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다이싱과 본딩, 웨이퍼 후공정 이해하기

패키징을 공부할 때 플립칩, WLP, TSV 같은 화려한 기술들을 먼저 봤는데, 정작 그 전에 있어야 할 기본적인 단계를 놓치고 지나갔다는 걸 뒤늦게 깨달았다. 웨이퍼 위에 완성된 칩들을 대체 어떻게 하나씩 분리하는 건지, 그리고 이걸 기판에 어떻게 실제로 고정하는 건지 궁금해져서 다이싱과 본딩이라는 기본 공정을 다시 짚어보기로 했다. 화려한 기술만 좇다가 오히려 가장 기본이 되는 단계를 놓치고 있었다는 게 뒤늦게 부끄러웠다. 웨이퍼 하나에는 보통 수백에서 수천 개의 칩이 격자 모양으로 촘촘하게 붙어 있다. 이걸 하나하나 분리해야 개별 제품으로 쓸 수 있는데, 이 분리 작업을 다이싱(Dicing)이라고 부른다는 걸 알게 됐다. 이름 그대로 주사위처럼 작은 조각으로 자른다는 의미였다. 웨이퍼를 자르는 일이 생각보다 정교했다 처음엔 그냥 칼로 종이 자르듯 쓱 자르면 되는 줄 알았는데, 찾아보니 전혀 그렇지 않았다. 웨이퍼는 실리콘이라는 단단하면서도 깨지기 쉬운 소재라서, 일반적인 절단 방식으로는 미세한 균열이 생기거나 칩 자체가 손상될 위험이 크다는 걸 알게 됐다. 그래서 아주 얇은 다이아몬드 블레이드를 초고속으로 회전시켜 절삭하는 방식을 쓰거나, 레이저를 이용해 절단하는 방식을 쓴다는 걸 확인할 수 있었다. 유리를 자를 때도 아무렇게나 힘을 주면 깨지기 십상인데, 실리콘 웨이퍼는 그보다 훨씬 예민한 소재라는 걸 생각하면 이런 정밀한 절단 방식이 필요한 이유가 자연스럽게 이해가 됐다. 특히 흥미로웠던 건 레이저 다이싱 방식이었다. 웨이퍼 내부에 레이저로 미세한 균열을 만들어둔 다음, 이후 물리적인 힘을 가해 그 선을 따라 깨끗하게 분리하는 방식이었는데, 물리적 절삭보다 칩 손상을 훨씬 줄일 수 있다는 설명을 찾아볼 수 있었다. 웨이퍼가 얇아지고 칩 간격이 좁아질수록 이런 정밀한 절단 기술이 더 중요해진다는 것도 이해하게 됐다. 앞서 공부했던 클린룸 얘기와도 자연스럽게 이어졌는데, 이 절단 과정에서 나오는 미세한 부스러기 하나도 주변 칩을 오염시킬 수 있어서 세심하...
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전력반도체(파워반도체)란 무엇인가

미래 반도체 기술 공부할 때 질화갈륨(GaN), 탄화규소(SiC) 같은 신소재 얘기를 하면서 전력반도체라는 개념을 스치듯 봤었다. 그때는 그냥 "전기차에 쓰이는 특별한 반도체구나" 정도로 넘겼는데, 다시 생각해보니 이게 지금까지 공부해온 D램이나 GPU 같은 반도체들이랑 뭐가 다른 건지 궁금해져서 이번엔 이 전력반도체를 제대로 파봤다. 신소재 얘기를 하다가 갑자기 튀어나온 개념이라 그냥 지나칠 뻔했는데, 알고 보니 이게 반도체 산업의 또 다른 큰 축이었다. 이름부터 힌트가 있었다. 지금까지 공부한 반도체 대부분은 정보를 저장하거나(메모리) 연산을 처리하는(시스템 반도체) 역할이었는데, 전력반도체는 이름 그대로 전기 자체를 다루는 반도체였다. 전압을 바꾸거나, 직류와 교류를 서로 변환하거나, 전류의 흐름을 켜고 끄는 스위치 역할을 하는 게 이 반도체의 핵심 기능이라는 걸 알게 됐다. 우리 주변 어디에나 있었다 찾아보다가 놀랐던 건, 전력반도체가 생각보다 훨씬 흔하게 쓰이고 있었다는 점이었다. 스마트폰 충전기, 노트북 어댑터, 에어컨, 냉장고 같은 가전제품 안에도 전력반도체가 들어가서 전압을 변환하고 있다는 걸 알게 됐다. 벽에 있는 콘센트에서 나오는 교류 전기를 기기가 쓸 수 있는 직류로 바꿔주는 과정, 그리고 그 전압을 기기에 맞게 조절하는 과정 전부에 이 전력반도체가 관여하고 있었던 거다. 이렇게 흔하게 쓰이는데도 그동안 한 번도 이름을 들어본 적이 없었다는 게 오히려 더 신기했다. 이걸 알고 나니 왜 전력반도체를 "눈에 안 보이지만 어디에나 있는 반도체"라고 부르는지 이해가 됐다. CPU나 메모리처럼 성능 스펙으로 화려하게 소개되는 일은 별로 없지만, 사실상 모든 전자기기가 전기를 쓰는 이상 이 전력반도체 없이는 작동 자체가 불가능한 구조였다. 매일 아침 충전기를 꽂으면서도 그 안에 반도체가 들어있다는 생각은 한 번도 해본 적이 없었는데, 알고 보니 충전기 하나하나가 작은 전력반도체의 결과물이었던 셈이다. 왜 전기차 시대...
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온디바이스 AI와 반도체의 관계

