Ch04_SoC 기술 IT응용시스템공학과 김 형 진 교수

01_개요 02_SoC의 개념 03_SoC 기술의 역사 04_지적재산권 05_SoC 기술의 발전 전망

01_개요 다기종 간의 융합 및 복합화 발생 SoC 기술 발전 본래의 단순 서비스 제공 영역을 넘어서 다기능화, 고품질화, 네트워크화 및 소형화 등이 복합적으로 추구 서로 다른 서비스 영역에 존재하던 것들 간에 융합 및 복합화 진행 SoC 기술 발전 각종 부품을 하나의 반도체 칩에 집적시킴으로써 향후 반도체뿐만 아니라 개별 부품을 모두 하나의 칩으로 만들기 위한 기술 고성능, 저소비전력 등의 특징으로 휴대용 정보단말이나 민생기기용에 적합한 솔루션으로 주목받음

02_SoC의 개념 SoC 기술 수백 마이크로와트(μW)의 전력으로 동작하여 공간에 존재하는 상품과 사물, 그리고 사람의 존재와 정보를 인식하고 전달 말 그대로 칩 자체가 하나의 시스템으로 기능할 수 있도록 마이크로 프로세서와 디지털 신호 처리 장치(Digital Signal Processor; DSP), 메모리, 베이스밴드 칩, 임베디드 소프트웨어 등을 집적시킨 칩을 일컫음 예) 휴대폰을 만들기 위해 통신 기능을 하는 칩과 컴퓨터 기능을 하는 칩 2개가 필요하지만, SoC은 칩 하나로 이러한 기능들을 전부 수행할 수 있음

02_SoC의 개념 SoC 이용의 대표적인 예: 이동통신 단말기 기본적인 음성통화 기능 이외에도 데이터 송수신, 멀티미디어 데이터 재생 등이 가능하고 카메라 모듈이 장착되어 있다. 많은 단말기 제조업체들이 SoC 제품을 적극적으로 채택하고 있다.

03_SoC기술의 역사 반도체의 종류 메모리 마이크로컴포넌트 IC(Integrated Chip) 로직(Logic) IC 동적 램(Dynamic Random Access Memory; DRAM) 정적 램(Static Random Access Memory; SRAM) 마이크로컴포넌트 IC(Integrated Chip) 초소형 연산 처리장치(Micro Processing Unit; MPU) 마이크로 제어장치(MicroController Unit;MCU) 디지털 신호 처리장치(Digital Signal Processor; DSP) 로직(Logic) IC 아날로그 IC 개별소자(Discrete) 광반도체(Optical Semiconductor)

03_SoC 기술의 역사 시스템을 구성하고 있는 모든 반도체를 하나의 칩으로 구현하는 SoC 출현 이는 반도체 공정 기술 및 집적도, 설계 기술이 발전함에 따라 발전한 개념으로 기존의 SoB(System-on-Board) 시스템은 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB) 위에 다수의 칩을 사용하여 설계 표준제품(standard product) 또는 특정 응용을 위해 설계된 주문형 반도체(ASIC)로 구성되었으나, 반도체 집적도가 증가함에 따라 인쇄 회로 기판(PCB) 전체를 하나의 칩으로 통합하는 것이 가능하게 됨

05_SoC 기술의 발전 전망 하드웨어의 구현 방법 반도체의 기능설계와 합성, 제조 등의 과정을 거쳐 이것을 인쇄 회로 기판에 패키징하여 시스템을 구성한다.

05_SoC 기술의 발전 전망 SoC 제작 순서

05_SoC 기술의 발전 전망 SoC 구현 방법 메모리, 디지털 및 아날로그 신호를 제어, 가공, 처리하는 프로세싱 부분 등을 전부 하나의 칩으로 넣는 기술이며, 따라서 시스템 기술과 반도체의 설계, 제조 기술들이 융합되고 종합된 IT 핵심 기술

