AI 데이터센터에서 처리해야 할 데이터가 늘면서 칩의 연산 성능만큼 칩과 장비 사이에서 데이터를 이동시키는 방식도 중요해지고 있다. 기존 구리 인터커넥트는 대역폭과 지연시간, 전력 효율, 신호 무결성 측면에서 기술적 한계에 직면하고 있다. 코패키지드 옵틱스(CPO)는 광자 집적회로와 레이저, 광학 구조를 컴퓨팅 소자와 같은 패키지에 배치해 광 I/O를 연산 장치 가까이 연결하는 아키텍처다. 서로 다른 소재와 부품을 정밀하게 결합해야 하는 만큼 웨이퍼 본딩과 포토닉스 제조 공정이 CPO 상용화의 핵심 기술로 부상하고 있다.
반도체 공정 솔루션 기업 EV Group(EVG)은 웨이퍼 본딩과 나노임프린트 리소그래피, 박형 웨이퍼 공정 기술을 기반으로 차세대 CPO 제품의 개발과 대량생산 전환을 지원한다.
EV Group, 차세대 코패키지드 옵틱스의 핵심 제조 과제 해결 (사진 제공: EV Group)
EVG는 CPO 생태계의 고객사 및 파트너와 협력해 하이퍼스케일 데이터센터와 AI 인프라, 고성능 컴퓨팅(HPC)에 필요한 광 인터커넥트 제조 기술을 제공한다. 첨단 패키징과 이종 집적, 포토닉스 분야의 공정 기술을 연결해 초기 설계부터 대량생산(High-Volume Manufacturing)까지 제조 단계별 과제를 지원한다.
CPO는 광자 집적회로(Photonic Integrated Circuit, PIC)와 전자 집적회로(Electronic Integrated Circuit, EIC), 레이저, 광학 구조를 하나의 패키지에 통합한다. 각 부품이 서로 다른 물리적·제조 특성을 지닌 소재로 만들어지기 때문에 집적 밀도가 높아질수록 정렬과 접합, 열 관리, 광 손실을 함께 해결해야 한다.
EVG는 NILPhotonics® 역량 센터와 이종 집적화 역량 센터(Heterogeneous Integration Competence Center, HICC)를 통해 CPO 공정 개발을 지원한다. 고객과 파트너는 실제 양산 환경에 준하는 조건에서 제품 설계와 제조 공정을 개발하고 최적화·검증한 뒤 대량생산 전환 가능성을 확인할 수 있다.
PIC·EIC 본딩부터 광 결합 소자 제조까지 공정 기술 연결
하이브리드 본딩은 PIC와 EIC를 고밀도로 연결하는 데 활용된다. 두 집적회로 사이에서 발생하는 기생 효과를 줄이면서 연결 밀도를 높여 차세대 고대역폭 CPO 아키텍처에 대응하는 기술이다.
퓨전 본딩은 레이저 제조에 사용되는 III-V족 반도체와 박막 리튬 나이오베이트(TFLN), 티탄산바륨(BTO) 등 광 변조 소재를 서로 다른 기판 및 소자와 결합하는 데 사용된다. 광원과 변조기, 전자회로를 하나의 패키지에 구성하기 위해 필요한 이종 집적 공정이다.
산화막이 없는 상온 본딩 기술은 광 손실이 적고 광학적으로 투명한 접합 인터페이스를 구현한다. 다이아몬드와 실리콘 카바이드(SiC) 같은 히트 스프레더 소재도 결합할 수 있어 고집적 CPO 패키지에서 발생하는 열을 외부로 전달하는 데 활용된다.
나노임프린트 리소그래피(Nanoimprint Lithography, NIL)는 칩 간 또는 칩과 광섬유 사이에서 빛의 방향과 형태를 제어하는 광학 구조를 제조한다. 격자 결합기와 수직 광 결합 소자, 빔 성형 소자를 웨이퍼 단위로 구현해 면외(out-of-plane) 광 결합을 지원한다.
NIL 기술은 microLED 렌즈 패키징에 필요한 웨이퍼 레벨 광학소자 제조에도 적용할 수 있다. 반복되는 미세 광학 구조를 웨이퍼 단위로 구현해 생산 규모를 확대할 수 있도록 설계됐다.
임시 본딩과 디본딩 기술은 레이저 다이오드 제조 및 첨단 패키징에 필요한 웨이퍼 박형화 공정을 지원한다. 얇아진 웨이퍼를 임시 기판에 고정해 후속 공정을 진행한 뒤 손상 없이 분리하는 방식이다.
EVG는 향후 CPO 기술이 광 I/O 칩렛과 3D 포토닉-전자 집적 아키텍처로 진화할 것으로 전망했다. 실리콘 포토닉스와 CMOS 전자회로, 레이저 광원을 확장 가능한 광 인터커넥트 플랫폼 안에서 결합하는 방향이다.
EVG는 현재 CPO 공정 지원과 함께 광 I/O 칩렛 및 3D 집적에 필요한 제조 기술도 개발하고 있다. 기존 반도체 3D·이종 집적 공정 경험을 포토닉 소자와 전자소자가 결합된 차세대 시스템에 적용한다는 계획이다.
EVG는 웨이퍼 본딩과 리소그래피, 초박형 웨이퍼 처리, 계측 장비 등을 공급하는 반도체 공정 솔루션 기업이다. 해당 기술은 반도체 프런트엔드 스케일링과 3D 집적, 첨단 패키징, 전자·광학소자 제조에 활용된다.
베른트 딜라허 EVG 사업개발 디렉터는 “코패키지드 옵틱스는 AI 하드웨어의 중요한 기술 전환이지만 포토닉과 전자 부품을 첨단 패키징으로 결합해야 하는 집적 과제도 수반한다”며 “고객이 초기 개발 단계부터 대량생산까지 전체 제조 공정을 개발하고 최적화·검증할 수 있도록 지원하겠다”고 말했다.
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