반도체 기판 산업 분석 (종류, 밸류체인)

최근 다 망해가는 국내 PCB 업체들이 경쟁이 치열한 HDI 등의 PCB 사업은 정리하고 기술력이 높은 반도체 기판 사업으로 재편중입니다.

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오늘은 다가오는 메모리 사이클에서 좋은 퍼포먼스를 줄 것으로 예상되는 반도체 기판 종류와 밸류체인에 대해 알아보겠습니다.

 

반도체 기판 종류

인쇄회로기판(PCB)는 전자기기 속 여러가지 선이 그려진 초록색 판으로 절연기판 위에 전기적 신호를 전달할 수 있는 도체를 형성시킨 전자부품입니다.

 

반도체를 보호하고 저항, 커패시터 등 다양한 부품들과 연결하는 역할을 합니다.

 

기판(PCB) 분류

PCB는 형태에 따라 연성, 경성으로 구분

 

(1) 경성(Rigid)

메인보드(MLB, HDI, SLP) 와 패키지기판(BGA, CSP, SIP, MCP, BOC)로 구분됩니다.

 

(2) 연성(Flexible)

FPCB, RF-PCB로 구분됩니다.

 

패키지기판에 반도체 칩을 부탁하는 방법에 따라 BGA, CSP, SIP, MCP, BOC 등으로 나눌수 있습니다.

 

반도체 칩과 패키지 기판 간의 연결 방식에 따른 분류

 

반도체 기판은 칩과 기판을 연결하는 방식에 따라 WB(저사양), FC(고사양)로 나눌수 있는데, WB는 Wire bonding 즉 구리선을 이용해서 칩과 기판을 연결하는것이고 FC Flip chip은 솔더범프(납땜 할때 그거 생각하면 됨)를 이용해서 연결합니다.

 

WB방식은 칩의 4면을 이용할수밖에 없지만, FC 방식은 칩의 전면부를 다 이용할수있어 I/O를 많이 할 수 있습니다.

 

(1) 와이어 본딩(Wire bonding) 방식

• 반도체 칩과 PCB 에 구멍을 내어 금속선으로 연결되는 방식
• 저성능, 저부가 반도체 패키징에 사용됨 수익성이 낮음
• 리드프레임: 대표적인 제품. 주로 냉장고, TV등 IT 제품에 사용됨.
• 최근 차량용 반도체 수가 늘어나면서 리드프레임 수요가 급증했음.

 

(2) 플립칩 본딩 방식

• 반도체 칩에 미세한 숄더볼(범프)를 붙여 뒤집어서(Flip), 리드프레임에 붙인 뒤 숄더볼로 PCB기판에 연결하는 방식
• 더 빠르고, 안정적임
• FC-CSP, FC-BGA, FC-BOC, SiP, AiP 등이 여기에 해당함

 

(3) TSV 본딩 방식

• 반도체 칩의 안쪽에 미세한 구멍을 뚫어 상단칩과 하단칩을 전극으로 연결하는 방식
• 와이어본딩 방식보다 적층공정이 줄어들고 연결오류가 적어 고속, 저전력, 고밀도, 고사양 반도체 제조가 가능.

 

패키징 기판 제품 구분

 

(1) 시스템 반도체

(가) FC-BGA

• 서버, CPU, 자동차에 사용
• 삼성전기, LG이노텍, 대덕전자, 코리아써키트

 

(나) FC-CSP

• 모바일기기(스마트폰AP)에 사용
• 삼성전기, 심텍 SIP 통신용 칩, 모바일기기에 사용
• 삼성전기, LG이노텍, 심텍

 

(다) FPCB&RF-PCB

• 모바일기기, 자동차전장용, AR/VR용에 사용
• 비에이치, 인텍플렉스, 뉴프렉스(AR/VR)

 

(라) HDI

• 모바일기기(스마트폰, 패드, 노트북)에 사용
• 코리아써키트, 디에이피

 

(마) MLB

• 서버, 슈퍼컴퓨터, 통신장비, 우주항공에 사용
• 이수페타시스, 대덕전자

 

(2) 메모리 반도체

(가) 메모리 모듈

• 서버, PC에 사용
• 심텍, 티엘비

 

(나) MCP

• 스마트폰에 사용

 

(다) BOC

• 서버, PC에 사용

 

기판시장의 침체와 부활

(1) 기판시장의 침체

기판산업은 2000년대 중반 PC/모바일 성장 때 함께 성장했고 이후 침체기를 맞이했습니다.

 

이후 애플이 PCB 없는 FO-WLP 신기술을 채택함에 따라 모바일 기판(FC-BGA)의 수요가 감소했습니다.

 

FO-WLP 는 PCB기판 대신 RDL사용하여 칩 성능을 개선한 기술입니다. (RDL 실리콘 공정으로 미세공정 임)

 

(2) 기판시장의 부활

2019년 서버용 CPU 성장으로 FC-BGA 수요 증가했습니다.

 

(수요에 대응하고자 신코, 이비덴, 대만 UMT, 대덕전자, 심텍, 삼성전기, LG이노텍이 대규모 투자에 나섰다.)

 

미세공정(전공정)의 난이도가 증가로 칩 성능향상에 한계가 찾아옴. -> 패키징(후공정)을 통한 성능 개선이 부각됨

 

AMD 칩렛, 인텔 헤테로지니어스 구조 도입(멀티칩 실장, 기판면적과 층수 4->6 증가)으로 FC-BGA 수요가 폭증했습니다.

 

애플 M1 출시 (이종 칩을 하나의 패키지로 구현)로 성능 개선, 사이즈 증가하여 FC-BGA 수요가 증가, 가격이 상승하였습니다.

 

서버용 기판은 PC용 기판 대비 면적 3.6배, 층수 2.5배

 

차량용 - 리드 프레임 패키징 -> FC-BGA 변화(자율주행 2~3레벨)

 

웨어러블 디바이스, 메타버스 디바이스 -> SiP/AiP 수요 가속화

 

기판 관련 기술

(1) 인터포저

• 반도체 기판 미세화 한계를 극복하기 위해 고안된 기술, 미세 선폭 구현으로 전체 시스템 성능 향상에 도움.
• TSMC CoWoS
• 2.5D 패키징 기술
• 고성능컴퓨팅에 적합

 

반도체 기판 핵심 기업

(1) 심텍

• 반도체 기판, 모듈 PCB 생산
• 매출비중 반도체 기판 70%, 모듈 PCB 30%
• DDR5 교체 수요 수혜

 

(2) 대덕전자

• 메모리 기판 주력 시스템 반도체 시장 확장
• FC-BGA DDR5 교체 수요 수혜
• 거래업체 삼성전자, SK하이닉스, 스카이웍스, 파트론, 엠씨넥스, 엠코테크놀로지

 

(3) 코리아써키트

• PCB 사업 60%, 반도체 기판사업 40% 차지

 

(4) 티엘비

• 메모리 모듈 기판 업체
• D램 모듈 54%, 낸드플래시 모듈 44% 매출 비중 차지
• DDR5 교체수요 수혜

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지금까지 반도체 기판 종류와 밸류체인에 대해 알아보았습니다.

 

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