시스템 인 패키지(SiP)란? SoC·SoM 차이와 PCB 설계

SiP(System in Package, 시스템 인 패키지·시스템급 패키지)는 여러 반도체 다이와 필요한 수동 부품을 하나의 패키지에 통합하는 방식입니다. 프로세서, 메모리, RF 회로, 전원 관리 기능 등을 가까이 배치해 작은 공간에서 하나의 시스템이나 서브시스템을 구현할 수 있습니다.

다만 SiP가 모든 기능을 반드시 포함하는 것은 아니며, 패키지 안에 기능을 통합했다고 외부 PCB 설계가 없어지는 것도 아닙니다. 이 글에서는 SiP와 SoC·SoM의 차이, 2D·2.5D·3D 구조, 실제 기판 설계에서 확인할 사항을 구분해 설명합니다.

바로 보기: SiP 구조 · SiP·SoC·SoM 비교 · 2D·2.5D·3D · PCB 적용 체크리스트

시스템 인 패키지(SiP)는 어떻게 구성되나요?

SiP의 핵심은 패키지 수준의 이종 집적입니다. 로직, 아날로그, 메모리처럼 서로 다른 공정에 적합한 다이를 각각 만든 다음 하나의 패키지 안에서 연결할 수 있습니다. 모든 기능을 같은 반도체 공정으로 다시 설계할 필요가 없다는 점이 중요한 장점입니다.

제품에 따라 MCU와 메모리만 포함할 수도 있고, RF 송수신기·필터·전원 관리 IC·수동 부품까지 통합할 수도 있습니다. 따라서 SiP라는 이름만 보고 메모리 용량, 무선 기능, 안테나, 전원 회로가 모두 들어 있다고 판단하면 안 됩니다.

내부 연결에 쓰이는 기술

• 와이어 본딩: 다이의 패드와 패키지 측 연결부를 가는 금속 와이어로 연결합니다.
• 플립칩: 다이의 연결 면을 뒤집어 범프 등으로 연결합니다.
• RDL(재배선층): 원래 다이 패드의 위치를 외부 단자나 다른 연결부에 맞게 재배치합니다.
• TSV(실리콘 관통 비아): 실리콘을 관통하는 수직 연결을 제공하며 일부 3D 집적 구조에 사용됩니다.

이 기술들이 SiP 한 개에 모두 필요한 것은 아닙니다. 패키지 크기, 신호 속도, 열 경로, 생산 수율과 비용에 맞춰 조합합니다.

SiP vs SoC vs SoM: 무엇이 다른가요?

이 셋은 완전히 배타적인 개념이 아닙니다. SiP 내부에 SoC를 포함할 수 있고, SoM 위에 SiP를 실장할 수도 있습니다. 무선 모듈이라는 판매명만으로 SiP 여부를 판단하기보다 제조사의 블록도와 패키지 설명을 확인하세요.

보드 모듈 관점의 차이는 SoC와 SoM 비교 가이드에서도 확인할 수 있습니다.

2D·2.5D·3D SiP 구조의 차이

SiP의 장점과 한계: 작아지면 항상 유리할까요?

소형화와 연결 길이 감소

여러 IC를 PCB에 따로 배치하는 대신 패키지 안에 모으면 보드 면적과 외부 배선 수를 줄일 수 있습니다. 짧은 연결은 신호·전원 무결성에 유리할 수 있지만, 최종 성능은 패키지와 호스트 PCB의 설계에 따라 달라집니다.

기성품 도입과 맞춤형 개발은 비용 구조가 다릅니다

이미 검증된 상용 SiP를 구매하면 내부 회로를 새로 설계하는 부담을 줄일 수 있습니다. 반면 맞춤형 SiP는 다이 조달, 패키지 설계, 툴링, 시험과 수율 검증에 초기 개발비가 들어갑니다. SiP가 언제나 SoC나 개별 IC 구성보다 저렴하다고 일반화할 수는 없습니다.

