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‘패키징’ 하면 여러분은 무엇이 떠오르시나요?
반도체 공정에선 패키징도 특별하다는 사실!
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‘반도체 패키징’까지 이해하신다면
여러분은 이미 ‘반잘알’입니다!
영상 재밌게 시청하세요😙
📌편하게 보기
00:00 프롤로그
00:23 패키징이란?
00:50 일반적인 패키징 공정
01:41 고도화 된 패키징 기술
02:24 TSV 패키징 기술의 등장
02:32 TSV 패키징 기술이란?
03:59 에필로그
📕 반도체 백과사전 복습 시간
EP.1 반도체의 모든 것 https://youtu.be/AysV2zIzY94
EP.2 생활 속 반도체 https://youtu.be/sFrz_mh1P5Y
EP.3 반도체 용어사전 https://youtu.be/l0s_mjKdnYo
EP.4 반도체 용어사전2 https://youtu.be/M30HAGmHKi0
EP.5 반도체 생태계 https://youtu.be/VIkS0YV-AS0
EP.6 반도체 공정 https://youtu.be/M2b2kpJRHmM
EP.7 메모리 반도체 https://youtu.be/C-ZO0k1NXgU
EP.8 D램 https://youtu.be/7j-UWjHpb28
EP.9 SSD https://youtu.be/4ysPtoereHA
EP.10 시스템 반도체 https://youtu.be/yIFlpLaq6i4
EP.11 모바일 프로세서 https://youtu.be/HzACSFiwiLE
EP.12 이미지 센서 https://youtu.be/KaFNyb_ynpo
EP.13 전력관리반도체 https://youtu.be/0bfYdFOzEwg
EP.14 반도체소프트웨어 https://youtu.be/OsiCkTCXxic
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[건강한 반도체 이야기] 반도체 패키징이란? – 앰코인스토리
약 10여 년간 SEMI가 주최하는 ‘반도체 패키징 교육’에서 필자가 반도체 패키지 신뢰성 분야 강사로 발표를 하면서 매해 주제가 바뀌는데도 패키지 신뢰성 …
Source: amkorinstory.com
Date Published: 8/28/2021
View: 389
반도체 ‘쌓고 묶는’ 패키징 주목… TSMC 한발 앞서가는데 삼성은
반도체 패키징 작업은 쉽게 말해 반도체 여러 개를 쌓거나, 묶는 것이다. 과거에는 단순히 회로 보호를 위해 포장하는 일을 의미했다.
Source: biz.chosun.com
Date Published: 8/4/2021
View: 5256
반도체 후공정 (패키징) – 한국과학기술기획평가원
일반적으로 IDM 및 파운드리에서 생산한 반도체 소자의 패키징 및 테스트 등 후 … 본 고를 통해 반도체 패키징 기술의 국내외 기술, 산업, 정책, R&D 투자 동향을.
Source: www.kistep.re.kr
Date Published: 2/21/2022
View: 3124
반도체 패키징 공정기술의 이해와 전망
반도체 패키지는 일반적으로 실리콘 칩과 기판, 금속선(or 범프), 솔더볼(or 리드프레임),. 몰딩 컴파운드, 접착제 등으로 구성되어 있다. 각 구성 요소별 기능을 살펴보면 …
Source: t1.daumcdn.net
Date Published: 8/26/2022
View: 9554
AI 시대, 반도체는 미세화에서 패키징으로 한 단계 더 진화한다
반도체 기술경쟁이 초미세공정에서 첨단 패키징으로 확대됐다. 인공지능(AI) 시대 진입으로 폭증하는 데이터를 소화할 수 있는 반도체 성능이 요구 …
Source: www.aitimes.com
Date Published: 10/21/2022
View: 2181
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주제에 대한 기사 평가 반도체 패키징
- Author: 삼성전자 반도체 [Samsung Semiconductor]
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- Date Published: 2021. 12. 29.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=Q3T_D3OvV4c
[건강한 반도체 이야기] 반도체 패키징이란?
