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최근 반도체 후공정 OSAT 회사들이 담당하는 패키징 공정의 중요성을 얘기해 왔다. 이번에는 패키징 공정에 필요한 재료인 기판 (Substrate)과 기판을 만드는 회사에 대해 알아보자.
반도체 기판은 무엇일까? 휴대폰이나 PC를 뜯어보면 초록색 기판 나오는 데 이것을 메인 보드 혹은 메인 기판, 주기판이라고 한다. 이 메인 기판 위에 실장 되어 있는 칩, 소위 패키지인데 아래 그림과 같이 칩과 메인 기판 사이를 연결해주는 기판을 반도체 기판 혹은 패키지 기판이라고 한다. 즉, 팹리스 회사에서 설계한 IC 칩의 신호를 주고받기 위해 사용하는 중간 매개체라고 할 수 있다.
파운드리에서 만든 칩을 실장하고 보호하는 패키징 공정에서 기판이 필요하다. 일단 칩을 기판과 붙여야 한다. 이런 식으로 Die (실리콘 웨이퍼를 하나의 IC Chip으로 자른 것)와 기판을 연결한 후 고객(팹리스)에게 출하하게 된다.
대표적인 기판 회사는 일본의 IBIDEN, SHINKO, 대만의 UMTC (Unimicron), NANYA, KINSUS, 한국의 삼성전기, LG이노텍, 대덕전자, 코리아서키트 등이 있다. 기판은 일본의 점유율이 압도적이다. 그 이유는 노하우가 풍부한 원자재 제조 업체가 많은 일본의 인프라 속에서 기술적, 물류적 협력관계가 잘 유지되고 있기 때문이 아닐까 생각된다. 이로 인해 기술력과 공급이 받쳐주는 것이 한몫한다.
특히 기판에 필수적인 재료인 ABF (Ajinomoto Build-up Film)는 일본 회사 Ajinomoto가 독점하고 있다. 이 ABF와 궁합이 잘 맞는 재료나 공법을 개발하는 게 중요할 것 같다. 서로 좋은 관계를 유지하면서 재료의 특성을 잘 이해하면 기술 개발에 유리할 것이다. 아무래도 원자재 업체와 기판 업체가 같은 국가 내에 있으면 친하게 지내지 않을까?
반도체 공급 부족에 이은 FCBGA 공급 부족
반도체 공급 부족 난이 심화되면서 기판도 공급 부족 상태가 지속되고 있다. 작년 상반기부터 기판의 공급 부족 사태 관련 기사가 나오기 시작했다. 이로 인해 작년에 기판 회사들의 주가도 많이 올랐다.
특히 FCBGA (Flip Chip Ball Grid Array)라는 패키지 기판의 수요가 늘기 시작하면서 이것을 만드는 회사들의 관심도가 상승했다. FCBGA 기판은 말 그대로 Flip chip bonding 방식을 사용해서 칩과 기판 사이의 빠른 신호 전달이 장점이다.
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반도체 후공정, 패키징
지난번엔 OSAT 회사에 대해 알아봤는데, 이번에는 반도체 후공정 OSAT 회사들이 담당하는 패키징 공정에 대해 알아보자. 뉴스를 보면 TSMC나 삼성전자 등 파운드리 회사에서 5 나노, 3 나노 공정
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그래서 주로 고성능 서버, 통신, PC용으로 사용되는데, 칩이 고성능화되면서 칩 크기가 커지고 이에 따라 더 크고 두꺼운 기판이 필요하게 된다. 따라서 서버용 CPU, GPU를 만들고 있는 인텔, AMD, 엔비디아와 같은 팹리스 회사들이 FCBGA 기판을 사용하며, 기판 회사들의 고객이 되는 것이다.
FCBGA 생산능력을 보면 일본의 IBIDEN이 단연 1등이다. 점유율도 일본 회사인 IBIDEN과 SHINKO가 선도하고 있다. 한국에서는 삼성전기와 대덕전자가 주로 생산을 하고 있고, 최근에 투자도 적극적으로 하면서 넘쳐나는 수요에 대응하고 있다. 뿐만 아니라 LG이노텍, 코리아서키트도 투자로 생산능력을 늘이려고 한다. 우리나라뿐만 아니라 웬만한 기판 회사들이 FCBGA에 적극적인 투자를 단행하고 있다. 공급난이 언제쯤 해결될지 그리고 투자 후 공급이 안정화되면 기판 시장에서 누가 살아남을지 지켜봐야 할 것 같다.
기판 회사의 두려움, Fan-Out 패키징
기판 회사가 가장 두려워하는 것은 무엇일까? 모든 회사가 그렇듯.. 아무도 기판을 찾지 않을 때.. 바로 기판이 필요 없어지는 것이다. 앞서 패키징 공정에서 기판이 필요하다고 했는데, 모든 패키지에서 기판이 필요한 것은 아니다. 바로 Fan-Out Wafer Level Package (FOWLP) 기술에서는 기판 없이 말 그대로 Wafer를 기반으로 한 칩만 이용해서 패키징을 한다. TSMC에서도 이 기술을 이용하여 아이폰에 들어가는 AP (Application Processor)를 거의 독점적으로 납품하고 있다.
칩을 설계하고 만드는 팹리스 입장에서는 기판이 필요 없으니 원가 절감을 할 수 있고, 두께도 얇게 만들 수 있는 장점이 있다. 그러면 기판 회사 입장에서 가만있으면 안 되며, FOWLP를 대항할만한 기술을 개발해야 한다. 그게 바로 Fan-Out Panel Level Package (FOPLP)이다. FOPLP는 300mm 지름의 Wafer보다 더 큰 PCB 기판을 사용하기 때문에 면적 사용률이 더 높다. 원형인 Wafer보다 직사각형인 Panel의 경우 버리는 면적이 더 작기 때문에 가격 경쟁력이 우수하다는 장점이 있다.
반도체 생태계에서 현재는 공급 부족으로 호황이지만 미래 먹거리와 함께 생존을 위해 기판 회사들의 기술 개발이 계속되고 있다. 현재도 그렇듯 기판 회사들은 패키징 기술 변화에 빠르게 대응해 나가야 될 것 같다.
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