고급 포장 시장은 변화할 수 있습니다

최근 대만 언론은 TSMC가 2.5D 패키징 기술인 CoWoS(Chip On Wafer On Substrate) 비즈니스 프로세스(On Substrate, 일명 oS)의 일부를 주로 중소기업을 중심으로 하는 OSAT 제조업체에 아웃소싱했다고 보도했습니다. 일괄 맞춤형 제품. 유사한 협력 모델이 향후 3D IC 패키징에도 계속 존재할 것으로 예상됩니다.

CoWoS 기술은 CoW(Chip on Wafer) 패키징 공정을 거쳐 칩과 실리콘 웨이퍼를 먼저 연결한 뒤, CoW 칩을 기판(oS)과 연결하는 기술이다.

TSMC는 고도로 자동화된 웨이퍼 레벨 패키징 기술을 보유하고 있지만 OS 프로세스에는 자동화할 수 없는 부분이 많고 더 많은 인력이 필요한 ASE, Silicon Products, Amkor OSAT 공급업체가 더 많습니다. OS 프로세스 처리 경험.

지난 몇 년 동안 TSMC는 FOWLP 및 InFO 패키징 프로세스를 사용하는 HPC 칩을 포함하여 패키징 사업의 OS 프로세스 일부를 위에서 언급한 OSAT 제조업체에 점차 아웃소싱해 왔습니다.

소식통에 따르면 패키징 사업 측면에서 TSMC의 수익성이 가장 높은 것은 CoW, WoW 등 웨이퍼 레벨 SiP 기술이고, FOWLP와 InFO가 그 뒤를 잇고 있으며 OS는 수익이 가장 낮다고 한다. 이기종 칩 통합에 대한 수요가 크게 증가함에 따라 TSMC는 마진이 낮은 패키징 사업을 OSAT에 더 많이 넘길 것으로 예상됩니다.

위 소식이 사실이든 아니든, 어려운 공정기술 고도화 시대에 첨단 패키징의 중요성은 더욱 부각되고 있습니다. TSMC의 첨단 공정과 패키징은 고도로 통합되어 있습니다. 칩 패키징 시장에서는 향후 몇 년간 역량이 주도할 것입니다. 그에 따른 조치도 시장 구조에 영향을 미칠 것입니다.

첨단 패키징 시장이 빠르게 가열되고 있다

Yole은 2017년부터 2022년까지 2.5D&3D, 팬아웃, 플립 등 글로벌 첨단 패키징 기술의 연평균 성장률이 복합적으로 증가할 것으로 예측합니다. -칩 매출은 28%, 36%, 8%가 될 것이며, 같은 기간 글로벌 패키징 및 테스트 산업 매출의 연평균 성장률은 3.5%로 기존 패키징 시장보다 훨씬 앞섰습니다. 2021년에 OSAT 제조업체는 기술 연구 및 개발, 장비 조달 및 고급 패키징을 위한 인프라 구축에 67억 달러 이상을 지출할 것입니다. 또한 OSAT뿐만 아니라 TSMC, Intel도 고급 패키징에 엄청난 금액을 투자하고 있습니다.

이번 대회에서 가장 눈길을 끄는 5개 기업은 ASE, TSMC, 인텔, 앰코, 장쑤창디엔일렉트로닉스(JCET)다. 이 중 TSMC는 InFO, CoWoS, SoIC 제품군을 기반으로 패키징 공장을 건설하는 데 2021년 25억~28억 달러를 지출할 계획이다. Yole은 TSMC가 2020년 고급 패키징으로 36억 달러의 수익을 창출한 것으로 추정합니다.

또한 OSAT의 선두주자인 ASE는 웨이퍼 레벨 패키징 사업에 20억 달러를 투자하겠다고 발표했으며, 인텔은 미국 애리조나주에 웨이퍼 팹을 건설하는 데 200억 달러를 투자하고 확장할 것이라고 발표했습니다. 애리조나 주 및 오리건 공장에서 Foveros/EMIB 포장 사업을 운영하고 있으며, 이 분야의 주요 협력 파트너는 TSMC입니다.