[건강한 반도체 이야기] 반도체 패키징이란?안녕하세요! 2016년 한 해 동안 [반도체 이야기]를 풀어나갈 손은숙입니다. 처음 원고 청탁을 받았을 때 전형적인 이과생이라 말주변이 없어서 고사해 볼까도 생각했지만, 나름 20여 년을 앰코라는 큰 울타리에서 패키지와 함께 살았는데 그동안 쌓아온 지식을 이 지면을 통해 패키징에 대해 관심 있는 앰코인스토리 내외 독자분들과 공유하는 것도 의미가 있을 것 같아 감히 시작해 보려고 합니다.
어떤 내용으로 한 해 반도체 이야기를 꾸려 가는 게 좋을까 고민을 좀 했습니다. 그동안 [반도체 이야기] 칼럼의 주제들을 살펴보니, 주로 반도체 기술동향이나 application 별 원리, 반도체 소자 기초이론 및 Fab 제조공정에 대한 소개가 자세히 잘 이루어진 것 같습니다.
약 10여 년간 SEMI가 주최하는 ‘반도체 패키징 교육’에서 필자가 반도체 패키지 신뢰성 분야 강사로 발표를 하면서 매해 주제가 바뀌는데도 패키지 신뢰성 부분은 늘 관심이 많다고 해마다 강사로 초청해 주십니다. 매해 100여 명이 넘게 교육을 신청하시는데요, 그 수와 구성원들을 보고 놀란답니다.
필자가 학교 다닐 때만 해도 학교에서는 패키징에 대해서는 전혀 소개되지 않았지만 요즘엔 패키징을 전문적으로 연구하시는 교수님들도 많고 전문학회도 있다 보니 이미 학교에서도 패키징에 대해 알고 입사 지원하는 분들을 볼 수 있고, 패키징 관련 재료 및 장비산업체에서도 패키징에 대한 관심이 매우 높다는 것을 알 수 있었습니다.
필자가 주로 연구소에서 앰코 내 개발 및 생산되는 패키지의 신뢰성 및 고객들이 요구하는 기계적, 열적, 전기적 특성들을 예측 및 분석하고 불량 원인에 대해 연구하므로, 필자가 그나마 잘 알고 있고 패키징 전문 회사에서만 말해줄 수 있는 패키지의 신뢰성 및 패키지가 가져야 하는 여러 가지 특성에 대해 소개해 드리면 어떨까 합니다. 그래서 올해 동안 풀어갈 주제로 건강하고 다재다능한 반도체 패키지 이야기라고 붙여 보았습니다.
올해 전반부는 건강한 패키지에 대해, 후반부는 건강은 기본으로 하되 반도체 application 별로 고객들이 요구하는 여러 가지 다재다능한 패키지 특성들에 대해 설명을 하겠습니다.
반도체 패키징이란?
반도체 산업 영역은 크게 IC (Integrated Circuit) Chip design > IC Wafer Fabrication > Packaging > Test로 나눌 수 있습니다.
▲ 반도체 제조 과정
그 중 Amkor는 Packaging과 Test 전문 회사이지요. Si wafer에 가공된 IC chip은 그 자체만으로는 반도체 소자로 구실을 할 수 없기에 반드시 패키징을 통해 IC chip에 있는 전기적인 신호 단자를 전자제품 보드에 물리적으로 연결하여 전기적 신호가 전달될 수 있도록 신호 path를 만들어 줘야 합니다. IC chip과 보드 사이에 전기적으로 신호만 연결해 주면 그 소자의 동작여부는 확인할 수 있겠지만, 실제 사용자 환경에서 전자제품의 기능을 가지려면 보통 Si 결정으로 만들어진 IC chip은 외부충격으로부터 깨지기 쉽기 때문에 chip을 감싸서 보호해야 하고 장시간 사용환경에서 견딜 수 있도록 하기 위해 신뢰성 있는 패키징을 해야만 합니다.
반도체 패키징의 기본적인 목적
반도체 패키징의 기본적인 목적은 크게 아래 세 가지로 요약할 수 있습니다.