AI 반도체 공부하다가 자꾸 헷갈리던 용어가 하나 있었다. "온디바이스 AI". 스마트폰 광고에서도 자주 나오고, AI PC 얘기할 때도 계속 나오는데, 이게 정확히 뭘 의미하는 건지, 그리고 왜 이게 반도체 얘기랑 항상 붙어 다니는지 이번에 제대로 짚어보기로 했다. 처음엔 그냥 AI가 기기 안에 들어있다는 뜻인가 하고 대충 넘겼는데, 파고들수록 이게 단순한 마케팅 용어가 아니라는 걸 알게 됐다. AI를 쓴다고 하면 보통 클라우드에 있는 서버에 요청을 보내고, 그 서버가 계산을 마친 뒤 결과를 다시 내 기기로 보내주는 방식을 떠올렸다. 근데 온디바이스 AI는 이 계산을 서버로 보내지 않고, 내 스마트폰이나 노트북 안에서 직접 처리한다는 뜻이었다. 처음엔 "그럼 그냥 성능 좋은 기기면 다 되는 거 아닌가" 싶었는데, 파고들어 보니 이게 생각보다 훨씬 반도체 설계와 밀접하게 얽혀 있는 이야기였다. 왜 굳이 기기 안에서 처리해야 할까 가장 먼저 든 궁금증이 이거였다. 서버가 훨씬 강력한 연산 능력을 갖고 있을 텐데, 왜 굳이 상대적으로 성능이 제한적인 기기 안에서 AI 연산을 처리하려는 걸까. 찾아보니 몇 가지 이유가 있었다. 단순히 기술적으로 가능해서가 아니라, 사용자 경험과 데이터 보안 측면에서 확실한 필요가 있다는 걸 알게 되면서 이 흐름이 왜 이렇게 빠르게 퍼졌는지 이해가 됐다. 가장 크게 다가온 건 속도와 프라이버시 문제였다. 서버로 요청을 보내고 결과를 받아오는 과정에는 아무리 빨라도 네트워크 지연시간이 생긴다. 실시간으로 반응해야 하는 기능(예를 들어 카메라로 찍은 사진을 즉시 보정하거나, 음성을 바로 텍스트로 바꾸는 기능)에서는 이 지연이 체감상 크게 느껴질 수 있다는 걸 이해하게 됐다. 게다가 개인적인 데이터를 서버로 보내지 않고 기기 안에서 처리하면 프라이버시 측면에서도 훨씬 안전하다는 장점이 있다는 걸 알게 됐다. 인터넷 연결 없이도 AI 기능을 쓸 수 있다는 것도 실용적인 이유 중 하나였다. 평소 별생각 없이...
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애플 실리콘(M시리즈)은 어떻게 만들어지나

