앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공 사례   반도체 패키지는 칩을 외부의 기계적 충격이나 화학적 오염 등으로부터 보호하면서 동시에 기계적, 전기적으로 보드와 연결하고 신호를 보내는 중요한 역할을 한다. 이때 전기가 흐름으로써 필연적으로 열이 발생하는데, 해당 패키지의 방열 성능에 대한 지표로 열저항이 흔히 사용된다. 이번 호의 내용은 반도체 분야에 발을 내딛는 분들이 반도체 패키지란 무엇이고, JEDEC이란 무엇인지 이해하는데 도움이 되길 바라며 작성하였다. 아울러 앤시스 아이스팩(Ansys Icepak)에서 JEDEC 기준 방열 해석을 어떻게 하는지를 소개한다.   ■ 전상우 태성에스엔이 ES1팀에서 매니저로 근무하고 있으며, 열유동 해석 기술 지원 및 교육, 용역 업무를 담당하고 있다. 홈페이지 | www.tsne.co.kr   그림 1. 반도체 패키지의 레벨   “칩까지 형상을 살릴 것인지, 패키지까지 형상을 살릴 것인지 결정해 주세요.” 평소 PCB 위에 올라간 것은 모두 칩이라고 부르던 필자는 처음 이 말을 들었을 때 당황스러웠다. 필자는 기존에 반도체 분야나 전자제품보다 기계제품 위주의 방열 해석을 했다. 기계 제품은 회전체나 항공기의 날개처럼 특수한 경우를 제외하면, 대부분의 경우 길이 스케일이 비교적 크다. 그래서 유체 관점에서 중요한 부분이 아니라면 전도 열전달이 이루어지는 고체 영역은 단순화를 많이 하는 편이었고, 보드 위에 올라간 것들은 흔히 ‘깍두기’ 처리(직육면체로 단순화)를 많이 하였다. 따라서 그 세부적인 명칭이 나 구조에 대해서는 관심을 가지지 않았다. 필자처럼 전기·전자 반도체 분야는 아직은 다소 생소한 분들에게 이 글이 기초 이해를 다지는 데에 도움이 되길 바란다.   패키지와 칩 패키지란 무엇이고 칩은 무엇인지 <그림 1>에서 잘 보여주고 있다. <그림 1>의 가장 위쪽 원판은 웨이퍼이다. 웨이퍼가 잘게 잘려 있는데, 잘린 사각형 하나가 바로 칩이다. 패키지는 이 칩을 감싸는 재질을 포함한 하나의 덩어리 단위이다. 칩을 하나씩 감싸는 싱글 칩 패키지도 있고, 여러 개의 칩을 하나의 패키지로 감싸는 멀티 칩 패키지도 있다. 이를 보통 1차 레벨 패키지라 부를 수 있다. 다음 단계로 하나 또는 여러 개의 패키지가 작은 보드에 붙은 모듈이나 카드 단위를 2차 레벨 패키지로 볼 수 있고, 메인보드처럼 여러 패키지와 모듈이 붙은 것을 3차 레벨 패키지로 구분하여 볼 수 있다.   그림 2. 패키지의 역할   패키지의 역할 칩은 아주 얇고 외부 충격에 취약하다. 모래에서 웨이퍼의 원재료가 되는 잉곳을 뽑아내고, 이를 자르고 연마하는 등의 웨이퍼 제조에 대한 상세 공정은 이번 호에서는 생략한다. 다만 이렇게 섬세한 공정을 거쳐 생산된 칩은 깨지기 쉽고 그 자체만으로는 기능을 낼 수 없다. 칩을 외부의 충격이나 오염으로부터 안전하게 보호하면서 동시에 전기적 연결 및 신호 전달 역할을 해주는 매개체가 필수이며, 이를 패키지가 담당한다. 또한 패키지는 전도 열전달을 통해 공기 중으로 노출되는 표면적을 넓혀, 칩에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 외부로 전달하는 역할을 한다.   패키지 개발 키워드 및 개발 방향 칩의 신호 전달 속도가 빠르더라도 이를 감싸는 패키지가 그 속도를 감당하지 못하면, 제품의 속도는 결국 패키지의 신호 처리 속도로 결정된다. 따라서 칩을 보호하고 열을 전달하는 역할뿐만 아니라 고속 신호 전달의 역할도 중요한 개발 키워드이다. 또한 전자 제품이 상온이나 실내처럼 일상적인 환경에서만 사용되는 것이 아니라 이제 야외에서 웨어러블 장비나 극한의 환경 속에서도 제대로 작동을 해야 하는 등, 패키지 개발의 니즈는 보다 다양해지며 중요해지고 있다.   그림 3. 패키지 개발 키워드   패키지의 종류 및 구성 패키지는 <그림 4>처럼 가장 중요한 칩을 중심으로 이를 감싸는 형태로 이루어져 있다. 칩과 기판 사이에는 TIM(thermal interface material)이 접촉 열저항을 줄여주는 역할을 하며, 전산 해석에서는 대부분 이를 두께 없이 모사하는 것으로 대체한다. 기판과 PCB 사이는 솔더 볼(solder ball)이 연결해 준다. 칩과 기판 사이의 전기적 연결은 실처럼 가느다란 와이어 본딩(wire bonding)이 활용되거나 플립 칩(flip chip) 방식의 경우 밖으로 튀어나오는 부분 없이 기판 방향으로 관통하는 형태로 연결되어 신호를 전달한다. 그리고 EMC(epox y molding compound)가 이를 감싸는 형태로 이루어져 있다.   그림 4. 패키지의 구성 및 열전달 경로     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

