[영상] 세계 최대 RF칩 회사 신뢰성 테스트는 어떻게 이루어지나?(feat. 큐알티)

2021-12-30 박혜진 PD

<자막 원문>

인터뷰 진행: 한주엽

출연: 강윤호 선임연구원

-오늘 큐알티 기술연구소의 강윤호 연구원님 모시고 RF 얘기 한 번 들어보도록 하겠습니다. 연구원님 안녕하십니까? “안녕하세요.” -연구원님은 전공 분야가 뭡니까? “제 학부 석사 전공은 전파공학과를 나와서 RF Power Amplifier(전력증폭기) 설계를 진행했고요.” -RF Power Amplifier는 증폭한다는? “네. RF 신호를 증폭시키는 증폭기라고 보시면 됩니다.” -그 증폭기는 지금 우리의 눈엔 안 보이지만, 전파가 다 돌아다니고 있는 거잖아요. 기지국에서 와서 나한테 핸드폰으로 오면 미약하니까 증폭을 시키는 거예요? “그렇죠. 저희가 신호 자체가 공기 중이나 아니면 건물이나 이런 데 보면 미약하게 되는데 그런 신호를 사용자한테 전달하기 위해서는 또 크게 키워야 합니다. 그래서 기지국이나 이런 데서 크게 키워서 다시 내보내고 그다음에 핸드폰이나 이런 데도 Amplifier 굉장히 많이 들어가거든요. 그래서 핸드폰에서 실제 받을 때 공기 중에서 작아진 신호를 크게 키워서 신호를 확인할 수 있는 정도로 크게 키울 수 있도록 휴대폰 안에 들어가 있다고 보시면 됩니다.” -하여튼 무선으로 뭔가를 하는 기기라면 RF 관련된 소자들은 다 들어가 있다는 것이죠?

“맞습니다. 무선 기기라고 하면 안에 내부에 패시브 소자라든지 액티브 소자 아니면 모듈 단위로 해서 RF 소자가 전부 들어가 있다고 보시면 됩니다.”
-패시브 소자, 액티브 소자. 그니까 걔네는 하는 역할이 신호를 받고 증폭하고 잡음을 걸러내고 이런 역할인 거죠?

“네. 신호를 분배하고 분기하고 잡음 걸러내고 증폭하고 이런 역할을 하는 RF 소자라고 보시면 됩니다.” -그니까 전파가 안테나로 받고 와서 RF 아까 말씀하신 그 소자에서 그런 역할을 하고 모뎀으로 던져주면 디지털로 전환하고 AP가 연산해서 다시 밖으로 나갈 때는 역순으로 나가는 거죠? “네. 맞습니다.” -그게 단말 단에도 그렇게 되고 장비 단에서도 그렇게 되고 다 RF 쪽. “네. 송신 단에 다 그런 식으로 돼 있다고 보시면 됩니다.” -최근에 육지 얘기도 나오고 있고 지금 5G도 제대로 시대가 안 온 거 같긴 한데 RF 쪽에 대한 신뢰성이라든지 중요도 계속 높아지고 있는 거죠? “네. 현재 5G 시대가 되면서 RF에 소자에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있습니다. 그래서 이렇고 그다음에 스페이스라든지 그다음에 오토모티브 쪽에.” -스페이스라는 건 뭘 의미하는 겁니까? “우주선이나 아니면 비행기 이런 쪽. 그래서 그런 쪽 분야에서는 굉장히 고신뢰성을 요구하고 있거든요.” -신뢰성이 높아야 한다? “네. 고신뢰성을 요구하고 있는데요. 스페이스 같은 경우에는 20년 이상의 신뢰성을 요구하고 있고요. 오토모티브 쪽은 18년 이상을 요구하고 있거든요.” -근데 우주 공간에서 쓰는데 10년 이상이면 자동차랑 큰 차이는 없네요? 10년에서 20년이면. 허블 망원경 날아가다가 뚜들겨 맞고 쏘는 것도 다 RF로 보내는 거 아닙니까? “말로는 20년이긴 한데 더 많은 고신뢰도를 요구하고 있고요. 자동차 같은 경우에는 사람의 목숨이 달려있기 때문에 굉장히 고신뢰를 요구하고 있죠.” -신뢰성 테스트는 어떻게 합니까? “일단 다양한 신뢰성 테스트가 있는데요. 