▲ IC의 I/O 증가에 따른 Fan-Out 현황 및 Si-Interposer의 응용 (출처: Yole Report).

Interposer란 미세 공정으로 제작된 IC의 I/O pad 크기가 PCB에 제작된 I/O 연결 pad와 그 크기가 맞지 않을 때 IC와 PCB 사이에 추가적으로 삽입하는 미세회로 기판을 의미 한다. 일반적으로 관통형 구조의 via를 포함하고 있으며 IC의 I/O를 재분배하기 위해 다층 배선 구조를 포함하고 있다.

Interposer 제작을 위해서는 Silicon, Ceramic, Organic 등의 다양한 물질을 사용할 수 있으나, 주로 Silicon을 시용하는데 그 이유는 IC와의 열팽창 계수가 동일하고 반도체 미세 배선 및 via 공정이 가능하다는 장점 때문이다.

■ 기술의 현황

Silicon Interposer에서의 핵심 기술은 크게 두 가지로 다층 배선 공정과 TSV(Through Silicon Via) 공정 기술임. 일반적으로 다층 배선 공정은 Organic Spin Coating을 이용해 구현이 되고 있으며, TSV의 경우 Deep RIE(Reactive Ion Etching) 공정과 전기 도금을 이용해 제작되고 있다.

최근 개발된 대부분의 Silicon Interposer의 경우 반도체 기술을 기반으로 제작 되고 있어 기존의 organic 기판 기술과 비교해 매우 높은 제조비용을 요구하고 있다.

따라서 우수한 성능에도 불구하고 높은 제조 단가로 인해 시제품 활용도가 낮은 상태에 있고, 현재 일부 고성능의 제품군에 한하여 Silicon Interposer를 활용한 package에 대한 연구 및 제품 개발이 진행되고 있다.

최근 Interposer 기술은 Package의 집적도 향상을 위해 박막 수동소자를 기판에 집적하는 IPDs (Integrated Passive Devices) 기술을 Interposer에 접목함으로써 Interposer를 SiP (System in Package)의 Platform으로 활용하려는 연구가 진행되고 있다.

연구원에서는 다층 배선 구조를 갖는 Low-cost의 Silicon Interposer 구현을 위해 PCB의 다층화 배선 공정 기술과 Laser drilling을 이용한 Via 형성 기술을 Silicon에 적용하여 기존 Interposer와 비교 1/3 이하의 제조비용을 갖는 양면 구조의 Silicon Interposer 제조 기술을 개발했다.

▲ 연구개발 결과.

▲ 양면 Silicon Interposer를 활용한 초소형 WPAN 모듈 >.

▲ 제작된 Coaxial Via 단면, < 제작된 TSV, TOV, Coaxial Via >.

▲ < Via RF Losses > < Via RF Coupling > <양면 interposer 기술을 이용해 제작된 TOV & coaxial via 사진 및 특성>.

○ 기술 구현수준 : 파일럿

■ 기술의 장점 (경쟁기술과의 차별성)

기존 Silicon Interposer 공정 기술과 비교해 1/3 이하의 제조비용을 통한 가격 경쟁력 확보 가능하고, 공정이 반도체 공정과 비교해 매우 간단하기 때문에 제조 시간 단축이 가능하다.

Spin Coating 다층 Organic 공정과 비교해 두꺼운 절연층 (>10㎛) 형성 가능으로 인한 고주파 대역에서 고성능 전송선로 및 수동 소자 구현 가능하다.

양면 대칭 구조를 통한 Low-stress 구조의 Interposer 구현이 가능하고, 양면 배선 공정이 기존 공정과 비교해 쉽게 이루어지기 때문에 6층 이상의 다층 배선을 쉽게 형성할 수 있다.

저 손실 관통 Via 형성이 가능하고, Coaxial 구조를 이용할 경우 0~40 GHz 대역에서 40 dB 이상의 Isolation 특성을 확보 가능한 Via 구현이 가능하다.

기판에 박막 수동소자 집적이 가능하므로 초박형의 SiP Module 구현이 가능해짐. 뿐만 아니라 IC간 배선 길이 감소로 인해 Low-power & Low-loss System 설계 및 구현이 가능해진다.

■ 활용범위 및 응용분야

▲ < Silicon Interposer를 활용한 SiP Modules >.

기존 Silicon Interposer와 비교해 낮은 제조비용으로 인한 우수한 가격 경쟁력 확보 가능하다.

GPU와 Memory를 결합한 고성능 SIP module 구현 가능하고, 박막 소자로 집적된 Interposer를 활용할 경우 초박형 Module 구현을 통해 슬림형 단말기 및 테블릿 PC 구현 할 수 있다.

계속 진화하는 단말기 및 시스템 개발 추세인 소형화, 다기능화, 융복합화와 관련된 핵심 솔루션 제공을 위한 기반 기술을 제공 가능하고, 스마트폰, 스마트기기, 지능형 Micro Robot, 유비쿼터스 센서 모듈, 바이오 등으로 적용 확대가 예상된다.

■ 시장동향 및 전망
Silicon Interposer 및 TSV를 활용한 3D-IC 시장의 경우 2012년부터 본격적인 시장 성장이 예상되고 있고, 대부분의 시장은 Memory IC 제품군이 주를 이룰 것으로 예상된다.

TSV를 통해 완벽한 3D 구조를 갖는 IC 제품이 향후에 개발 될 것으로 예상되나 현재까지는 Silicon Interposer를 활용한 2.5D 구조의 SiP Module이 time to market에 더 적절한 것으로 판단된다.

스마트 단말기와 테블릿 PC의 성능 향상 및 복합 기능화를 위해 Analog+Digital Module, Processer+Memory Module, RF + Analog Module, MEMs+Analog RF Module 등 Interposer를 활용한 복합 기능 IC 제품에 대한 시장이 더 확대 될 것으로 판단된다.

▲ 지식재산권 현황 및 기술이전 내용.