3D 이기종 통합으로 새로운 DARPA Fab 강화

텍사스 주 오스틴에 있는 1980년대 반도체 공장이 새 단장을 하고 있습니다. 현재 TIE(Texas Institute for Electronics)로 불리는 이 회사는 3D 이종 집적(3DHI), 즉 실리콘과 비실리콘 등 다양한 재료로 만들어진 칩을 적층하는 세계 유일의 첨단 패키징 공장이 되기 위해 노력하고 있습니다.

이 팹은 DARPA의 NGMM(Next-Generation Microelectronics Manufacturing) 프로그램을 뒷받침하는 인프라입니다. 프로그램 관리 이사인 Michael Holmes는 “NGMM은 3D 이종 통합을 통한 마이크로 전자공학의 혁명에 초점을 맞추고 있습니다.

동일한 패키지 안에 두 개 이상의 실리콘 칩을 쌓으면 마치 하나의 집적 회로인 것처럼 작동합니다. 이는 이미 세계에서 가장 진보된 프로세서 중 일부를 구동하고 있습니다. 그러나 DARPA는 실리콘-온-실리콘 적층이 2D 통합으로 가능한 것보다 성능이 30배 이상 향상되지 않을 것으로 예측합니다. 대조적으로, 질화 갈륨, 탄화 규소 및 기타 반도체와 같은 재료를 혼합하여 사용하면 100배의 성능 향상을 제공할 수 있다고 Holmes는 지난달 말 프로그램의 비공식 공개 파티인 NGMM Summit에서 엔지니어와 기타 이해 관계자에게 말했습니다.

새로운 팹에서는 이러한 특이한 적층 칩이 미국에서 프로토타입으로 제작되고 제조되도록 할 것입니다. 출시 행사에 참석한 많은 스타트업은 프로토타입을 제작하고 다른 곳에서는 너무 이상한 제조 아이디어를 시작할 장소를 찾고 있으며 많은 하드웨어 스타트업이 요구하는 실험실에서 공장까지의 죽음의 계곡을 우회할 수 있기를 바랍니다.

텍사스주는 팹과 프로그램을 지원하기 위해 5억 5,200만 달러를 기부하고 있으며, DARPA는 나머지 8억 4,000만 달러를 기부하고 있습니다. NGMM의 5년 임무가 완료되면 팹은 자립적인 사업이 될 것으로 예상됩니다. TIE CEO Dwayne LaBrake는 “우리는 솔직히 스타트업입니다.”라고 말했습니다. “우리는 일반적인 스타트업보다 런웨이가 더 많지만, 우리는 스스로 서야 합니다.”

3DHI Fab 시작하기

그 지점에 도달하려면 많은 작업이 필요하지만 TIE 파운드리는 빠르게 시작합니다. 시설을 견학하던 중, IEEE 스펙트럼 다양한 설치 상태의 여러 칩 제조 및 테스트 도구를 살펴보고 지난 3개월 이내에 시작한 여러 엔지니어 및 기술자를 만났습니다. TIE는 팹의 모든 도구가 2026년 1분기에 준비될 것으로 예상하고 있습니다.

도구 자체만큼 중요한 것은 파운드리 고객이 예측 가능한 제조 공정에서 도구를 사용할 수 있는 능력입니다. TIE 관계자는 이는 개발하기가 특히 어려운 것이라고 설명했습니다. 가장 기본적인 수준에서 비실리콘 웨이퍼는 서로 크기가 같지 않고 기계적 특성도 다릅니다. 즉, 온도에 따라 서로 다른 속도로 팽창하고 수축합니다. 그러나 Fab의 작업 중 대부분은 이러한 칩을 마이크로미터 정밀도로 연결하는 것입니다.

이를 완료하는 첫 번째 단계는 프로세스 설계 키트와 어셈블리 설계 키트를 개발하는 것입니다. 전자는 팹에서 반도체 설계를 제한하는 규칙을 제공합니다. 후자인 조립 설계 키트는 3D 조립 및 기타 고급 패키징에 대한 규칙을 제공하므로 사물의 핵심입니다.

다음으로 TIE는 NGMM이 모범 사례라고 부르는 세 가지 3DHI 프로젝트를 통해 이를 개선할 것입니다. 여기에는 위상 배열 레이더, 초점면 배열이라고 불리는 적외선 이미저 및 소형 전력 변환기가 있습니다. 생산을 통해 이를 시험하는 것은 “우리에게 초기 로드맵을 제공합니다. 더 넓은 응용 분야 공간에 걸쳐 엄청난 혁신을 향한 진입로”라고 Holmes는 말했습니다.

이 세 가지 매우 다른 제품은 공장이 가동되면 어떻게 작동해야 하는지를 상징합니다. 경영진은 이 회사를 “다량 혼합, 소량” 파운드리라고 설명했습니다. 즉, 다양한 일을 잘 수행해야 하지만 한 가지 일을 많이 만들지는 못할 것이라는 의미입니다.

이는 대부분의 실리콘 파운드리와 반대입니다. 대용량 실리콘 파운드리는 버그를 해결하기 위해 프로세스를 통해 유사한 테스트 웨이퍼를 많이 실행합니다. 그러나 TIE는 그렇게 할 수 없습니다. 대신 오스틴 스타트업 Sandbox Semiconductor가 개발한 AI를 사용하여 프로세스 조정 결과를 예측합니다.

그 과정에서 NGMM은 다양한 연구 기회를 제공할 것입니다. UT 달라스 교수이자 IEEE 펠로우인 Ted Moise는 “NGMM과 관련해 우리가 가진 것은 매우 드문 기회입니다.”라고 말했습니다. 대학에서는 NGMM을 통해 새로운 열 전도성 필름, 미세유체 냉각 기술, 복잡한 패키지의 고장 메커니즘 이해 등을 연구할 계획입니다.

“NGMM은 DARPA에게는 이상한 프로그램입니다.”라고 DARPA의 마이크로시스템즈 기술 사무국 이사인 Whitney Mason이 인정했습니다. “제조를 하는 시설을 세우는 것은 우리의 습관이 아닙니다.”

그러나 “Keep Austin Weird”는 도시의 비공식 모토이므로 아마도 NGMM과 TIE가 완벽하게 들어맞을 것입니다.