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5G, AI 및 차량용 제품 등 주요 IC 시장의 테스트 과제 해결

최근 경쟁이 치열해지면서 비즈니스 모델이 “서비스”로 변화하고 있습니다. 비즈니스 지원 서비스로 업계를 발전시킨 대표적인 업체로 Microsoft, Amazon, Google이 있습니다. 이러한 경제적인 생산성 향상 서비스를 통해 고객은 제품 아키텍처, 설계 및 빠른 출시에 집중할 수 있게 되었습니다. 또한 서비스 제공 업체들은 상당한 경제적 이익과 수익을 벌어들였습니다.

이러한 서비스 제공 업체의 수익성 향상을 통해 종합 반도체 업체(IDM)들도 수십 년 동안 발전할 수 있었습니다. 앰코는 50년 넘게 기존 및 신생 IDM에 혁신적인 어셈블리 및 테스트 서비스를 제공해 왔습니다.

그림. 1: 제조 공정의 마지막 단계인 테스트

세계적인 반도체 제조업체의 다양한 요구에 부응하기 위해, 앰코는 3,000개 이상의 다양한 패키지 포맷과 사이즈를 제공합니다. 스루홀 및 표면 실장용 기존 리드프레임 IC에서 핀 수가 많고 고밀도인 애플리케이션에 적용되는 적층 다이, 웨이퍼 레벨, MEMS, 광학, 플립칩, TSV(실리콘 관통전극) 및 3D 패키징까지 다양한 패키지들이 있습니다.¹ 또한, IC 테스트 서비스는 수십 년 동안 모든 조립 제품과 다양한 IC에 제공되었으며, 매년 수십억 개가 넘는 고객 제품들이 테스트되고 있습니다.

제품 수명

전형적으로, 두 가지 애플리케이션 카테고리가 있습니다. 첫 번째 카테고리는 지속해서 증가하는 대역폭과 관련이 없는 애플리케이션입니다. 해당 제품은 수명 주기가 더 길고 다양한 애플리케이션에 사용됩니다. 변환기(디지털-아날로그, 아날로그-디지털), FET, 센서와 저속 소형 직렬 메모리가 그 예입니다. 두 번째 카테고리에는 마이크로프로세서 또는 CPU, 그래픽 처리 장치(GPU), 인공 지능(AI) 프로세서, 애플리케이션 프로세서(APU), 메모리 컨트롤러와 모뎀이 포함됩니다. 이 제품들은 수명이 상대적으로 더 짧고 무어의 법칙을 따릅니다.² 애플리케이션(예: 핸드폰 보급률)에 따라 물량은 상대적으로 높은 반면, 고객의 비즈니스와 요구사항에 따라 재구조 및 재설계되어야 합니다.

테스트 공정

일반적인 필수 제조 테스트 과정은 그림 2와 같습니다.

그림 2: 일반적인 테스트 공정

테스트 공정마다 목적이 있고 다음 공정들과 연결되어 있습니다. 최근 몇 년 동안 여러 기능을 가진 블록을 단일 패키지에 결합한 시스템 인 패키지(SiP)의 수요 증가로 시스템 레벨 테스트(SLT)가 인기를 얻었습니다. 첨단 SiP의 혁신적인 리더로서, 맞춤형 SLT 기술을 적용하여 최종 사용 애플리케이션 환경에서 제품을 테스트하고 있습니다. IC 테스트는 선택사항이지만, 부족한 또는 부적합한 테스트로 저품질의 제품이 시장에서 최종 고객에게 전달되면 비즈니스에 손실을 초래할 수 있습니다.

OSAT 장점 & 도전 과제

앰코를 비롯한 OSAT 업체들은 테스터, 프로버, 핸들러 및 툴링 관련 자동 테스트 장비(ATE) 제조 업체에 의존합니다. Advantest, Teradyne, Cohu, National Instruments, TechWing, Chroma 등의 제조 업체가 관련 솔루션을 제공하고 있습니다. 하지만 테스트 및 계측 장비의 경우 IDM에 비해 뒤쳐지고 있습니다. 관련 제품에 대한 Design for Excellence(DFX) 테스트는 일반적으로 제품의 성숙단계에서 이루어집니다. 앰코는 고객 및 ATE 공급 업체와 긴밀히 협력하여 신제품 출시와 대량 생산에 부합하는 테스트 서비스를 제공합니다.

많은 IDM 업체들이 그림 1에서 언급 된 후공정 단계에서 외주생산을 통해 이익을 얻고 있습니다. 고객은 제품 출시시기를 맞추기 위해 테스트 범위와 품질은 유지하되 신속한 턴키 테스트 서비스를 요구합니다.

앰코는 5G, 인공지능 및 첨단 자동차 시장 등 업계를 선도하는 IC 비즈니스 트렌드를 인지하고 있습니다. 시장마다 개별 제품 테스트 요구 사항이 다릅니다. 예를 들어 5G는 4G보다 데이터 처리량이 훨씬 많은 무선 네트워크 기술입니다. FR1 및 FR2 반송 주파수대에서 휴대폰 애플리케이션은 대역폭이 높아지고 지연속도가 낮아져야 하며, 이에 따라 기존 RF 서브시스템 반송 주파수 이상으로 확장 가능한 새로운 테스트 장비 개발을 필요로 합니다. 반송 주파수가 6GHz에서 160MHz 대역폭 이내이고 전력 수준이 증가한 RF 서브시스템 테스터는 이 업계에서 20년 이상 우수한 서비스를 제공하고 있습니다.

