사진. EV Group

첨단 반도체 설계와 칩 통합을 위한 공정 솔루션을 제공하는 EV Group(이하 EVG)은 CPO 생태계 전반의 고객 및 파트너와 협력하며 하이퍼스케일 데이터센터와 AI 인프라, 고성능 컴퓨팅(HPC) 애플리케이션을 위한 제조 기술 개발을 지원하고 있다.

CPO는 기존 구리 기반 인터커넥트가 가진 대역폭과 지연시간, 전력 효율, 신호 무결성 등의 한계를 극복하기 위한 기술로 주목받고 있다. 광자 집적회로(PIC), 레이저, 광학 구조 등을 하나의 패키지에 통합해 광 I/O를 컴퓨팅 소자에 가깝게 배치하는 것이 핵심이다.

다만 CPO를 구성하는 요소들은 서로 다른 물리적·제조적 특성을 지닌 다양한 소재로 제작된다. 집적 밀도가 높아질수록 이종 소재를 정밀하게 결합하면서 광학적 성능과 전기적 특성, 열 관리까지 확보해야 하기 때문에 기존 공정만으로는 대응하기 어려운 제조 과제가 발생한다.

EVG는 첨단 패키징과 이종 집적, 포토닉스 제조 분야에서 축적한 전문성을 바탕으로 공정 개발부터 대량생산(HVM)에 이르는 CPO 제조 밸류체인의 다양한 단계에 대응하고 있다.

EVG는 웨이퍼 본딩과 나노임프린트 리소그래피, 박형 웨이퍼 공정 기술을 중심으로 CPO 제조에 필요한 다양한 공정 기술을 제공한다. 특히 NILPhotonics 역량 센터와 이종 집적화 역량 센터(Heterogeneous Integration Competence Center, HICC)를 통해 고객과 파트너가 실제 양산 환경에 준하는 조건에서 제품 설계와 제조 공정을 개발하고 최적화할 수 있도록 지원한다.

이러한 역량 센터는 새로운 공정의 검증과 양산 전환 과정에서 발생할 수 있는 위험을 줄이고 시장 출시 기간을 단축하는 데 초점을 맞춘다. 초기 기술 개발 단계부터 양산에 이르는 과정에서 제조 조건을 검증할 수 있도록 지원하는 것이다.

하이브리드 본딩은 CPO의 고밀도 집적을 위한 핵심 기술 가운데 하나다. EVG는 이를 통해 광자 집적회로(PIC)와 전자 집적회로(EIC)를 정밀하게 결합하고 두 소자 사이의 기생 효과를 최소화하는 방향으로 차세대 고대역폭 애플리케이션에 대응한다.

퓨전 본딩 기술은 레이저 제조에 활용되는 III-V족 반도체 소재와 박막 리튬 나이오베이트(TFLN), 티탄산바륨(BTO) 등 차세대 광 변조 소재의 이종 집적에도 활용된다. 서로 다른 소재를 하나의 시스템으로 통합해야 하는 포토닉스 제조 분야에서 적용 범위를 넓힐 수 있는 기술이다.

CPO에서는 광 신호를 효율적으로 전달하는 동시에 고집적화에 따른 발열을 관리하는 것도 중요한 과제다. EVG는 산화막이 없는 상온 본딩 기술을 통해 광 손실을 낮추고 광학적으로 투명한 인터페이스를 구현하는 한편, 다이아몬드와 실리콘 카바이드(SiC) 등 히트 스프레더 소재의 집적을 지원한다.

이를 통해 인터페이스를 통한 열 전달을 높이고 고집적 포토닉·전자 소자의 열 관리에 대응할 수 있도록 한다. CPO가 고성능 컴퓨팅 환경으로 확대될수록 광학 성능뿐 아니라 열 관리까지 고려한 제조 기술의 중요성이 커지는 만큼 관련 공정 기술의 역할도 확대될 전망이다.

나노임프린트 리소그래피(이하 NIL)는 광 인터커넥트의 광 결합 구조를 구현하기 위한 기술로 활용된다. EVG는 NIL을 기반으로 칩-투-칩 및 칩-투-광섬유 광 인터커넥트에 적용되는 격자 결합기, 수직 광 결합 소자, 빔 성형 소자 등을 확장성 있게 제조할 수 있도록 지원한다.

또한 NIL은 microLED 렌즈 패키징에 사용되는 웨이퍼 레벨 광학소자 제조에도 활용할 수 있다. 임시 본딩 및 디본딩 기술은 레이저 다이오드 제조와 첨단 패키징에 필요한 웨이퍼 박형화 공정을 지원한다.

EVG는 CPO 기술이 향후 광 I/O 칩과 첨단 3D 포토닉-전자 집적으로 발전할 것으로 전망하고 있다. 실리콘 포토닉스와 CMOS 전자회로, 레이저 광원을 보다 긴밀하게 통합해 확장 가능한 광 인터커넥트 플랫폼을 구현하는 방향으로 기술이 발전할 것이라는 관측이다.

EVG의 사업개발 디렉터 베른트 딜라허(Bernd Dielacher) 박사는 “코패키지드 옵틱스는 AI 하드웨어의 중대한 기술 전환을 의미하지만 동시에 상당한 집적 과제를 수반한다”라며 “포토닉 및 전자 부품을 첨단 패키징 기술로 통합해야 하기 때문에 개별적인 포인트 솔루션만으로는 충분하지 않으며 포괄적인 공정 전문성이 요구된다”라고 말했다.

이어 그는 “EVG는 이들 분야에서 수십 년간 축적한 경험과 기술 역량 센터를 통한 긴밀한 협업을 바탕으로 고객이 초기 개발 단계부터 대량생산에 이르기까지 전체 제조 공정을 개발, 최적화 및 검증할 수 있도록 지원한다”라며 “이를 통해 차세대 CPO 아키텍처의 성공적인 구현을 가능하게 한다”라고 덧붙였다.