반도체 패키징은 단순히 부품을 조립하는 데 그치지 않고, 칩의 성능을 온전히 구현하고 사용 환경에서의 신뢰성을 확보하는 핵심적인 역할을 한다. SK하이닉스는 이러한 패키징의 기술적 중요성을 일찍부터 알아채, 지속적인 R&D 투자와 공정 혁신을 통해 패키징 경쟁력을 강화해 오고 있다. 이에 이번 콘텐츠에서는 반도체 패키징의 정의와 역할, 그리고 주요 공정까지 전반적인 내용을 자세히 살펴봤다. 

패키징이란?

반도체 패키징은 쉽게 말해 ‘칩에 옷을 입히고, 길을 만들어주는 작업’으로, 외부 충격, 열, 습기 등에 매우 민감한 반도체 칩을 안정적으로 감싸 외부 자극으로부터 보호하고 전류가 흐를 수 있는 구조를 형성해 시스템과 전기적으로 연결하는 공정이다. 이러한 패키징 기술은 단순히 칩을 보호하는 개념에서 더 확장돼, 최근에는 반도체의 성능과 수명을 좌우하는 요소이자 제품의 완성도를 결정짓는 핵심 기술로 여겨지고 있다.

예를 들어 온라인 쇼핑몰에서 제품을 구매할 때 완충재로 안전하게 포장된 제품은 운송 과정에서 어떤 충격이 발생해도 손상 없이 배송되지만, 그냥 박스에 아무 조치 없이 제품만 넣어둔 제품은 작은 충격에도 손상되기 쉽다. 반도체 패키징 역시 마찬가지로, 칩의 구조나 기능이 같더라도 어떻게 포장하고 연결하는지에 따라 성능과 수명에 큰 차이가 발생할 수 있다.

패키징의 역할과 중요성

기존 반도체 기술은 회로 선폭을 줄여 ‘더 작고 빠른 칩’을 만드는 데 집중해 왔다. 그러나 단일 칩의 크기를 작게 만드는 것은 기술적 한계에 가까워져, 이제는 단일 칩 안에 모든 기능을 담는 방식보다 여러 개의 칩을 효율적으로 연결하는 방식이 새로운 기술적 방향성으로 떠오르고 있다.

이러한 변화의 중심에 패키징 기술이 있다. 대표적으로 HBM(High Bandwidth Memory)*, 칩렛(Chiplet)* 구조, 2.5D/3D 패키징 등 첨단 기술들은 칩과 칩 사이를 어떻게 연결하는지에 따라 그 성능이 천차만별이다. 패키징은 단순히 보호막을 만드는 데서 더 나아가, 전력을 효율화하고 신호 전달 체계를 최적화하거나 열을 분산하는 등 복합적인 성능 요소까지 아우르는 고난도 기술로 진화하고 있다. 다시 말해 패키징이 반도체 제품의 경쟁력을 좌우하는 핵심 요소로 부상하고 있다는 뜻이다.

* HBM: HBM(High Brandwidth Memory)은 여러 개의 DRAM 칩을 수직으로 쌓고, 그 사이를 관통하는 미세한 연결 구조(TSV, Through-Silicon Via)를 통해 데이터를 빠르게 주고받을 수 있도록 만든 초고속·고대역폭 메모리
* 칩렛(Chiplet): 하나의 큰 반도체 칩을 여러 개의 작은 칩(칩렛)으로 나누어 각각 기능별로 설계·제조한 뒤, 이를 패키징 단계에서 하나로 연결해 작동시키는 모듈형 반도체 설계 방식

패키징 공정, 어떻게 이뤄질까?

패키징은 반도체 제조 공정 중 후공정(Back-end Process)’에 해당된다. ‘전공정(Front-end Process)’에서 만들어진 웨이퍼를 개별 칩으로 자르고, 보호하고, 연결하는 공정들이 모두 후공정에 속한다. SK하이닉스는 패키징 기술을 소개하는 다양한 콘텐츠 시리즈를 통해 전문적인 역량을 선보여 왔으며, 그중 핵심 공정은 아래와 같다.

