SMT 생산설비 제조업체들이 PCB 업종에서 눈을 떼지 못하고 있다. 반도체 패키지 기판의 수요 급증과 PCB 업체들의 사업구조 재편으로 인해 특히, FC-BGA(Flip Chip –Ball Grid Array) 라인증설에 집중하였고, 이와 관련해 하이엔드급 생산설비 수요가 늘어났다. 지난해의 흐름이 올해는 더 거세질 것으로 예상되기에 높은 관심을 보이고 있다. 

국내 중견 이상의 PCB 업체들 모두 FC-BGA 생산라인증설에 동참하고 있다. 최근 언론 및 금융투자 자료에 따르면, FC-BGA 기판 관련 역대급의 설비투자가 진행되고 있다. 국내 대형 PCB 업체들이 초대형 투자를 결정하였고, 중견 업체들도 양산라인 증설에 발 빠르게 움직이고 있다. 삼성증권에 따르면, 삼성전기가 2년간 1조 원을 투자하고, LG이노텍이 2022년 이후 1조 원 투자를 계획하고 있으며, 대덕전자도 2022년 이후 4,000억 원을 추가 투자를 진행하며, 심텍 역시 2021~2022년에 2,000억 원 규모의 설비투자를 감행한다. 올해를 기점으로 반도체 기판 투자 황금기가 도래할 것이라고 예상하는 의견이 대다수이다. 

FC-BGA 설비투자 추세는 해외에서도 비슷하게 나오고 있다. 삼성증권은, 대만 유니마이크론이 2019~2022년 동안 총 3.6조 원을 투입하여 FC-BGA 생산 증설을 꾀하고 있다고 전했다. 더불어, 일본 이비덴은 신규 공장(가마)에 3년간 1,800억 엔을 투자하고, 신코는 3년간 1,500억 엔의 증설 투자를 감행한다.

반도체 기판용 설비투자가 급격히 증가한 이유에 대해 대신증권에서는, 반도체 칩의 미세화, 사이즈 확대 속에 PC/서버/콘솔 게임 수요 증가로 BGA 계열의 PCB 공급 부족을 주요 원인으로 꼽았다. 

2020년 3분기 시작된 언택트 수혜(코로나 19 반사이익)로 노트북을 포함한 PC의 신규/교체 수요 증가가 예상 수준을 상회했다. 시장조사기관인 IDC는 글로벌 PC 판매량이 2016년~2019년 연평균 1% 성장에 그쳤으나, 2020년에 12.9%(yoy) 증가했으며, 2021년에는 18.3%(yoy) 성장했을 것으로 추정했다. 

또한, 스마트폰 시장이 4G에서 5G로 전환이 가속화되면서 반도체 패키지기판의 고집적화, 미세화 추세가 강화되고 있다. 그에 반해 PCB 업체들의 생산 대응력이 낮은 편이다. 반도체 PCB 업체의 생산능력은 IT 기기별 비중을 배분한 상태에서 일부 하이엔드 기기의 판매 증가는 전체적인 공급 부족을 나타나게 하는 배경으로 작용했다. 

더불어, 단기적으로 FC-CSP 주요 생산업체의 화재로 생산능력 축소, 5G 시장 확대로 신규 수요 증가를 고려하면 기존 공급업체의 생산능력은 수요 증가대비 낮은 수준이다. FC-BGA는 서버/네트워크 向, 자동차 向으로 신규 수요가 창출하고 있다. 

 

 

대신증권의 자료에 따르면, FC(Flip Chip) 계열의 반도체 PCB 중 FC-BGA는 일본 이비덴(Ibiden), 신코(Shinko), 한국의 삼성전기 / FC CSP는 삼성전기와 LG이노텍, 킨서스와 유니마이크론이 각각 과점하고 있다. 2021년 일본, 한국의 FC-BGA&CSP 계열 반도체 PCB 공장은 이론적으로 완전 가동 수준을 유지하고 있다. 글로벌 스마트폰 시장이 5G 전환 추진, 신규로 AiP(안테나인패키지) 등장, SiP(시스템인패키지) 수요도 이전 추정치를 상회한 점이 전체 생산능력의 한계를 보여주고 있다. FC-BGA & FC CSP 계열은 전용공장이 아니며, 일부 도금 및 에칭 공정을 공통으로 사용하고 있다. 반도체 칩의 미세화 및 사이즈 확대는 패키지의 미세화 및 층 수의 확대를 요구하여 기존의 생산능력이 감소하게 된다. 새로운 BGA(AiP, SiP) 등장, 수요 증가는 공정의 병목 현상을 초래하여 공급에 영향을 미치고 있다.

