클라우드 컴퓨팅 최신 반도체 패키징 기술 주목

반도체에는 포장(패키징)이 필요하다는 사실을 알고 계셨나요? 반도체 산업은 원재료부터 공정 기술, 생산 등 각각의 과정이 모여 거대한 생태계를 이루고 있으며, 기업 간 치열한 경쟁이 벌어지고 있습니다. 이러한 반도체 세계에서 가장 주목받는 분야 중 하나가 패키징(후공정)입니다. 그러나 패키징 산업은 복잡한 용어와 원리 때문에 쉽게 접근하기 어려운 분야입니다. 이번 상식한입에서는 패키징 산업에 대해 알아보겠습니다.

패키징이란 무엇인가요?

반도체를 이해하기 위해서는 먼저 반도체가 무엇인지 알아야 합니다. 반도체는 전기가 통하거나 차단되는 소재로, 전자기기에서 전기를 효과적으로 제어하기 위해 사용됩니다. 반도체는 정보 저장, 전기 신호 증폭, 빛을 전기로 변환하는 등 다양한 역할을 수행할 수 있습니다.

반도체를 제조하는 과정은 대체로 전공정과 후공정으로 나뉩니다. 전공정은 웨이퍼를 제조하고 회로를 형성하는 단계이며, 후공정은 패키징이 이루어지는 단계입니다. 후공정은 반도체를 실제로 사용될 기기에 맞는 형태로 변환하는 과정으로, 패키지 공정이라고도 합니다.

패키징 공정은 다이싱, 칩 접착, 와이어 본딩 또는 플립칩, 성형 등의 단계로 이루어집니다. 다이싱은 웨이퍼 위의 수백 개의 칩으로 나누는 과정이며, 칩 접착은 절단된 칩을 리드프레임이나 PCB 기판 위에 고정시키는 단계입니다. 와이어 본딩이나 플립칩은 접착한 칩과 기판을 금속으로 연결하는 과정을 의미하며, 성형은 반도체를 외부 환경으로부터 보호하고 원하는 형태로 만드는 과정입니다.

패키징의 목적은 반도체를 외부 환경으로부터 보호하고 전기 신호를 주고받을 수 있는 연결을 제공하는 것입니다. 이를 통해 반도체가 온도, 습도, 충격 등 다양한 환경에서 안정적으로 동작할 수 있습니다. 패키징은 또한 반도체 소자에 공급되는 전압을 제어하고 열을 방출하는 역할도 합니다.

최신 패키징 기술 및 시장 전망

패키징이 주목받는 이유는 무엇일까요?

현대의 패키징은 단순히 보호와 전기적 연결 이상을 요구합니다. 그 이유는 전공정에 해당하는 반도체 미세화 기술이 한계에 다다랐기 때문입니다. 인공지능(AI), 클라우드 컴퓨팅, 자율주행 자동차 등의 등장으로 고성능 반도체의 수요가 급증하였지만, 회로의 선폭을 줄여 반도체 성능을 더욱 개선하기는 점점 어려워지고 있습니다. 이에 패키징은 반도체 성능 향상의 해답을 찾기 위한 곳으로 주목받고 있습니다.

최신 패키징 관련 기술

따라서 병렬연산을 빠르게 수행할 수 있는 AI 반도체는 후공정인 패키징에서 주목받고 있습니다. 최근의 패키징 기술은 여러 칩을 얇게 묶거나 다른 역할을 가진 칩을 한 번에 묶는 방식을 도입하고 있습니다. 대표적인 기술로는 TSV(Through Si Via), FO-WLP가 있습니다. 이러한 기술은 한 개의 칩을 미세하게 설계하는 것보다는 여러 개의 칩을 조합하는 방식으로 성능을 향상시킬 수 있습니다.

TSV(Through Si Via)는 웨이퍼를 관통하는 작은 구멍을 만들고 이를 전도성 물질로 채워 전기적 연결 통로를 형성하는 기술입니다. 이를 통해 여러 칩을 수직으로 쌓을 수 있습니다. TSV는 많은 칩을 연결할 수 있고, 접촉 불량 등의 문제도 적습니다.

칩렛은 고성능 칩을 여러 개로 분할한 후, TSV를 통해 칩들을 연결하는 기술입니다. 이를 통해 제조 비용을 절감하고, 개발을 효율적으로 진행할 수 있습니다.

WLP(Wafer Level Package)는 웨이퍼를 자르기 전에 전기적 연결과 몰딩 작업을 완료한 후에 칩으로 자르는 방식입니다. 이 방식은 칩의 크기를 그대로 유지하므로 초소형 제품을 만드는 데 유리하며, 기판이나 와이어를 사용하지 않아 원가를 절감할 수 있는 장점이 있습니다.

FO-WLP(Fan-Out Wafer Level Packaging)은 WLP의 한 종류로, 다이싱한 웨이퍼를 간격을 두고 배치하여 한 번에 패키징하는 기술입니다. 이를 통해 각 칩 사이의 간격을 확보할 수 있어 불량률이 낮아지고, 다른 종류의 웨이퍼를 교대로 배치함으로써 여러 기능을 수행하는 반도체를 제작할 수 있습니다.

패키징 시장 전망

리서치 기업인 Technavio에 따르면, 글로벌 패키징 시장은 2027년까지 연평균 27.7% 성장하여 약 489.2억 달러에 이를 것으로 전망되고 있습니다. 이는 AI의 활성화, 5G 이동 통신, 고급 패키징의 수요 증가와 관련이 있습니다.

이미 구글, 애플 등 독자적인 칩을 설계하는 기업이 늘고 있으며, 고수준 패키징에 대한 수요가 급증하고 있습니다. 패키징은 기판 재료부터 적층 수, 소자 종류, 성형 순서 등 여러 측면에서 개선할 수 있는 포텐셜을 가지고 있으며, 전공정에 비해 상대적으로 늦게 주목받은 만큼 발전 가능성이 많습니다.