CoWoS 공정의 기본 원리

CoWoS 공정은 ‘CoW'(Chip-on-Wafer)와 ‘WoS'(Wafer-on-Substrate)의 두 단계로 구성됩니다. 먼저, CoW 단계에서는 여러 개의 칩(예: CPU, GPU, HBM)을 실리콘 인터포저(interposer)라는 중간 기판 위에 배치하고 연결합니다. 인터포저는 칩 간의 전기적 연결을 제공하고, 신호 경로를 최적화하여 전체 시스템의 성능을 향상시키는 역할을 합니다. 다음으로, WoS 단계에서는 인터포저 위에 칩이 실장된 웨이퍼를 패키지 기판 위에 부착하여 최종 제품을 완성합니다.

CoWoS 공정의 기술적 장점

CoWoS 공정은 다음과 같은 기술적 장점을 제공합니다.
고집적도: 여러 개의 칩을 하나의 패키지에 통합하여 실장 면적을 줄일 수 있습니다.
고성능: 칩 간 연결 거리를 단축하고, 신호 경로를 최적화하여 데이터 전송 속도를 향상시킵니다.
저전력: 칩 간 신호 전송에 필요한 전력을 줄여 전체 시스템의 전력 효율성을 높입니다.
유연성: 다양한 종류의 칩을 통합할 수 있어, 고객 맞춤형 솔루션 제공이 가능합니다.
확장성: 지속적인 기술 개발을 통해 인터포저 면적을 확대하고, 더 많은 칩을 통합할 수 있도록 발전하고 있습니다.

CoWoS 공정의 종류

CoWoS 기술은 칩 연결 방식에 따라 크게 세 가지 종류로 나뉩니다.
CoWoS-S (Silicon Interposer): 실리콘 인터포저를 사용하여 칩들을 연결하는 가장 기본적인 형태의 CoWoS 기술입니다. 데이터 통신 속도가 가장 빠르지만, 대면적 인터포저로 인해 제조 단가가 가장 높습니다. 주로 고성능 컴퓨팅(HPC) 애플리케이션에 사용됩니다.
CoWoS-R (RDL Interposer): RDL(Redistribution Layer) 인터포저를 사용하는 방식입니다. 실리콘 인터포저 대신 유기물 기판을 사용하여 비용을 절감합니다. CoWoS-S에 비해 성능은 다소 떨어지지만, 제조 비용이 낮아 가성비가 좋습니다.
CoWoS-L (LSI+RDL Interposer): LSI(Large Scale Integration)와 RDL 인터포저를 결합한 형태입니다. 고성능과 비용 효율성을 동시에 추구하는 중간 형태의 기술입니다. 칩과 칩을 연결하는 부위에만 소형 인터포저를 배치하여 비용을 절감합니다.

CoWoS 공정의 활용 분야

CoWoS 공정은 고성능을 요구하는 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.
고성능 컴퓨팅 (HPC): CPU, GPU와 같은 고성능 칩을 통합하여 슈퍼컴퓨터, 서버 등의 성능을 향상시킵니다.
인공지능 (AI): AI 연산에 필요한 GPU, HBM 등을 통합하여 딥러닝, 머신러닝 등의 성능을 가속화합니다.
데이터 센터: 대용량 데이터를 처리하고 저장하는 데이터 센터의 성능과 효율성을 높입니다.
5G 네트워크: 5G 통신 장비의 성능을 향상시키고, 더 많은 데이터를 빠르게 전송할 수 있도록 지원합니다.

CoWoS 공정의 한계 및 과제

CoWoS 공정은 많은 장점을 가지고 있지만, 다음과 같은 한계와 과제도 안고 있습니다.
높은 제조 비용: 특히 CoWoS-S의 경우, 대면적 실리콘 인터포저를 사용하기 때문에 제조 비용이 높습니다.
생산 능력 제한: CoWoS 공정은 복잡한 제조 공정으로 인해 생산 능력이 제한적이며, 수요에 비해 공급이 부족한 경우가 발생합니다.
기술적 난이도: 인터포저의 미세 회로 구현 및 칩 정렬 등의 기술적 난이도가 높아 높은 수준의 기술력이 요구됩니다.

CoWoS 공정의 미래

TSMC는 CoWoS 기술을 지속적으로 발전시키고 있으며, CoWoS와 3D 적층 기술인 SoIC(System on Integrated Chips)를 결합한 ‘CoWoS+SoIC’ 형태의 패키징도 개발 중입니다. 이를 통해 더욱 높은 성능과 집적도를 달성할 수 있을 것으로 기대됩니다. 또한, 유기 인터포저를 사용하여 CoWoS 기술의 장점을 극대화하려는 연구도 진행되고 있습니다.

CoWoS 공정은 고성능 컴퓨팅 시대를 이끌어갈 핵심 기술 중 하나로, 지속적인 기술 혁신과 투자를 통해 그 중요성이 더욱 커질 것으로 전망됩니다.

(본 포스팅에 일부 이미지는 Financial Hub에서 Ai로 생성한 이미지 입니다.)