5G 전환과 언택트 효과(비대면으로 노트북, 태블릿PC 수요 증가) 속에 반도체 기술 발전으로 패키지 서브스트레이트(Package Substrate) 미세화로 상위 반도체 PCB 업체의 기술 및 공급 과점 현상이 심화되고 있다. 또한 반도체 PCB(패키지 서브스트레이트)가 메모리 중심으로 성장한 이후에 비메모리 분야로 확대되고 있다. 메모리는 DDR 세대(DDR1 -> DDR2 -> DDR3 -> DDR4 -> DDR5) 전환이 패키지의 성장(리드프레임 -> 패키지)을 가져왔다. 메모리의 성능 향상과 구조 변화로 MCP, CSP, UT-CSP 등 다양한 패키지가 등장하였다. 비메모리의 성장은 PC보다 모바일, 자동차(자율주행, 전장화, 전기자동차)가 견인할 전망이다. CPU 기능 수행 및 R/F 통신부품 수요 증가로 엠셋공법(반도체 제조 공정 사용, 회로의 미세화 구현, 반도체 PCB 면적을 축소하여 기능수행)을 적용한 하이엔드 계열의 패키지(FC-BGA, FC CSP) 수요 증가가 높다. 신규 수요를 유발한 AiP, SiP 생산 증가로 중견 패키지 업체의 낙수효과를 포함하여 반도체 PCB 산업은 최대 호황기를 보내고 있다.

 

 

삼성전기의 홈페이지에서는, FC-BGA는 고집적 반도체 칩을 메인보드와 연결하기 위한 고집적 패키지 기판을 의미한다고 정의했다. 반도체 칩과 패키지 기판을 Flip Chip Bump로 연결하며, 전기 및 열적 특성을 향상시킨 고집적 패키지 기판이다. 또한 CPU 기판 회로의 고집적화로, 기판 층수 증가 및 층간 미세 정합을 요구하며, 동시에 세트 슬림화를 위한 박형 기판 제조 능력이 요구한다. 

 

 

사용되는 분야는 CPU 기판 회로의 고집적화, 기판 층 수 증가 및 층간 미세 정합을 요구하며 세트 슬림화를 위한 박형 기판을 요구한다. 대신증권에서는, 현재 최대 시장이 PC의 CPU이며, 최근 수요가 증가한 분야는 서버(Server) CPU이고, 앞으로 Automotive, Game Console 분야에도 적용이 확대될 것이라고 전망했다. 반도체 칩 사이즈가 확대되면 FC-BGA 면적도 동반하여 커지며, 층 수가 높아진다. PCB 생산규모는 면적 기준인 점을 감안하면 반도체 칩 사이즈 확대, 층 수의 증가는 완제품 형태의 FC-BGA 생산능력이 줄어들게 된다.

FC-BGA는 CPU 이외에 GPU, ASIC 등 고성능 프로세서에도 적용된다. IT 기술 방향의 새로운 하드웨어 출현보다 빅데이터의 처리, AI(인공지능)의 적용 확대, 자율주행의 지원 등 Input / Output의 수의 증가 방향으로 고성능 프로세서의 응용 분야도 확대될 전망이다. 미래의 고성능 프로세서는 대면적화 진행 동시에 공간의 활용 차원으로 기판의 층 수가 증가하게 된다. 후판이 가능한 ABF 사용하게 되면, 이는 FC-BGA 수요 증가로 연결된다.

 

 

FC-BGA 제품의 성장 전망은 낙관적이다. 빅데이터 및 AI 기능이 발전, 자동차의 자율주행 적용 확대가 본격화되면 데이터 처리, 고속의 연산 기능을 요구하기 때문에 FC-BGA를 적용한 CPU 관련 반도체 수요가 증가할 것으로 본다. 현 시점에서 자동차용 FC-BGA는 다품종 소량 생산(PC / 서버향 CPU는 소품종 대량 생산)이며, 초기 시장인 점을 감안하면 선두기업보다 후발 기업, 중견 기업의 시장 참여가 예상된다.

게임 콘솔기 시장의 확대로 FC-BGA 수요 증가, 공급부족 현상을 보이고 있다. 2020년 소니의 플레이스테이션 5(PS 5), 마이크로소프트의 엑스박스시리즈 X/S(XSX), 닌텐도 스위치 신모델 출시 이후, 판매 증가로 생산부족이 아직까지 개선되지 못하고 있다. 반도체인 CPU, GPU, SSD 공급부족에 기인한다. 특히 CPU와 GPU 수요 증가가 예상 수준을 상회하여 FC-BGA 공급 부족을 초래했다. 

 

 

반도체 패키지 기판향 생산설비 투자가 당분간 지속될 것으로 예상됨에 따라 해당 공정용 생산설비 수요 역시 늘어날 것으로 전망된다. FC-BGA 양산라인에 적용 가능한 설비를 제작 및 공급하는 업체들은 주요 업체들의 동향을 주시하고 있다. 현재 FC-BGA 양산용 라인에는 고가의 외산 설비들이 주로 애용되고 있는 것으로 파악된다. 하이엔드급의 퍼포먼스가 필요할 뿐만 아니라 반도체 패키지 기판의 주요 고객사가 글로벌 해외업체이기에 외산 설비를 선호되고 있다.