이 반도체의 수명을 평가하는 수명 평가 시험이라든지 아니면 다양한 환경에 놓이게 되잖아요. 그래서 환경시험, 그다음에 전기적인 시험이 있고요. 그다음에 물리적인 시험 이렇게 다양하게 신뢰성 시험을 진행하고 있습니다.” -전기적인 시험은 전기를 계속 넣어서 제대로 작동하는지 보는 겁니까? “일단 전기적인 시험 자체는 ESD(Electro static discharge)라고 해서 정전기 테스트입니다. 사람이 디바이스에 손을 갖다 대면 사람 몸에 있는 전하가 디바이스로 가게 되면 그게 굉장히 높은 볼테이지로 해서 전하량은 짧겠지만, 그렇게 해서 디바이스에 피해를 주게 되거든요. 그런 시험들이라 보시면 되겠습니다.” -환경시험들은 어떤 거를 하죠? “환경시험 같은 경우에는 반도체 칩 자체가 다양한 환경 상태에 놓이지 않습니까. 만약에 예를 들어서 자동차 같은 경우에는 여름에 덥고 겨울에 춥고 그다음에 바닷가 근처에 있는 거는 습기도 많고 그다음에 염분도 있고 그런 부분들에 놓이는데요. 다양한 환경에서의 신뢰성을 검증하기 위한 시험이라고 보시면 될 거 같습니다.” -오늘 나와주신 이유는 세계 최초로 소켓 솔루션 방식 시스템 반도체 RF-HTOL. HTOL은 한국말로 풀어 보면 고온 동작 수명 시험 서비스를 주최했다고 최근에 보도 많이 나서 제가 뉴스 읽다 보니까 이게 무슨 얘기인지 약간 어려워서 해설을 요청하기 위해 모셨는데 고온 상태에서 얼마만큼 동작할 수 있느냐? 를 테스트할 수 있는 건가 보죠? “네. 일단, 이 시험 자체는 수명 평가하기 위한 시험이고요. 그래서 wear out 단계 그니까 디바이스가 어느 수준까지 품질을 유지하고 수명을 갖는지를 평가하기 위한 시험으로 보시면 되고요. 그래서 이 시험 자체는 실제로 사용하는 환경 조건에 맞춰서 테스트한다고 보시면 됩니다. 그래서 저희가 반도체 수명을 평가하기 위해서 반도체를 10년, 20년 계속 동작시키면서 할 수가 없어서 고온 상태에서 고온을 엑셀러레이터 팩터로 가져가서 고온 상태에서 어느 일정 시간, 1,000시간이라든지 테스트했을 때 이 디바이스가 정상 동작을 한다면 수명이 10년을 만족한다. 이런 식으로 판정할 수 있는 시험이라고 보시면 됩니다.” -10년 동안 계속 돌리는 건 아니고 1,000시간 돌리면서 10년 정도 사용했을 거라는 그런 생각이 드는 거죠? “네. 맞습니다. 예측값이라고 보면 됩니다.” -그거는 계속 예전부터 고온에서 동작하는 수명 시험이 그전에도 계속 있었던 것인데 이번 발표에서 좀 눈에 띄는 것은 소켓 방식이라고 돼 있었단 말이죠. 소켓 방식이라는 거는 칩 패키지를 끼웠다 뺐다 할 수 있는 방식을 얘기하는 겁니까? “네. 맞습니다. 그래서 저희가 테스트하는 DUT를.” -DUT가 뭐죠? “Device Under Test라고 해서 테스트해야 하는 소자를 말씀드리는데 이거를 소켓에다가 넣었다 뺐다 할 수 있어서 여러 샘플을 테스트할 수 있는 소켓 방식입니다.” -기존에는 어떻게 했어요? “기존 같은 경우에는 DUT를 보드 형태로 해서 SMT를 쳐서 테스트했고요. 그렇게 되다 보면 DUT마다 하나의 보드가 무조건 필요하므로 좀 비효율적인 측면이 있습니다.” -전문가들은 SMT 친다는 표현이 아주 익숙하실 텐데 이게 일반적으로 얘기하면 그냥 보드에 납땜해서 쓰는 거죠? 테스트할 때마다. 납땜은 안 하잖아요? 하여튼 솔더링 해서. “네. 