외부 부품이 줄어도 PCB 층수가 늘 수 있습니다

통합으로 부품 수가 줄더라도 미세 피치 단자에서 신호를 빼내기 위해 더 많은 배선층이나 고밀도 공정이 필요할 수 있습니다. 단품 가격만이 아니라 PCB·조립·검사·재작업을 포함한 전체 비용을 비교해야 합니다.

열 관리와 교체 가능성

열원이 좁은 영역에 모이므로 패키지의 열 경로와 PCB 구리 면적을 검토해야 합니다. 완성된 SiP 내부의 다이를 사용자가 따로 교체할 수 있는 것은 아니며, 일반적인 보드 수리는 패키지 전체 교체를 전제로 합니다.

SiP를 PCB에 적용할 때 확인할 7가지

1. 정확한 주문 코드: 같은 제품군이라도 메모리, 온도 등급, 핀 배치와 패키지 옵션이 다를 수 있습니다.
2. 랜드 패턴과 핀 탈출 배선: 권장 패드, 볼 맵, 솔더 마스크, 비아와 배선 규칙을 실제 제조 능력과 대조합니다.
3. 전원과 디커플링: 내부 PMIC나 커패시터가 있어도 외부 전원 시퀀스와 권장 디커플링 부품을 생략하지 않습니다.
4. RF와 안테나: 기준 회로의 임피던스, 접지, 안테나 이격 영역을 지킵니다. 안테나 아래에 무조건 접지 구리를 채우면 안 됩니다.
5. 열과 기구: 권장 방열 구조, 높이, 주변 부품 간격과 실제 부하에서의 온도를 확인합니다.
6. 조립과 검사: MSL, 보관 조건, 리플로우 조건, 숨은 접합부 검사와 재작업 가능성을 조립업체와 협의합니다.
7. 시험과 공급: 프로그래밍·디버그·기능 시험 접점을 확보하고 공급 기간과 대체 가능성을 검토합니다.

일부 무선 제품이 사전 시험이나 인증 자료를 제공하더라도 모든 SiP가 이에 해당하는 것은 아닙니다. 최종 기기의 안테나, 호스트 보드와 사용 조건에 따른 요구사항은 별도로 확인해야 합니다.

어떤 프로젝트에 SiP가 적합할까요?

웨어러블, 소형 센서, 무선 기기처럼 공간 제약이 크고 필요한 기능을 갖춘 상용 SiP가 있다면 좋은 후보가 됩니다. 반면 부품 대체, 개별 회로 튜닝, 수리성과 넓은 방열 면적이 중요하다면 여러 IC를 PCB에 나누어 배치하는 방식이 더 적합할 수 있습니다.

선택 순서는 간단합니다. 먼저 필요한 기능과 인터페이스를 정하고, 상용 제품의 공급·패키지·열 조건을 확인한 뒤, 호스트 PCB를 실제로 배선할 수 있는지 검토하세요. 맞춤형 패키지 개발은 이와 별개의 전문 개발 프로젝트입니다.

자주 묻는 질문

SiP와 WLP는 같은 기술인가요?

같지 않습니다. SiP는 여러 기능을 패키지에 통합하는 관점이고, WLP는 웨이퍼 수준에서 패키징하는 공정·플랫폼을 가리킵니다. 웨이퍼 레벨 기술로 SiP를 구현할 수 있으므로 서로 겹칠 수 있습니다.

SiP를 쓰면 RF 설계가 필요 없나요?

내부 RF 회로 설계 부담은 줄어들 수 있지만, 외부 안테나 연결, 전원 노이즈, 접지와 기구 간섭 검토는 여전히 중요합니다. 제조사가 제시하는 레이아웃과 이격 규칙을 따라야 합니다.

PCB 제작 서비스로 맞춤형 SiP도 만들 수 있나요?

일반적인 PCB 제조·SMT 조립과 반도체 다이 패키징은 다른 공정입니다. 이 글의 PCB 견적 안내는 상용 패키지를 장착하는 호스트 보드에 관한 것이며, 맞춤형 SiP 제조를 의미하지 않습니다.

참고 자료

• ASE: System-in-Package 기술 개요
• ASE: 2.5D·3D IC 패키징
• Amkor: 웨이퍼 레벨 SiP와 3D 패키징