[배수현 기자]

삼성전기가 초정밀 기술을 앞세워 서버와 인공지능(AI), 전장, 네트워크 등 고부가 FCBGA 제품을 통해 반도체 기판 업계의 선두주자로 자리매김하겠다는 의지를 다졌다. 오는 2026년까지 고부가 FCBGA 제품 비중을 50% 이상으로 끌어올려 반도체기판 시장을 이끌겠다는 포부다.

삼성전기는 최근 서울 태평로 삼성전자 기자실에서 FCBGA 세미나를 열고 FCBGA 동향과 삼성전기만이 갖춘 기술력, 주 양산 제품, 향후 전략에 대해 설명했다.

삼성전기 FCBGA 정체성, 초정밀·초미세

반도체 기판 중 하나인 FCBGA는 고집적 반도체 칩과 기판을 플립칩 범프로 연결해 전기·열적 특성을 높인 패키지기판이다. 주로 PC와 서버, 네트워크, 자동차용 CPU·GPU에 사용된다. 반도체기판은 반도체와 메인보드 간 전기적 신호를 전달하고, 외부의 충격 등으로부터 보호해주는 역할을 한다. 반도체 디바이스는 메인보드에 직접 실장을 하기 어렵기 때문에 중간 역할인 반도체 기판이 필요한 것이다.

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황치원 삼성전기 패키지개발팀 상무는 반도체 기판에 대한 의미가 점차 중요해지고 있다고 밝혔다. 그는 "AI 등 고성능 서버 등에 사용되는 전력량은 300와트에서 800와트 정도로 상당히 많은 전력이 소모되는 것이 문제이지만 더 나아가 그것이 발열로 바뀐다는 것도 문제"라며 "이러한 전력을 효율적으로 제어할 수 있는 기술과 기능을 기판에 넣어 상당 부분 해결해야 전체적인 비용 절감과 퍼포먼스 향상에 도움이 된다"고 말했다.

반도체기판을 만들기 위해 필요한 핵심 기술은 미세 가공 기술 미세 회로 구현이다. 삼성전기는 초정밀·초미세화 수준의 구현 기술로 반도체 전력 전달에 집중하고 있다. 한정된 기판 면적 안에 많은 회로를 만들기 위해 여러 층으로 구성하게 되는데 이러한 층끼리는 구멍을 뚫어 전기적인 연결을 가능하도록 했다. 각 층을 연결해주는 구멍을 '비아'라고 한다. 보통 80마이크로미터 크기 면적 안에 50마이크로미터 구멍을 오차 없이 정확히 뚫어야 한다. 삼성전기는 A4용지 두께의 10분의 1에 해당하는 10마이크로미터 수준의 비아를 구현할 수 있다는 점에서 강점을 가지고 있다.

회로는 부품의 단자가 많아지고 연결해야 할 신호가 많아지면서 회로 선폭과 간격도 미세화되고 있다. 일반적으로 회로 폭과 회로간 간격이 8~10마이크로미터 수준의 얇은 선 폭을 구현해야 하는 어려운 기술이다. 하지만 삼성전기는 머리카락 두께 20분의 1인 5마이크로미터 이하 수준의 회로선 폭을 구현할 수 있는 미세회로 형성 기술 개발에 성공했다.

삼성전기 "고부가 FCBGA 비중 확 늘리겠다"

삼성전기는 5G 안테나와 ARM CPU, 서버, 전장, 네트워크 등 고부가 FCBGA 제품 비중을 오는 2026년까지 50% 이상 확대할 계획이다. 반도체기판 분야에서 초격차 기술력을 유지하고 제품 비중을 확대하기 위해 첨단 하이엔드 제품 양산기지로 부산과 베트남 신공장을 운영하고 있다.

황 상무는 "부산을 베이스로 해서 차세대 설계와 공정 기술이 적용된 제품의 시험 생산과 양산성 검증을 모두 할 수 있는 마더라인과 양산라인을 갖췄다"며 "부산 공장에서 하이엔드급 제품 공정을 위한 가동을 시작해 상당히 안정적으로 대량 양산에 들어가기까지의 생산 능력 증가를 마쳤다"고 말했다.

삼성전기의 반도체 패키지 기판 / 사진=삼성전기 제공

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특히 베트남 공장의 경우 자동화된 물류 시스템과 첨단 제조환경을 기반으로 지능형 제조 시스템을 운영하는 스마트 팩토리 시스템을 적용했다. 이러한 시스템을 통해 공장 내 모든 운영 데이터를 자동으로 수집·분석해 라인 운영에 실시간 반영하고 있다. 또 AI 딥러닝 기술을 활용해 최적의 레시피를 자동으로 적용하고, 데이터에 기반한 실시간 분석을 통해 최고 품질의 제품을 양산하고 있다.

앞서 삼성전기는 지난 7월 글로벌 반도체 기업인 AMD와 고성능 컴퓨팅(HPC) 서버용 FCBGA 공급 계약을 맺고 제품 양산을 시작한 바 있다. 서버용 FCBGA는 반도체기판 중 가장 기술 난이도가 높은 제품으로 전 세계에서 하이엔드급 서버용 기판을 양산하는 글로벌 업체는 일부에 불과하다.

반도체 기판 시장 잡아라!

반도체 패키지 기판 시장은 올해 4조8000억원에서 오는 2028년 8조원으로 연평균 약 14% 성장률을 보일 것으로 예상된다. 특히 5G 안테나와 ARM용 CPU, 서버, 전장, 네트워크 등이 시장 성장을 견인할 것으로 보인다.

이에 따라 반도체 업계는 로봇과 메타버스, 자율주행 등 반도체 성능 향상에 대응할 수 있는 기판 기술이 절실히 필요한 상황이다. 이 가운데 빅데이터와 AI에 적용되는 FCBGA는 대형화와 층수 확대, 미세 회로 구현, 소재 융복합화 등 높은 기술이 요구된다.

황치원 삼성전기 패키지개발팀 상무가 반도체 기판에 대해 설명하고 있다 / 사진=배수현 기자

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삼성전기는 이러한 시장의 기술 요구에 대응해 대면적고다층 기판을 위한 전용 자동화 라인을 구축하고 고수율로 제조 경쟁력을 강화했다. 기본 로직에 HBM(고대역폭 메모리) 다이 적용 수를 증가해 성능 향상을 꾀하는 제품 동향과 대면적·고다층 수율과 다이 부착 영역 평탄도 확보라는 고객의 요구를 반영한 것이다.

황 상무는 "베트남 공장을 가면 이러한 대면적 고다층 전용 라인 구축이 100% 자동화가 돼있다"며 "여러 가지 평탄도와 내부적인 디자인, 프로세스 공학, 설비 등을 스마트 팩토리 시스템을 통해 구축하고 있다"고 밝혔다.

마지막으로 "오늘날 패키지 기판은 모든 전자기기에 없어서는 안 될 핵심 부품으로 다양한 모바일 제품은 물론 PC, 서버, 자동차 등에 폭넓게 활용되고 있다"며 "반도체 기술이 발전할수록 고성능 반도체용 패키지 기판의 중요성이 강조되는 만큼 삼성전기는 반도체가 필요한 모든 곳에서 미래의 가치를 연결하겠다"고 말했다.

배수현 기자 hyeon2378@techm.kr

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