■ 선요약
TSMC, OSAT, FC-BGA 업체들의 증설 지속에 따른 수혜 기대
Why?
AI, 자율주행, 5G 발전에 따른 패키지 수요 확대
반도체 전공정 단계에서 미세화 한계 →후공정, 패키징 기술을 통한 성능 개선 시도
■ 반도체 후공정 순서
1. 라미네이션: 회로가 새겨진 웨이퍼 앞면에 테이프를 붙이는 공정
2. 백그라인딩 : 전공정에서 가공된 웨이퍼의 후면을 얇게 갈아내는 공정
3. 웨이퍼 소우(다이싱) : 웨이퍼를 개별 단위(net die)로 잘라내는 공정
4. 다이 어태치: 회로기판(substrate)에 칩을 붙여 고정하는 공정
5. 본딩 : 와이어나 범프로 칩을 전기적으로 연결하는 공정
6. 몰딩 : EMC 물질로 칩이 실장된 기판을 감싸는 공정
7. 마킹 : 레이저로 개별 제품에 제품 정보를 새기는 공정
8. 솔더볼 마운트: 회로기판에 솔더볼을 붙이는 공정
9. 싱귤레이션: 모듈/보드/카드에 실장하도록 개별 반도체로 잘라내는 공정
▶ 반도체 후공정 밸류체인
■ 패키지 연결단자 방식 및 기술 발전
반도체 속도를 높이려면 패키지 연결 단계에서 I/O(입출력단자) 수를 늘려야 한다.
입출력단자 수가 많을수록 빠른 신호 전달이 가능하기 때문이다.
I/O를 늘리기 위해서 개발된 패키지 기술이 Flip-chip(플립칩 패키지 기술)과 TSV다.
기존 와이어 본딩 방식 대비 I/O 수가 많고 라인 길이가 짧아 빠른 신호 전달이 가능하다.
첨단 패키징은 Wire Bonding에서의 1차 연결단자로 본딩 와이어,
2차 연결단자로 리드프레임을 많이 써왔다.
Advanced Packaging은 1차 연결단자로 솔더 범프 또는 골드 범프,
2차 연결단자로 솔더볼을 사용한다.
범프와 솔더볼은 본딩와이어나 리드프레임보다 연결할 수 있는
I/O 개수가 많고 패키지 내 차지하는 부피가 작아
고성능 반도체에 많이 활용되고 있다.
CPU나 AP처럼 비메모리 반도체가 고사양화 되면서
와이어 본딩 대신 플립칩 공정 또는 Fan-out 공정이 사용되기 시작했다.
한미반도체는 CPU처럼 고성능 칩에 사용되는 FC-BGA 기판 장비 수요가 늘어나면서
대형 기판을 절단하는 장비(MVSP) 매출이 증가하고 있다.
▶TSV
3D 패키지 발전으로 TSV 기술이 주목받고 있다.
TSV는 Through Silicon Via 약자다.
반도체에 구멍(Via Hole)을 뚫어 상, 하단 반도체 칩을 전극으로 연결하는 방식이다.
메모리칩을 적층하여 대용량 구현이 가능, 와이어를 연결할 공간이 필요 없어 패키지 크기를 줄일 수 있다.
TSV는 고속, 고용량, 작은 크기, 저전력 요구를 만족시켜 메모리에서 TSV를 이용한 적층 기술이
적극 개발되고 있다.
TSV는 기술적, 비용적 한계로 HBM(고대역 메모리), CIS(이미지센서) 패키지에 우선적으로 적용하고 있다.
▶ 하이브리드 본딩
전공정만으로 PPA를 개선하던 시대 → 첨단 패키징 기술 적용을 통해 PPACt를 극대화하는 방향으로 발전
기존 칩에서 필요한 각각의 기능을 분리하여 작은 면적의 칩을 따로 제조하고 Chiplet 기술을 통해 하나의 칩으로 만드는 것 (System in Package)
이종집적에서 중요한 것은 각각의 다이들이 높은 I/O를 가지고 접합되어야 한다.
지금까지 접점으로 사용하고 있는 범프의 면적이 너무 크고 구현하기 쉽지 않았다.
마이크로범프는 기존 40㎛에서 20㎛, 10㎛으로 축소된다.
10㎛이하로 줄이는 것은 매우 어려운 일이며 그래서 주목받는 기술이
하이브리드 본딩은 범프 없이 구리 배선의 패드끼리 직접 붙이는 기술이다.
전기신호 밀도를 1,000배 이상 올릴 수 있다.
하이브리드 본딩은 주로 HPC,서버, 데이터센터, AI 등 하이엔드 컴퓨팅을 중심으로 적용될 예정이다.
하이브리드 공정은 공정 과정에서 홈이 잘 형성되었는지 계측할 수 있는
원자현미경(AFM)과 잘라낸 다이를 다른 다이로 연결하는 하이브리드 본더 장비가 필요하다.