PTC는 자사의 클라우드 네이티브 CAD/PDM 플랫폼인 온셰이프(Onshape)와 알티움(Altium) ECAD의 새로운 통합 기능을 발표했다. 이번에 선보인 온셰이프–알티움 커넥터는 PCB(인쇄 회로 기판) 설계를 온셰이프에 직접 가져오고, 양쪽 플랫폼에서 변경 사항을 동기화하여 전자 및 기계 엔지니어링 팀이 더 효과적으로 협업할 수 있도록 지원한다. 제품을 개발하는 과정에서 전자 팀과 기계 팀의 긴밀한 협조가 필요하지만, 이메일을 파일로 전송하거나 수동으로 업데이트하는 방식은 협업의 효율을 떨어뜨린다. 데이터를 내보내고 버전을 맞추는 과정에서 시간이 낭비되고, 기판이 맞지 않거나 커넥터 배열이 어긋나는 등의 문제를 늦게 발견하는 일이 잦았다. 온셰이프–알티움 커넥터는 플랫폼 간을 직접 연결하여 이러한 불편을 줄여준다. 알티움의 PCB 설계를 온셰이프로 가져와 설계가 진행되는 동안 팀이 기판의 결합 상태를 조기에 확인하고, 변경 사항을 실시간으로 추적하며 조율할 수 있게 돕는다. 온셰이프–알티움 커넥터는 파일 변환이나 다운로드, 수동 데이터 전송 없이 클라우드에서 전체 작업이 이루어진다. 전자 및 기계 설계의 동기화를 유도하여 한쪽 플랫폼에서 변경한 내용이 다른 쪽에 자동으로 반영되므로 버전 불일치 문제를 방지한다. 또한, 문제가 커지기 전에 팀에서 회로 기판이 케이스 안에 제대로 맞는지 검증할 수 있어 설계 문제를 초기 단계에 파악하기 쉽다. 버전 제어 기능도 내장되어 상세한 전자 이력은 알티움에, 기계 이력은 온셰이프에 실시간으로 연결되어 기록되므로 언제 무엇이 변경되었는지 항상 추적하고 관리할 수 있다. 사용자는 소프트웨어를 설치하지 않고도 어떤 브라우저에서나 설계 내용을 검토하고 의견을 달며 마크업을 수행할 수 있다.     알티움의 니콜라이 포노마렌코(Nikolay Ponomarenko) R&D 부사장은 “직접 ECAD와 MCAD 공동 설계를 지원하는 기술을 확장함으로써 선도적인 클라우드 기반 설계 플랫폼을 결합했다”고 전했다. 또한, “복잡하고 빠르게 변화하는 산업 분야에서 클라우드 데이터는 엔지니어가 설계 영역을 넘어 통합된 워크플로 안에서 실시간으로 협업할 수 있게 하며, 수동으로 파일을 공유할 때 발생하는 모든 위험을 없애준다. 이러한 수준의 동기화는 설계 초기부터 팀의 정렬을 유지하고 향후 더 깊은 협업을 위한 기반을 마련한다”고 덧붙였다. PTC에서 온셰이프 및 아레나 부문을 총괄하는 데이비드 카츠만(David Katzman) 제너럴 매니저는 “실시간으로 전자 설계와 기계 설계를 연결하는 것은 완전한 디지털 제품 개발을 향한 중요한 단계”라면서, “단일 클라우드 네이티브 환경에서 이러한 워크플로를 결합함으로써 팀에 실시간 공유 제품 정의에 대한 지속적인 접근 권한을 제공하여 더 빠르게 움직이고 정렬을 유지하며 더 나은 제품을 만드는 데 집중할 수 있도록 한다”고 밝혔다.

제조 AX 전문기업 위즈코어는  4월 1일~3일까지 수원컨벤션센터에서 열리는 ‘2026 스마트 SMT&PCB 어셈블리(SSPA 2026)’에 공동 부스로 참가한다고 전했다. 캐디안은 AI 기반 스마트 공장 전문 기업인 위즈코어를 전략적으로 인수합병해, 2026년 3월 1일 통합 법인 위즈코어가 새롭게 출범했다. 위즈코어는 급변하는 글로벌 기술 트렌드와 정부의 제조 혁신 정책에 맞춰, 기존 CAD 영역을 넘어 제조 전반을 아우르는 스마트 공장 설루션 기업으로 변화를 추진하고 있다. 이번 전시회의 공동 부스에서는 위즈코어를 비롯해 국내 제조 자동화 분야의 5개 기업이 ‘Five Technologies, One Factory’라는 주제로 각 공정 기술을 하나의 통합된 흐름으로 구현한다. 위즈코어는 제조 현장의 데이터를 연결하고 공정 전반을 실시간으로 분석하며 제어하는 AI 제조 통합 플랫폼 ‘넥스폼(NEXPOM)’을 선보인다. 넥스폼은 제조 현장의 개별 설비와 시스템에서 발생하는 다양한 데이터를 통합하고 공장 운영 전체의 관점에서 분석하는 제조 특화 AI 플랫폼이다. 제조 온톨로지를 활용해 공정 사이의 인과관계를 구조화하는 것이 핵심이다. 공정별로 단절된 데이터를 연결해, 개별 장비 단위에서는 파악하기 어려운 운영 전반의 패턴과 리스크를 감지하고 이를 바탕으로 제조 프로세스를 최적화한다. 위즈코어는 넥스폼이 제조 현장의 맥락을 읽어내고 운영 판단을 제안하는 제조 특화 AI 에이전트로 확장할 수 있다고 설명했다.     공동 부스에는 위즈코어와 함께 ▲하이브리드 이형 부품 삽입 자동화 전문기업 파워오토로보틱스 ▲선택적 솔더링 자동화 설루션을 개발하는 파워오토시스템 ▲AI 기반 제조 물류 로봇 전문기업 폴라리스쓰리디 ▲인공지능 3D 비전 및 빈 피킹 전문 아라로봇 등의 자동화 장비 기업이 함께 참여한다. 이들은 전시 부스에서 PCB 투입과 삽입, 접합, 물류로 연결되는 공정 자동화부터 AI 최적화를 아우르는 지능형 공장 인프라를 보여줄 예정이다. 위즈코어는 자동화 장비 전문기업과의 기술 연계를 바탕으로 ‘협업형 AX 모델’을 제시한다. 파트너사는 넥스폼을 자체 설루션과 결합해 독자적인 AI 모니터링 서비스를 구축할 수 있다. 자체 브랜드와 서비스 구조 안에서 AI 플랫폼 기능을 활용할 수 있는 확장형 설계를 통해 협력 생태계를 넓힌다는 전략이다. 위즈코어 관계자는 “통합 모니터링 및 AI 에이전트와의 연계를 통해 장비에 차별화된 가치를 더하고 제조 고객사에 새로운 운영 방식을 제시할 수 있다”면서, “자동화 전문기업과의 긴밀한 협력을 기반으로 장비 중심의 제조 환경을 AI 기반 운영 구조로 확장해 나갈 것”이라고 밝혔다.