▲ 패키지 공정 프로세스

1. 래미네이션(Lamination)

웨이퍼 표면에 보호 필름을 부착하여 이후 공정에서 발생할 수 있는 오염이나 물리적 손상을 방지하는 단계이다.

2. 백 그라인드(Back Grind)

웨이퍼의 뒷면을 정밀하게 연마해 두께를 얇게 만드는 공정이다. 제품의 경량화와 고집적화를 위한 필수 과정으로, 패키징 전체 두께를 줄이는 데 기여한다.

3. 웨이퍼 소우(Wafer Saw)

연마가 완료된 웨이퍼를 개별 칩(다이, Die) 단위로 절단하는 과정이다. 레이저 또는 다이아몬드 블레이드를 사용하여 고정밀 절단이 이뤄진다.

4. 다이 어태치(Die Attach)

절단된 칩을 패키지 기판 위에 정밀하게 배치하고 접착하는 단계이다. 접착제 또는 솔더 소재를 이용하여 열전도 및 기계적 고정성을 확보한다.

5. 본딩(Bonding)

칩과 기판 또는 칩과 다른 칩 사이의 전기적 연결을 형성하는 공정이다. 와이어 본딩(Wire Bonding), 플립칩 본딩(Flip Chip Bonding) 등 다양한 방식이 활용된다.

6. 몰드(Mold)

패키지 전체를 에폭시 수지(Epoxy Molding Compound) 등으로 감싸 외부 충격, 습기, 오염 등으로부터 보호하는 단계이다. 패키지의 내구성과 신뢰성을 확보하기 위한 핵심 과정이다.

7. 마킹(Marking)

완성된 패키지 상단에 제품 식별 정보(제조일, 제품 코드 등)를 인쇄하는 단계이다. 자동화된 레이저 또는 잉크 마킹 방식이 주로 사용된다.

8. 솔더볼 마운트(Solder Ball Mount)

패키지 하단에 솔더볼(Solder Ball)을 부착하여, 기판이나 시스템 보드와의 전기적 연결을 준비하는 단계이다. 이 과정을 통해 패키지는 납땜을 통한 최종 조립이 가능해진다. SK하이닉스는 각 공정 단계에 최적화된 자동화 설비와 품질 관리 시스템을 적용해, 패키지의 정밀도와 신뢰성을 극대화하고 있다.

기술 고도화의 핵심, 패키징

지금까지 소개했듯, 패키징 기술은 고집적 메모리, AI 반도체, 고성능 서버용 칩 등 다양한 응용 분야에서 제품 차별화의 중요한 기준이 되고 있다. 이에 SK하이닉스는 HBM, TSV*, Micro Bump*, Fan-Out* 패키징 등 차세대 기술 기반의 패키징 역량을 바탕으로 제품 경쟁력을 확보하고 고객 신뢰를 높이는 데 힘쓰고 있다. 패키징은 그냥 거쳐 가는 반도체의 ‘마지막 단계’가 아닌 ‘성능을 완성하고, 가능성을 확장하는 출발점이자 핵심 기술’로 자리 잡고 있다.

