반도체 패키지 기판(2)

반도체 패키지 기판(2)

(Package Substrate)

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시장의 흐름을 읽기 위해 증권사 리포트 및 뉴스를 읽고, 

개인적으로 중요하다고 생각한 내용을 발췌했으며,

매수, 매도 추천 아님, 투자의 모든 책임은 투자자 본인에게 있다!

 

 

3월 26일 작성된 키움증권 보고서를 읽고, 내용이 많아 두번에 나눠서 게시하게 되었어요.

반도체 패키지 기판(1)에서 반도체 패키기 기판이 뭔지, 패키지 기판 시장 전망에 대해 간략히 소개했고요.고성능 및 대면적화가 되면서 기술이 진화하고 그에 따른 구조적으로 호황이라고 합니다.  보고서에는 "삼성전기, LG이노텍, 심텍" 3개 기업에 대해 기업분석을 했으니, 참고하시고, 자세한 내용은 보고서를 읽어보기 바랍니다.

 

2021.03.26 키움증권 김지산, 오현진 애널리스트 : "패키지 기판 진화의 다른이름, 호황" 

FC-BGA 대면적화

고성능 프로세서가 대면적 FC-BGA 요구 

대면적 FC-BGA는 고성능 컴퓨팅, 데이터 서버, 통신에 사용되는 고성능 CPU, GPU, 스위치 등에 채용된다. 클라우드 컴퓨팅, 인공지능, 고속 통신 트렌드를 위한 필요하다. 이러한 고성능 프로세서는 200㎟ 이상의 대면적 Die와 1,000~10,000개에 이르는 많은 I/O를 가지며, 최적의 성능을 위해 메모리나 다른 프로세서와 함께 패키지 되기도 한다. 이들은 또다른 대면적, 고난도 패키지와 멀티칩 모듈 을 요구하기도 하고, 비싼 패키지 기판을 사용한다.

FC-BGA 크기가 2배, 3배로 커지면 면적은 4배, 9배로 커진다.

 서버용이 고사양, 대면적 

서버용 FC-BGA가 더욱 대면적이고, 더욱 복잡하며, I/O가 많다. 층수면에서 노트북용이 10층이라면, 서버용은 16~18층이다. 면적의 경우 노트북용이 대략 37x37㎜라 면, 서버용은 50x50㎜, 60x60㎜ 수준이다. PC용은 박판이고, 서버용은 후판이다. 물론 서버가 노트북보다 공간 제약이 덜하기 때문에 대면적, 후판에 관대하다.

 Apple, 독창적 패키지 기술 도입 

Apple은 새로운 M1 프로세서를 통해 프로세서와 메모리를 함께 패키징하는 기술을 채용했다.

M1 프로세서와 DRAM 패키지가 실장된 FC-BGA는 3-2-3층 구조에 35㎛ L/S로 구현됐다. 이러한 신형 FC-BGA의 공급 능력을 갖춘 업체는 Ibiden, 삼성전기, Unimicron에 국한될 것이다.

 

기술 진화에 따른 구조적 호황

 FC-BGA 사업 특성 

경험적으로 본 FC-BGA 사업의 특성은 다음과 같다. 1) 특정 고객(Intel)에 대한 의존도가 높고, 2) 신규 공정과 프로세서에 대한 기술 협력 여부에 따라 1 st Tier와 2 nd Tier간 양산 시점, 판가, 수익성에서 큰 격차를 가지며, 3) PC 사이클과 함께 경기 민감도가 큰 데, 대규모 장치 산업의 특성상 가동률에 대한 실적 레버리지가 크고, 4) 2 nd Tier 업체들의 경우 경기 하락기에 큰 손실을 감내해야 했다.

 높은 진입 장벽 

FC-BGA는 후발 주자의 시장 진입이 쉽지 않다. 높은 진입 장벽으로 초기 대규모 투자 비용과 기술적 난이도를 거론한다. FC-CSP까지는 BT(Bismaleimide triazine) 소재를 사용하지만, FC-BGA는 ABF(Ajinomoto build-up film) 소재로 변경되며, 이에 따른 별도의 장비가 요구된다. 

 경쟁구도 제한적 

현재 FC-BGA의 경쟁 구도를 보면, 서버용은 Ibiden, Shinko, PC용은 삼성전기, Ibiden, Shinko, Nan Ya, Unimicron, AT&S 등에 제한돼 경합하고 있다. 국내에서는 LG이노텍과 대덕전자가 신규 진입을 시도하고 있는 것으로 알려진다.

 

출처 : 키움증권

◎ 삼성전기 : 패키지 기판 국가대표 

PC용 FC-BGA 선두에 올랐고, 노트북용 박판 제품에 주력하고 있다. PC용 FC-BGA 시장에서 점유율은 15~20% 수준으로 추정되며, 상승 추세에 있다. FC-BGA 매출은 19년과 20년에 각각 55%, 42% 고성장한데 이어 올해는 19% 증가한 5,300억원에 이를 전망이다. 수익성은 역사적으로 가장 높은 수준을 경신할 것이다. 