입자 유동해석 기술과 GPU 컴퓨팅의 도입 필자는 2000년대 초반 전산유체역학(CFD)에 관심이 있어 대학원을 진학하고 관련 연구실에 들어가게 되었다. 연구실에서는 기존에 많이 알려진 해석 기법과는 다르게 입자를 이용한 유동해석에 대해 연구를 하고 있었다. 유체를 격자가 아닌 입자를 활용하여 모델링하는 것은 비정상 상태의 유동해석이나 복잡한 유동을 해석하는데 적합한 방법으로, 해석 결과가 직관적이고 여러 가지 모델을 적용하는데 용이한 방법이다. 다만 각각의 입자에 대해 계산이 이루어지다 보니 연산량이 너무 커서 해석이 불가능한 경우가 많았다. 필자가 속한 연구실에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 MPI(Message Passing Interface)를 공부하고 리눅스 클러스터(Linux cluster) 환경에서의 해석에 대해 연구하였다. 2대로 시작한 것이 어느덧 64대의 리눅스 클러스터를 직접 꾸며 사용하였으며, 이후 학교에 470여 노드의 슈퍼컴퓨터가 생기게 되어 이 장비까지 활용하면서 여러 가지 해석을 시도하였다. 하지만 아무리 많은 컴퓨터를 묶어 해석을 하더라도 데이터 통신 시간이 있기 때문에, 일반적인 큰 유동 문제를 풀기에는 부족한 점이 많았다. 그래서 하드웨어와 병행하여 소프트웨어 성능을 올리기 위해서 Domain Decomposition 이나 Fast Algorithm같은 여러 가지 모델에 대해 연구하였으며, 그 때부터는 유동해석보다 HPC(고성능 컴퓨팅)에서의 해석 성능 최적화와 같은 연구를 더 많이 했던 것 같다. 그러던 중 2008년 연세대학교 백주년기념관에서 엔비디아 데이비드 커크(David Kirk) 박사의 강연이 있었다. GPU를 활용하여 연산 처리를 할 수 있는 플랫폼인 CUDA(쿠다)의 개발 책임자인 커크 박사는 기존의 CPU 연산에 비해 백 배~수백 배의 가속이 가능하다는 내용의 세미나를 개최하였다. 이 당시 우연히 천체물리학에서 주로 N-body 문제를 계산하는 분들과도 알게 되었고, 이미 GPGPU 라는 개념으로 GPU를 활용하여 연산 처리를 하고 있었다는 사실을 알게 되었다. 또한 CUDA라는 플랫폼이 개발되면서 C 언어에서 GPU 활용이 보다 용이해져, 다른 분야의 계산에서도 쉽게 접근할 수 있을 것 같다는 판단을 하게 되었다. 우리는 CUDA를 적용하기 위해 용산전자상가에서 20여만 원하는 그래픽 카드를 구매해서 CUDA를 설치하고 개발된 코드를 적용해 보았다. 다행이 병렬 프로그램을 하던 경험이 많아 CUDA 적용에 크게 어려운 점은 없었지만, 초기에는 여러 번 실패를 하였다. 몇 번의 시도 끝에 연산을 실행할 수 있었으며, 기존의 HPC보다 훨씬 좋은 성능을 체감하게 되었다. 이후 2009년 CUDA와 HPC 기술과 뉴턴 물리학을 기반으로 다양한 물리 지배방정식의 수학적 공식화에 대한 연구에 대한 전문성을 바탕으로 메타리버테크놀러지를 설립해 지금까지 이어오고 있다. 이러한 기술적 전문성을 바탕으로 입자 기반 다중물리 해석 소프트웨어를 개발하고, 관련 기술 서비스를 제공하고 있다. 회사 설립 이후 지속적인 연구개발을 통해 입자 기반 설계 및 시뮬레이션 소프트웨어인 samadii 시리즈를 개발 공급하고 있다.     입자 기반 다중물리 해석 설루션 samadii 메타리버테크놀러지가 개발한 samadii 시리즈는 해석하는 분야에 따라 일반적인 환경의 물리 현상을 해석하기 위한 소프트웨어와 디스플레이/반도체 공정과 같이 고진공 환경에서 이루어지는 공정을 해석하기 위한 소프트웨어로 구분할 수 있다. 첫 번째로 고체 입자의 거동을 해석하는 samadii/dem, 유체 거동을 해석하는 samadii/fluid, 고체에 작용하는 응력 및 변형을 해석하는 samadii/solid, 3D 프린터의 적층 공정을 해석하는 vAMpire가 있다. 다른 한 가지는 고진공 환경에서의 유동해석을 위한 samadii/sciv, 복사 및 전도열전달을 해석하는 samadii/ ray, 전자기장 해석을 위한 samadii/em, 플라스마 생성 및 거동을 해석하는 samadii/plasma가 있다.   samadii/dem samadii/dem은 6자유도계 운동방정식을 사용하여 입자의 움직임을 결정하고, 개별 입자의 모든 힘을 고려하는 라그랑주(Lagrangian) 방법에 기반한다. 이산요소법(Discrete Element Method)은 구분요소법(Distinct Element Method)으로도 불린다. 많은 입자의 운동과 효과를 계산하기 위한 수치해석 방법이다. 이 방법의 기본적인 가정은 물질이 별개의 분리된 입자들로 구성된다는 것이다. 이들 입자는 서로 다른 모양과 특징을 가질 수 있으며, 설탕이나 단백질 결정, 곡물과 같은 저장 사일로(silo)의 대량 재료, 모래와 같은 입상물질, 토너와 같은 분말 재료, 덩어리진 암석 등과 같이 세분화된 불연속 물질의 혼합, 분쇄 등의 입자 거동 문제를 해결하는 효과적인 방법이다. 