더욱 복잡하고 정교한 반도체 시스템, CPS

전자제품의 기능이 향상되면서 더욱 복잡하고 정교한 CPS(Chip Package System)가 등장하고 있다. CPS가 정확하게 작동하기 위해서 칩-패키지-PCB를 포함한 전체 시스템의 성능 및 신뢰성을 검증하는 것이 중요한 이슈로 떠오른다. 이를 위해서는 SI/PI/EMI와 같은 전자기적 성능 검증이 필요할 뿐만 아니라 열발생, 구조변형과 같은 신뢰성 문제를 동시에 고려하는 시뮬레이션이 필요하다.

■ 자료 제공 : 앤시스 코리아, 02-3441-5000, ansys.com/ko-kr

1. 칩/패키지/PCB의 복잡한 신뢰성 검증 이슈 증가
CPS(Chip Package System)는 PCB에서 반도체(Chip) 및 패키지(Package)의 전기전자, 열, 구조적 모델을 모두 포함하여 해석할 수 있는 시스템을 말한다. 패키지가 실장된 PCB는 설계 시 SI/PI/EMI와 같은 전자기적 성능 검증이 필요할 뿐만 아니라 열발생, 구조변형과 같은 신뢰성 문제를 동시에 고려해야 한다.

기존에는 데이터의 입수와 모델링이 용이한 PCB 또는 패키지만 고려한 해석을 했으나, 시스템의 속도와 밀집도가 증가하면서 성능은 높아지는 대신 동작 전압은 낮아지고 신호, 전원, 전자파 규격이 심화되는 등 설계 측면에서 여유도가 감소하고 있다. 이런 상황에서 시스템의 신뢰성을 위해 훨씬 정확하게 동작을 분석해야 할 필요성이 증가해 왔다.
또한 열발생 및 진동, 휨, 크랙 등과 같은 장기 신뢰성을 동시에 고려해야 한다. 이를 위해 패키지 내부의 온칩(On-chip) 특성을 반영한 CPM(Chip Power Model), CSM(Chip Signal Model), CTM(Chip Thermal Model) 등을 사용하면 기존에 부족했던 정확도를 개선시켜 설계 시 전기, 열유동, 기계구조적 신뢰성을 진단하고 향상시킬 수 있고, 문제가 되는 부분을 더 명확하게 발견할 수 있게 된다. 

2. CPS에 대한 이해와 함께 효과적인 성능 검증 방법이 필요
효과적인 CPS 개발을 위해서는 먼저 CPS의 개념에 대한 이해와 인지도의 확대가 필요하다. 최근 PCB의 해석 필요성에 대한 인지도는 과거에 비해 많이 높아진 수준이지만, 대부분의 전자설계 업체가 칩-패키지를 사용하여 PCB를 만들고 있다. 또한 최근 자동차 분야에서도 전기차 및 자율주행 시스템의 개발로 이동수단보다는 전자기기로 인식될 만큼 전자부품의 사용량이 많아지고, 이를 위해 사용되는 칩-패키지를 포함한 전체 시스템의 성능 및 신뢰성의 검증이 중요한 이슈로 부각되고 있다. 이를 위해 CPS의 도입이 필요하다고 할 수 있다.