솔더링해서 한다고 보시면 됩니다.” -한 번 테스트 하려면 시간이 오래 걸리겠네요? 10개 받아오면 10개 다 보드에 붙여서 넣어야 하는 거 아닙니까. “근데 SMT도 그런 공정을 하는 업체들이 많아서 그냥 리플로우라고 해서 쭉 흘려보내면 바로.” -테스트하기 전에 준비 사항이 많군요? “네. 준비를 그런 식으로 해서 진행하게 됩니다.” -보통은 테스트 그렇게 하실 때 DUT라고 아까 하셨는데 그럼 디바이스 몇 개 정도로 와서 테스트를. “시험에 따라 다른데 일단 아까 말씀드린 HTOL 같은 경우에는 77개 3로트 정도 하면 그 정도 테스트를 하게 되고요. 그리고 ELFR이라는 시험 같은 경우에는.” -ELFR? “Early Life Failure Rate라고 해서 초기 불량률 시험인데요. 그거는 제품이 파일럿 단계에서 초기 불량률이 어느 정도 나오는지 테스트하는 시험인데 그 단계에서 했던 시험 같은 경우에는 샘플 사이즈가 1,000개 이상으로 넘어가기 때문에.” -개수가요? “네. 개수가 1,000개, 2,000개 이런 식으로.” -1,000개, 2,000개 다 그쪽 표현으로는 SMT 쳐야 한다? “그렇죠. 그렇게 되면 비용적으로 좀 많이 들어가죠.” -시간도 오래 걸리겠네요? “시간도 좀 많이 걸리고요.” -초기 불량 평가할 땐 1,000개, 2,000개 한다고 했는데 그 전에 테스트할 때는 아까 말씀하신 233개요? 그 당시에서 테스트할 땐 아까 1,000시간 이렇게 돌린다고 하셨는데 그 뒤에도 1,000시간을 돌려야 합니까? “아니요. 초기 불량률 시험은 시간을 좀 짧게 잡습니다. 그래서 24시간이 48시간 정도 수준으로 해서 시험하게 되고요.” -소켓 솔루션으로 했을 때 언뜻 들었을 때는 보드에 실제로 실장을 하고 할 때와 넣었다 뺄 때의 차이점은 비용적인 측면에서도 차이가 있을 거 같은데 뭐가 더 쌉니까? “일단 소켓이 획기적으로 좀 더 많이 쌉니다. 일단 소켓 자체가 SMT 형태보다 10배 정도는 비싸요. 그래서 소켓 자체가 비싸서. 10배 정도 비싸긴 한데.” -1,000원 들 거 소켓으로 할 거면 10,000원 들어야 한단 얘기에요? “그렇죠. 그래서 예를 들어서 아까 만약 2,000개 정도 한다고 봤을 때 10,000이라 치면 2천만 원인데 소켓은 2,000개를 다 만들 필요는 없잖아요? 그래서 100개 정도 제작한다고 하면 천만 원.” -초기 불량률 할 때는 그렇게 길게 안 해도 되니까. “네. 길게 안 해도 되니까 샘플을 계속 바꾸면서 신뢰성 시험을 하면 되니까 그런 식으로 100개 정도 만들면 절반 수준으로 가격을 내릴 수가 있는 거죠.” -SMT 테스트 대비로? “네. 대비로 해서.” -근데 지금까진 다 SMT 방식으로 했던 거죠? 초기 불량률 분석할 때는. “그렇죠. 현재 RF 소자 같은 경우에는 사실 기존에는 RF를 넣지 않고 시험을 많이 했어요.” -RF 소자에 RF 안 넣으면 어떻게? “반쪽짜리 신뢰성 시험인데 일단 RF 소자에서 좀 중요한 부분이 아까 말씀드린 Amplifier 쪽인데 이 Amplifier가 효율이 굉장히 낮아요. 생각보다 낮아요. 60% 이상이면 굉장히 좋은 소자라고 말하는데.” -그게 무슨 얘기입니까? 100개 중 60개 정도만 증폭된다는 얘기에요? “그게 아니라 일단 Amplifier가 DC 에너지를 이용해서 RF 신호를 그니까 AC 신호를 증폭시키는 거잖아요? 그러면 DC 에너지 100%를 이용해서 RF 신호가 100%로 증폭되면 다행인데 그게 아니라 나머지 40%는 다 열로 소모됩니다. 