그리고 브라운 운동을 고려해야 할 정도의 작은 입자부터 광석과 같은 큰 입자에 이르기까지, 해석에 고려해야 할 대부분의 물리적 현상을 반영하도록 설계되었다. 기본적인 접촉력과 중력을 비롯하여 마찰력, 전자기력, 쿨롱력, 점착력, 부력과 항력, Van der Waals력 그리고 브라운 운동과 열영동 효과까지 고려할 수 있다. samadii/dem은 작은 시간 스텝(time step)을 사용하며 매우 많은 입자를 고려해야 한다. 일반적으로 충분히 많은 메모리와 고도의 연산 성능을 필요로 하기 때문에 GPU와 HPC 기술을 기반으로 해석을 수행하도록 제작되었다. 이를 바탕으로 다양한 대규모 입자계 문제를 고속으로 해석함으로써 신뢰성 높은 해석 결과를 제공한다. 또한 다물체동역학, 구조 변형, 전자기장, 유체유동장 해석을 위한 외부 프로그램과의 일방향 및 동시 연성해석이 가능하다.     samadii/fluid samadii/fluid는 입자 기반의 유체유동해석 소프트웨어이다. 특히, 자유표면이 존재하거나 기체–유체 등의 상호작용이 필요한 유동 현상 또는 다양한 물리 현상을 해석하는 등 외부 해석 프로그램과의 연성 해석이 필요한 문제에 대해 장점을 가진다. samadii/fluid는 일반적인 입자 기반의 유체유동 수치해석방법인 SPH(Smooth Particle Hydrodynamics)의 문제점으로 알려져 있는 수치해의 불안정성과 벽면 처리에서의 해의 부정확성 등 필연적인 수학적 문제점을 극복하기 위하여, SPH의 explicit 기법에 압력장 계산에서 implicit 기법을 적용하여 해의 불안정성 개선하고, 수치해 오류를 증폭시키는 벽면 처리 문제의 개선을 위해 폴리곤 경계처리법 등을 적용하여 기존의 제품에 비해 해의 안정성과 정확도를 개선하였다. 유체의 유동 문제가 다양하게 발생하는 일반 기계 분야는 물론 세탁기, 식기세척기, 공조기기 등 가전 분야의 설계와 제조 공정 분야 그리고 전기자동차를 시작으로 최근 수요가 늘고 있는 재생 에너지 산업, 원자력 재해 안전 분야 그리고 해양, 토목 분야의 거대 유동 문제 및 화학, 석유, 가스산업 분야는 물론 최근 반도체 및 디스플레이 후공정 분야에도 응용 수요가 발생하고 있다.     samadii/sciv samadii/sciv는 DSMC(Direct Simulation Monte Carlo)법을 활용하여 고진공 환경에서의 유동해석을 위한 소프트웨어이다. DSMC는 고진공 유동장의 유체 유동을 해석하기 위해 개발된 확률론적 수치 해석 방법이다. 일반적인 유체 유동 해석은 나비에–스토크스(Navier-Stokes) 방정식을 해석하지만, 희박기체 영역에서는 일반 유체 해석에 사용된 연속체 가정을 적용하지 않는다. 이것은 연속체 유체 역학에서 액체 및 기체 상태는 연속 유체를 가정하는 연속 방정식으로 정의되기 때문이다. 일반적으로 연속체 가정을 만족하는 유체 조건은 분자의 평균 자유 경로가 매우 짧다. 따라서 분자간 충돌로 인한 운동량의 교환을 점성계수로 나타낼 수 있다. 반면에 진공도가 높아지면 기체의 밀도가 낮아지고, 유체 분자의 평균 자유 경로가 길어지기 때문에 연속체 특성이 사라진다. 그러므로 이러한 조건의 흐름은 나비에–스토크스 방정식에 의한 것이 아니라 DSMC에 의해 해석하여야 한다. 정밀 산업 분야의 고 진공 조건(10-⁴~10-⁶ [Pa])이라고 하더라도, 이를 분자의 개수로 나타내면 매우 많은 수가 존재한다. 예를 들어 1㎥ 공간에 온도가 300[K]이고, 이때 압력이 10-⁴[Pa]이라고 한다면 분자의 개수는 약 2.5E+16[EA] 개가 존재하게 된다. 게다가 고진공 조건이라 할지라도 국부적으로 압력이 높아질 수 있고, 분자의 개수 또한 엄청나게 증가하게 된다. DSMC는 이렇듯 많은 입자를 해석하기 위해 대표 입자(representative particle) 방법을 사용하게 된다. 공간 내의 수많은 분자를 하나의 입자로 모델링하고, 확률분포함수를 사용하여 입자간의 충돌과 이동을 계산하고, 이를 통계 처리하여 공간 내의 압력, 유량, 수밀도 등의 다양한 물리 특성을 파악하게 된다.     samadii/ray 외부의 간섭을 최소화하여 높은 수준의 정확성을 이루기 위해 진공 상태에서의 가공 기술이 증가하고 있다. 예를 들어, 디스플레이 OLED 공정은 진공 환경에서 재료를 증발시키고 증착하는 공정을 반복 진행하며, 재료에 가해지는 열은 매질을 필요로 하지 않는 복사 열 전달의 형태로 재료뿐 아니라 모든 장비에 영향을 미친다. 이는 재료의 증발뿐 아니라 완성된 OLED 성능에 영향을 미칠 수 있어서, 정확한 열 관리는 OLED에 중요하다. samadii/ray는 이처럼 복잡한 형상에서 정확한 복사 열 전달을 해석 가능한 제품으로 우주항공, 반도체, 전자 등 다양한 영역에서 최적화된 장비 개발에 활용할 수 있다. samadii/ray는 GPU 컴퓨팅을 기반으로 전도, 대류, 복사 열 전달을 분석한다. 특히, 엔비디아 옵틱스(OptiX)를 활용해 물체의 표면에서 방사되고 흡수되는 복사 열 전달을 모델링한다. 