05_SoC 기술의 발전 전망 SoC 구현의 어려움 실제 게이트 수가 1,000만 개를 넘으면 현재 저항 트랜지스터 논리 회로(Resistor Transistor Logic Circuit; RTL) 수준에 머물러 있는 전자 설계 자동화(Electronic Design Automation; EDA) 툴이 집적화를 감당하기에는 매우 어려움 동적 램(DRAM)이나 정적 램(SRAM)은 내재된 형태로 SoC화가 가능하나 물량이 많이 확보된 제품이나 비디오 게임과 같이 특수한 응용 분야가 아니면, 경제성 문제로 극히 제한된 범위에서만 SoC화되고 있음 플래시 메모리는 제조공정이 로직과 달라서 단일칩으로 SoC화하는 것보다 별도의 칩으로 분리하는 것이 더 바람직하며, 아날로그는 단일 칩으로 소화하기에는 디지털에 비하여 규모의 효과가 훨씬 떨어지는 단점

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Ch05_MEMS 기술 IT응용시스템공학과 김 형 진 교수

이 장에서 다루는 내용 01_개요 02_MEMS 기술의 정의 03_MEMS 기술의 역사 04_MEMS 기술의 특징

01_개요 미세 전자기계 시스템(Micro Electro Mechanical System; MEMS) □ 초소형 3차원 구조물 또는 이를 포함하는 시스템 구현을 통칭하는 기술이다. □ 소형화, 지능화가 요구되는 미래 환경에 대응하기 위한 핵심 기술로 인식된다. □ 유비쿼터스 네트워크나 초소형 휴먼 인터페이스 분야의 핵심 요소인 3차원 미소(微小)구조물, 센서 및 구동 장치 등을 소형화 고정밀화하고 복합화를 가능하게 하는 시스템화 기술이다. □ 디지털 정보감지, 대용량 정보저장, 초소형 디스플레이, 초소형 에너지 발생, 유무선 통신 등 다양한 분야에 핵심기술을 제공한다. □ 미국, 유럽, 일본 등 기술선진국에서는 관련 기술개발을 위해 1990년대 초반부터 국가적인 차원에서 대형 연구프로그램을 추진해오고 있다. □ 기존의 타 첨단 기술에 비하여 기술 역사가 짧고, 주변 첨단 기술과의 융합을 통해 기술의 효과와 신기술 창출을 이루고 있는 특징이 있다.

02_MEMS 기술의 정의 □ 명칭 미국: MEMS(Micro Electro Mechanical System) 유럽: Microsystem 일본: Micro Machine 동의어: 어떤 초소형 대상물을 지칭하는 것 이외 초소형 대상물을 만드는 가공 기술 □ 전자기계 소자를 육안으로는 보이지 않을 정도로 작은 수 밀리미터(mm)에서 수 마이크로미터(㎛)의 크기로 제작하는 기술이다. □ 기본 단위는 마이크로미터(0.001mm)로 사람 머리카락의 직경이 약 100마이크로미터(0.01mm) 내외인 것을 고려하면, 초소형 기계나 부품들은 대개 이 머리카락 직경 정도의 크기를 가진지며, 머리카락속에 모터나 기어 등이 들어 있는 것과 같다. □ 최소 수 밀리미터 이상의 기존 기계 부품이나 시스템보다 작고, 나노(1nm) 영역의 분자 소자나 탄소 나노 튜브보다는 큰 영역에 속하며, 이보다 더 작은 영역은 NEMS(Nano Electro Mechanical Systems)으로 분류하고 있다.

02_MEMS 기술의 정의 □ MEMS 기술로 만들어진 기계는 뇌와 신경에 해당하는 논리회로, 시각 또는 청각 등을 담당할 각종센서, 팔과 다리 역할을 할 기계장치, 그리고 이들을 유기적으로 움직이게 할 수 있는 구동장치까지 완벽하게 갖추어야 하며, 느끼고 생각하면서 운동할 수 있는 하나의 통합 시스템이어야 한다. □ 대규모 집적회로(Large Scale Integrated Circuit; LSI)가 프로세서에 의한‘신호처리,’메모리에 의한‘기억’기능을 수행한다면, MEMS는 외부세계와의‘인터페이스’역할을 한다. □ 대규모 집적회로(LSI)가 인간의 두뇌라면, MEMS 디바이스는 눈, 귀, 피부 등에 해당한다고 할 수 있다.

