- 인터포저(Interposer)는 반도체에서 어떤 용도로 쓰이는 것입니까?
“인터포저의 가장 중요한 역할은 두 가지입니다. 첫째는 칩과 PCB(Printed Circuit Board) 서브스트레이트(Substrate) 사이의 피치(Pitch) 차이를 조정하여 연결을 원활하게 하는 것입니다. 칩의 피치와 기판의 피치가 다르기 때문에, 이 차이를 중재해주는 역할을 인터포저가 담당합니다. 둘째, 멀티칩이나 칩렛 구조에서 칩 간의 연결 통로로 사용됩니다. 여러 개의 칩이 하나의 패키지 안에 들어갈 때, 이 칩들 간의 전기적 연결을 인터포저가 제공합니다.”- 인터포저에도 실리콘을 사용하죠?
“지금은 실리콘을 쓰고 있습니다.”- ‘지금은’이라고 표현하셨는데 앞으로는 다른 것이 사용될 수 있다는 뜻입니까?
“앞으로는 여러 가지가 사용될 수도 있습니다. 첫째는, 리지드 인터포저라고 불리는 유기화합물 인터포저를 사용할 수 있습니다. PCB에 사용되는 재료죠. 둘째로, 폴리머를 사용할 수 있습니다. 폴리머 인터포저는 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC)와 같은 재료로 만들어지는데, 이는 팬아웃 PLP(Panel Level Packaging)에 사용되는 소재들입니다. 마지막으로, 글라스(유리)도 사용할 수 있습니다.”- 인터포저가 AI 때문에 수요가 폭발적인데, 과거에는 어땠습니까?
“그렇게 폭발적으로 늘어나지는 않았습니다. 수요가 있기는 있었지만 주로 실리콘 인터포저의 용도가 많았습니다. 센서 쪽에서는 원래 많이 사용되었으나, 센서 자체가 크지 않아서 물량이 많지는 않았습니다. 그러나 2.5D 기술과 AI의 발전으로 인해 인터포저의 크기가 커지면서 수요가 폭발적으로 증가했다고 볼 수 있습니다.”- 실리콘 인터포저가 가장 많이 쓰이는 애플리케이션은 무엇입니까?
“AI 가속기에 많이 사용되고 있습니다. 그런데 AI 가속기뿐만 아니라 인텔 같은 경우에는 CPU에도 사용하고 있고 사실 GPU가 들어가는 모든 디바이스에 사용되고 있다고 할 수 있습니다.”- 현재 인터포저의 물량이 모자랍니까?
“인터포저의 물량은 웨이퍼와 연관이 되어 있습니다. 반도체 제조사들은 한정된 생산 용량을 가지고 있는데 웨이퍼를 인터포저 만드는 데 사용하면 다른 제품을 생산할 수 있는 용량이 줄어들 수밖에 없습니다. 다른 제품의 수요가 줄어들 때는 문제가 없겠지만, 다른 제품의 수요가 그대로인데 인터포저로 생산 물량을 돌린다면 전체 생산량이 떨어지는 것이죠.”- 인터포저를 생산할 수 있는 기업으로 어디가 있습니까?
“인터포저를 만들 수 있는 기업은 TSMC와 삼성이 있고 UMC도 가능합니다. 인텔도 가능하지만, 내부 수요 대응을 위해서만 생산하죠.”- 인터포저는 몇 나노 공정인가요?
“예전에는 65나노였는데 지금은 40나노 공정을 사용해서 인터포저를 만들고 있습니다. 처음에는 HBM 4개와 SOC 2개 정도밖에 안 들어갔는데 지금은 HBM이 8개까지 들어가고 또 SOC도 많이 들어가기 때문에 그런 면에서 40나노가 주를 이루는 것 같습니다.”- 인터포저에도 어떤 패턴이 새겨져야 합니까?
“물론입니다. 인터포저를 만드는 것 자체가 기술입니다. 왜냐하면, 그 안에 임베디드 컴포넌트를 넣어야 하기 때문이죠. 저항이나 커패시터 같은 패시브 소자를 포함해야 해서 단순한 라우팅이라고 할 수는 없습니다.”- 인터포저도 기판과 위에 어떤 부품이 올라갈지를 고려해서 설계하고 40나노 공정으로 제조하는 것이군요?
“쉬워 보이지만 개발하기 위한 기간이 필요하죠.”- 아무나 할 수 있는 것은 아니군요?
“웨이퍼 탭을 하는 곳이라면 기술적으로 가능한 일입니다. 그러나 기업이 현재의 리소스를 투입할 가치가 있는지는 비용 대비 이익을 고려해야 하겠죠.”- 인터포저가 GPU 기반 가속기의 원활한 공급에 걸림돌이 되는 것이 맞습니까?
“지금 당장 걸림돌이 되고 있다기보다는 앞으로 걸림돌이 될 것으로 예상합니다.”- 왜 그렇습니까?