각각의 표면에서 방출되는 복사 열 에너지는 FEM(Finite Element Method)에 반영되어 내부 열전도를 계산하여 온도 분포를 구하고, 계산된 표면 온도는 복사 열 에너지 계산에 사용하며, 이를 반복하는 방식으로 열 전달 해석이 진행된다.     samadii/plasma 반도체 및 디스플레이 PCB 제조 산업에서의 플라스마(plasma)는 고진공 챔버 내부에 발생된 이온과 라디칼을 이용하여 표면 처리를 하는 공정에 응용된다. 플라스마 상태에서 발생된 이온들은 각각의 가스 종류와 반응식에 따라서 표면을 깎기도 하며, 다른 물질과 반응하여 적층시키기도 하고, 불순물을 주입하기도 한다. 이러한 다양한 공정은 마이크로, 나노 스케일의 고집적 회로를 만드는데 있어서 핵심 기술 중 하나이다. 플라스마는 전자와 이온의 거동에 의해 전자기장이 변화하고 다시 그 효과로 입자의 거동에 영향을 미치는 복잡한 현상이다. 중성, 이온, 전자의 밀도와 온도 그리고 운동성 차이가 매우 큰 상태로 각각의 입자가 충돌하여 끊임 없이 반응하는 상태를 플라스마라고 정의한다. 이러한 반응은 이온화, 여기 등의 반응과 각종 화학 반응을 수반한다. 입자법에 기반하는 플라스마의 직접 해석에는 천문학적인 연산량이 요구되기 때문에, 이온과 전자의 성질을 표현하도록 모델링된 두 개 이상의 유체로 간주하여 이들이 혼재된 격자 기반 플라스마 유동해석이 사용되어 왔다. 하지만 플라스마를 이루고 있는 기본 요소는 입자이며, 이들 입자간 충돌에 의한 플라스마 반응을 정확하게 해석하기 위해서는 입자법에 기반하는 해석이 필수이다. samadii/plasma는 GPU에 기반하는 samadii/em의 고속 전자기장 해석 모듈과 입자 기반 희박기체 해석 제품인 samadii/sciv의 연성 해석을 통하여 플라스마 공정을 시뮬레이션할 수 있는 공학용 프로그램이다. samadii/plasma는 플라스마를 활용한 반도체 및 디스플레이 공정 과정을 해석하기 위해 특화된 프로그램 이다. 플라스마 공정 과정의 시각화를 위해 이온과 전자의 입자 거동을 확인할 수 있을 뿐 아니라 공정 결과물의 균일도, 공정 챔버 내부의 플라스마 밀도, 온도, 유량 등을 제공하여 플라스마 공정 설계에 도움을 준다.     ■ 이 글은 2025년 11월 7일 진행된 ‘CAE 컨퍼런스 2025’에서 발표된 내용을 정리한 것이다.   ■ 서인수 메타리버테크놀러지의 이사로 입자 기반 CAE 설루션을 개발하고 있다. HPC나 GPU를 활용한 해석 기술을 바탕으로 희박기체 영역에서의 유동에 대한 연구를 하였다.     ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

캐드앤그래픽스 지식방송CNG TV 지상 중계   CAE와 AI의 융합, 디지털 트윈, 가상 제품 개발(VPD), 그리고 EDA(전자 설계 자동화) 설루션과의 통합이 제조 엔지니어링 업계의 핵심 화두로 떠오르고 있다. 10월 20일 진행된 CNG TV 방송은 오는 11월 7일 수원컨벤션센터에서 개최되는 ‘CAE 컨퍼런스 2025’의 프리뷰 세션으로, CAE의 현재와 미래 방향을 조명하고 AI가 주도하는 시뮬레이션 기술 변화와 산업 적용 사례를 소개했다. 자세한 내용은 다시보기를 통해 확인할 수 있다. ■ 박경수 기자   ▲ 디지털지식연구소 조형식 대표(사회), 태성에스엔이 김지원 이사, 한국기계연구원 DX전략연구단 박종원 단장   단품에서 시스템까지 : 시뮬레이션의 역할 확장 제조 개발 프로세스는 이제 콘셉트 설계 → 해석(시뮬레이션) → 1차 시제품 제작의 형태로 재편되었다. 시뮬레이션은 개발 초기 단계에서 잠재적인 문제를 선제적으로 파악하고 해결하는 핵심 과정으로 자리 잡았다. 과거에는 부품 단위 해석에 머물렀지만, 최근에는 모듈·PCB·열·전자기 등 물리적 상호작용을 함께 고려하는 시스템 통합 시뮬레이션으로 확대되고 있다. 예를 들어, 5G 스마트폰은 부품 단위로는 문제가 없더라도, 안테나의 빔포밍이 PCB 신호에 간섭을 주는 현상이 발생한다. 이 때문에 개발 단계부터 전체 시스템 관점에서의 시뮬레이션 검증이 필수가 되었다. 또한 HBM 인터포저 라우팅과 같이 복잡도가 높은 설계는 사람의 직관만으로 해결하기 어려워, 전용 최적화 툴과 CAE의 결합이 필수적이다. 최근에는 ROM(차수 감소 모델)이나 POD(고유직교분해) 기술을 통해 무거운 3D 해석을 경량화하여 수개월 걸리던 분석을 수시간 내에 완료할 수 있게 되었다. 태성에스엔이 김지원 이사는 “부품을 잘 만드는 것보다, 합쳐졌을 때의 행동을 예측하는 능력이 진짜 경쟁력”이라며, “CAE는 더 이상 옵션이 아니라 시스템 개발의 중심”이라고 강조했다.   설계부터 유동·구조해석까지 한 번에 한국기계연구원(KIMM)은 중소·중견 제조기업의 디지털 전환(DX)을 지원하기 위해 오픈소스 기반 시뮬레이션 플랫폼 ‘KIMM Cyber Lab’을 개발, 무료로 제공하고 있다. 상용 CAE 소프트웨어의 높은 비용 부담을 해소하고, 제품 설계부터 해석·시뮬레이션까지 통합 지원함으로써 제조 현장의 DX를 실질적으로 뒷받침한다.  