차세대 디지털 컨버전스 위한 SoP 연구 본격화, 김종희 박사 단장으로 영입 SoP 기술 2010년 실용화 20조원 시장형성 전망, 기술선도해 나갈 것 요업기술원에서는 최근 차세대 Digital Convergence를 위한 SoP(System-on-Package) 연구를 본격화하기 위해 시스템모듈사업단을 창단하고 김종희 전 삼성전기 상무이사를 단장으로 영입했다. 김종희 박사는 삼성전기에서 10여년간 MLCC와 LTCC 등 세라믹 부품 개발 사업화를 주도해온 경력을 바탕으로 요업기술원 시스템모듈사업단을 이끌 것이라고 밝혔다. 시스템모듈사업단 창단의 배경이 된 SoP 기술은 기존의 Passive 부품들을 기판의 내부에 내장시킴으로써 3차원 실장을 실현하여 부품의 집적도를 좀 더 높이는 개념이다. 김종희 박사는 이 기술이 2010년경에 실용화되면 20조원 이상의 새로운 시장이 생겨나게 될 것으로 예상되고 있어 국내에서도 이에 대한 선행 연구개발체체를 시급히 구축하여 개발단계에서부터 일본이나 미국의 기술에 뒤지지 않는 경쟁체제에 돌입해야 할 것이라고 강조했다. 이에 세라믹을 전문적으로 연구하는 요업기술원의 시스템모듈사업단은 SoP 기술 개발을 선도해 나가는 역할을 해야 할 것으로 기대되고 있다. 시스템모듈사업단에서 추구하는 연구개발 방향은 IT 관련 전·자기?및 광학용 유무기 소재 및 부품에 초점이 맞춰져 있다. 특히 후막 및 박막 성형기술, LTCC기술, MEMS기술, 초정밀 적층기술, RF/MW /mm-wave 소재 및 부품기술과 이들을 이용한 System Integration기술을 바탕으로 차세대 Digital Convergence를 위한 SoP(System-on-Package) 또는 SiP(Sytem-in-Package)에 활용되는 소재 및 부품에 대한 연구개발에 주력할 것으로 예상되고 있다. 세부 연구활동 내용을 보면, 저온동시소성세라믹(LTCC) 소재 기술을 응용한 적층형 유전체 소자 개발 분야, RF 부품 및 세라믹안테나 제조 기술개발 분야, 자성재료 분야 등으로 구분되어 있다. 또한 L-C-R 성분의 부품 소재 개발을 위한 전문 연구인력들이 신소재를 이용한 시스템모듈 관련 연구개발 및 중장기 사업을 수행할 계획이다. 현재 시스템모듈사업단은 재료전공인 김종희 박사와 미국 Penn State Univ.와 Univ. of Missouri에서의 연구경력이 있는 김효태 박사, 남중희 박사, 여동훈 박사 등 3명의 선임연구원 등으로 구성되어 있다. 이 연구원들의 전공은 전기, 전자 및 화공 등으로 다양한 편이다. 이밖에도 5~6명의 연구원이 사업단에서 연구를 하고 있으며 요업기술원내의 박막 및 후막소자 연구 분야 관련 전문가 그룹과의 연계도 형성되어 있다고 한다. 연구 인프라 면에서는 후막공정을 이용한 적층형 부품 개발 연구를 위한 Materials Integration Lab.과 전기 및 자기특성측정을 위한 전·자기 특성평가실을 보유하고 있다. 김종희 박사는 “차세대 시스템 모듈 개발을 위해서는 다양한 재료의 요소기술 확보가 필수적일 뿐만 아니라 초정밀 공정기술과 시스템 및 회로 설계기술 등이 복합적으로 동시에 개발되어야 하며, 이를 위해서는 국내외의 다양한 네트워크 구축이 필수적”이라며 “현재 삼성전기, Amkor사 등의 기업과 KIST, KETI 등 연구기관, 여러 대학 등과의 협력관계 구축이 시작되고 있으며 미국과 일본등지의 해외 연구기관과의 협력관계도 모색중”이라고 밝혔다. 