* TSV: TSV는 실리콘 웨이퍼를 수직으로 관통하는 미세한 구멍을 통해 칩 내부 또는 칩 간 신호와 전력을 전달하는 고속 연결 기술
* Micro Bump: 칩과 기판 또는 칩과 칩 사이를 전기적으로 연결하기 위해 사용하는 미세한 납땜 볼(Solder ball)의 일종
* Fan-Out: 반도체 칩 외부에 재배선층(RDL, Redistribution Layer)을 넓게 확장해, 칩보다 더 넓은 면적에 입출력(I/O) 단자를 배치하는 패키징 기술

SK하이닉스 대학생 앰버서더_하닉어사전: 양산기술 P&T

▲ SK하이닉스 대학생 앰버서더 하닉어사전 양산기술 P&T 숏츠 이미지

이번 콘텐츠는 뉴스룸을 통해 공개된 이후 카드뉴스와 숏츠(Shorts) 형태로도 함께 발행된다. SK하이닉스 대학생 앰버서더들이 직접 기획·제작한 이번 시리즈는 자칫 어렵게 느껴질 수 있는 반도체 패키징 관련 내용을 보다 쉽고 흥미롭게 전달하고자 기획돼, 짧은 영상과 시각적인 콘텐츠를 통해 기술적 개념을 친근하게 풀어낼 뿐 아니라 위트 있는 표현과 감각적인 구성으로 정보 전달력도 높였다.

앞으로도 ‘하닉어사전’ 시리즈는 다양한 주제를 중심으로 뉴스룸, SNS 등 여러 채널을 통해 독자들과 꾸준히 소통할 예정이다. 기술을 향한 진입장벽을 낮추고 SK하이닉스의 전문성과 진정성을 널리 알리는 이 여정에 많은 관심과 기대를 부탁한다.

▲ 하닉어사전 숏폼 콘텐츠 중 일부

“레이아웃 짠 거 LVS 돌려봤어?”
“네, 돌려봤는데 오류가 있어서요. 타이밍 클로저랑 DRC도 확인하려고요.”

선배들과 함께 이동하는 차 안, 언뜻 보면 대화가 잘 이뤄지는 것 같지만 신입사원 수형의 머릿속엔 물음표만 계속 쌓이고 있다. 선배들이 사용하는 전문용어와 약어를 하나도 이해할 수 없기 때문이다.

수형과 같은 이들을 위해 준비된 영상이 있다. ‘하닉어사전’이 바로 그 주인공! SK하이닉스 대학생 앰버서더가 공정별 반도체 관련 전문용어를 MZ세대의 언어로 쉽게 풀어낸 숏폼 콘텐츠 시리즈로, EP.01 R&D 공정 편[관련기사]에 이어 이번엔 EP.02 반도체 설계 편으로 돌아왔다.

반도체 설계, 디테일이 성능을 좌우한다

스마트폰부터 자동차, 서버, 가전제품까지, 현대 사회의 거의 모든 전자기기는 반도체에 의해 구동된다. 반도체가 이처럼 중요한 역할을 하기 위해선 작은 칩 안에 수십억 개의 트랜지스터를 정교하게 배치하는 복잡한 공정이 필요한데, 그 시작 단계에서 각 트랜지스터를 어떻게 배치하고 연결할지 ‘밑그림’을 그리는 작업이 바로 ‘설계’다. 물론 단순한 ‘그리기’ 이상의 고난도 작업이 필요하다. 회로의 논리적 구조부터 실제 제조를 위한 물리적 배치까지 모두 고려해야 하며, 이를 위해 단계마다 정밀한 검증이 이뤄져야 한다.

•  레이아웃 – 설계의 실체를 그리다
  설계 과정은 회로의 논리적 구조를 만드는 ‘회로 설계’ 단계와 칩의 물리적인 형태를 정의하는 ‘레이아웃(Layout) 설계’ 단계로 크게 구분할 수 있다. 회로 설계 단계에서 논리 구조에 따라 회로의 배열을 결정하면, 레이아웃 설계 단계에서는 트랜지스터, 배선, 금속층 등 모든 소자와 연결을 실제로 제조할 수 있도록 2차원 평면에 배치한다. 다시 말해 이론으로만 존재하는 설계도를 실제 제조에 활용할 수 있는 도면으로 완성하는 과정이라고 할 수 있다.