KIMM Cyber Lab은 KIMM-CAD, Structure, Flow, CAM, Motion, Sys 등 6종의 오픈소스 소프트웨어 구성되어 있다. 설계 자동화, 구조·유동 해석, CNC 가공, 다물체 동역학 등 다양한 기능을 통합했으며, 상용 설루션과 비교 검증을 통해 신뢰성을 확보했다. 특히 구조해석 모듈(KIMM-Structure)은 아바쿠스와 유사한 정확도를 보였고, 유동해석 모듈(KIMM-Flow)은 오픈폼(OpenFOAM) 기반 윈도우 버전으로 사용자 접근성을 높였다.  KIMM은 이 기술을 자율주행 시뮬레이터 개발에도 확장해, 아이오닉5 모델 기반의 코시뮬레이션(co-simulation)과 AI 주행 인식 기능(YOLOv8)을 구현했다. 최근에는 “볼 베어링 6001을 설계해줘”와 같은 명령만으로 3D 도면을 자동 생성하는 AI 에이전트 설계 자동화 기술을 공개하며, CAD–CAE 연계 설계의 새 가능성을 제시했다. 한국기계연구원 박종원 단장은 “KIMM Cyber Lab은 중소기업이 합리적인 비용으로 시뮬레이션 기술을 활용할 수 있는 길을 열었다”며, “AI 기반 설계 자동화로 제조업의 디지털 혁신을 가속하겠다”고 밝혔다.     ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

PTC는 엔비디아 옴니버스(NVIDIA Omniverse) 기술을 자사의 크레오(Creo) CAD 및 윈칠(Windchill) PLM 설루션에 통합하면서, 엔비디아와의 협력을 확대한다고 밝혔다. PTC는 옴니버스를 활용해 고성능 PCB, 고급 냉각 시스템, 대규모 데이터센터 장비와 같은 AI 인프라의 기본 하드웨어를 포함한 복잡한 제품의 설계, 시뮬레이션, 협업 방식을 혁신한할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한 PTC는 오픈USD 얼라이언스(Alliance for OpenUSD : AOUSD)에 합류해, 개방적이고 상호 운용 가능한 3D 데이터 표준인 오픈USD에 대한 노력을 강화할 계획이다. 윈칠을 옴니버스의 사실적인 실시간 시뮬레이션 개발 플랫폼과 연결하면, 공유된 몰입형 환경에서 크레오 설계 데이터를 시각화하고 상호 작용할 수 있게 된다. PTC는 옴니버스 오픈USD 및 RTX 라이브러리를 사용하여 윈칠에 대화형 실시간 뷰포트를 구현하고, 사용자가 PLM 환경을 벗어나지 않고도 고충실도 3D 시뮬레이션에 접근할 수 있도록 지원한다. 이런 통합은 엔지니어링부터 마케팅까지 모든 사용자에게 추적 가능하고 버전 관리를 포함하는 제품 정보에 대한 접근을 제공하여, 팀이 더 빠른 의사 결정을 내리고 개발 위험을 줄일 수 있도록 한다. 엔지니어는 윈칠에서 직접 가져온 실시간 데이터를 사용하여 여러 분야의 조립품을 탐색하고 실제 성능을 시뮬레이션하며 기능 전반에 걸쳐 협업할 수 있다. 이러한 디지털 트윈 워크플로는 기업이 개발 프로세스를 가속화하고, 제품 품질을 높이며, 복잡한 3D 설계 콘텐츠에 대한 접근을 대중화할 수 있도록 지원한다. 이번에 발표된 통합은 AI 혁신을 주도하는 고성능 PCB부터 차세대 데이터센터 시스템에 이르기까지, PTC가 엔비디아의 첨단 하드웨어 공급을 지원해 온 역사에서 비롯되었다. 엔비디아는 PTC의 크레오와 윈칠 설루션을 활용하여 정밀성, 속도, 확장성을 바탕으로 제품 개발 프로세스를 간소화해왔다. 이제 이들 도구를 엔비디아 옴니버스 개발 플랫폼에 통합하고 옴니버스 뷰포트를 윈칠에 내장함으로써, 실시간 시뮬레이션과 몰입형 시각화를 개발 워크플로의 중심에 직접 도입하게 되었다. PTC는 이런 통합으로 기업이 공동 혁신의 속도와 품질을 향상시킬 수 있도록 지원하며, 생태계 전반의 다른 AI 하드웨어 파트너에게 이러한 기능을 확장하는 청사진이 될 것으로 기대하고 있다.     PTC의 닐 바루아(Neil Barua) 사장 겸 CEO는 “AI 하드웨어부터 산업 기계에 이르기까지 오늘날 가장 진보한 제품들은 그 어느 때보다 복잡하고 통합적이며 엔지니어링 집약적”이라면서, “엔비디아와 협력을 강화하고 오픈USD 얼라이언스에 합류함으로써 고객에게 실시간 몰입형 시뮬레이션 환경에서 설계 및 구성 데이터를 통합할 수 있는 능력을 제공하게 되었다. 옴니버스 기술을 크레오와 윈칠에 통합함으로써 팀은 개발을 가속하고 제품 품질을 개선하며 전체 제품 수명 주기에 걸쳐 더 효과적으로 협업할 수 있을 것”이라고 전했다. 엔비디아의 레브 레바레디안(Rev Lebaredian) 옴니버스 및 시뮬레이션 기술 부문 부사장은 “PTC는 제조 설계 설루션 분야의 글로벌 리더이다. PTC는 옴니버스 기술을 크레오와 윈칠에 통합함으로써 설계자와 제조업체가 개념 구상부터 생산까지 더 빠르고 정밀하게 진행할 수 있도록 지원한다”면서, "오픈USD와 개방형 표준에 대한 PTC의 노력은 설계에서 제조에 이르기까지 글로벌 AI 인프라 산업을 연결하고 통합하는 우리의 능력을 가속화할 것”이라고 밝혔다.

