우주항공 반도체 시대가 다가오고 있다. 미국 등 주요국의 전유물로 통하던 우주 시대에 한국도 본격적으로 뛰어든다. 오는 5월말 신설되는 우주항공청이 그 시작이다. 우주항공청 설립을 계기로 우주항공용 반도체 시장에 대한 관심도 점점 확대될 전망이다. 일반 반도체에 비해 극한의 환경에서 견뎌야 하는 우주용 반도체 기술 개발도 속도를 낼 것으로 예상된다.
9일 반도체 업계에 따르면 산업통상자원부가 '차세대 우주항공용 고신뢰성 통신네트워크 반도체 기술 개발사업'을 추진 중인 가운데, 우주항공용 반도체 시대에 대한 업계 관심이 고조되고 있다. 이런 가운데 우주항공용 반도체 시장에 대응하기 위해서는 신뢰성 테스트 시설 확충이 가장 시급하다는 주장이 나왔다.
이우준 한국항공우주연구원 선임연구원은 "우주 반도체는 일반 상용 제품과 달리 고온과 저온, 강력한 충격, 우주 방사선이라는 혹독한 환경에서 작동할 수 있어야 한다"며 "이를 위해 신뢰성을 검증하기 위한 다양한 테스트 시설 구축이 필수"라고 강조했다.
이와 관련, 우주항공용 반도체는 극도의 신뢰성을 요구한다. 고궤도 및 우주환경에서 정상 동작해야 하기 때문에 양성자와, 중성자, 중이온부터 외부의 습기나 가스 등으로부터 차폐가 이뤄져야 한다. 업계에서는 이를 위해 우주항공용 반도체에 허매틱 실링(Hermetic Sealing) 기술을 적용하고 있다. 허메틱 실링 소재로는 세라믹, 글래스, 유리 등 소재가 사용되고 있다.
허메틱 실링 신뢰성 테스트는 챔버 안에 반도체를 넣고, 헬륨 가스를 가압하는 방식으로 진행한다. 이후, 헬륨 디텍터가 있는 챔버에 반도체를 넣어 패키지 내에 헬륨이 침투했는지를 검사한다. 이때, 패키지 내에서 헬륨이 검출되면, 허메틱 실링이 제대로 되지 않는 제품이다. 국내에서 허메틱 실링 신뢰도 검사를 제공하는 기관은 한국산업기술시험원(KTL)과 QRT 등 밖에 없다.
허메틱 실링을 통해, 반도체를 외부와 차폐하더라도, 우주 환경에서의 양성자, 중성자, 중이온 등에 발생하는 오류(변위손상방선량, 총 정리방사선량, 단일사건효과)를 막을 수는 없다. 변위손상방선량은 원자가 이온화되지 않으면서 원자의 격자 배열을 바꿔 부품을 영구적으로 손상시키는 오류를 뜻한다. 원자 배열을 바꾸기 때문에 해당 피해는 복구가 불가능하다. 총 정리방사선량은 전하를 띤 입자들이 전자 부품에 부딪혀 표면의 원자들을 이온화시키는 피해를 준다. 이러한 피해는 일시적인 경우가 많아 복구가 가능하다.
마지막으로 단일사건효과는 우주용 반도체에서 가장 빈번하게 발생하는 오류다. 업계에서는 '소프트에러'라고 부른다. 해당 오류는 양성자 및 중성자 등의 입자들이 전자회로와 충돌해서 발생하며, 회로가 0을 1로, 1을 0로 계산한다.
이에 대응하는 방법은 크게 두 가지다. 먼저 반도체 설계를 변경하는 방법이다. 기존 반도체가 6개의 트랜지스터를 통해 하나의 비트를 저장했다면, 이를 2배로 늘려 일부 트랜지스터가 오동작이 있어도 문제없게끔 설계하는 방식이다. 두 번째는 라디에이션 하드한 공정에서 제품을 생산하는 방법이다. 대표적으로 ST마이크로일렉트로닉스(ST)의 65nm 공정이 라디에이션 하드한 공정이다.
이 두 경우에도 기존 반도체와 다른 신뢰성 테스트 시설이 필요하다. 우주항공 업계 관계자는 "국내 우주항공용 부품 업체는 제품 인증을 위해 주로 해외 기관에 맡기고 있다"며 "비용도 비용이지만, 테스트 기간 때문 등 문제 때문에 제품 개발이 쉽지 않다"고 토로했다. 이어 "사천에 우주항공청이 들어오는데, 제품 인증을 위한 테스트 인프라도 늘어나야 한다"고 말했다.
디일렉=노태민 기자 [email protected]
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▣ 행사 개요
– 행사명 : 『ASSIC 2024 콘퍼런스』
– 일 시 : 2024년 5월 30일(목) 09:00 ~ 17:00
– 장 소 : 경기경제과학진흥원 1층 광교홀( 광교테크노밸리 內)
– 규 모 : 200명
– 참가대상 : 우주반도체 관련 민·관·군.산·학·연 임직원 및 관계자
– 참가비용 : 무료
– 주 최 : 디일렉 / 큐알티
– 주 관 : 와이일렉 / 한국반도체연구조합
– 후 원 : 한국반도체산업협회, 한국팹리스산업협회
– 행사문의 : 디일렉 김상수 국장 [email protected] / 010 5278 5958
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