1. IC chip과 사용 전자제품의 보드까지 전기적인 신호 연결
2. 깨지기 쉬운 Si IC chip 보호
3. 다양한 사용 환경에서 장시간 사용할 수 있도록 신뢰성 확보
다양한 반도체 패키지 종류
반도체 패키지는 위의 기본적인 세 가지 기능 이외에, 응용분야별로 요구하는 기술적인 조건에 따라 다양한 종류의 패키지가 있습니다. 어떤 응용분야건 간에, 패키지 크기는 경박단소(Lighter, Thinner, Shorter, Smaller)를 기본으로, 전기적으로는 저전력 소모, 안정적이고 빠른 신호 배선 설계, 열적으로는 효율적인 열방출기술이 요구되면서 가격경쟁력이 있는 저가의 패키징 기술이 현재 가장 큰 트렌드인 것이 사실이지요.
▲ 다양한 반도체 패키지 종류
일반적인 패키징 공정 순서
일반적인 반도체 패키징 순서는 아래와 같습니다.
▲ 반도체 패키징 공정 순서
▲ 반도체 패키징 내부
이미 다 알고 계신다고요? 혹시나 반도체 패키징을 잘 모르는 외부독자들을 위해 소개 차원에서 간단하게 언급하였으니 양해 바랍니다. ^^
자, 그렇다면 패키징이 기능과 종류, 공정 순서 등에 대해 이미 어느 정도 알고 있다는 전제하에, 이미 패키징이 완료된 반도체 소자는 플라스틱 tray나 reel & tape 등과 같은 carrier에 담겨 박스 포장되어 고객사나 PCB(Printed Circuit Board)에 실장하기 위해 실장전문업체로 보내게 됩니다. PCB에 실장이 되어야 구동할 수 있는 전원도 공급받고, 소자 간에 전기적인 신호를 주고받으면서 전자제품으로서 설계된 기능을 할 수 있는 것입니다.
필자가 올해 [반도체 이야기] 주제를 건강한 패키지라고 했는데요, 완성된 반도체 패키지가 PCB 보드에 실장될 때 얼마나 건강한지 1차 평가를 받게 됩니다. 그럼, 1차 건강 검진 항목이 뭘까요? 궁금하시지요? 다음 호에서 계속 이어가겠습니다.
WRITTEN BY 손은숙 건강하고 다재다능한 명품 패키지 개발을 주업으로, 울트라 캡 잔소리꾼이지만 때로는 허당 엄마를 부업으로, 하루하루를 열심히 사는 40대 꽃중년 아줌마입니다.
AI 시대, 반도체는 미세화에서 패키징으로 한 단계 더 진화한다
(사진=셔터스톡)
반도체 기술경쟁이 초미세공정에서 첨단 패키징으로 확대됐다. 인공지능(AI) 시대 진입으로 폭증하는 데이터를 소화할 수 있는 반도체 성능이 요구되면서 반도체 업체들은 ‘3D 적층기술’, ‘이종 집적화(Heterogeneous Integration) 기술’ 등 패키징 기술개발에 속도를 높이고 있다.
패키징은 제조된 반도체가 훼손되지 않도록 포장하고 반도체 회로에 있는 전기선을 외부로 연결하는 공정이다. 반도체 전체 공정 중 후(後)공정에 속한다.
반도체 공정은 크게 전공정과 후공정으로 나뉜다. 전공정은 웨이퍼의 패턴을 찍고, 물질을 덮고, 깎고, 씻는 과정을 약 2개월간 수백 회 반복하는 공정이다. 후공정은 전공정 과정을 통해 제조된 반도체를 포장하는 패키징을 의미한다.
그동안 반도체 업체에서는 반도체 성능향상을 위해 전공정에서 회로 선폭을 좁히는 미세공정 기술개발에 주력해왔다. 하지만 10나노 이하 초미세공정으로 내려오면서 공정 미세화만으로 반도체 성능과 전력효율을 획기적으로 높이기 어렵다고 평가됐다. 대안으로 꼽힌 기술이 첨단 패키징이다. 패키징 기술이 발전할수록 칩 사이즈 축소, 절전, 시스템 효율성 향상을 이룰 수 있기 때문이다.