“현재 실리콘 인터포저를 생산할 수 있는 회사는 제한적입니다. 글로벌 파운드리나 SK하이닉스 같은 회사들이 더 참여하면 생산 용량을 늘릴 수 있지만, 인터포저의 크기가 점점 커지는 트렌드라서 수요 증가를 따라잡기가 어려울 것으로 보입니다.”- 현재 사이즈가 얼마 정도 됩니까?
“지금 PCB 사이즈가 80X80이면 인터포저 사이즈는 60X60 정도가 되지 않을까 생각합니다. 굉장히 큰 것이죠.”- 300mm 웨이퍼 한 장에서 몇 개 나오는 것이죠?
“80X80이라면 계산상으로 16개 정도밖에 안 나옵니다. 수율까지 감안하면 더 적어지겠죠.”- 인터포저 수율은 얼마나 됩니까?
“일반적인 칩보다는 매우 높겠지만, 90% 정도일 것으로 추정됩니다. 여기에 패시브 컴포넌트를 넣어야 한다면 수율이 더 떨어져서 80% 정도 되지 않을까 싶습니다. 면적이 넓어서 20%의 손실도 대단히 큰 것이죠. 그래서 수요에 비해 공급이 부족할 것으로 예상하는 것입니다.”- 인터포저가 수익성이 좋다면 증설을 통해 캐파를 늘릴 텐데, 경제성 측면에서는 어떻게 보십니까?
“인터포저만 만들어서는 경제성이 없을 것으로 예상합니다. 300mm 웨이퍼 40나노 제품의 가격이 600~800달러 정도인데 다른 디바이스를 만들면 2배 이상의 값을 받을 수 있죠.”- 인터포저의 면적은 계속 커지는 추세이죠?
“그렇죠. 예를 들어 블랙웰이라고 NVIDIA에서 발표한 신형 B20 같은 경우에는 8개에서 12개의 HBM이 들어가야 합니다. HBM도 층이 다 다르잖아요. 12단의 HBM3E가 들어가야 하는데, 그게 8개에서 12개까지 들어갑니다. 그렇게 되면 인터포저의 크기가 아주 커져야 합니다. 다음 디바이스인 루빈 같은 경우에는 더 많은 HBM4가 들어가야 하기 때문에, PCB 기판 사이즈가 100X100까지 늘어나야 합니다.”- PCB 기판 사이즈가 그 정도로 커지면, 실리콘 인터포저도 그 크기에 맞게 커져야 하겠네요? 그러면 웨이퍼 한 장에 인터포저가 몇 개나 나올 수 있습니까?
“아마 6개 정도 나올 것으로 예상합니다.”- 계속 이렇게 가야 합니까?
“TSMC와 여러 회사들이 최근 들어 다이를 중간에 심어서 연결하는 방식, 즉 리지드나 폴리머를 이용한 인터포저를 많이 연구하고 있습니다. 인텔은 이미 EMIB(Embedded Multi-die Interconnect Bridge)라는 방식의 기술을 사용하고 있습니다. 현재 TSMC도 이 분야를 집중적으로 연구하고 있는 것으로 알고 있습니다.”- 매우 어려운 기술이라고 들었습니다.
“정말 쉽지 않습니다. 다이를 코너 코너에 넣고 얼라인먼트를 맞추는 것, 그리고 사이즈가 크기 때문에 EMC(에폭시 몰딩 컴파운드)를 사용하든 아니면 다른 PCB 소재를 사용하든 휘어짐이 심할 것으로 보입니다. 이 부분을 해결하는 것이 과제입니다. 예를 들어 팬아웃 PLP(Panel Level Package)가 장기적으로 인터포저용으로 각광을 받을 수 있습니다.”- 일본의 DMP가 유리 기판을 사용하여 인터포저까지 대응하겠다고 발표했습니다. 이와 관련하여 PLP 기술과 연계할 것이라는 소문도 있습니다. 이러한 상황이 현실화되면, PLP가 널리 사용될 수 있을 것으로 보십니까?
“실리콘 브리지를 사용할 경우, PLP가 좋은 해결책이 될 수 있습니다. 큰 사이즈의 실리콘 인터포저를 사용하거나 글라스 인터포저를 사용하거나 연결하는 것이 매우 어렵습니다. 그런데 이미 구축된 PLP 인프라를 활용하면 좋지 않겠냐는 생각입니다.”- 유리를 기판으로도 쓰고 인터포저로도 같이 활용하는 것인가요?
“그렇습니다. 원래는 인터포저에 먼저 활용되고 있습니다. 유리 기판을 기판의 코어에 넣어 사용하는 것을 글라스 코어 서브스트레이트라고 하는데 유리의 여러 장점을 이용할 수 있습니다. 인터포저의 경우, 이러한 유리의 장점을 극대화할 수 있습니다. 인터포저는 레이어 방식이 다르기 때문에 RDL(Redistribution Layer)을 바로 배치할 수 있어서 유리합니다.”- 상당히 어렵다는 얘기들이 있습니다.
