(408) 844-7100 반도체 제조의 미래
EE Times
11월 6일, 2020
업계 초창기에는 내부 제조가 적합했지만, 파운드리의 통합과 시장 출시 기간 단축으로 인해 선도적인 반도체 회사들은 자체 제조 팹 없이도 성공적으로 경쟁할 수 있게 되었습니다. 오늘날 대부분의 반도체 회사는 자체 팹을 보유하고 있지 않으며 그럴 필요도 없습니다. 파운드리는 필요한 규모, 폭, 다양성을 제공합니다. 실제로 Facebook, Amazon, Apple과 같은 비반도체 기업들도 이제 팹리스 모델을 활용하여 자체 칩을 설계하고 수직 통합하고 있습니다.
5G, 사물 인터넷(IoT), 자율 주행과 같은 반도체 기회가 지속적으로 등장하고 파운드리 모델의 성공이 입증되면서 반도체 기업들은 성장 및 제조 전략을 재고하고 있습니다.
고급 패키징
제조 가치 사슬은 복잡한 집적 회로(IC)와 실리콘 엔지니어링에서 2.5D, 3D-IC, 팬아웃, 시스템 인 패키지와 같은 첨단 패키징으로 변화하고 있습니다. 그 목표는 모듈식 구성 요소를 수직으로 쌓아 비용을 절감하고, 맞춤화를 가능하게 하며, 수율을 개선하는 동시에 반도체 제조의 한계를 극복하는 것입니다. 수십 년 동안 웨이퍼 용량을 두 배로 늘릴 수 있었던 무어의 법칙은 여전히 강력하지만, 점점 더 다양해지는 고객층에게는 예전만큼 매력적인 이점을 제공하지 못하고 있습니다.
고객들은 점점 더 구체화되는 시장의 요구를 충족하기 위해 더 높은 수준의 맞춤화를 원하고 있습니다. 이러한 요구에는 반드시 가장 작고 최첨단 칩이 필요하지 않으므로 반도체 회사는 제조를 최적화하여 고객의 요구와 웨이퍼 비용의 균형을 맞출 수 있습니다.
보안 및 신흥 기술 센터(CEST)의 최근 모델( )에 따르면 5nm에 구축된 단일 300mm 웨이퍼의 가격은 거의 17,000달러에 달합니다.
이러한 높은 비용을 피하는 것은 기업에게 분명한 이점입니다. 모든 것이 단일 칩 안에 들어갈 필요는 없다는 인식과 함께 반도체 회사들은 최첨단 노드를 구축하는 대신 애플리케이션과 고객의 요구를 충족하는 모듈식 설계에 제조 혁신의 초점을 맞추고 있습니다. 핵심은 다양한 제품 설계에 사용할 수 있는 10~15개의 모듈식 빌딩 블록을 만들어 다양한 애플리케이션 요구 사항을 충족하는 것입니다. 이 접근 방식을 사용하면 우선순위와 기술 세트가 엔지니어링 호환성, 품질 및 신뢰성으로 전환됩니다.
예를 들어 5G로의 전환에는 더 높은 수율의 완벽하고 혁신적인 칩이 필요합니다. 5G 신호의 민감도 때문에 엔지니어는 노이즈와 신호 간섭을 제거하기 위해 칩 주변 환경을 적절히 제어해야 합니다. 모듈식 접근 방식을 통해 엔지니어는 칩이 설계된 환경에서 가능한 최고의 성능을 보장할 수 있습니다.
백엔드 제조 개선은 앞으로 매우 중요해질 것입니다. 과거에는 대부분의 지출이 프런트엔드 제조에 집중되었고 백엔드는 뒷전으로 밀려났습니다. 이제 백엔드는 새로운 품질 기능의 구현과 함께 더 많은 관심을 받고 있습니다. 품질 조직이 결함을 감지하고 문제를 해결하는 방법은 복잡하지만, 품질 조직은 이러한 모듈에서 더 오래되고 안정적인 기술을 사용함으로써 새로운 품질 및 추적성 요구 사항에 집중할 수 있는 이점을 누릴 수도 있습니다.
예를 들어, 실리콘 품질은 더 오래되고 더 견고한 기술에 초점을 맞출 수 있지만, 그 중요성도 훨씬 더 커집니다. 여러 개의 칩을 결합하면 단일 오류로 인해 훨씬 더 많은 비용이 발생하며, 웨이퍼에서 최종 제품까지 모듈식 칩셋의 모든 부품을 추적하고 추적할 수 있도록 추가적인 주의를 기울여야 합니다.
자동차 및 산업용 IoT의 기회
5G 외에도 자동차 및 IoT 시장도 상당한 성장 기회를 제공합니다. 그러나 이러한 애플리케이션의 제조 요구 사항은 데스크톱, 노트북 및 고성능 컴퓨팅 서버의 기존 요구 사항과 크게 다릅니다.
신차 한 대에는 최대 100개의 상호 연결된 제어 장치에 8,000개의 능동 반도체가 필요합니다. 블루투스 연결부터 자율 주행을 지원하는 센서와 카메라에 이르기까지 새로운 기능, 안전, 인포테인먼트 및 네트워킹 기능이 미래형 자동차에 구현됨에 따라 이 숫자는 계속 증가할 것입니다.
생명이 위태로운 상황에서 장애는 선택 사항이 아닙니다. 광범위한 온도 변화에서 매우 높은 신뢰성과 작동성은 자동차 애플리케이션의 가장 중요한 요구 사항 중 하나입니다. 또한 자동차에 들어가는 반도체 칩은 10~12년 동안 사용해야 하므로 최첨단 기술 노드를 사용하는 것보다 높은 품질과 제품 수명이 더 중요합니다.
복원력은 산업용 IoT(IIoT) 애플리케이션에서도 매우 중요합니다. 예를 들어, 석유 굴착 장치를 안전하고 효율적으로 운영하는 데 필요한 여러 센서는 부품을 즉시 교체할 수 없는 환경에서 비용 효율적이고 신뢰성이 높아야 합니다.
통신 및 인프라가 계속해서 선두를 달리고 있는 가운데, 고급 패키징이 다른 IIoT 부문에도 도움이 될 것으로 예상됩니다. Quince Market Insights에 따르면 글로벌 산업용 사물 인터넷 시장은 2020년부터 2028년까지 연평균 21.3% 성장할 것으로 예상되며, 제조 분야의 발전이 주요 요인 중 하나로 꼽힙니다.
다양한 애플리케이션을 위한 반도체 칩이 지속적으로 확산됨에 따라 모든 유형의 제조를 위한 장소가 생겨나고 있습니다. 구형 기술은 놀라울 정도로 복원력이 뛰어납니다. 이러한 검증된 기술을 모듈형 패키지에 더 발전된 기술과 결합하면 혁신적인 디자인을 만들고 품질을 보장하며 비용을 절감할 수 있습니다.