[공부용리포트] 후공정 OSAT 산업의 특성과 TSMC , 삼성의 패키징 기술력의 차이 분석

 

 

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'국내 비메모리 OSAT 산업의 기회'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

↓↓ 기본적인 반도체 제조공정과 후공정 기술 용어에 대해 잘 모르신다면 밑에 글을 읽고 오셔야 이해가 됩니다!  ↓↓

 

 

*5분 만에 끝내는 반도체 제조 공정 정리* (tistory.com)

*5분 만에 끝내는 반도체 제조 공정 정리*

반도체 제조공정 정리 ↑

 

 

[공부 용리 포트] 반도체 투자 처음이라면 꼭 알아야 될 기본 개념 정리 - (3) 후공정 (tistory.com)

[공부용리포트] 반도체 투자 처음이라면 꼭 알아야될 기본 개념 정리 - (3) 후공정

후공정 용어 설명 ↑

 

 

 

 

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** 3줄 요약 **

 

 

1) OSAT는 비메모리 반도체에서 매우 중요함. 사실상 앞으로의 공정 발전은 후공정에서 이루어질 예정임. 또한, 올해 비메모리 반도체의 폭발적인 수요로 인해 더더욱 후공정의 중요성이 부각되고 있음.

 

2) 이에 따라 삼성전자는 비메모리 글로벌 1위를 달성하기 위해서 TSMC와의 선단 공정 양산 경쟁이 필수적이며, 패키징 기술력도 갖춰야 함.

 

3) 삼성전자가 후공정 경쟁력을 강화시키기 위해 국내 OSAT 업체들과의 협력체계를 구축시키는데 더욱 노력을 쏟을 것이고, 이는 국내 후공정 업체들에게 매우 좋은 기회가 될 것임.

 

 

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① OSAT 산업, 개념과 현황

 

OSAT는 반도체 제조공정에 있어 후공정인 패키징과 테스트만을 전문적으로 하는 산업을 지칭한다. 

 

패키징과 테스트는 반도체 공정이 미세화되고 발전될수록 그 중요성이 부각되고 있다. 테스트의 경우 불량품을 미리 걸러내어 불필요한 패키징을 피해 원가절감을 할 수 있고, 특히 패키징의 경우 미세화 공정 발전의 한계를 해결해줄 수 있는 key 같은 역할을 쥐고 있다. 비메모리 반도체는 이미 선단 공정이 3nm까지 육박했기 때문에 사실 전공정으로는 한계에 다다른 상태이고, 남은 후공정으로 칩의 집적화를 더 늘리고자 하는 형국이다.

 

 

일반적으로 메모리 반도체의 경우 소품종 대량생산이 특징이라 고부가 패키징의 비중이 적으며, IDM 업체가 패키징 시설을 직접 가지고 있는 경우가 많고, 메모리 산업 특성상 경기에 따른 변동성이 커 후공정 업체들의 변동성 또한 큰 게 특징이다.

 

반면, 비메모리 반도체는 다품종 소량생산이라 후공정의 중요도가 메모리 산업 대비 부각되고, 패키징 기술력이 차별화되는 산업이라는 점에서 OSAT들의 기술력 및 수익성이 더 높다. 

 

 

이러한 이유들로 OSAT는 비메모리 반도체 생산에서 특히 중요하고, 앞으로의 공정 발전은 사실상 후공정, OSAT에서 이루어질 것이다.

 

 

 

② 글로벌 OSAT 시장 

 

파운드리로부터 가공된 웨이퍼를 수주받아 반도체 칩을 만든다는 점에서 OSAT산업은 파운드리 산업과 함께 성장한다. 

 

특히, 파운드리 시장 점유율 50% 이상을 차지하고 있는 TSMC를 주요 고객사로 둔 OSAT 업체들의 점유율이 높다. 대만의 TSMC 생태계에서 성장한 ASE와 2000년대부터 TSMC와 거래한 AMKOR가 각각 1등과 2등을 차지하고 있다. 이와 더불어 글로벌 상위 10위 OSAT 업체 중 대만 기업만 6개가 10위 안에 랭크되어있다.

 

 

 

 

 

③ 삼성전자  vs  TSMC

1) TSMC의 파운드리  패키징 기술력  :  FO-WLP, CoWoS

 

삼성전자가 비메모리 반도체 분야에서 글로벌 1위를 달성하기 위해서는 파운드리 산업 1위를 유지하고 있는 TSMC를 넘어서야 한다. (현재 2위임)

 

TSMC의 반도체 생산 공정은 현재 가장 앞선 수준으로 2020년에 이미 5nm 공정으로 양산을 성공했다. 나아가 2023년 3nm 공정 양산을 목표로 하고 있다.

 

TSMC는 선단 공정뿐만 아니라 패키징 기술에서도 시장에서 1등을 리드하고 있다. TSMC의 패키징 기술은 대표적으로 ① FO-WLP와 ② CoWoS가 있다.