→AFM (파크시스템스) / 하이브리드 본더 장비(한미반도체)
후공정 단계에서 하이브리드 본딩으로 갈 경우 새로운 다이싱 방식이 필요할 것으로 예상되며
레이저 다이싱 장비가 사용될 것으로 기대된다.
■ 반도체 전공정 단계 미세화 한계 → 후공정 기술을 통한 성능 개선 확대 중
전공정 단계에서 미세화 속도가 둔화되면서 패키지 기술로 성능을 개선하려는 시도가 늘고 있다.
패키지 기술로 반도체 성능을 높이면서 비용 절감을 시도하고 있다.
미세 공정을 추가로 전개할수록 전공정 중에서 노광공정에 대한 설비투자 부담이 커지고
공정 과정이 복잡해졌기 때문이다.
전공정-노광공정에 쓰이는 EUV 장비는 2022년 3분기 매출 기준 장비 1대당 ASP가 약 2,500억원에 이른다.
■ TSMC 투자로 인한 낙수 효과
TSMC는 2022년 설비투자 가이던스를 400~440억 달러에서
360억 달러로 10% 하향 조정했지만 미국, 일본, 대만 증설은 계획대로 진행할 예정이다.
TSMC는 2024년 완공 목표로 짓고 있는 애리조나주 주 피닉스 공장 부근에
2026년 완공을 목표로 공장을 추가 건설할 계획이다.
일본 공장은 2024년 완공을 목표로 구마모토에 170억 달러를 투자할 계획이다.
2022년 설비투자를 10% 하향 조정했지만 중장기적으로 설비투자는 지속될 것으로 예상한다.
TSMC의 증설로 수혜가 기대되는 업종은 OSAT(후공정 서비스 업체)이다.
TSMC와 글로벌 OSAT 매출 증가율 추이를 보면 동행하는 흐름을 보이고 있다.
비메모리 반도체는 다품종 소량생산의 특징이 있다.
칩의 종류마다 다른 후공정을 거쳐야 하고 칩의 테스트 또한 다른 방식으로 진행되어야 한다.
TSMC도 후공정 사업을 직접 영위하고 있지만
모든 칩의 후공정을 감당할 수 없어 일부 제품의 후공정은 OSAT 업체에 맡기고 있다.
OSAT 업체 중 TSMC와 협력하는 업체는
대만의 ASE, 미국의 Amkor가 있다.
글로벌 OSAT 업체와 거래하는 국내 업체로는
한미반도체, 이오테크닉스, 인텍플러스가 있다.
국내 후공정 업체들의 고객사는 대부분 주요 OSAT 업체,패키지기판 업체들이다.
따라서 OSAT 업체들 외에도 패키지기판 증설도 주목해야 한다.
패키지기판 공정에서 한미반도체의 싱귤레이션 장비,
이오테크닉스의 PCB Driller,
인텍플러스의 Flip-chip 외관검사장비 등 후공정 장비가 사용되기 때문이다.
후공정 장비 업체들은 매출처가 해외로 다변화되어 있어
상대적으로 안정적인 영업이익률 유지하고 있다.
후공정 업체들의 수출 비중을 살펴보면
전방 고객사가 아시아에 집중되어 있고
그중에서도 대만과 중국이 대부분을 차지하고 있다.
후공정 장비는 미국의 대중국 제재 대상에 해당되지 않아 매출 영향은 제한적일 것으로 예상한다.
■ 후공정 기술 응용처 확대
비메모리 반도체는 다품종 소량생산 특징이 있다.
칩의 종류마다 다른 후공정을 거쳐야 하고 칩의 테스트 또한 다른 방식으로 진행되어야 한다.
AI, 자율주행, 5G 발전에 따라 다양한 칩에 다양한 패키징 방식과 장비고 필요하게 되었다.
제한된 응용처에 적용되던 후공정 기술이 AI, 자율주행, 5G 등 다양한 응용처에 적용되기 시작했다.
예를 들어 과거에는 EMI Shield 스퍼터링 기술은 아이폰 일부 칩에 제한적으로 적용되었다.
이제는 맥북용 칩에도 적용, 가전제품뿐만 아니라 항공우주 분야인 저궤도 위성통신에도 사용될 예정이다.
고성능 고사양 반도체 수요가 증가하면서 칩의 크기를 물리적으로 줄이면서도
집적도를 높이기 위해 멀티 칩 혹은 멀티 다이 패키징이 적용되고 있다.
이러한 멀티 다이 패키징 영향으로 이오테크닉스의 레이저 마킹 공정이 여러 번 쓰이게 되었다.
고성능 고사양 반도체에 중요한 기술은 속도다.
속도를 높이기 위해 입출력단자(I/O)를 늘려야 한다.
입출력단자를 늘리기 위해 범프 크기가 축소되고 범프를 사용하지 않는 패키징 방식이 개발 중이다.
이러한 범프 크기 불량을 측정하는 검사 장비 수요도 증가하고 있다.
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