어드밴스드 패키징(Advanced Packaging) 기술이 급격히 발전하고 있다.

핵심은 ‘저가격’과 ‘퍼포먼스 향상’ 모두를 충족시키는 웨이퍼 레벨 패키징(Wafer Level Packaging, WLP)이다. 기존 칩 단위의 와이어 본딩이나 몰딩을 하는 패키지 공정을 서서히 대체해가고 있는 상황이다.

최근엔 기술 발전 뿐 아니라 시장도 커졌다. IoT가 신(新)시장 동력이다. IoT 시대엔 생산비 절감, 퍼포먼스 향상, 기능 통합을 동시 실현할 수 있는 공정이 핵심 요소이기 때문이다.

기존의 칩 레벨 패키징 공정이 웨이퍼에서 칩으로 절단해 낱개의 칩을 패키징했다면 웨이퍼 레벨 패키징은 웨이퍼 상태에서 패키징과 테스트를 한 후 낱개의 완제품으로 절단한다. 공정의 수가 줄어드는 것이다. 이로써 웨이퍼 레벨 패키징에선 비용 절감이 가능해진다. 패키지의 크기도 칩 크기와 동일하다. IoT 하드웨어의 소형화가 실현된다.

웨이퍼 레벨 패키지 시장에서 가장 주목받는 기술은 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키징(Fan-Out Wafer Level Packaging, FOWLP)이다.

팬아웃, 칩크기↓
모바일·IoT에 적합

프랑스의 시장조사기관 욜디벨롭먼트(Yole Developpement)는 2016년 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키징이 큰 성장의 보폭을 내딛을 것으로 분석했다. 대만의 TSMC가 불씨를 당길 것으로 예상된다. TSMC가 통합 팬아웃(Integrated Fan-Out, InFO) 기술을 차기 애플 프로세서 제작에 이용할 가능성이 높기 때문이다. 이 기술을 이용하면 칩과 서킷 보드 사이 간격을 크게 줄여 PCB(인쇄회로기판)에 직접적으로 위치하게 만들 수 있다.

팬아웃 웨이퍼 레벨 패키징의 강점은 기존 패키징 공정 대비 높은 원가 경쟁력, 그리고 하나의 패키지에 여러 칩을 넣는 시스템인패키지(System in Package, SIP)의 실현에 있다. 모바일과 IoT에 특히 유리한 공정이다. 

반도체 패키징 기업 네페스 홍보팀 관계자는 “구리 재배선 층(RDL)을 칩 바깥으로 형성하는 팬아웃 방식 특성상, 팬인(Fan-in) 방식과 달리 많은 입출력단자(I/O)를 배선할 수 있기에 칩 크기를 크게 줄일 수 있다”며 “웨어러블, IoT와 관련해 높은 시장 잠재력을 갖췄다”고 설명했다.

욜디벨롭먼트에서 어드밴스드 패키징 기술 및 시장 분석을 담당하는 안드레 이반코비치(Andrej Ivankovic) 애널리스트는 “팬인(Fan-In) 웨이퍼 레벨 패키징, 그리고 특히 팬아웃 레벨 패키징의 성장은 플립칩(Flip-Chip) 시장의 일부를 장악하는 결과를 초래하게 될 것”이라고 분석했다. 

팬아웃 웨이퍼 레벨 패키징의 성장과 함께 패키징 산업의 지형도가 크게 변화할 것이란 전망이다.

年 7%씩 성장 

욜디벨롭먼트의 관측에 따르면 어드밴스드 패키징 서비스의 시장 규모는 2014년 200억 달러에서 2020년까지 연평균 7%씩 성장할 전망이다.  

욜디벨롭먼트는 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키징, 2.5D/3D 패키징을 통한 대량 생산, 그리고 팬인 웨이퍼 레벨 패키징, 플립칩 패키징의 기술적 진보가 어드밴스드 패키징 기술을 견인할 것으로 분석했다.

어드밴스드 패키징은 현재 전체 패키징 서비스 중 약 38%를 차지한다. 2020년엔 전체 패키징 서비스 중 44%를 차지하며 300억 달러의 시장 규모를 형성할 것으로 관측된다. 2014년 매출 규모(200억 달러)와 비교했을 땐 약 100억 달러의 차이가 예상된다.   

주요 시장은 스마트폰과 태블릿과 같은 모바일 산업이다. 대량 생산을 통해 적용되는 영역은 서버, PC, 게임 스테이션, HDD/USB, 와이파이 하드웨어, 기지국, TV, 셋톱박스 등이다.

하지만 가장 주목받는 시장은 따로 있다. IoT다. 과거 반도체 산업의 척추는 모바일이었지만 스마트폰 산업이 성숙기에 접어듦에 따라 먹거리가 IoT로 옮겨갔다. IoT용 하드웨어가 반도체 산업의 핵심이다. 

현재 IoT는 웨어러블과 스마트홈 제품을 앞세워 컨슈머 영역으로 시장을 확대해나가고 있는 상황이다. 업계 지형도를 변화시키고 있다.

어드밴스드 패키징 산업 역시 이에 발맞춰 복잡한 양상으로 전개되고 있다. 주목해야할 것은 수요를 일으키는 업계 강자다. 패키징 산업을 이끄는 종합반도체업체(IDM)와 파운드리 업체의 경쟁 구도에 변화가 예상된다.

욜디벨먼트는 “팬아웃 웨이퍼 레벨 패키징 뿐 아니라 2.5D/3D 패키징, 시스템인패키지 솔루션은 가격과 퍼포먼스 향상 측면 모두에서 기여하게 될 것”이라고 분석했다.

핵심 요소는 가격 경쟁력

지난 50여 년 간 반도체 산업을 주도해온 것은 ‘무어의 법칙’이었다.

무어의 법칙은 미국 반도체 기업 인텔의 창업자 고든 무어(Gordon Moore)가 1965년 발표한 이론이다. 하나의 칩에 탑재되는 반도체 집적량이 18개월마다 두 배로 증가한다는 법칙이다.

반도체 산업은 지난 50여 년 간 무어의 법칙과 함께 가격 절감이 동시에 실현돼왔다. 하지만 현재 무어의 법칙의 유효성은 의심받고 있다. 반도체 칩 가격은 지속적으로 하락하고 있지만 개발 비용이 높아져가는 까닭이다. 그리고 이는 2015년 반도체 업체 간 대량의 인수합병을 촉발시켰다. 적은 마진 비용으로 생산성의 극대화가 중요해졌기 때문이다. 

욜디벨롭먼트의 안드레 이반코비치 애널리스트는 “가격 절감과 큰 관련이 있는 프론트-엔드-라인 제품들은 무어의 법칙 영향에서 점차 벗어나고 있다”고 전했다.

반도체 업계에서 비용 절감이 핵심 요소로 자리 잡게 됨에 따라 어드밴스드 패키징 공정은 IoT 시장 확대와 맞물려 대폭 성장하게 될 것으로 전망된다.