◆데이터 전송속도와 전력효율 높이는 3D 패키징 기술
첨단 패키징에서 대표되는 기술은 3D 적층기술이다. 이 기술은 전공정을 마친 두 개 이상의 칩을 얇게 쌓아 올려 하나의 반도체로 만드는 패키징 기법이다. 중앙처리장치(CPU)·그래픽처리장치(GPU) 역할을 하는 로직(연산) 칩 위로 캐시메모리(임시저장장치) 역할을 하는 S램을 3D 형태로 쌓아 올린다. 하나의 칩 안에서 연산과 저장이 함께 된다고 보면 된다. 신호 전송 경로를 줄일 수 있어 데이터 처리 속도를 높일 수 있고 메모리를 계속 쌓아 올릴 경우 저장할 수 있는 공간도 커진다.
기존에는 로직 칩 옆에 메모리를 붙여 2차원 형태로 설계했다. 성능을 높이기 위해선 계속 옆으로 칩을 붙여가야 하는데 그렇게 되면 크기가 계속 커진다는 단점이 있었다. 성능 향상에도 한계가 있다고 지적받아 왔다.
삼성전자는 지난해 8월 7나노 반도체에 3D 패키징 기술 ‘엑스큐브(X-Cube)’를 적용한 테스트 칩을 생산했다.
기존 시스템반도체의 평면 설계 모습(왼쪽)과 삼성전자의 3차원 적층 기술 ‘엑스큐브’를 적용한 시스템반도체의 설계 모습(오른쪽). (사진=삼성전자)
삼성전자 측은 엑스큐브 기술은 로직과 S램을 단독으로 설계·생산해 위로 적층하기 때문에 전체 칩 면적을 줄이면서 고용량 메모리 솔루션을 장착할 수 있어 고객의 설계 자유도를 높일 수 있다고 평가했다. 또 실리콘관통전극(TSV)을 활용해 처리 속도와 전력효율이 높다고 설명했다. TSV는 칩에 미세한 구멍을 뚫어 상단 칩과 하단 칩을 전극으로 연결하는 기술이다.
삼성전자 관계자는 “엑스큐브는 슈퍼컴퓨터·AI·5G 등 고성능 시스템반도체를 요구하는 분야는 물론 스마트폰과 웨어러블 기기의 경쟁력을 높일 수 있는 핵심 기술로 활용될 것”이라고 밝혔다.
파운드리 1위 업체인 대만 TSMC도 3D 적층기술을 포함한 패키징 기술개발에 속도를 높이고 있다. 웨이저쟈(魏哲家) TSMC 최고경영자(CEO)는 지난 1월 14일 열린 실적 컨퍼런스콜에서 “2022년에 3D 적층기술인 SoIC 대량생산을 목표로 하고 있다”면서 “고성능컴퓨팅(HPC) 애플리케이션에 처음 채택될 것”이라고 말했다.
◆삼성전자·TSMC, 이종 집적화 패키지 기술 등 경쟁구도 심화
삼성전자와 TSMC는 3D 적층기술 외에도 다양한 첨단 패키징 기술개발에도 속도를 높이고 있다.
삼성전자는 이종 집적화 패키지 기술로 올해 5월 ‘아이큐브4(I-Cube4)’를 개발했다고 밝혔다. 이종 집적화 기술은 인쇄회로기판(PCB) 대신 인터포저라는 판 위에 메모리와 로직 반도체를 올려 하나의 반도체처럼 동작하도록 하는 기술이다. 여러 개의 칩을 한 개의 패키지 안에 배치해 데이터 전송 속도를 높이고, 패키지 면적을 줄일 수 있다. 또 작은 폼펙터(구조)로 다기능을 구현할 수 있어 AI 등 다양한 분야에 광범위하게 활용할 수 있다.
삼성전자가 개발한 아이큐브는 인터포저 위에 CPU, GPU 등의 로직과 HBM을 배치해 하나의 반도체처럼 동작하도록 하는 이종 집적화 패키지 기술이다. 아이큐브 뒤에 붙는 숫자는 HBM 칩의 개수를 의미한다.