03_MEMS 기술의 역사 □ 최근에는 광학부품 기술과 MEMS 기술을 접목한 광 MEMS(Optical Micro Electro Mechanical Systems), 통신 부품 기술과 MEMS 기술을 접목한 RF MEMS, 의료 및 생체 응용을 위한 바이오(Bio) MEMS에 대한 연구개발이 선진국을 중심으로 활발하게 이루어지고 있다.

04_MEMS 기술의 특징 □ MEMS는 군사, 항공우주, 자동차, 정보통신, 바이오, 의료, 가전, 엔터테인먼트, 환경, 산업 프로세스 등 광범위한 응용 분야에 적용할 수 있다. 지금까지 성공한MEMS 디바이스의 예는 잉크젯 프린터 헤드, 압력 센서, 가속도 센서, 디스플레이 소자 등이 있으며, 아직까지는 매우 한정된 영역에서 사용되고 있다. 그 이유는 반도체 대규모 집적회로(LSI)와 MEMS의 기술적 차이 때문이다.

04_MEMS 기술의 특징 □ MEMS는 입체 구조를 형성하는 기술로 제조 과정이 다양하고 복잡하여 준화하기 어렵고, 설계와 제조가 직결되기 때문에 현재의 실리콘 제조 공정과 같은 형태를 채택하는 것이 어렵다. □ 또한 완성된 칩 형태가 제 각각이기 때문에 후공정 설비를 공통화하기 어렵고, 공정에서 칩 내부의 구조체가 파손될 가능성도 있다. □ 집적회로의 경우에는 표준화와 공통화가 쉽기 때문에 대량생산을 위한 공장 구축도 진행되고, 다품종 소량생산도 어느 정도 가능하다. □ 반면 MEMS는 처리 등이 다양하고, 장비 설계가 처리와 관계가 있어 집적회로와 같이 설계 규칙에서 처리를 구별하여 블랙박스로 하고 시스템과 회로를 분리하여 설계하는 것이 어렵다. □ 따라서 현재의 반도체 LSI 제조 설비를 모으는 것만으로 다품종에 대응한 MEMS 개발은 곤란하다.

04_MEMS 기술의 특징 MEMS의 특징 □ 짧은 기술개발 역사 □ 광범위한 산업분야와 연계 □ 기술의 융합성 □ 짧은 기술개발 역사 □ 광범위한 산업분야와 연계 □ 기술의 융합성 □ 기술의 혁신성 □ 제품의 경박단소 □ 전자ㆍ기계 복합부품의 극소화 및 집적화 □ 일괄생산에 의한 대량생산 및 저가격 □ 미세효과에 의한 거대효과 □ 초기 설비투자의 요구 □ 오랜 경험 및 노하우 필요 □ 소량 다품종(중소기업 벤처기업 분야) □ 정부 주도 적합한 기술 □ 잠재시장은 무한하나, 당장의 응용 분야 도출 곤란

05_MEMS 기술의 응용분야 MEMS 기술 분류

05_MEMS 기술의 응용분야 MEMS 기술 분류

05_MEMS 기술의 응용분야 MEMS 기술의 응용 분야 □ 자동차 분야 가속도, 자이로, 압력, 온도, 센서 등 □ 자동차 분야 가속도, 자이로, 압력, 온도, 센서 등 □ 정보통신 분야 미소 반사경, 미소 렌즈, 미소 레이저, 감광소자, 광신호 분리기, 광단속기, 정보검출기, 초정밀 조립기 등 □ 컴퓨터/사무자동화 기기 분야 고해상도 잉크젯 프린터 헤드, 고해상도 마이크로 디스플레이, 하드디스크 등 초정밀 헤드 등 □ 전자·가전 및설비 분야 초소형 박막전지, 각종제조장비 및 시설용 센서와 가정용 전기제품 등의 센서 및 자이로 센서 등 □ 의료 및 환경 분야 일회용 분석기, 초소형 내시경, 혈압센서, 랩온어칩(Lab-On-a-Chip; LOC) 등

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