박미선 기자 김종희 박사 SoP 기술 발전의 배경과 전망 오늘날의 전자관련 산업은 정보통신(IT) 관련 산업이 전부를 주도해 나가고 있다 해도 과언이 아닌 시대이다. 1876년 미국의 Bell이 자석식 전화기를 발명하여 음성의 전달체계가 실현된 이후 1980년대 초반부터의 퍼스널 컴퓨터의 보급과 더불어 일기 시작한 data 정보화 사회는 90년대 internet의 보급으로 음성이외의 data도 기존의 통신망을 통해 전달되기 시작하였다. 최초의 Modem은 음성과 data의 동시통신이 불가능했고, 이를 해결하기 위해 ISDN이 등장하였지만 이는 통신속도를 만족시키지 못했으며 xDSL의 등장으로 비로소 고속data통신 서비스가 가능하게 되었다. 1990년대 또 하나의 통신혁명으로 이동통신 무선전화의 보급을 들 수 있다. 기존의 전화선을 이용한 정보처리에 비교되는 개인 무선단말기는 퍼스널 컴퓨터의 보급을 상회하는 폭발적인 전자제품 시장의 팽창을 가져왔다. 무선 이동통신의 발전단계도 유선통신과 마찬가지로 1세대에서는 음성통화가 전부였으나, 2세대의 data통신 및 2.5세대의 고속data통신이 속속 등장했다. 또한 3세대로 구분되는 화상통신이 EV-DO를 선두로 개발되어 있는 상황이다. 이러한 급격한 system의 변화에 발맞춰 단말기도 단순한 음성과 data의 통신기능에서 벗어나 카메라, MP3, 게임기 및 virtual keyboard등 여러 가지 multimedia기능을 갖는 변화가 재빠르게 이뤄지고 있다. 이러한 유선 및 무선통신의 발달은 동시대적으로 서로 다른 protocol을 가지고 발전해 오고 있으나, 2007년 이후에는 유선기간망은 all IP를 기반으로 한 음성/data통합망이 형성될 것이며, 가입자망은 VDSL, Cable Modem 및 W-LAN등을 통합한 Home Gateway라는 통합망이 예상된다. 또한 디지털 방송망과 통합된 FTTH(Fiber To The Home)를 기반으로 한 통신/방송 융합망도 등장할 것으로 예상되고 있다. 이동통신망도 세계 각 지역마다 다른 system으로 나뉘어져 있으나 3세대 이후의 이동통신망은 하나로 통합된 30Mbps이상의 초고속 통신망으로 통합될 것으로 예상되고 있다. 이상과 같이 각기 다른 방식으로 발전해 오던 음성과 data통신이나 유선과 무선통신 system들이 서로 융통합함으로써 대부분의 전자제품은 Ubiquitous특성과 다양한 기능을 갖는 Digital Multimedia로 발전할 것이며, 또 하나의 폭발적인 생활혁명을 일으키게 될 것이다. 이렇게 Digital Convergence와 Ubiquitous환경으로 대변되는 2010년 이후의 전자기기 개발에서 결정적인 문제로 대두되고 있는 것은 단말기의 volume을 현재의 수준에 고정시키고 Multimedia와 Ubiquitous의 여러 기능을 포함하기 위해서는 능동 및 수동부품의 실장밀도를 현재의 최대 60개/cm2보다 100배가 증가한 5000개/cm2를 유지해야 한다는 점이다. 반도체의 미세화가 순조롭게 진행되었던 지난 20년 동안은 “부품들을 반도체 기술에 의하여 One chip화하는 것(SoC: System on a Chip)이 실장면적을 줄이고, 고속 동작이 가능하며 소비전력도 억제할 수 있다"는 가설이 상식으로 받아 들여져 왔다. 그러나 이제 그러한 상식이 일본 및 미국의 반도체와 패키징 업체를 중심으로 더 이상 상식으로 받아들여지지 않고 있다. 