한국이 반도체 생산 분야에서 독보적인 경쟁력을 입증하고 있음에도 불구하고, 칩을 결합하고 보호하는 첨단 패키징 소재는 여전히 일본에 대한 의존도가 높다는 분석이 제기됐다. 국내 일부 소재 업체들이 신소재를 개발하더라도 이를 실제 제조 공정에 적용할 수 있는지 입증할 데이터나 검증 설비가 부족해 국산화의 문턱을 넘지 못하고 있다는 지적이다.
윤창민 인하대 고분자공학과 교수는 지난 29일 부산 벡스코에서 개최된 '한국공업화학회 2026년도 추계학술대회 프레스데이'에 참석해 현 상황을 진단했다. 삼성전자에서 패키징 및 소재 개발을 담당했던 윤 교수는 "현재 시장의 관점에서 보면 한국은 제조 역량은 뛰어나지만, 소재 측면에서는 독자적인 자산이 거의 없는 상태라고 봐도 무방하다"고 언급했다.
HBM 기술의 핵심, 패키징 소재의 중요성
고성능 메모리인 HBM(고대역폭 메모리)은 여러 개의 D램을 수직으로 쌓아 데이터 처리 속도를 극대화한 제품이다. 인공지능(AI) 반도체의 성능을 결정짓는 핵심 부품인 만큼, 칩을 높게 적층할수록 전기적 연결성과 방열 기능, 구조적 안정성을 확보하는 패키징 기술이 무엇보다 중요하다. 윤 교수는 국산화가 까다로운 사례로 일본 기업들이 높은 점유율을 점유하고 있는 '언더필' 소재를 꼽았다. 언더필은 칩 사이의 간격을 메워 접합부를 보호하고 구조를 안정화하는 역할을 수행한다.
일본 기업들이 이 시장을 주도하는 비결은 다양한 소재의 특성을 정밀하게 조합하는 고도의 기술력에 있다. 개별 소재의 성능은 물론, 서로 다른 성질의 소재들이 결합했을 때 발생하는 안정성까지 확보해야 하기 때문이다. 특히 HBM 공정에는 열팽창 계수가 각기 다른 소재들이 투입되는데, 칩 작동 시 발생하는 열로 인해 소재마다 팽창 정도가 달라지면 패키지가 휘거나 뒤틀리는 변형이 일어날 수 있다. 따라서 이러한 변형을 억제하면서 절연과 방열 성능을 동시에 충족하는 검증 과정이 매우 까다롭다.
일본의 테스트베드 vs 한국의 데이터 부족
윤 교수는 국내 소재 산업의 치명적인 약점으로 실제 제조 공정에서의 성능 검증 역량 부재를 지목했다. 그는 "일본 기업들은 단순히 소재를 제조하는 데 그치지 않고, 해당 소재를 실제 패키징 공정에 적용해 볼 수 있는 자체 테스트베드를 구축하고 있다"고 설명했다. 반면 한국의 소재 기업들은 실제 공정 적용에 필요한 평가 데이터를 충분히 축적하지 못해, 고객사에게 기술력을 입증하는 단계에서 난항을 겪고 있다.
반도체 제조사들이 국내 기업에 패키징 공정 기반의 검증 데이터를 요구할 때 이를 제출하지 못하는 사례가 빈번하다는 것이다. 첨단 소재 검증에는 막대한 비용이 드는 고가의 장비와 시험 시설이 필수적이다. 일본은 수십 년간 축적한 공정 경험을 바탕으로 평가 설비를 완비한 반면, 국내 중소 기업들은 개발한 소재를 실제 반도체 제조 환경에서 시험해 볼 여건이 되지 않는다는 분석이다.
중국의 패키징 기술 추격과 미지의 영역
한편, 윤 교수는 중국의 패키징 기술 경쟁력에 대해서도 주의를 당부했다. 미국의 첨단 반도체 장비 수출 규제로 인해 중국이 미세 공정 대신 패키징 기술에 자원을 집중 투자해 왔다는 설명이다. 그는 "기존 패키징 관점에서의 기술력과 시장 점유율은 중국이 매우 높은 수준이다"라고 평가했다. 다만, HBM과 같이 고도화된 패키징 기술을 구현한 사례는 아직 부족하기 때문에 이 분야는 여전히 미지의 영역으로 남아있다고 덧붙였다.