조 환경에 빠르게 적응하고 투자 가치를 극대화할 수 있도록 지원합니다. 기술 이전 과정에서는 이미 검증된 출력 파일과 공정 노하우를 활용하며, 전문 계정 관리, 컨설팅, 표준 생산 프로세스 교육 및 설치 서비스가 포함됩니다. 특히 Wilting사의 사례에서는 장비 운용, 프로그래밍, 데이터 설정부터 후처리에 이르기까지 공정 전반에 걸친 맞춤형 전략 수립을 중점적으로 다루었습니다. 이러한 기술 이전 서비스는 고객이 공정 전환 리스크를 최소화하고 생산성을 확보하여, 제품 출시 기간을 단축하는 데 핵심적인 역할을 하고 있습니다.