 

① FO-WLP 공법은 다이를 자르기 전에 웨이퍼를 통으로 패키징하고, RDL을 형성함으로써 기판(Substrate)을 쓰지 않는 패키징 방식이다. 또한 거기다 FO방식을 곁들여 Packing on Packaging(PoP)를 적용시켜서 AP위에 DRAM을 같이 패키징하여 생산하였는데, 이 PoP 기술 때문에 TSMC가 애플의 AP 생산을 독점하게 된 계기가 되었다.

 

 

FO를 활용한 PoP 패키징 기술

 

 

 

또 다른 패키징인 ② CoWoS는 Chip on Wafer on Substrate의 약자로, 기판 위에 인터포저(interposer)라는 판을 하나 더 올려서  그 위에 칩을 연결하는 패키징 방식이다. CPU 등의 로직 반도체와 RAM을 stacking 한 HBM 등 다수의 칩을 한꺼번에 패키징 하는 2.5D, 3D 패키징 기술이다. 

 

 

 

CoWoS

 

 

▶ TSMC는 이 두 패키징을 통해 FO-WLP로는 모바일 수요에 대응하고, CoWoS는 고성능 컴퓨터 수요에 대응하며 고부가 제품들을 타깃으로 하는 패키징 기술력을 확보했음.

 

 

2) 삼성전자의 파운드리 패키징 기술력 : FO-PLP, X-cube

 

삼성전자는 글로벌 파운드리 산업 2위 업체로서 TSMC를 제외하고 유일하게 7nm 이하 선단 공정에 대응하고 있고, 5 나노 칩셋 양산 경험을 갖추고 3nm 이하의 선단 공정 개발에 투자하고 있다.

 

삼성전자와 TSMC의 파운드리 산업 내 경쟁에서 삼성전자는 1) 산업 내 후발주자이며, 2) 파운드리이자 IDM 업체라는 이유로 TSMC에 비해 해외 고객사를 확보하는 데에 어려움을 가지고 있었다. 하지만 최근 주요 글로벌 팹리스 업체들의 7nm 이하 선단 공정에 대한 수요가 증가하였고, 모든 수요에 TSMC가 대응하기 힘들다는 점이 삼성전자에게 기회로 다가오고 있다.

 

삼성전자는 실제로 PLP에 Fan Out (FO) 기술을 적용한 ① FO-PLP와 3D packaging solution인 ② X-cube 기술로 차세대 패키징 기술을 확보하려 하고 있다.

 

PLP 기술은 웨이퍼에 직접 패키징을 하던 WLP에서 생산성을 향상한 패키징 공법으로, 반도체 다이(칩)를 사각형의 패널에 배치하여 패키징 하는 기술이다. WLP 대비 생산성 증가 및 비용 절감의 효과가 있다. FO-PLP 기술은 이 PLP 기술에 Fan Out (FO) 기술을 적용한 공법이다.

 

 

 

PLP vs WLP

 

 

 

두 번째로, ② X-cube는 삼성전자의 3D 패키징 솔루션이다. TSMC의 CoWoS와 비슷한 개념으로, RAM을 적층한 HBM과 로직 반도체를 하나의 칩셋으로 패키징 한다. 적층시 와이어 본딩 대신 웨이퍼의 VIA(웨이퍼에 뚫린 구멍)를 통해 연결하는 Through Silicon Via(TSV)를 적용하여 처리되는 데이터의 속도를 향상하고, CoWoS와 마찬가지로 칩들은 인터포저를 통해 연결되며, 인터포저는 substrate에 연결되어 메인보드에 연결되는 구조이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

④ 국내 OSAT 업체들의 역할 확대

 

이러한 상황에서 삼성전자는 추후 국내 OSAT 업체들과 협력 체계를 더욱 공고히 할 가능성이 클 것으로 예상된다. 글로벌 파운드리 산업에서 삼성전자가 TSMC를 따라잡기 위해 보완해야 될 부분이 많기 때문이다.

 

패키징을 핵심 기술력의 일부로 보고 FO-PLP와 X-cube 기술에 투자를 했다는 점에서 삼성전자 또한 패키징 기술력을 일부 내재화할 것으로 예상되지만

 

1) TSMC와의 선단 공정 투자 경쟁에 대한 비용적인 부담이 증가하는 국면(EUV 장비 도입 경쟁)에서 패키징과 테스트 등 후공정의 격차 또한 줄여야 한다는 점,

 

2) TSMC는 자사의 FO 기술과 CoWoS 패키징을 이미 확보했다는 점,

 

3) TSMC는 대만의 OSAT 업체들과도 협력체계를 가지고 경쟁을 한다는 점으로 인해

 

삼성전자가 추후 비메모리 산업 전개에서 국내 OSAT 업체들과의 협력체계를 강화하는 것은 필수 불가결해 보임.

 

 

 

 

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파일은 용량 초과로 올리지 못합니다 ㅠㅠ 

한경컨센서스에 4월 6일 자로 산업 섹터에 올라와 있으니 참고해주세요.