I. 서론 반도체 패키징 기술은 전통적으로 팹에서 제조된 웨이퍼로부터 칩을 조립하고 테스트하는 주변 기술로서 여겨져 왔었다. 그러나 2010년 무렵부터 패키징 기술은 서버용 고성능 프로 세서, 스마트폰용 애플리케이션 프로세서, CMOS 이미지 센서 등의 고성능 동작을 위한 필 수적인 기술로서 부상하기 시작하였다. 웨이퍼 상 테스트, 다이 분리, 양품 다이의 조립, 번인 (burn-in)을 포함하는 최종 테스트로 이루어졌던 종전의 단순 패키징 기술은 이제 하나의 패키지 내 여러 칩의 2차원 또는 3차원 집적을 통해 고속 동작, 전력 소모 감소, 경박단소화, 저가격화 등을 가능하게 하는 핵심 기술로서 자리잡고 있다. 이렇게 패키징의 중요성이 커지 게 된 것은 다음과 같은 상황의 변화에 영향을 받은 것으로 볼 수 있다. 첫째, 무어의 법칙을 따르는 집적회로의 미세화 효과가 가격 측면에서 크게 벗어나기 시작 하였다는 점이다. 28nm 노드까지는 미세화에 따라 게이트 당 가격이 하락하였지만 그 이후 부터 오히려 가격이 약간씩 상승하는 추세가 이어지고 있다[1]. 즉, 성능 향상과 소형화에는 미세화가 도움이 되지만 가격 면에서는 장점이 사라진 것이다. 따라서 시스템 전체를 첨단 노드로 단일 칩화하는 것보다 고속 및 저전력 특성과 소형화가 요구되는 블록들만 첨단 노드 로 만들고 나머지 블록들은 레거시(legacy) 노드로 만든 후 여러 칩을 한 패키지로 집적하는 방안이 경제적으로 타당하게 되었다. 둘째, 미세화에 따라 배선의 폭은 감소하는데, 시스템 복잡도의 증가에 따라 칩의 크기는 커져서 신호가 더 먼 거리를 이동해야 하기 때문에 지연 시간이 증가한다는 점이다. 그래서 * 본 내용은 정항근 교수(☎ 063-270-2004, hgjeong@jbnu.ac.kr)에게 문의하시기 바랍니다. ** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다. 첨단 패키징 기술 동향 Chapter 02 주간기술동향 2022. 4. 13. 16 www.iitp.kr 차라리 칩을 여러 개로 분할하여 만든 후 첨단 패키징 공정을 사용하여 3차원으로 쌓아 올리 고 실리콘 도통 비아(Through Silicon Via: TSV), 인터포저(interposer), 브리지(bridge) 등을 사용하여 칩끼리 연결하면 거리가 오히려 가까워져 지연 시간을 줄일 수 있게 된다. 셋째, 미세화로 인한 동작 속도의 개선에 있어서 중앙처리장치와 메모리 간 차이가 오랫동 안 누적되어 메모리 장벽(memory wall)이 존재한다는 점이다. 1986년부터 2000년까지 추세를 보면 중앙처리장치의 속도는 연간 약 55% 증가하였지만, 메모리 속도 증가는 연간 약 10%에 그쳤다. 메모리 공정은 셀 면적과 누설전류의 감소에 최적화되기 때문이다. 이러 한 장벽의 효과를 완화시키는 방법의 하나는 중앙처리장치만 첨단 노드로 만든 후 DRAM 공정으로 만든 메모리를 하나의 패키지에 통합하여 거리를 최소화하는 것이다. 고성능 연산 이 요구되는 서버 응용이나 인공지능 응용 등에 있어서 첨단 패키징이 중요해지는 이유이다. 넷째, 스마트폰으로 대표되는 칩의 모바일 응용의 비중이 매우 커졌다는 점이다. 스마트폰 에 사용되는 칩은 작고 가볍고 얇게 만드는 게 중요하다. 여러 칩을 하나의 패키지로 통합하 면 동작 속도를 높이고, 전력 소모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 소형화에 유리하다. 애플은 아이폰 7에서 애플리케이션 프로세서인 A10과 DRAM을 InFO(Integrated Fan-Out) PoP (Package-on-Package) 공정으로 하나의 패키지에 집적한 바 있다[2]. 다섯째, 칩의 입출력 패드(pad)의 피치(pitch)와 인쇄기판 트레이스(trace)의 피치 사이에 격차가 매우 크다는 점이다. 집적회로의 패드 피치는 칩의 미세화에 따라 계속 감소하여 왔기 때문에 상대적으로 덜 축소된 인쇄기판 트레이스 피치 사이와 존재하는 큰 격차 때문에 재배선 등 첨단 패키징 기술로 인터페이스할 필요가 있다. 본 고에서는 최근 반도체의 핵심 기술로 부상하고 있는 첨단 패키징 기술에 대해 살펴보고 자 한다. 이어서 II장에서 패키지의 기능과 진화에 대해 알아 본다. III장에서는 첨단 패키징 의 요소 기술과 사례에 대해 살펴 본다. IV장에서는 본 고의 결론을 맺는다. II. 패키지의 기능 및 진화 1. 패키지의 기능 패키지의 기능은 크게 전기적 연결, 방열, 기계적 충격과 부식으로부터의 보호로서 생각할