“기술이라는 것은 필요에 의해 개발되는 것 아닙니까? 실리콘 인터포저가 사용되면서 2009년이나 2010년부터 글라스 인터포저의 개발이 시작되었습니다. 상당히 오랜 기간 연구가 진행되어서 이미 많은 특성이 밝혀졌습니다. 이제 중요한 것은 대량 생산에 얼마나 적합한지, 글라스 인터포저의 사이즈를 얼마나 키울 수 있을지, 그리고 사이즈가 커졌을 때 어떤 부작용이 생길지에 대한 지속적인 연구가 필요합니다.”- PCB 기판의 코어를 유리로 하는 것보다 유리가 인터포저로 활용되는 것이 먼저라는 말씀이시죠?
“그렇습니다. 사이즈는 크지 않지만 2.5D에서 유리를 사용한 인터포저 패키지가 몇 가지 나와 있습니다. 특히 RF 쪽은 매우 큰 도움이 될 것으로 생각합니다. 유리의 특성이 RF 특성적으로 좋으니까요. 아무래도 손실이 적으니까 RF 디바이스에 유리기판을 사용하면 유리한 점이 많이 있습니다.”- 기존의 오사트(OSAT, Outsourced Semiconductor Assembly and Test)들은 글라스 인터포저를 받아와서 2.5D를 할 수 있습니까?
“인터포저를 받아 오면 그 다음 프로세싱은 전혀 문제가 없습니다.”- 엠코(Amkor Technology)라든지, 치팩(JCET, Jiangsu Changjiang Electronics Technology), 스필(SPIL, Siliconware Precision Industries) 에이스(ASE Technology Holding) 같은 곳에서 다 할 수 있는 것이군요?
“가공 자체는 가능합니다. 하지만 유리가 들어가면 핸들링이 어려워집니다. 그런 부분에서 장비나 기타 세부 사항들을 미세하게 튜닝해야 합니다.”- 한국 회사 중 네패스가 PLP를 하고 있고 삼성에서도 PLP를 하는데, 제가 들은 바로는 어렵고 잘 안 된다는 얘기가 있습니다. PLP를 일반 패키징에 사용하는 것, 예를 들어 PMIC(Power Management Integrated Circuit) 같은 데 사용하는 것에 대해서는 어떻게 보십니까?
“현재는 PLP가 저가 디바이스용으로만 사용되고 있습니다. 고가 디바이스는 수율이 문제입니다. 수율이 99.9% 되지 않으면, 그 비싼 디바이스를 버려야 하니까요. 예를 들어, HBM 8개가 들어간 것을 하나 버리면 얼마나 큰 손실입니까?”- 단가가 꽤 높겠네요?
“그렇죠. 그래서 리스크가 큽니다. 패널 사이즈가 크기 때문에 그만큼 리스크가 커서 쉽게 뛰어들 수 없는 것이죠. 패널도 장비와 함께 개발되어야 하는데, 이를 개발할 수 있는 업체가 제한적입니다.”- 웨이퍼 레벨로는 많이 있지 않습니까?
“맞습니다.”- 패널은 주문할 때마다 새로 만들어야 하죠?
“그렇습니다. 패널 사이즈도 다 다르고, 재료도 다 다르기 때문에 공정을 세팅하기 어렵습니다. 장비 업체에서 봐도 새로운 것을 만드는 것처럼 보이니까요.”- 그래서 안 하려고 하겠죠?
“돈을 많이 주면 해주겠지만, 검증된 것은 아닙니다. 검증하려면 시간이 필요하고, 많은 업체가 참여해 경쟁해야 생태계가 만들어집니다. 현재는 생태계가 거의 없다고 봐야 합니다. TSMC가 생태계를 만들기 위해 노력하고 있지만, 업체들도 경제성을 따져야 합니다. 한 대 팔려고 얼마나 투자하겠습니까? 하지만 글로벌 회사들은 이 방향이 미래라고 보고, 비전이 보인다면 손해를 보더라도 투자하겠죠. 그렇게 에코 시스템을 만드는 것이 중요합니다.”- 글로벌 기업 중에 PLP 하겠다는 곳이 삼성 이외에 또 있습니까?
“현재는 없는데 TSMC가 조심스럽게 검토하고 있는 것 같습니다. 대만에서 그런 소문에 계속 나오고 있습니다. 인터포저 때문인지, 다른 패키징을 위해서인지는 모르겠습니다만, 둘 다 가능합니다.”- TSMC 정도 되는 기업이 한다면 장비업체나 소재 업체들도 개발에 나설 수 있겠군요?
“저도 그렇게 생각합니다. 인더스트리의 리더가 그런 역할을 한다면 서로 따라가려고 노력하겠죠.”대담 : 한주엽 전문기자
정리 : 손영준 에디터
촬영 편집 : 정일규 프로