그 이유는 제조기술의 미세화가 130nm에서 90nm까지 이른 현재의 상황에서는 lithography의 mask가격이 1억엔 이상의 고가에 이르게 되어, 90nm급의 SoC 하나의 개발비가 250억원 이상 소요되는 초고가 공정이 되었기 때문이다. 또한 Transistor가 미세화 됨에 따라 게이트 산화막의 tunneling 현상으로 gate 누설전류가 급증하게 되어 제조공정이 100nm대 Transistor에서는 대기시의 leak전류가 동작시의 소비전류의 1/3까지 증가하게 될 것으로 예상되어 소비전력의 억제에 큰 걸림돌이 될 것이라는 점이다. 또한 배선의 미세화에 따른 배선지연시간이 증가하여 고속화에도 어려운 점이 많은 것으로 알려져 있다. 이러한 상황에서 SoC로 단기간내에 실현 불가능하다고 단념해 버렸던 복합기능 LSI가 SiP(System in a Package)라면 저렴하고 빠른 시일 내에 실현될 수 있다는 의견이 일본을 중심으로 활발히 전개되고 있어 복합기능소자 제조기술의 현실적인 최적의 해답으로 SiP제조기술이 제시될 가능성이 높아지고 있다. SiP는 하나의 Package 안에 원하는 메모리나 마이크로 processor 및 여러 개의 수동부품을 채워 넣고 내부에서 3차원적으로 접속하는 LSI 실장기술이다. 무엇보다 속도가 우선시되는 향후의 digital기기 개발에서 여러 다양한 기능을 갖는 반도체 칩이나 개별 부품들을 자유롭게 조합하여 실장 가능한 SiP는 SoC보다 개발 기간 및 투자를 월등히 줄일 수 있는 매우 강력한 기술로 주목을 받고 있다. 이제 packaging기술은 active칩이나 부품을 담는 단순한 상자가 아니라, 경쟁력 제고 차원에서 높은 부가가치를 창출할 플랫폼이 된다. 우선 일본을 중심으로 휴대전화에 정착되기 시작한 SiP기술은 휴대형 오디오 기기나 PDA 및 디지털 카메라 등의 휴대형 기기를 선두로 네트워크 가전에까지 그 활약의 장을 빠른 시일 내에 넓혀 나갈 것이 예상되고 있다. 향후에는 이러한 SiP기술을 한 단계 발전시킨 SoP(System on a Package)기술(아직 일본 등지에서는 SiP와 용어상 혼용 중)이 제시되고 있는데, 이 SoP는 기존의 passive부품들을 기판의 내부에 내장시킴으로써 3차원 실장을 실현하여 좀 더 부품의 집적도를 높이는 개념으로 기존의 L, R, C 소자들의 Embedded화와 RF회로에서 MEMS기술을 이용한 Fiter 및 Switch류를 소형화시켜 기판내부에 내장하는 개념이 제시되어 있고, 더 나아가서는 광학기능의 소자마저도 MEMS기술에 의한 소형화로 2010년이후에는 다양한 Digital기능과 RF 및 광학기능을 갖는 복합기능 Module의 등장이 기대되고 있다.(그림참조) RF SECTION RF ICs (VCO, LNA) Ni/Au RF Switch Inductors Filters Antenna Embedded VCO DIGITAL SECTION THIN SILICON - Digital ICs(μP) CNT Global Wiring 10μm R:50-5K O -1+1% 5μm C:?1μF/cm2, 0.5μm Film LOW CTE, High Modulus Composite Substrate 35mm OPTICAL SECTION THIN Optical IC (Driver) Thin IC Detector Thin IC Emitter Polymer Waveguide