최근 전자업계에서는 '반도체 패키지 기판'에 대한 관심이 뜨거워요. 코로나19(신종 코로나바이러스 감염증) 이후 비대면 문화 정착에 따라 IT 데이터 활용이 늘면서 데이터센터 서버용 칩 수요가 급증했는데, 기판의 공급량이 수요를 따라가지 못하면서 품귀 현상을 빚고 있기 때문인데요.
반도체 패키지 기판을 생산하는 삼성전기의 패키지 기판 실적만 봐도 기판 시장의 상황을 알 수 있어요. 지난 1분기 삼성전기에서 기판 사업을 담당하는 패키지솔루션 부문 매출은 5196억원으로 전년 동기 대비 44% 증가했어요. BGA는 수요 호조세 지속에 따른 고사양 제품 공급 확대로 매출이 증가했고, FC-BGA도 공급부족 상황이 지속되면서 매출이 늘었다는 게 삼성전기 측 설명이에요.
반도체 패키지 기판이 전자 기기 내에서 어떤 역할을 하길래 비대면 시대에 수요가 급증한 걸까요? 삼성전기 유튜브를 참고해 알아봤어요.
반도체 연결하고 보호까지
전자 기기를 분해했을 때 초록색 판을 본 적이 있나요? 초록색 판에 여러 가지 선이 그려져 있죠? 이걸 인쇄회로기판(PCB)이라고 해요. Printed Circuit Board, 즉 전기 신호가 지나가는 회로가 인쇄된 보드라는 뜻이죠. 전자기기가 잘 작동할 수 있도록 부품간 신호를 연결해주는 데 꼭 필요한 부품이에요.
인체로 예를 들어볼까요. 기판은 우리 몸의 뼈대와 같은 역할을 해요. 기판에 올라가는 여러 부품은 우리 몸의 장기, 회로는 신경과 혈관으로 생각하면 돼요. 우리 몸의 두뇌와 장기들이 신경과 혈관으로 연결돼 상호작용하는 것처럼, 기판에 프린트 돼 있는 회로는 전기신호와 에너지를 연결하는 역할을 하는 것이죠.
기판은 사용처나 구조, 재질 등에 따라 여러 종류로 분류할 수 있는데요. 크게 보면 메인보드와 반도체 패키지 기판, FPCB(연성회로기판)로 나뉘어요. 메인보드는 CPU(중앙처리장치), 램(RAM), 그래픽 카드 등 가장 기본적인 부품을 담고 있는 메인 기판이에요. FPCB의 F는 Flexible이에요. 제품의 크기를 최소화하기 위해 기판을 휘어질 수 있는 유연한 재질로 만들어 공간 활용성을 높인 제품이죠.
그렇다면 반도체 패키지 기판은 무엇일까요? 반도체 패키지 기판은 말 그대로 반도체를 포장한다고 보면 돼요. 반도체에서 전기 신호가 들어가고 나가는 부분을 단자라고 하는데, 이 단자 사이에는 간격이 있어요. 반도체 접촉 단자와 메인보드 단자의 간격은 약 4배 정도 차이가 나요. 서로 연결돼 신호를 주고받아야 하는데, 이 간격 때문에 연결되기가 쉽지 않아요. 반도체 패키지 기판은 단자들의 재배선을 통해 반도체가 메인보드에 있는 여러 부품과 전기 신호를 주고 받을 수 있도록 해줘요.
또 반도체 패키지 기판은 반도체를 보호하는 역할도 해요. 반도체 칩은 실리콘으로 만들어져 외부 충격에 망가지기 쉬워요. 그래서 반도체 패키지 기판은 반도체를 메인보드에 연결해줄 뿐 아니라 외부 온도 습도가 충격으로부터 반도체를 보호하는 역할을 하기도 한다네요.
볼로 연결해 효율성↑
반도체 패키지 기판 중에서도 FCBGA(플립칩 볼그리드 어레이)는 만들기 어려운 제품으로 꼽혀요. FCBGA라니 단어만 봐도 어렵게 느껴지죠. 하나하나 알아볼게요.
기판을 반도체에 붙이는 방법은 두 가지가 있어요. 첫 번째는 와이어 본딩 방식이에요. 와이어 본딩은 칩의 4개 가장자리 면을 선으로 연결하는 방식이에요.
전기 신호가 들어가고 나가는 접촉 단자를 I/O(Input/Output, 입출력)라고 부르는데요. 와이어 본딩 방식은 가장자리 4면만 쓸 수 있다 보니 많은 수의 IO를 형성하는 데는 물리적인 한계가 있어요.
이런 한계를 극복하기 위해 도입된 방식이 플립칩(FC)이에요. 플립칩은 선 대신 작은 볼을 활용해요. 덕분에 바깥쪽 모서리가 아니라 반도체와 패키지 기판의 접촉면을 활용해 I/O를 형성할 수 있죠. 칩의 가장자리가 아닌 안쪽 면적까지 넓게 사용하니 더 많은 I/O를 형성할 수 있어요. 또 볼을 활용해 신호 이동 거리가 선보다 짧다 보니 고밀도 반도체 대응이 가능해요.
BGA는 패키지 기판과 메인 PCB와의 접속 방법의 하나인데요. BGA(Ball Grid Array)는 반도체에서 신호가 오가는 부분을 공(Ball) 모양으로 배열(Array)해 반도체 칩과 기판을 연결했다는 의미예요. 보통 모바일 AP, 모바일용 메모리 칩 등에 적용되죠.
CSP(Chip Size Package)는 BGA의 일종이지만 반도체 칩과 기판 사이즈가 비슷한 제품을 말해요. BGA는 칩보다 기판 사이즈가 더 큰 제품을 뜻하는데요. 보통 칩 면적이 패키지 면적의 80% 이상일 때 CSP라고 해요.
투자 늘리는 양대 부품사
국내 대표 부품사인 삼성전기는 반도체 패키지 기판 부문의 글로벌 선도업체인데요. 최근에는 애플에도 FCBGA을 공급할 가능성이 큰 것으로 알려지며 화제가 되기도 했어요. 삼성전기가 공급하는 FCBGA는 애플의 차세대 중앙처리장치(CPU) 프로세서인 'M2'에 적용될 것으로 예상되고 있어요. 업계에 따르면 삼성전기는 전 세대 프로세서인 M1에도 FCBGA를 납품한 것으로 알려져 있죠.
끊임없는 러브콜에 대비해 삼성전기는 기술력 고도화와 함께 FCBGA 생산능력 확대도 지속하고 있어요. 지난해에는 베트남 생산기지에 1조3000억원의 FCBGA 관련 투자를 하겠다고 밝혔고요. 지난달에는 부산에도 3000억원을 투자한다고 밝힌 바 있어요.
아울러 삼성전기와 함께 양대 부품사로 꼽히는 LG이노텍도 FCBGA 시장에 공격적으로 투자하고 있어요. LG이노텍은 지난 2월 4130억원을 FCBGA 시설 및 설비에 투자하겠다고 밝혔어요. FCBGA를 새로운 미래 성장 동력으로 꼽은 것인데요. 이에 앞서 지난해 12월에는 FCBGA 사업담당, 개발담당 등 임원급 조직을 신설하기도 했죠.
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