팹리스를 공부할 때 애플이 팹리스 기업으로 분류된다는 걸 보고 좀 의아했었다. 애플은 아이폰이랑 맥북 만드는 하드웨어 회사 아닌가 싶었는데, 자체 칩을 설계한다는 관점에서 보면 팹리스가 맞는다는 걸 그때 알게 됐다. 이번엔 그 M시리즈 칩이 구체적으로 어떻게 만들어지는지, 애플이 왜 굳이 이 어려운 길을 택했는지 파봤다. 남들 다 쓰는 인텔 CPU 대신 이 복잡한 자체 설계 노선을 택한 이유가 뭘까, 그 배경이 계속 궁금했다. 원래 맥북에는 인텔 CPU가 들어갔었다. 그런데 몇 년 전부터 애플이 자체 설계한 M시리즈 칩으로 전환했다는 소식을 접했을 때는 그냥 "애플이 부품 하나 바꿨나 보다" 정도로 넘겼는데, 알고 보니 이게 단순한 부품 교체가 아니라 완전히 다른 설계 철학으로의 전환이었다. 아이폰 AP 설계 경험이 그대로 이어졌다 가장 먼저 이해하게 된 건, 애플이 이 자체 칩 설계를 하루아침에 시작한 게 아니라는 점이었다. 애플은 이미 오랫동안 아이폰용 AP(애플리케이션 프로세서)를 자체 설계해왔고, 이 경험이 그대로 M시리즈 개발의 기반이 됐다는 걸 알게 됐다. 아이폰 칩에서 쌓아온 저전력 설계 노하우를 노트북, 데스크톱용 칩으로 확장한 셈이었다. 십여 년 넘게 스마트폰 칩을 설계해온 경험치가 결국 이렇게 다른 제품군으로도 옮겨갈 수 있다는 걸 보면서, 기술 축적이라는 게 단순히 한 제품에만 머무는 게 아니라는 걸 새삼 느꼈다. 이 배경을 알고 나니 왜 M시리즈가 등장하자마자 큰 화제를 모았는지 이해가 됐다. 기존 인텔 CPU는 애초에 데스크톱용으로 설계된 구조를 노트북에 맞게 조정해온 방식이었다면, 애플은 반대로 스마트폰처럼 배터리와 발열 관리가 극도로 중요한 환경에서 다듬어온 설계를 노트북으로 가져온 거였다. 그 결과 비슷하거나 더 나은 성능을 훨씬 적은 전력으로 구현할 수 있었다는 평가를 여러 리뷰에서 확인할 수 있었다. 실제로 맥북이 팬 소음 없이도 오랫동안 배터리가 유지된다는 후기들을 보면서, 이게 단순한 마케팅 문구가 아니라 ...
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인텔의 위기와 부활 시도, 무슨 일이 있었나

파운드리랑 IDM 얘기를 공부할 때마다 인텔이 계속 등장했다. 근데 등장하는 맥락이 좀 애매했다. 어떨 때는 "한때 반도체 최강자"로, 어떨 때는 "TSMC와 삼성에 밀리는 회사"로 나왔다. 대체 이 회사에 무슨 일이 있었길래 이렇게 위상이 달라졌는지 궁금해서 찾아봤다. 같은 회사를 두고 기사마다 온도차가 이렇게 큰 경우도 흔치 않은 것 같아서, 이번엔 처음부터 끝까지 흐름을 따라가봤다. 인텔은 원래 설계부터 생산까지 다 직접 하는 종합반도체기업, IDM의 대표주자였다. CPU 시장에서 오랫동안 독보적인 위치를 지켰고, 자체 공정 기술력도 한동안 업계 최고 수준이었다는 걸 여러 자료에서 확인할 수 있었다. 근데 어느 순간부터 이 미세공정 경쟁에서 뒤처지기 시작했다는 게 지금 인텔을 둘러싼 얘기의 핵심이었다. 미세공정 전환에서 발목을 잡혔다 가장 먼저 알게 된 건 인텔이 특정 공정 세대에서 계속 지연을 겪었다는 사실이었다. 예전엔 인텔이 신공정을 가장 먼저 도입하는 회사였는데, 특정 시점부터 다음 세대 공정으로 넘어가는 데 예상보다 훨씬 오랜 시간이 걸렸다는 얘기를 여러 기사에서 확인할 수 있었다. 그사이 TSMC와 삼성전자는 착실히 미세공정을 발전시켰고, 결국 격차가 뒤집혔다는 흐름이었다. 왜 이런 지연이 생겼는지 찾아보니, 특정 신기술 도입 과정에서 예상치 못한 기술적 난관에 부딪혔다는 설명이 있었다. 앞서 공부했던 개념들을 떠올려보면, 미세공정이라는 게 단순히 예산을 더 쏟는다고 무조건 빨라지는 게 아니라 물리적 한계와 씨름해야 하는 영역이라는 걸 알고 있었기에, 왜 이런 지연이 한 번 생기면 쉽게 만회하기 어려운지 이해가 됐다. 한 세대에서 밀리면 다음 세대 개발도 같이 늦어지는 악순환에 빠지기 쉬운 구조였던 거다. 화려한 발표와 로드맵만 보면 다 순조로워 보이지만, 실제로는 이렇게 한 번의 기술적 난관이 몇 년치 격차로 불어날 수 있다는 걸 알고 나니 공정 개발이라는 게 얼마나 살얼음판 같은 영역인지 새삼 느꼈다. 파...
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ASML 독점 구조, 왜 아무도 못 따라잡나