▲ LVS 시각화

•  LVS – 논리와 현실을 일치시키다
  이렇게 현실에 구현된 도면(Layout)이 이론상 회로의 논리 구조(Schematic)를 제대로 반영하고 있는지 검증하는 과정이 바로 LVS(Layout Versus Schematic)다. 검증 결과, 만약 일치하지 않는 부분이 발견되면, 그 칩은 오작동하거나 전혀 동작하지 않을 수도 있다. 따라서 LVS는 회로 설계와 제조 현실 사이를 잇는 가교라고 할 수 있다.

▲ 타이밍 클로저 시각화

• 타이밍 클로저 – 정해진 시간을 지키도록 설계를 조정하다
  회로가 올바른 순서로 작동하려면, 모든 신호가 정해진 시간 안에 각 위치에 도달해야 한다. 이를 위해 수행되는 작업이 타이밍 클로저(Timing Closure)다. 클럭 주기를 기준으로 셋업 시간, 홀드 시간 등의 조건을 만족하도록 설계를 조정하는 과정으로, 이 과정은 고속 동작이 요구되는 반도체일수록 더욱 중요하다. 이 과정이 완료되지 않으면 회로는 정상적으로 동작하지 않으며, 속도나 전력 소모에도 큰 영향을 미친다.

▲ DRC 시각화

• DRC – 한계를 점검하다
  마지막으로 설계가 제조 공정의 물리적 한계를 넘어서는지 점검하는 과정이 DRC(Design Rule Check)다. 반도체는 나노 단위로 정밀하게 제조되기 때문에, 트랜지스터 사이의 간격, 배선의 폭, 금속층의 간섭 등 다양한 제조사별 설계 규칙을 반드시 지켜야 한다. DRC는 일종의 ‘제조 가능성’을 검증하는 과정으로 이 과정에서 규칙 위반이 발생하면 공정 중 결함이 발생할 수 있다는 뜻으로 해석된다.

설계 용어, 더 이상 어렵지 않다!

복잡한 전문 용어도 명료한 설명과 시각적 자료와 함께하면 쉽게 이해할 수 있다. 반도체 설계도 눈에 보이지 않는 정교한 작업이지만, 개념을 이해하고 나면 그 구조가 명확하게 보이기 시작할 것이다.

다음 에피소드도 기대해 주세요!

기술과의 접점을 만들어 용어 이해를 돕는 하닉어사전! 앞으로 다양한 반도체 공정이 숏폼 시리즈로 계속 소개될 예정이다. 곧 이어질 EP.03에도 많은 관심을 기울여 주길 바란다.

유쾌한 오해로 시작되는 이 영상은 SK하이닉스 대학생 앰버서더 1기 김경태, 이유림 학생이 직접 기획·연출한 숏폼 콘텐츠다. 어렵고 복잡하게 느껴질 수 있는 반도체 R&D 공정을 MZ세대의 언어로 재해석해 누구나 쉽게 공감할 수 있게 풀어냈다.

복잡한 기술, 간단한 스토리텔링으로

반도체는 적게는 수십 단계에서 많게는 수백 단계에 이르는 고도의 정밀 공정을 거쳐 완성된다. 이 가운데 새로운 공정 조건을 개발하고 최적화하는 R&D 공정 직무는 ‘공정 개발의 심장’이라 불린다. 웨이퍼 본딩(Wafer Bonding), 어닐링(Annealing), 증착(Deposition), 리소그래피(Lithography), 식각(Etching), 클리닝(Cleaning) 등 수많은 공정을 설계하고 테스트하는 이들은 제품 경쟁력을 강화하는 데 핵심적인 역할을 맡고 있다.

