‘Backside’가 주목받는 이유
칩 미세화가 가속되면서 Frontside는 신호 배선과 전력 배선이 뒤엉켜 혼잡도가 높아지고 있습니다. 이에 따라서 파워 라우팅이 길어지면서 IR 드롭과 전압 노이즈를 키워 성능과 수율을 갉아먹는 주요 원인이 되고 있습니다. BSPDN(Backside Power Delivery Network)은 파워 라우팅을 Backside로 분리해 이 병목을 해소하려는 접근방법입니다. 단순한 배선 재배치가 아니라, 전력망 철학 자체를 바꾸는 패러다임의 전환이라고 할 수 있습니다.
짧고 굵은 전력 경로
BSPDN은 웨이퍼를 박막화하고 Backside에 전력 메탈 스택을 형성한 뒤, Backside Via(BSV)로 셀 가까이에 전력을 주입합니다. Frontside는 신호의 라우팅에만 사용하고, 전력은 Backside의 저저항 경로로 흐릅니다. 그 결과 전력망 임피던스가 낮아지고, 스위칭 순간의 Ldi/dt 노이즈와 IR 드롭이 감소합니다.
PPA 이득
- Performance: 신호 라우팅 여유가 늘어나 경로 지연이 줄어듭니다. 높은 클럭을 사용하기 한결 수월해집니다.
- Power: 전압 강하가 줄어 동작 전압 마진을 줄일 수 있어 시스템 차원의 전력 절감이 가능합니다.
- Area: Frontside 메탈을 신호 중심으로 재편하면서 셀 밀도와 레이아웃 유연성이 개선됩니다.
DTCO 관점
BSPDN은 설계만의 과제가 아닙니다.
- 표준셀/라이브러리의 전력 핀 재배치, EM 한계 반영, Backside 탭 최단 연결 기준으로 갱신합니다.
- 배치·배선(PnR)은 BSV Keep-out Zone을 고려한 규칙과 Backside 파워 탭 계획이 핵심입니다.
- 검증은 Front/Backside PDN 통합 EM/IR, 트랜지언트 노이즈, 3D 열-전기 연성 해석이 필수입니다.
- 공정/패키징은 박막화 워프 제어, BSV 충진 신뢰성, 히트스프레더·언더필을 포함한 열 경로 최적화가 관건입니다.
리스크와 대응 전략
- 제조 복잡도/CapEx 증가: 플래그십 라인에서 파일럿을 돌려 학습 곡선을 단축합니다.
- 국부 전류 집중: BSV 전류 분배, 소프트스타트 시퀀스, EM 가드밴드로 스트레스를 완화합니다.
- 테스트 가시성: Backside 전력 경로 전용 센싱 구조와 DFT 룰을 도입해 결함 관찰성을 높입니다.
우선 적용되는 분야
AI/HPC 가속기, 네트워크 스위치, 프리미엄 모바일 AP처럼 전류 요구량이 크고 Frontside 혼잡이 심한 대면적 다이가 1순위입니다. 전력 안정성이 향상되면 클럭 스케일링과 전압 최적화의 선택지가 넓어져 제품 차별화가 뚜렷해집니다.
전력망의 미래는 ‘백사이드’입니다
BSPDN은 “전력은 Back, 신호는 Front”이라는 명확한 분업으로 PPA 병목을 근본적으로 완화합니다. DTCO 프레임에서 설계·공정·패키징을 함께 리모델링할 수 있다면, 2nm 이후 세대에서도 성능, 효율, 수율을 동시에 끌어올리는 실질적 경쟁력을 확보할 수 있습니다.