산업 디지털 전환을 가속화하는 버추얼 트윈 (5)   최근 다쏘시스템의 구조해석 소프트웨어인 아바쿠스(Abaqus)는 마모 현상을 보다 정밀하게 모델링하고 예측할 수 있도록 Contact Wear 기능을 도입하였다. 접촉해석에 Archard 마모 모델을 통합하여, 반복 접촉에 따른 재료 손실을 계산할 수 있는 환경을 제공한다. 이번 호에서는 아바쿠스의 Contact Wear 기능을 활용하여 반복 접촉과 마모가 주요 이슈인 타이어 트레드 및 브레이크 패드 부품을 대상으로 수행한 해석 사례를 소개한다.    ■ 강주연 다쏘시스템코리아의 구조해석 담당 기술 컨설턴트이다. 자동차/차량부품/전자기기 산업을 포함한 다양한 산업군에 구조해석 설루션을 적용하여 고객에게 가치를 전달하는 역할을 담당하고 있다. 홈페이지 | www.3ds.com/ko   ■ 임영빈 다쏘시스템의 SIMULIA support team에서 근무하고 있으며 서강대학교에서 기계공학 학부 및 석사과정을 마쳤다. 홈페이지 | www.3ds.com/ko   마모(wear)는 기계적 마찰이나 화학적 작용에 의해 접촉 표면의 재료가 점진적으로 손실되는 현상으로, 다양한 산업 분야에서 발생하는 대표적인 열화 메커니즘 중 하나이다. 특히, 반복적인 접촉을 통해 하중을 전달하거나 마찰을 견디는 부품에서는 마모 현상을 정량적으로 파악하고 예측하는 것이 제품의 수명과 성능을 유지하는 데 매우 중요하다. 제품의 성능을 사전에 예측하기 위해서는 수치해석적 접근이 활용되지만 마모는 재료의 물성, 온도, 접촉압력, 슬립속도 등의 다양한 변수에 의해 좌우되므로, 이러한 복합적인 영향을 고려한 정밀 해석을 수행하기란 쉽지 않다. 따라서, 실제 산업 현장에서는 마모 문제를 실험적 접근에 의존하거나, 수치해석을 활용하더라도 접촉압력이나 마찰 에너지를 마모 지표로 삼는 간접적인 평가 방식에 국한되는 경우가 많았다.   그림 1. 헬리컬 베벨 기어의 마모 해석   아바쿠스 Contact Wear 기능 소개 아바쿠스는 2024 FD01 버전부터 접촉 정의 시 Archard 마모 모델을 적용하여, 반복 접촉에 의해 누적되는 마모 현상을 수치적으로 예측할 수 있다. Archard 모델은 마모 속도(wear rate)가 접촉압력(contact pressure)과 슬립속도(sliding velocity)에 의해 결정된다는 물리적 특성을 기반으로 하며, 연속체 역학 수준에서 마모 현상을 표현하는 직관적이고 활용도 높은 모델이다. 아바쿠스는 <표 1>과 같이 Archard 모델의 다양한 변형식을 제공하며, 마모계수(wear coefficient)에 표면 마모거리, 접촉압력, 온도 등의 인자에 대한 의존성을 설정할 수 있다. 이를 통해 사용자는 시험 데이터를 기반으로 마모 거동을 정교하게 구현할 수 있으며, 복잡한 접촉 조건 하에서도 높은 예측 정밀도를 확보할 수 있다. <표 2>에는 아바쿠스의 버전 별 마모 기능 개발 이력이 요약되어 있으며, 지속적인 기능 개선을 통해 실무 적용성과 확장성을 강화하고 있다.   표 1. Variation of Archard’s model in Abaqus   그림 2. Surface wear property edit dialog   표 2. Development sequences of contact wear   Steady State Transport 해석을 활용한 마모 해석 사례 이번 호에서는 아바쿠스/스탠더드(Abaqus/Standard)의 Steady-State Transport(이하 SST) 해석을 통해 마모 속도를 산정하고, 이를 시간 증분으로 외삽하여 누적 마모량을 계산하였다. SST 해석은 회전체의 마찰 및 관성 효과를 고려하여 정상상태 롤링(rolling) 및 슬라이딩(sliding) 거동을 계산하는 기법으로, 해석 시간을 단축시키면서도 장기적인 반복 접촉에 따른 마모 거동을 효율적으로 평가할 수 있다는 장점이 있다.   타이어 트레드 마모 해석 사례 타이어 트레드(tread)의 마모는 주행 안정성, 제동 성능, 타이어 수명에 직접적인 영향을 미치는 핵심 요소 중 하나이다. 이번 호에서는 마모가 뚜렷하게 발생하는 조건인 제동(braking) 상화을 해석 조건으로 설정하였다. 제동 시 차량 속도가 타이어의 회전 속도보다 빠르기 때문에 타이어가 노면 위에서 끌리는(slipping) 현상이 발생하며, 이에 따라 마모가 빠르게 진행된다.     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

주요 디지털 트윈 소프트웨어 전자·전기·기구 통합 PLM 시스템, SynchroSpace   개발 및 자료 제공 : 이로젠, 032-351-1624, www.elozen.com     SynchroSpace(싱크로스페이스)는 워크플로 기반의 웹 애플리케이션으로 전자·전기·기구 CAD 툴 및 ERP 등 기간시스템과 연동되어 One DB에서 제품개발시작에서 완료까지 데이터와 프로세스를 관리하는 제품 수명주기 관리 시스템이다. 특히, 전자·전기 개발 데이터와 프로세스 관리에 특화되어 있다. 1. 주요 특징  중소기업의 경우 대기업과 다르게 개발업무 프로세스가 다양하고, 업무프로세스 변화가 자주 발생하고, 시스템 관리인력이 부족하기 때문에 PLM 시스템은 핵심기능 위주로 사용이 쉽고, 변화대응이 빨라야 한다. 국내 자체 기술, 최신 UI/UX 및 Workflow To-Do 기반으로 사용이 쉽고 고객의 니즈를 빠르게 적용할 수 있다. (1) 최신 UI/UX로 EASY-TO-USE  1시간 교육 후 바로 사용 가능 ■ 타사대비 직관적인 UI/UX로 필요한 정보만을 빠르고, 쉽게 접근  ■ To-Do 기반으로 사용이 쉽고 업무 효율성 강화 (2) 워크플로우 기반 One DB 웹 애플리케이션 ■ 모듈화로 확장이 용이한 워크플로우 기반 웹 애플리케이션 ■ 모듈화된 기능 및 전자·전기·기구 데이터 통합 관리 ■ 카드 방식 워크플로 제공 (3) Multi CAD 통합  다양한 EDA/ECAD/MCAD와 연계를 통한 자동화 구현 ■ 전자·전기 부품 라이브러리를 EDA/ECAD의 회로도에 삽입 ■ CAD BOM(Partlist·CAD Structure)및 산출물 자동 생성 및 등록 (4) 고객 맞춤형 솔루션 제공: 자체 솔루션으로 고객 요구사항 적용 용이 ■ 전자, 전기, 기구 각각 구축 가능 및 일괄 구축 가능 ■ 고객만의 특화된 기능 개발 및 Customization 용이 2. 