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...

D램과 낸드플래시의 차이, 헷갈리지 않게 정리

메모리 반도체를 공부하다 보면 가장 먼저 만나는 벽이 D램과 낸드플래시의 차이다. 둘 다 "메모리"라는 이름이 붙어 있고, 삼성전자나 SK하이닉스 실적 기사에도 항상 같이 등장해서 처음에는 그냥 비슷한 걸로 뭉뚱그려 이해했었다. 근데 파고들어 보니 구조도 다르고 쓰이는 용도도 완전히 달라서, 이번 글에서 확실하게 정리해보려 한다.


휘발성이냐 비휘발성이냐, 가장 큰 차이


D램과 낸드플래시를 가르는 가장 핵심적인 기준은 전원이 꺼졌을 때 데이터가 유지되느냐다.


D램은 휘발성 메모리다. 전기가 흐르는 동안에만 데이터를 붙잡고 있고, 전원이 끊기면 저장된 내용이 그대로 사라진다. 컴퓨터를 갑자기 종료했을 때 저장하지 않은 작업 내용이 날아가는 경험을 다들 해봤을 텐데, 그게 바로 D램의 휘발성 때문이다.


반대로 낸드플래시는 비휘발성 메모리다. 전원이 꺼져도 저장된 데이터가 그대로 남아있다. USB에 넣어둔 파일이 컴퓨터를 끄고 다시 켜도 그대로 있는 이유가 바로 이거다.


작동 방식의 구조적 차이


이 차이는 저장 방식의 구조에서 비롯된다. D램은 캐패시터(축전기)에 전하를 저장하는 방식을 쓰는데, 캐패시터는 시간이 지나면 전하가 자연스럽게 새어나가기 때문에 주기적으로 데이터를 다시 써주는 "리프레시" 작업이 필요하다. 이 리프레시 작업이 끊임없이 이루어져야 데이터가 유지되고, 전원이 끊기면 리프레시 자체가 불가능해지니 데이터가 사라지는 것이다.


낸드플래시는 이와 다르게 플로팅 게이트라는 구조에 전자를 가두는 방식을 쓴다. 전자가 절연막에 갇혀서 전원이 없어도 오랫동안 빠져나가지 않기 때문에 데이터가 유지된다. 대신 이 구조 때문에 데이터를 쓰고 지우는 속도는 D램보다 느린 편이다.


속도와 용도의 차이


구조가 다르다 보니 속도와 역할도 자연스럽게 갈린다. D램은 속도가 매우 빠르지만 용량 대비 가격이 비싸고, 전원이 꺼지면 내용이 사라진다는 한계가 있다. 그래서 컴퓨터가 지금 당장 처리해야 할 작업 데이터를 임시로 담아두는 "작업대" 역할에 적합하다. 램 용량이 부족하면 여러 프로그램을 동시에 켰을 때 버벅거리는 이유도, D램이 실시간 작업 공간이기 때문이다.


낸드플래시는 D램보다 속도는 느리지만 용량 대비 가격이 저렴하고, 전원 없이도 데이터를 오래 보관할 수 있다는 장점이 있다. 그래서 사진, 문서, 프로그램처럼 오래 저장해야 하는 데이터를 담는 "창고" 역할을 한다. SSD, USB, 스마트폰 저장공간이 전부 낸드플래시 기반인 이유다.


정리하면 D램은 "빠르지만 휘발성", 낸드플래시는 "느리지만 비휘발성"이라는 대비로 기억해두면 헷갈리지 않는다.


낸드플래시 안에서도 세대가 나뉜다


공부하다 보니 낸드플래시는 셀 하나에 몇 비트를 저장하느냐에 따라 SLC, MLC, TLC, QLC로 나뉜다는 것도 알게 됐다. 셀 하나에 1비트만 저장하는 SLC는 속도가 빠르고 내구성이 좋지만 용량 대비 가격이 비싸다. 반대로 셀 하나에 4비트를 저장하는 QLC는 같은 면적에 더 많은 데이터를 담을 수 있어 저렴하지만, 속도나 수명 면에서는 상대적으로 불리하다. 요즘 소비자용 SSD 대부분은 TLC나 QLC를 쓰고, 고성능 서버나 산업용에는 여전히 더 안정적인 방식이 쓰이는 경우가 많다는 걸 알게 됐다.


또 하나 흥미로웠던 개념이 3D 낸드였다. 예전에는 셀을 평면에 나열하는 방식이었는데, 미세공정이 한계에 부딪히면서 이제는 셀을 아파트처럼 수직으로 쌓아 올리는 3D 구조로 용량을 늘리고 있다. SK하이닉스나 삼성전자가 "몇 단 낸드"를 개발했다는 뉴스가 바로 이 적층 기술 경쟁을 의미하는 것이었다.


시장에서 가격이 움직이는 방식도 다르다


공부하면서 재밌었던 점 하나는 D램과 낸드플래시가 가격 사이클도 다르게 움직인다는 사실이었다. D램은 PC, 서버, 스마트폰 등 수요처가 넓고 표준화된 규격 제품이 많아서, 경기 흐름이나 서버 투자 사이클에 따라 가격이 크게 출렁이는 경향이 있다. 최근 AI 서버 투자가 늘면서 고성능 D램 계열인 HBM 수요가 급증한 것도 이런 흐름의 연장선이라는 걸 알게 됐다.


낸드플래시는 스마트폰과 SSD 시장 수요에 더 민감하고, 업체 간 증설 경쟁으로 공급 과잉이 생기면 가격이 오랫동안 눌려있는 경우도 많았다. 그래서 같은 메모리 반도체라도 D램 업황이 좋을 때 낸드플래시는 상대적으로 부진한 시기가 있고, 그 반대의 경우도 있다는 걸 뉴스를 찾아보며 확인할 수 있었다. 이 둘을 뭉뚱그려 "메모리 반도체 업황"이라고만 알고 있었는데, 실제로는 각자 다른 수요와 공급 구조를 가진 별개의 시장이라는 걸 이해하고 나니 관련 기사를 훨씬 정확하게 읽을 수 있게 됐다.


정리하며


메모리 반도체 관련주를 보면 D램 전문 뉴스와 낸드플래시 전문 뉴스가 따로 나오는 이유도, 이렇게 시장 구조 자체가 다르기 때문이라는 걸 알게 됐다. 이 둘을 구분해서 볼 줄 아는 것만으로도 반도체 산업 뉴스를 읽는 눈이 한 단계 달라진 느낌이다.


D램과 낸드플래시는 이름만 비슷할 뿐 역할도, 구조도, 속도도 완전히 다른 메모리라는 걸 이번에 확실하게 정리하게 됐다. 컴퓨터가 원활하게 작동하려면 빠른 작업 공간인 D램과 안정적인 저장 공간인 낸드플래시가 둘 다 필요하고, 이 둘의 조합이 결국 우리가 체감하는 컴퓨터와 스마트폰의 성능을 좌우한다는 걸 알게 되니 반도체 기사들이 훨씬 재밌게 읽히기 시작했다. 앞으로 관련주나 산업 뉴스를 볼 때도, 지금 이야기되는 게 D램 이슈인지 낸드플래시 이슈인지부터 구분해서 읽는 습관을 들여야겠다는 생각이 들었다.

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