 |
반도체의 별칭은 산업의 쌀이다. 가정에서 사용하는 TV, 냉장고, 청소기 등 가전제품부터 스마트폰, PC 등 IT기기까지 생활에 없어선 안될 전자기기에 중요 부품으로 들어가기 때문이다. 최근에는 자율주행차, 전기차 시대 개막과 함께 차량용 반도체 시대도 열렸다. 우리 밥상의 주인이 밥인 것처럼, 반도체는 미래 산업의 주역인 셈이다.
반도체 업계에서 일반적으로 의미하는 패키지(Package)는 웨이퍼에서 칩을 잘라내 단품화하는 공정이다. 쉽게 말해 패키지는 포장된 물품이라는 사전적 의미처럼 내용물인 반도체 칩을 포장하는 과정으로, 외부의 기계적 및 화학적 충격으로부터 칩을 보호하는 게 주 목적이다.
반도체 칩은 수백 단계의 웨이퍼 공정으로 다양한 기능을 할 수 있게 만들어졌지만 기본적인 재료는 깨지기 쉬운 실리콘이다. 웨이퍼 공정으로 형성된 구조체들은 기계적, 화학적 충격에도 취약한 점도 보호해야 하는 이유다. 또 패키지는 물리적·전기적으로 칩을 시스템에 연결하는 역할을 담당한다.
 |
| 반도체 제조 공정.(사진=SK하이닉스) |
◇패키지의 종류
반도체 패키지는 컨벤셔널(Conventional) 패키지와 웨이퍼 레벨 패키지로 분류된다.그 중에서도 컨벤셔널 패키지는 패키징하는 재료에 따라 플라스틱 페키지와 세라믹 패키지로 구분할 수 있다. 플라스틱 패키지는 칩을 둘러싼 재료로 전기 절연 및 온도 저항이 우수한 열경화성 플라스틱 EMC같은 재료를 주로 사용한다. 여기서 잘라진 칩을 부착할 때 매개가 되는 기판 종류에 따라 리드프레임 타입 패키지와 서브스트레이트 타입 패키지로 분류된다.
리드프레임(Leadframe)은 얇은 금속판에 에칭 등 방법으로 배선이 구현된 것으로 상대적으로 저렴한 가격이 특징이다. 생산이 쉽기 때문에 저가형 칩에서는 아직 널리 사용되고 있다. 주로 사용되는 서브스트레이트(Substrate·반도체 기판) 타입 패키지는 리드프레임 패키지에 비해 다층의 배선을 구성하기 때문에 전기적 특성이 우수하고 패키지 크기도 더 작게 만들 수 있다. 리드프레임 패키지는 1층으로만 층수를 만들 수 있다. 이런 장점 때문에 현재 대부분의 반도체 패키지가 서브스트레이트 타입이다.
 |
| 서브스트레이트 타입 패키지인 BGA와 LGA 비교.(사진=SK하이닉스) |
세라믹 패키지는 세라믹 보디를 매개체로 사용해 열 방출 및 신뢰성 특성이 우수하다. 다만 제조 공정 비용이 높아 고신뢰성이 요구되는 로직 반도체에 사용된다.
웨이퍼 레벨(Wafer Level) 패키지는 웨이퍼 상에서 다수의 다이(Die·웨이퍼 위 사각형 조각)를 한번에 패키징하는 기술이다. 본래 패키징은 하나씩 떼어서 진행한다. 칩의 크기가 그대로 패키지 크기가 되므로 가장 작은 크기의 패키지 구현이 가능하고 전기적 특성이 향상된다는 점이 특징이다.
 |
◇첨단 패키징 ‘칩렛’
이처럼 수많은 패키지 기술이 사용되고 있지만 최근 첨단 패키징으로 주목받는 기술이 있다. 바로 칩렛(Chiplet)이다. 칩렛은 개별 다이를 이어 붙여 하나의 반도체로 만드는 기술로 공정이 다른 이종 다이의 결합도 가능하게 한다.
업계에서 칩렛을 주목하는 이유는 동일한 성능을 가진 반도체보다 낮은 비용으로 생산할 수 있기 때문이다. 반도체는 일반적으로 다이의 크기가 커질수록 수율이 하락한다. 칩렛 기술을 이용하면 작은 다이에 분할 생산 후, 다이를 이어 붙임으로써 수율 개선이 가능하다.
개발이 효율적이라는 점도 강점이다. 한 개의 칩 기능을 업그레이드하려면 칩 전체를 다시 개발해야 하지만 칩을 나누어 놓으면 필요 기능을 하는 칩에만 최신 기술을 적용해 개발하면 되므로 개발 기간이 짧아지는 것이다. 이는 기술 개발을 집중시키는 결과를 낳는다. 칩을 기능별로 쪼개 놓아서 모든 기능의 칩을 직접 개발하지 않아도 되니 핵심 기술이 들어간 칩 외의 다른 칩들은 구매해 사용할 수 있는 것이다. 이로써 업체는 핵심 기술 개발에 집중할 수 있는 셈이다.
실제로 이런 장점 때문에 삼성전자, SK하이닉스, 인텔 등 주요 반도체 회사들은 칩렛에 대한 로드맵을 제시하고 있다.
지난 2월 SK하이닉스는 특허청에 ‘모자이크(MOSAIC)’의 상표권을 출원했다. 모자이크는 칩렛 제조 방식 중심으로 전환하는 반도체 솔루션 개발 과정에 대한 방법을 브랜드화한 것이다.
삼성전자, TSMC, 인텔, AMD, ARM 등 반도체 공룡 기업들은 지난해 개방형 칩렛 생태계 구축을 위해 UCle 컨소시엄을 출범했다. 업체들은 컨소시엄을 통해 반도체 상호 연결 기술 표준화해 서로 다른 공급업체가 서로 다른 공정 기술로 만든 칩렛을 함께 작동할 수 있도록 만든다는 입장이다.
한진만 삼성전자 메모리사업부 전략마케팅 실장(부사장)은 “삼성전자는 칩렛이 (반도체의) 미래라고 보고 있으며 칩렛 생태계를 통해 이종 컴퓨팅을 지원할 것”이라고 말했다.
전화평 기자 peace201@viva100.com
기자의 다른기사보기 >