EUV 노광장비를 공부할 때 ASML이라는 회사 이름이 계속 나왔었다. 그때는 그냥 "EUV 장비 만드는 회사구나" 정도로 넘겼는데, 다시 생각해보니 궁금한 게 남아있었다. 반도체는 삼성전자, TSMC, 인텔처럼 경쟁하는 기업이 여럿인데, 왜 유독 이 EUV 장비 시장에서는 ASML 하나가 사실상 독점을 하고 있는 걸까. 매번 기사에서 당연하다는 듯 "ASML 독점"이라는 표현을 쓰길래 그런가 보다 하고 넘겼는데, 이번엔 이 독점 구조 자체를 제대로 파봤다. 먼저 확인한 건 숫자였다. EUV 노광장비를 상업적으로 안정된 수준까지 양산할 수 있는 곳이 전 세계에서 ASML 사실상 유일하다는 걸 여러 자료에서 확인할 수 있었다. 캐논이나 니콘 같은 일본 기업들도 예전에는 노광장비 시장에서 존재감이 있었지만, EUV라는 새로운 세대로 넘어가는 시점에서 이 기업들은 따라가지 못했고 결국 ASML이 이 첨단 영역을 독차지하게 됐다는 흐름을 알게 됐다. 왜 하필 ASML만 살아남았을까 찾아보니 캐논과 니콘도 한때는 노광장비 시장에서 ASML과 경쟁하던 기업들이었다. 그런데 EUV라는 극도로 어려운 기술로 넘어가는 시점에서, ASML은 일찌감치 이 기술에 과감하게 베팅했고 다른 기업들은 상대적으로 보수적인 접근을 택했다는 걸 알게 됐다. 결과적으로 이 선택의 차이가 시간이 지나며 돌이키기 힘든 격차로 벌어졌다는 분석을 여러 자료에서 확인할 수 있었다. 한 번의 기술 전환점에서 어떤 베팅을 하느냐가 이렇게 오랫동안 산업 전체의 구도를 결정할 수 있다는 게 새삼 놀라웠다. 지금 당장의 시장 점유율보다, 다음 기술 세대에 얼마나 과감하게 투자하느냐가 장기적으로는 훨씬 중요한 변수라는 걸 이 사례를 통해 배웠다. 기술 하나가 아니라 여러 나라 기술의 결합체 왜 다른 기업들이 쉽게 따라오지 못하는지 찾아보다가, ASML이 이 장비를 혼자 다 만드는 게 아니라는 사실을 알게 됐다. EUV 장비 안에는 독일 자이스가 만드는 초정밀 광학 렌즈, 미국 ...
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후공정 전문기업 OSAT란 무엇인가

검사·테스트 공정을 공부하다가 스치듯 알게 된 이름이 있었다. OSAT. 그때는 그냥 "패키징이랑 테스트 해주는 회사구나" 정도로 넘겼는데, 다시 생각해보니 이게 어떤 회사들인지, 왜 굳이 이런 후공정만 전문으로 하는 회사가 따로 존재하는지 제대로 짚고 넘어가야겠다 싶었다. OSAT는 Outsourced Semiconductor Assembly and Test의 줄임말이다. 풀어보면 외주로 반도체 조립(패키징)과 테스트를 전문으로 해주는 회사라는 뜻이다. 파운드리가 웨이퍼 위에 회로를 찍어내는 전공정을 전문으로 한다면, OSAT는 그 이후 패키징과 검사, 즉 후공정을 전문으로 맡는다는 구조였다. 앞에서 팹리스와 파운드리 얘기를 공부할 때는 반도체 산업이 설계와 생산 두 축으로 나뉜다고만 생각했는데, 그 뒤에 이런 후공정 전문 회사까지 따로 있다는 걸 알고 나니 산업 구조가 생각보다 훨씬 촘촘하다는 걸 다시 느꼈다. 이름부터 낯설어서 처음엔 그냥 지나쳤는데, 알고 보니 이 세 글자 안에 반도체 후공정 산업 전체가 담겨 있었던 셈이다. 왜 후공정을 따로 맡기는 걸까 가장 먼저 든 궁금증은 이거였다. 삼성전자나 SK하이닉스 같은 대기업들도 자체적으로 패키징과 테스트를 할 수 있을 텐데, 왜 굳이 이걸 외부 기업에 맡기는 경우가 많을까. 찾아보니 이유는 결국 효율성 문제였다. 패키징과 테스트는 웨이퍼 생산과는 완전히 다른 설비와 전문 인력이 필요한 영역이다. 첨단 미세공정 투자에 막대한 자본을 쏟아야 하는 반도체 기업 입장에서, 후공정 설비까지 전부 자체적으로 갖추는 것보다는 이 분야에 특화된 전문 기업에 맡기는 게 비용 면에서 더 합리적인 경우가 많다는 걸 이해하게 됐다. 특히 팹리스 기업들 입장에서는 이 구조가 더욱 필수적이었다. 팹리스는 애초에 공장 자체가 없는 회사라서, 파운드리에서 웨이퍼 생산을 마치면 그다음 패키징과 테스트는 당연히 외부 전문 기업에 맡길 수밖에 없는 구조였다. 결국 팹리스-파운드리-OSAT로 이어지는 이 삼각 구조가 지금...
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