인공 지능(AI)과 기계 학습(ML) 애플리케이션은 처리 능력을 높이고 더 빠른 디지털 속도에서 IC 데이터 간의 커뮤니케이션에 필요한 프로세서를 필요로 합니다. 본 고속 디지털 인터페이스에는 디스플레이, 메모리, 칩셋 I/O와 이더넷 기술까지 포함됩니다. 자동차 시장에서도 제품량과 테스트의 복잡도는 증가하고 있습니다. 인포테인먼트 컨트롤러와 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)와 같은 차량내에 장착되는 애플리케이션은 광범위한 작동 온도 범위에서 엄중한 미션 크리티컬 테스트를 필요로 합니다.

5G 테스트

앰코의 고객은 5G 기지국과 5G 사용자 단말기와 같은 5G 규격의 제품을 개발하고 있습니다. 제품마다 테스트 요구 사항은 상이합니다. 스몰셀에 5G 사양을 구현하게 되면, 관련 5G 기지국 제품 주문 수량은 기하급수적으로 증가하게 됩니다. 5G 기지국과 사용자 단말기 제품 테스트는 모두 다중입출력(MIMO) 및 채널 통합 지원을 위한 전력 범위 향상, 다운로드 데이터 속도 향상, 지연 속도 감축, I/O 채널 수 대폭 증가 등의 도전 과제가 있습니다. 미국 연방통신위원(FCC)는 Sub 6GHz 이하 대역보다 공기 중에서 더 급속히 감쇠하는 24GHz ~ 52GHz 사이의 FR2 반송 주파수 대역을 승인했습니다. 이러한 높은 수준의 테스트 요구 사항은 RF 테스트 업계에서도 모두 새로운 것입니다.

ATE 공급업체는고객이 경쟁력있는 테스트 솔루션을 개발할 수 있게 지속적으로 노력하고 있습니다. 안테나를 통합한 IC 패키징이 그 예입니다. 안테나 인 패키지나 안테나 온 패키지(AiP/AoP)를 ³ 테스트하기 위해서는 앰코가 핸들러 제조업체와의 협업을 통해 필요한 송신 및 수신(Tx 및 Rx) 채널을 구현할 RF 에너지를 공중에서 공급(OTA) 또는 캡처하여 부품에 필요한 사양의 정확도를 효과적으로 테스트할 전도성 에너지로 변환해야 합니다.

그림 3: 5G 테스트 애플리케이션 (출처: IEEE)

AI 테스트

인공지능(AI) 및 머신러닝(ML) 프로세서도 여타 고성능 프로세서 및 관련 테스트 요구 사항과 다르지 않습니다. 그러나 데이터 속도와 논리 레벨이 점점 더 복잡해지고 있습니다. 이러한 프로세서에서 가장 널리 사용되는 테스트 인터페이스에는 PCIe, 이더넷(IEEE 802.3), 디스플레이 및 메모리가 있습니다. 기타 고속 인터페이스에는 MIPI DigRF variant, JESD204B/C, USB 3.x, Thunderbolt 및 독점 구현 방식이 있습니다. 오늘날 이러한 대부분의 인터페이스는 유효 데이터 속도를 최대 32Gbp까지 올리는 것을 목표로 합니다. 최근 PEC 계측기가 포함된 ATE의 데이터 속도는 최대 2.5Gbps이며 해당 범위 내에 속합니다. 일반적인 DFx 및 테스트 방법은 Tx에서 Rx로 루프백 테스트를 시행하여 물리계층(PHY)를 테스트하고, 제조결함으로 발생한 I/O 로직을 스캔하여 테스트하는 것입니다.

그림 4: 일반적인 (AI) 프로세서 및 디지털 고속 테스트 인터페이스

자동차 반도체 테스트

자동차 전자 제품에는 로직 제어 및 인포테인먼트용 디지털 콘텐츠, 시스템 상태 보고용 아날로그 및 센서 제품, 자율 주행을 포함한 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)용 5G RF 콘텐츠 등 다양한 반도체가 탑재됩니다. 77GHz ~ 81GHz 대역에서 요구되어지는 광범위한 작동 온도 범위, 높은 대역폭 및 지연 속도 감소 등의 제품 테스트 요건은 더욱 진화하고 까다로워지고 있습니다.

요약

앰코는 OSAT의 선구업체로서 뛰어난 테스트 기술과 테스트 생산능력을 통해 다양한 제품에 대한 테스트 개발 및 테스트 생산 서비스를 아웃소싱하는 고객에게 도움이 되는 서비스를 제공하고 있습니다. 본 서비스는 그 중에서도 5G, AI 및 차량용 첨단 운전자 보조 시스템 제품에 대한 테스트 분야 당면 과제를 해결합니다. 그 결과 테스트 서비스는 고객의 공급망 관리를 강화하는 턴키 서비스로 계속해서 성장하고 있습니다.

참고 자료

1. 앰코 디바이스 패키지
2. 무어의 법칙
3. AiP/AoP

작성자 정보

Vineet Pancholi, 테스트 기술팀 수석, Amkor Technology, Inc. in Tempe, AZ 
Vineet은 2019년 1월 앰코에 입사해 현재 5G RF와 고속 디지털 생산 테스트 방법론 기술 개발을 주도하고 있습니다. 앰코 입사 전 Vineet은 Microchip Technology의 테스트 개발팀에서 근무했습니다. 그전에는 19년 동안 Intel에서 테스터 공급업체 관리, 테스트 기술 개발 (번인, 최종 및 시스템 수준 테스트) 및 RF 테스터 설계 등을 포함한 다양한 테스트를 담당했습니다. Vineet은 반도체 기기 테스터 특허를 보유하고 있으며, 애리조나 주립 대학에서 물리학 및 전기공학 석사를 취득했습니다.