그러므로 RF 신호를 안 넣으면 이 소자의 아까 실상황 시험이 안 되는 거죠.” -실제를 모사하기 때문에. “네. 실제 모사가 안 되는 거죠.” -조금 모자란다는 거다. “그래서 그 안에 Amplifier 내부에 있는 다이 표면도의 Junction temperature(접합 온도) 자체도 맥스까지 도달하지 못하고 테스트를 하므로 정확한 초기 불량률이라든지 정확한 수명을 예측하기 어려운 거죠. 그래서 RF 신호를 넣어서 테스트하는 게 추세라고 보시면 됩니다.” -최근에 추세입니까? “일단 5G 시장이 커지면서 가장 핵심 부품이 프론트엔드 모듈이거든요. 그 프론트헨드 모듈에 Amplifier가 들어가 있는데 프론트엔드 모듈이 핸드폰 쪽에 많이 들어가지 않습니까? 그래서 가장 큰 엔드커스터머들. 해외 A사나 한국의 S사나 그쪽에서 사실 품질이 경쟁력이지 않습니까? 그래서 그런 부분들을 신뢰성을 요구하는 추세입니다.” -소켓 방식으로 하면서 비용도 줄이고 RF 제너레이터라고 해야 합니까? 이것도 같이 들어가 있는 이런 장비로 활용한다는 얘기로 이해하면 됩니까? “네. 일단 소켓 방식으로는 비용도 줄이고 그다음에 아까 말씀드린 제너레이팅 부분에서 DUT가 받아드릴 수 있는 수준으로 키워주는 그런 장치가 필요해요. 그래서 RF 신호를 크게 키워주고 이거를 분배해서 넣어주고 각각의 DUT가 많다 보니까 각각의 DUT에 넣어줄 수 있는 그런 부분이 필요한데 그런 장치가 필요하게 됩니다.” -근데 고온 동작에 대해서 수명 시험을 하려면 온도가 좀 높아야 백몇십도 이렇게 가야 하는 거 아닙니까? 그 안에서 그럼 무선으로 쏴요? “무선으로는 안 쏘고요. 이게 무선으로 쏘다 보면 챔버 내에서도 각각의 DUT에 동일하게 넣어주는 게 굉장히 중요하거든요. RF 시그널을. 그렇게 되다 보면 무선으로 쏘다 보면 각각의 DUT에 동일한 신호가 들어갈 수 없어서 다 케이블 형태로 해서 각 DUT에 넣어주게 됩니다.” -무선 신호를? “RF 신호를.” -근데 그전에는 온도만 했는데 지금은 신호까지 넣어주면서 한다. “네. 맞습니다.” -소켓 솔루션이다. “거기다 소켓 솔루션이고요. 소켓 솔루션 같은 경우에는 설계할 때 중요한 부분이 임피던스 매칭 부분이거든요. 그래서 임피던스 매칭 부분을 어떻게 하느냐에 따라서 이 소켓 솔루션이 성공을 좌우하거든요. 그래서 각각에 저희가 넣어주는 신호 자체가 매칭을 잘못해서 반사파나 그런 부분이 생기면 DUT에 피해가 갈 수 있어서 그런 부분들이 중요한 부분이라고 보시면 됩니다.” -말씀하시는 거 들어보니까 좀 어려운데요. 말하자면 RF 쪽에 대해서 잘하는 회사들이 세계적으로 몇 개 없잖아요. 제가 알기론 뭐 많이 있겠지만, 우리가 소위 얘기하는 핸드폰에 들어가는 RF 프론트엔드 하는 회사 제가 손가락에 꼽을 정도밖에 안 되는데 이 서비스는 그 회사들을 타깃으로 한 겁니까? “일단 RF 프론트엔드 모듈 만드는 회사 아니면 아까 말씀드린 액티브, 패시브 제조 회사들도 포함되고요. 그다음에 OSAT 업체라고 해서 패키징 회사들도 포함됩니다.” -지금 국책 과제도 하시죠? “네. 현재 국책 과제로도 진행하고 있고요.” -국책 과제로 개발하고 계신 품목이 뭡니까? “현재는 아까 전에 말한 장치 부분, 제너레이터에서 크게 신호를 증폭시켜주고 굉장히 균일하게 분배하는 게 사실 아날로그 시그널이다 보니까 굉장히 어려워요. 