 

◎ LG이노텍 : 패키지 기판 신흥 강자

FC-CSP에 이어 통신용 SiP와 mmWave AiP 기판의 강자로 부상했다. 패키지 기판의 후발 주자에 속하지만, Tape Substrate, FC-CSP 등의 사업화 과정에서 보듯이 시행착 오를 최소화하며 예상보다 빠른 시기에 고수익성을 확보하고 선두권으로 도약했다. 패키지 기판 매출은 지난해 5,500억원(YoY 42%)에서 올해 34% 증가한 7,400억원으로 추정된다. 물론 역대 최고 수익성을 수반할 것이다.

 

◎ 심텍 : 패키지 기판 작은 거인

올해 매출액 1조 2,421억원(YoY 4%), 영업이익 1,091 억원(YoY 21%) 전망. 관전포인트로서 1) MSAP 기판 생 산능력 추가 증설을 통한 시장 수요 적극 대응, 2) FCCSP는 5G 보급형 AP 위주로 고성장세 회귀, 3) DRAM 의 DDR5 전이 효과 4분기부터 가시화, 4) RF SiP 등 차 세대 제품군 역량 확보 노력.

 

차세대 패키지 기술

 미세 설계와 이종 통합 초점  

차세대 패키지 기술은 미세 설계와 이종 Die 통합 기능에 초점을 맞춘다. 차세대 패키지 기술은 FO-WLP, 실리콘 인터포저 접근법, 3D Die 스태킹 등을 포함한다. 향후 5년간 패키지 시장 성장 금액의 40%가 차세대 패키지에서 비롯할 전망이다.

 인터포저, 복수 칩 결합 목적 

복수 칩 결합을 위해 인터포저를 사용한 패키지 기술이 사용된다. 연산, 그래픽 처리, AI, 네트워크 등 최신 응용처에서는 복수 칩 결합 패키지가 보편화되고 있다. 이유는 반도체의 성능과 원가가 지속적으로 개선될 것으로 본 ‘Moore의 법칙’이 약화되고 있기 때문이다.

 인터포저 원가가 과제 

원가 측면에서 본다면, TSV 공정을 포함한 수동 실리콘 인터포저 원가는 대략 ㎟당 5센트로 파악된다. 이러한 원가 부담을 안고 복수 Die 전체 크기에 해당하는 대면적 실리콘 인터포저를 수용할 제품은 많지 않을 것이다. CoWoS(Chip on Wafer on Substrate) 기술로 실리콘 인터포저 패키지 시장을 선도 하고 있는 TSMC도 저원가 대안 기술(CoWoS-L)로서 유기 재배선층 인터포저를 사용하는 방식을 선 보였다. CoWoS-L은 부분적인 실리콘 인터포저를 유기 재배선층 인터포저에 통합하는 기술이다.

▶ 2.5D 실리콘 인터포저

2.5D 실리콘 인터포저 방식은 프로세서와 메모리 등 Die를 Flip chip 형태로 고밀도 실리콘 인터포저 에 부착한 다음, 실리콘 인터포저를 Flip chip 형태로 BGA 기판에 부착한다. 

TSMC는 고밀도 캐패시터를 실리콘 인터포저에 통합해 성능을 개선시키려 시도하고 있다. 하지만, 원가가 분명한 단점이다. 원가를 극복하기 위해 능동 실리콘 인터포저를 사용하는 방법과 작은 실리콘 상호연결 브리지를 사용하는 방법 등이 고려되고 있다.

출처 : 키움증권

▶ 유기(Organic) 인터포저

실리콘 인터포저보다 원가가 싼 대안으로서 유기 인터포저를 사용하기도 한다. 유기 인터포저는 재배 선층이 복수 Die간 고밀도 상호연결을 담당하는 형태인데, 속도보다는 소형화에 초점을 맞춘다. 다만, 유기 재배선층이 실리콘과 같은 고밀도를 구현하기는 어렵다.

 

삼성전자가 대표적 사례다. 삼성전자 방식은 ① 임시 캐리어에 재배선층을 형성하고, ② Die를 마이크 로범프로 재배선층에 부착한 다음, ③ 몰딩 컴파운드를 통해 Die를 고정시킨다. ④ 임시 캐리어를 떼어 내고 범프를 부착하고 나서 ⑤ 복수 Die 조립체를 FC-BGA 기판에 장착한다.

 

Shinko가 경쟁 기술(iTHOP RDL 인터포저)을 개발했는데, 먼저 재배선층 구조를 만들고, FC-BGA 기 반에 장착한 다음에 Die 조립을 진행하는 방식이다.

출처 : 키움증권