AI 반도체용 고부가가치 기판인 플립칩 볼그리드 어레이(FC-BGA)의 수요가 급증하고 있다. 삼성전기는 2026년까지 서버, AI, 전장, 네트워크 등 고부가 FC-BGA 제품의 비중을 50% 이상으로 확대할 계획이다.
서버용 FC-BGA는 반도체기판 중 가장 기술 난도가 높은 제품으로 전 세계에서 하이엔드급 서버용 기판을 양산하는 글로벌 업체는 일부 업체에 불과하다.
지난 2022년 매출 기준 일본과 대만 기업의 점유율은 69%로 일본과 시장이 시장을 주도하고 있다.
삼성전기는 지난 7월 글로벌 반도체 기업인 AMD(Advanced Micro Devices)와 고성능 컴퓨팅(HPC) 서버용 FC-BGA 공급 계약을 맺고 제품 양산을 시작했다.
반도체기판 중 하나인 FC-BGA는 고집적 반도체 칩과 기판을 플립칩 범프로 연결하며 전기 및 열적 특성을 높인 패키지기판이다. 주로 PC, 서버, 네트워크, 자동차용 CPU(중앙처리장치), GPU(그래픽 처리 장치)에 사용된다.
◆머리카락 굵기의 1/20 수준의 미세 가공 & 미세 회로 기술 보유
반도체기판을 만들기 위해 필요한 핵심 기술은 ′미세 가공 기술′ 과 ′미세 회로 구현′이다.
전자기기의 기능이 많아질수록 필요한 부품도 많아지고, 회로가 많이 필요해진다. 한정된 기판 면적 안에 많은 길(회로)을 만들어야 하기 때문에 여러 층으로 만들어야 한다.
층간에도 회로가 연결돼야 하기 때문에 구멍을 뚫어 전기적으로 연결하기 위한 도금 과정을 거치는데 각 층들을 연결해주는 구멍을 비아(Via)라고 한다.
비아는 일반적으로 80마이크로미터(um) 크기의 면적 안에 50um의 구멍을 오차 없이 정확히 뚫어야 하기 때문에 정교한 가공 기술력이 필요하다.
삼성전기는 A4용지 두께의 1/10 수준의 10um 수준의 비아를 구현할 수 있어 세계 최고 수준의 미세 비아 형성 기술을 가지고 있다.
아울러 머리카락 두께의 1/20 인 5um 이하 수준의 회로선 폭을 구현할 수 있는 미세회로 형성 기술을 보유하고 있다.
이 기술은 일반적으로 회로 폭과 회로간 간격이 8~10um 수준의 얇은 선 폭을 구현해야 하는 어려운 기술이다
◆약 2조의 대규모 투자... 부산과 베트남 신공장에서 대량생산
서버용 CPU·GPU는 연산처리능력과 연결 신호 속도 향상 등 고성능화에 대응하기 위해 하나의 기판 위에 여러 반도체 칩을 한꺼번에 실장 해야 한다.
따라서 서버용 FCBGA는 일반 PC용 FCBGA보다 기판 면적이 4배 이상 크고, 층수도 20층 이상으로 2배 이상 많다.
그만큼 서버용 FCBGA는 기판의 대형화와 고다층에 따른 제품 신뢰성 및 생산 수율을 높이기 위한 제조 기술 확보와 전용 설비 구축 등 후발 업체 진입이 어려운 분야다.
삼성전기는 반도체기판 분야에 1조9000억원을 투자해 부산과 베트남 신공장을 첨단 하이엔드 제품 양산기지로 운영하고 있다.
특히, 삼성전기 베트남 공장은 자동화된 물류 시스템과 첨단 제조환경을 기반으로 지능형 제조 시스템을 운영하는 스마트 팩토리 시스템을 적용해 안정적으로 제품을 생산하고 있다.
삼성전기는 지능형 제조 시스템을 통해 공장 내 모든 운영 데이터를 자동으로 수집, 분석하여 라인 운영에 실시간 반영하고 있다.
또한, 삼성전기 베트남 공장은 AI 딥러닝 기술을 활용해 최적의 레시피를 자동으로 적용하고, 데이터에 기반한 실시간 분석을 통해 최고 품질의 제품을 양산하고 있다.
삼성전기는 22일 서울 중구 태평로빌딩에서 PC-BGA를 주제로 설명회를 진행했다. [사진=주주경제신문 박소연 기자]
◆패키지 기판 시장, 2028년 8조 규모, 연평균 14% 성장 전망
시장조사업체인 프리스마크에 따르면 반도체기판 시장 규모는 2024년 4조 8000억원에서 2028년 8조원으로 연평균 약 14%로 지속 성장할 것으로 예상된다. 특히, 5G 안테나, ARM CPU, 서버·전장·네트워크와 같은 산업 ·전장 분야를 주축으로 해서 시장 성장을 견인할 것으로 예상한다.
삼성전기는 클라우드 시장 성장에 따른 고성능 서버 및 네트워크, 자율주행 등 하이엔드 반도체기판 시장에 집중해 2026년까지 고부가 FC-BGA 제품 비중을 50% 이상 확보할 계획이다.
황치원 삼성전기 패키지개발팀장 상무는 "로직(시스템) 반도체는 고객이 요구하는 성향이 모두 다르고 최근에는 엔드 고객들이 자사칩을 직접 설계해서 만들고 있다"며 "삼성전기에게 엄청난 기회요소라고 보고 있다"고 말했다.
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