그래서 그런 부분들을 동일하게 신호를 넣어줄 수 있고 지금 5G 진행하면서 저희가 주파수 대역이 밀리미터웨이브라고 해서 24GHz 이상으로 해주는데 그런 높은 주파수에서도 동작시킬 수 있는 장치를 개발하고 있다고 보시면 됩니다.” -근데 테스트 장비에 대해서 아까 RF 제너레이터도 그렇고 이 소켓 솔루션 서비스 내놓으신 것도 보면 장비를 내놓으실 계획인 겁니까? “일단 저희 쪽에서는 이런 RF 소자에 대해서 신뢰성 평가 자체가 아까도 말씀드렸듯이 신뢰 평가나 ELFR 자체가 굉장히 정확성 있게 테스트를 할 수 있는 환경을 만들고 싶어요. 그래서 그런 환경을 만들기 위해서 그런 장치를 개발하는 거고 추가로 저희가 반도체 HTOL 이런 거 진행하게 되면 10년 패스 페일 이런 식으로 예를 들어서 10년 패스 페일 이렇게 단편적으로만 구분할 수 있는데 그게 아니라 이 칩의 정말 정확한 수명이 얼마 정도인지를 확인할 수 있는 그런 소프트웨어도 현재 제작에 있고요.” -그니까 그거를 서비스로 제공하시는 겁니까? 아니면? “서비스 플러스 실제 장비 판매 쪽도 생각하고 있습니다.” -예를 들어서 RF-HTOL 이쪽만 본다고 하면 제너레이터도 들어가고 말씀하신 소프트웨어도 들어가면 이게 원래 자동차는 아까 18년이라고 했는데 실제로 우리가 해보니 19년, 20년도 쓸 수 있다. 이런 것도 이제 예측을 할 수 있는 소프트웨어와 소켓 솔루션을 합쳐서 장비를 만든다고 하면 누가 삽니까? “칩 메이커 제조사들 보면 사양도 중요한데 사실 품질 자체가 굉장한 경쟁력이거든요. 그래서 아까 말씀드린 프론트엔드 모듈 쪽에서도 5G 쪽으로 넘어가면서 문제로 삼는 게 발열 부분이 가장 큰데 발열 부분 같은 거 해결하기 위해 검증 같은 거 해야 하잖아요. 그러면 그런 부분들을 해소하기 위해서는 이러한 장치가 필요하게 되고요. 그래서 그런 칩 만드는 회사들은 굉장히 매력적으로 보지 않을까? 라고 생각하고 있습니다.” -SMT 안 쳐도 되고 소켓 솔루션 갈아껴서 쓸 수도 있고. 근데 패키지는 형태가 여러 가지로 계속 바뀌잖아요. 다양한 소켓의 보도들을 구비하고 있어야겠네요. 그 장비를 사간 회사들은. “그렇죠. 일단은 소켓 자체도 사실 저희가 제작할 때는 오더 메이드 형태로 해서 고객이 요구하면 그 소켓을 커스터마이징을 해서 제작을 하게 되는데.” -어디랑 하고 있습니까? “지금은 소켓 업체로 유명한 리노공업이라든지 ISC 여기랑 같이하고 있고요. 그래서 그런 형태로 해서 오면 그 패키지에 맞춰서 소켓을 제작하게 되죠.” -제가 마지막으로 질문 하나 더 드리겠습니다. 지금 RF-HTOL이 서비스 출시했다고 보도되고 이런 거는 고객이 있기 때문에 자료도 내고 하신 거죠? “현재 저희가 해외 최대 RF 회사인 Q사와 같이 소켓 솔루션을 제안하게 됐고요. 해외 Q사에서 기존에는 SMT 방식으로 해서 이런 신뢰성 평가를 하게 됐는데요. 그렇게 되다 보니까 비용적인 측면이 많이 들다 보니까 저희한테 QRT 쪽으로 의뢰하게 됐습니다. 그래서 비용적인 측면을 어떻게 획기적으로 줄일 수 없냐? 라고 해서 저희가 제안한 게 이런 소켓 솔루션 방식이고요. 소켓 솔루션 방식으로 현재 검증까지 받은 상태로 해서 ELFR 테스트를 진행 시점에 있습니다.” -그 회사는 1년에 수천 개에서 수억 개 단위의 칩을 출하하는 회사니까. “그렇죠. 핸드폰에 들어가는 칩이다 보니까.” -그러니까 그런 게 좀 필요했나 보군요. 연구원님 오늘 여기까지 하겠습니다. 고맙습니다. “감사합니다.”