강문수 삼성전자 파운드리사업부 마켓전략팀 전무는 “고성능 컴퓨팅 분야를 중심으로 차세대 패키지 기술의 중요성이 높아지고 있다”며 “삼성전자는 아이큐브2 양산 경험과 차별화된 아이큐브4 상용화 기술 경쟁력을 기반으로 HBM을 6개, 8개 탑재하는 신기술도 개발해 시장에 선보일 계획”이라고 밝혔다.
이와 비슷한 기술로 TSMC는 칩-온-웨이퍼-온-서브스트레이트(CoWoS) 기술을 갖추고 있다. CoWoS는 인터포저 위에 메모리와 로직 반도체를 올리는 패키징 기술이다. 기존 패키징보다 실장 면적이 줄고 칩 간 연결을 빠르게 할 수 있다. 브로드컴 집적 회로 패키징에 활용되는 것으로 알려졌다.
TSMC의 CoWoS 패키징 기술은 기존 패키징보다 실장 면적이 줄고 칩 간 연결을 빠르게 할 수 있다. (사진=TSMC)
웨이저쟈 CEO는 1월에 진행한 실적 컨퍼런스콜에서 “TSMC는 선도적이고 포괄적인 패키징 기술 로드맵을 개발했다”면서 “SoIC 뿐만 아니라 CoWoS와 InFO 등 고급 패키징 솔루션을 갖추고 있다”고 자신했다. InFO는 칩의 배선을 밖으로 빼내 패키징하는 기술이다.
◆첨단 패키징 수요 이끄는 AI, 시장 성장 속도 빨라
첨단 패키징 시장은 AI와 모바일, 5G, HPC 시장의 폭발적인 성장으로 인해 계속 성장하고 있다. 데이터 처리량은 갈수록 증가하고 있고, 스마트폰 등 반도체가 탑재되는 전자기기는 얇고 작아지면서 이를 구현할 수 있는 패키징에 대한 수요가 계속 높아지고 있어서다.
특히 최근 급속 성장 중인 AI는 첨단 패키징 수요를 크게 이끌고 있다. AI 연산은 데이터 사용량이 많아 전력 소모가 심하다는 문제점을 안고 있다. 이 문제를 해결하기 위해 반도체 업체에서는 대용량 데이터를 처리하면서 전력 소모를 줄일 수 있는 AI 반도체 연구에 주력하고 있다. 여기서 주목되는 기술 중 하나가 첨단 패키징이다.
최창규 삼성전자종합기술원 전무는 지난해 12월 열린 ‘2020 인공지능반도체 미래기술 컨퍼런스’에서 “미국에서 개발한 최첨단 언어처리 AI인 ‘GPT-3’에는 해외 반도체 회사의 칩 800개가 사용된다”면서 “제일 저렴한 클라우드를 사용해도 300만달러(약 33억원) 비용이 발생한다”고 지적했다. 이어 “여기서 가격이 저렴하고 성능 좋은 AI 반도체가 나온다면 더 큰 역할을 하게 될 것”이라고 강조했다.
욜 디벨롭먼트는 반도체 패키징 시장규모가 지난해 290억달러(약 34조4200억원)에서 오는 2025년까지 연평균 6.6% 성장해 420억달러를 기록한다고 전망했다. (사진=욜디벨롭먼트)
AI 반도체 기술발전 영향으로 패키징 시장은 지속 성장이 예상된다. 프랑스 시장조사업체 욜 디벨롭먼트(Yole Developpement)는 지난해 9월 반도체 패키징 시장규모가 2025년까지 연평균 6.6% 성장한다고 전망한 바 있다. 2019년 290억달러(약 34조 4000억원)에서 2025년 420억달러(48조 4000억원)를 기록한다고 전망했다. 특히 3D 패키징의 경우 2025년까지 연간 21%로 가장 높은 성장을 기록한다고 예측했다.
[관련기사] [AI 칩러닝] 정부가 1조원 예산 투입해 개발한다는 반도체 ‘PIM’은 무엇일까? [관련기사] 비메모리에 이어 메모리도 EUV 적용 확대…ASML 전성기 계속된다
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