주요 기능 (1) Item 관리 Item 대상은 전자(Component, PCB, PBA, Firmware, Board), 전기(Component, Wire/Cable, Assembly), 기구(Part, Assembly), Product 등으로 관리 대상이다. ■ Item별 분류, 채번, 속성, 첨부문서 관리 ■ Item별 Workflow 관리 (2) BOM 관리 BOM 대상은 전자(회로도 설계기준 Partlist, PCB설계기준 Partlist, PBA BOM, Board BOM), 전기(회로도 설계기준 Partlist, 3D배선 기준 Partlist, Wire/Cable List), 기구(Assembly CAD Structure), 제품(Engineering BOM, Preliminary BOM) 등으로 관리 대상이다. (3) 설계 데이터 관리 도면대상은 전자(전자회로 설계 데이터, PCB 설계 데이터, 거버 데이터, 조립 데이터), 전기(전기회로설계 데이터, 2D배선 설계 데이터, 3D배선 설계 데이터), 기구(3D파트 설계 데이터, 3D Assembly설계 데이터, 2D Drawing 도면) 등으로 관리 대상이다. (4) 배포 및 설계변경 관리 ■ 사내배포  ■ 설계변경요청(ECR), 설계변경주문(ECO)관리 ■ 설계변경실행 시 Where-Use 및 역전개를 통한 선택 또는 일괄변경 실행 ■ Item Status 및 Item Revision 관리 3. 도입 효과 매출 7,000억 원(2015년 기준) 자동차 전장부품 개발회사에 적용된 사례 분석 결과로 설계기간 및 재설계회수 30% 절감, 연간 22.5억 원의 개발비용 절감  ※ 2020년 기준으로 매출액 및 제품개발모델이 약 2배 이상 증가했음에도 개발 인원은 그대로 유지됨   4. 주요 고객 사이트 자동차 전장부품, 산업 부품, 디스플레이, 생활가전, 통신 장비, 2차전지, 조명, 카메라, 의료기기, 휴대폰 등을 개발하는 다양한 기업에서 사용 중이다. 상세 내용은 <디지털 트윈 가이드>에서 확인할 수 있습니다. 상세 내용 보러가기

DC 전류 밀도 분포를 이용한 PCB 수명 계산   전자기기의 수명 예측은 설계 초기 단계에서부터 고려해야 할 중요한 요소다. 특히 고전류, 고집적을 향해 발전하고 있는 요즘 환경에서는 더욱 중요해지고 있다. 이와 같은 수명 저하는 금속 배선의 열화로 인한 고장으로 이어질 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 앤시스의 SI웨이브(Ansys SIwave)를 활용한 MTTF(Mean Time To Failure) 해석 기법이 주목받고 있다. 이는 전자가 이동할 때 생기는 전자 이동(electromigration) 효과를 반영하여 해당 장비의 수명을 예측하는 기법이다. 지금부터 MTTF의 원리와 그 해석 과정을 자세히 살펴보겠다.   ■ 배현진 태성에스엔이 EBU-HF 팀의 매니저로, SI/PI/ EMC 관련 해석 기술 지원 및 교육, 용역 업무를 담당하고 있다. 홈페이지 | www.tsne.co.kr   그림 1. 전자 이동 현상(출처 : Electromigration – Wikipedia)   전류가 만드는 미세한 파괴, 전자 이동 전자기기가 점점 작고 정밀해지고 있다. 고성능을 구현하기 위해 수많은 배선이 좁은 공간에 배치되면서, 그 안을 흐르는 전류의 영향은 과거보다 훨씬 더 큰 문제가 되었다. 특히 전류가 흐르면서 금속 이온이 이동하는 현상, 즉 전자 이동(EM)은 반도체와 전자부품의 고장을 유발하는 주요 요인 중 하나다. <그림 1>을 보면 전자 이동으로 인한 이온의 움직임을 볼 수 있다. 이 현상으로 인해 <그림 2>와 같이 배선이 끊기거나, 뭉치거나, 심각한 열화가 발생할 수 있다.   그림 2. 실리콘 기반의 전자 이동 현상(출처 : Electromigration – Wikipedia)   이러한 문제를 미리 예측하고, 설계 단계에서 방지할 수 있다면 어떨까? 바로 이 지점에서 MTTF(Mean Time To Failure) 해석이 중요한 역할을 한다. 이번 호에서는 앤시스 SI웨이브를 활용한 MTTF 해석 기법을 통해, 어떻게 전자부품의 수명을 수치화하고 설계에 반영할 수 있는지를 설명한다.   전자 이동과 MTTF : 수명 예측의 수식적 기반 전자 이동 현상은 1960년대부터 알려져 왔다. 그 원리는 단순하다. 전류가 흐를 때 전자가 금속 내부의 이온과 충돌하며 미세하게 이온을 움직인다. 이 과정이 지속되면 배선 내부에 빈 공간(void)이나 응집(hillock)이 발생해 전기적 연결이 끊기거나 단락된다. 이처럼 매우 미세하지만 누적되는 변화가 수명 단축으로 이어진다. 이 현상을 정량적으로 예측하기 위해 사용되는 수식이 바로 ‘Black's Equation’이다.   여기서,  A : 실험 상수(재료와 형상에 따라 결정)  j : 전류 밀도 n : 전류 민감도 계수(보통 1~2)  Ea : 활성화 에너지(Activation Energy)  K : 볼츠만 상수(1.38×10^-23 J/K)  T : 절대 온도(K) 앞의 식을 통해 각 변수가 MTTF에 어떤 영향을 미치는지를 직관적으로 파악할 수 있다. 해석적으로 중요한 포인트는 전류 밀도와 온도가 수명에 큰 영향을 미친다는 점이다.     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.