반도체 공정 개발 과정을 한 마디로 정의하면, 더 미세한 공간에 더 복잡한 회로를 새길 수 있는 더 효과적인 방법을 찾는 과정이다. 그렇기에 이들의 손에서 탄생하는 새로운 공정들은 모두 기술적으로 어려운 개념들을 담고 있고, 공정과 공정이 복잡하게 얽혀 있다. 대학생 앰버서더는 이처럼 어렵기만 하던 공정의 개념을 ▲웨이퍼 본딩 = 붙이기, ▲어닐링 = 굽기(열처리), ▲식각 = 회로 깎기 등 MZ세대가 쉽게 이해할 수 있는 방식으로 재해석했다. 또한 실제 공정팀의 루틴을 바탕으로 공정 흐름을 하나의 스토리로 엮어내, 영상을 따라가다 보면 자연스럽게 각 공정과 해당 공정에 사용된 기술들을 이해할 수 있도록 했다.

공정 용어, 조금 더 들여다보면?

영상 속 주요 용어들은 실제 반도체 제조 공정 중에서도 가장 핵심적인 공정으로 꼽힌다.

• 웨이퍼 본딩(Wafer Bonding)
  두 개의 실리콘 웨이퍼를 정밀하게 접합해 3D 구조를 구현하고 TSV(Through Silicon Via) 기술을 활용할 수 있도록 기반을 마련하는 공정. 차세대 메모리 및 이미지 센서를 만들 때 필수적인 공정이다.
• 어닐링(Annealing)
  고온의 열을 가한 후 급속 냉각해 웨이퍼의 결정 구조를 안정시키는 열처리 공정. 도핑 후 손상된 구조를 복원하고, 금속 막의 전도성을 향상시키는 데 사용된다.
• 식각(Etching)
  리소그래피 이후 필요 없는 부분을 제거하는 미세 가공 단계. 고해상도 패턴을 구현하고 수율을 높이는 데 꼭 필요한 공정이다.

▲ R&D 공정 과정

기술 커뮤니케이터로 성장한 앰버서더

SK하이닉스 대학생 앰버서더들은 그저 재미있는 영상을 만드는 데만 그치지 않고 실제 공정을 잘 설명하기 위해 많이 공부하고, 또 고민했다. 김경태 앰버서더는 “공정이 어떻게 흘러가는지, 어떤 의미를 가지는지 비전공자 입장에선 이해하기 어렵다”며 “재미와 정보 전달의 균형을 맞추기 위해 수십 번 시나리오를 수정했다”고 전했다.

특히 기획부터 대본 작성, 촬영 장소 섭외, 편집 툴과 자막 디자인까지 전 과정을 직접 맡아 진행했다. 이는 어려운 기술 정보를 보다 쉽게 전달하려는 SK하이닉스의 새로운 소통 방식이다.

기술과 공감의 접점, ‘하닉어사전’

‘하닉어사전’ 시리즈는 전문성을 유지하면서 대중성과 공감대도 확보하기 위해 마련된 콘텐츠다. 기술 기업의 언어를 젊은 세대가 사용하는 방식으로 재해석해, 누구나 기술을 더 가깝고 친숙하게 받아들일 수 있도록 돕는다.

유머에서 시작해 정보로 끝나는 영상의 구성에 따라 처음엔 웃다가 어느 순간엔 “아, 이게 그런 거였구나!” 하고 자연스럽게 궁금증이 해소되는 흐름이 만들어진다. 기술 커뮤니케이션의 새로운 방향성이자, SK하이닉스가 Z세대와 소통하는 전략의 전환점이라 할 만하다.

▲ 대학생 앰버서더가 직접 기획하고 연출한 반도체 공정 숏폼 콘텐츠

▲ 대학생 앰버서더가 직접 기획하고 연출한 반도체 공정 숏폼 콘텐츠

다음 에피소드도 기대해 주세요!

이번 영상으로 ‘하닉어사전’ 시리즈의 시작을 알렸다. 앞으로 리소그래피, 증착, 어셈블리, 커런트 어닐링 등 다양한 반도체 공정이 숏폼 시리즈로 계속 소개될 예정이다.

하닉어사전 EP.02 COMING SOON!