SoP(System on Package), 이기종 칩을 패키지에서 통합하는 방식
SoP(System on Package)의 이기종 집적, 2D·2.5D·3D 실장 방식과 내장 수동소자·HDI 기술, 설계 시 고려할 열·신호·테스트 조건을 정리한다.
2026-08-14 · 최초 발행 2026-01-12
패키지 안에서 완성하는 시스템
SoP(System on Package)는 여러 반도체 다이와 수동 소자를 하나의 패키지에 집적해 완전한 시스템을 구성하는 고밀도 실장 기술이다. 단일 다이에 기능을 넣는 SoC와 달리, 서로 다른 공정으로 만든 칩을 조합할 수 있다는 점이 출발점이다.
디지털 칩은 프로세서와 메모리를 맡고, RF 칩은 트랜시버와 PA를 담당한다. 여기에 ADC, DAC 같은 아날로그 칩과 MEMS·이미지 센서, 저항·커패시터·인덕터·필터·안테나를 패키지 수준에서 통합한다. 연결에는 재배선층(RDL), TSV(Through-Silicon Via), 범프와 와이어 본딩이 사용된다.
공정의 제약을 패키지에서 넘는다
SoP에서는 Si CMOS와 GaAs RF, 디지털과 아날로그, MEMS와 반도체처럼 서로 다른 기술을 하나의 시스템으로 묶을 수 있다. 각 기능에 적합한 공정을 따로 선택할 수 있으므로, 모든 기능을 하나의 공정에 맞출 필요가 없다.
개별 칩을 교체할 수 있고 모듈화 설계와 기술 믹스 앤 매치도 가능하다. 기존 칩을 재사용하고 IP 검증 기간을 절약하며 병렬 개발을 할 수 있어 개발 기간 단축에 유리하다. 새 SoC 개발과 비교하면 비용 측면에서 유리할 수 있고, 소량 생산이나 공정 마이그레이션이 필요하지 않은 경우에도 선택지가 된다.
집적 방식은 수평 배치에서 수직 적층까지 이어진다. 수직 적층은 패키지 면적과 배선 거리를 줄이고 기생 성분을 낮추는 데 쓰인다. 다이 스태킹, PoP(Package on Package), TSV가 여기에 속한다.
집적도와 제조 복잡도 사이의 실장 방식
2D 실장은 Multi-Chip Module(MCM)처럼 여러 다이를 공통 기판 위에 평면으로 배치하는 방식이다. 와이어 본딩 또는 플립칩을 사용하며, 제조가 비교적 쉽고 검증된 기술이라는 장점이 있다. 대신 면적과 배선 길이에 제약이 따른다.
2.5D 실장에서는 Si 또는 유기 인터포저를 통해 고밀도 배선과 미세 피치 연결을 구현한다. TSV는 실리콘을 관통해 수직 전기 연결을 제공하고 신호 경로를 짧게 만든다.
3D 실장은 다이를 수직으로 쌓고 TSV로 층간을 연결하는 방식이다. 최소 폼팩터가 필요한 경우에 적합하다. PoP는 패키지 위에 다른 패키지를 올려 메모리와 로직을 결합하며, 스마트폰에 널리 사용된다.
SoC와 SiP 사이에서 보는 SoP
SoC(System on Chip)는 단일 다이에 모든 기능을 집적한다. 높은 수준의 최적화와 대량 생산에서의 비용 효율이 장점이지만, 동일 공정 제약과 긴 개발 기간, 높은 초기 비용(NRE)을 고려해야 한다.
SoP는 패키지 안에서 시스템을 통합하고 이기종 기술을 결합한다. SoC보다 폼팩터가 커질 수 있으며 패키징 복잡도와 인터페이스 오버헤드가 따른다.
SiP(System in Package)는 여러 다이를 하나의 패키지에 넣는다는 점에서 SoP와 유사하다. SoP는 수동 소자의 내장을, SiP는 다이 스태킹과 3D 적층을 더 강조하는 경향이 있다. 실제 현장에서는 두 용어가 혼용되기도 한다.
수동소자와 인터커넥트가 만드는 밀도
내장 수동소자는 저항, 커패시터, 인덕터를 PCB 또는 패키지 기판에 넣어 표면 실장 소자를 대체하는 기술이다. 면적을 줄이고 기생 성분을 낮추며 신뢰성을 높이는 데 쓰인다.
박막 기술은 고정밀 수동소자를 형성하고 고주파 특성을 확보하는 데 적용된다. RF 필터와 매칭 회로가 대표적인 적용 대상이다.
HDI는 미세 선폭·선간, 다층 구조, 비아 인 패드를 활용하는 고밀도 인터커넥트 기술이다. RDL은 팬아웃 패키징과 미세 피치 변환, 고밀도 I/O를 지원한다.
소형화와 기능 통합이 만나는 곳
무선 통신 분야에서는 5G 모듈의 RF 프론트엔드 통합, 안테나 in Package(AiP), 밀리미터파 모듈에 SoP가 적용된다. Wi-Fi와 Bluetooth 모듈에서는 트랜시버, PA, 필터를 묶어 완전한 무선 모듈과 초소형 폼팩터를 구성할 수 있다.
웨어러블에서는 스마트워치의 AP, 센서, 통신 기능을 통합한다. 의료 웨어러블은 바이오센서와 무선 데이터 전송을 결합한 일회용 패치형 구현과 연결된다.
IoT 센서 노드는 센서, MCU, 무선 기능을 배터리 구동 환경에 넣어야 하므로 초소형화가 필요하다. 환경 모니터링, 스마트 빌딩, 산업 IoT가 적용 영역이다. 자동차 전자장치에서는 레이더와 라이다에 RF 회로, 신호처리, 안테나를 통합하고 고신뢰성을 확보해야 한다.
열·신호·검증을 함께 설계한다
고밀도 집적은 열 밀도를 높이므로 열 경로와 패키지 방열 구조를 설계해야 한다. 열 전도 비아, 방열판 통합, 열 시뮬레이션이 대응 수단이다.
고주파 설계에서는 임피던스 매칭, 크로스토크 최소화, EMI/EMC를 검토한다. 전력 무결성 측면에서는 안정적인 전원 공급, 디커플링 커패시터, IR Drop 관리가 필요하다.
KGD(Known Good Die)는 실장 전에 다이를 테스트해 수율과 비용을 관리하는 방식이다. 패키지 단계에서는 기능 테스트, 신뢰성 테스트, 번인 테스트로 통합 결과를 검증한다.