고급 포장 및 테스트 기술은 포장 효율성을 향상하고 비용을 절감하며 더 나은 비용 효율성을 제공할 수 있습니다. 현재 고급 패키징에는 주로 플립 칩, 범핑, 웨이퍼 레벨 패키지, 2.5D 패키징, 3D 패키징(TSV) 및 기타 기술이 포함됩니다. 첨단 패키징은 탄생 초기에는 WLP, 2.5D, 3D밖에 없었다. 최근 첨단 패키징은 다양한 방향으로 빠르게 발전해 왔으며, 관련 기술을 개발하는 각 기업은 TSMC의 InFO, CoWoS, ASE의 FoCoS, Amkor의 SLIM, SWIFT 등

2015년 이전 중국 본토에서는 Changdian Technology만이 세계 10위 안에 들었고, 2017년에는 3개 포장 및 테스트 회사의 매출이 각각 25%, 28%, 42% 증가했습니다. . Changdian Technology는 전 세계 OSAT 업계에서 수익 측면에서 세 번째로 큰 회사가 되었습니다.

기술 보유량 측면에서 중국 본토의 3대 포장 및 테스트 회사 중 Changdian Technology의 고급 포장 기술 장점이 가장 두드러집니다. 팬아웃 eWLB(임베디드 웨이퍼 레벨 BGA), WLCSP(웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키징), SiP, 범핑, PoP(패키지 온 패키지) 등 고급 패키징 기술을 마스터한 것으로 알려졌다.

5G에 대한 수요가 가장 크다

휴대폰이 얇아지고 가벼워지면서 제한된 공간에 더 많은 부품을 담아야 하기 때문에 새로운 칩 제조 및 패키징 기술이 필요합니다. 기술은 시장 수요를 충족시킬 수 있습니다. 특히 5G 분야에서는 MIMO 기술을 활용하게 되면 안테나와 RFFE(Radio Frequency Front-End) 부품(PA, RF 스위치, 트랜시버 등)의 수가 대폭 늘어나는데, 이때 첨단 패키징 기술이 등장하게 된다. 놀다.

현재 SiP 기술은 SoC 수율을 높이는 것이 어렵기 때문에 비교적 성숙한 단계로 발전했다. 다중 칩 상호 연결, 낮은 전력 소비, 저렴한 비용 및 작은 크기의 요구 사항을 충족하려면 SIP가 좋은 선택입니다. 패키징 관점에서 볼 때 SiP는 프로세서, 메모리 등 여러 기능 칩을 하나의 패키지 모듈에 통합하여 SoC에 비해 비용이 크게 절감됩니다. 또한, 웨이퍼 제조 공정은 7나노 시대를 맞이했고 앞으로도 5나노, 3나노에 도전하게 될 것이다. 그러나 공정 난이도가 급격하게 높아지고, 칩 수준의 시스템 통합도 점점 어려워질 전망이다. SIP는 성능 요구 사항을 충족할 뿐만 아니라 크기도 줄이는 칩 통합용 솔루션을 제공합니다.

5G의 요구를 충족시키기 위해 SiP를 기반으로 한 패키징 기술은 계속 진화하고 있습니다. 더욱 진보된 패키징 기술을 통해 과도한 제품 크기, 전력 소모, 발열 등의 문제를 해결할 수 있으며, 패키징 방식을 이용해 안테나를 단말 제품에 매립해 전송 속도를 높일 수 있다.

5G 휴대폰을 예로 들면 애플리케이션은 얇고 가벼우며 짧고 전송 속도가 빨라야 하며, 전체적인 성능은 핵심 애플리케이션 프로세서(AP) 칩의 활성화에 달려 있다. 5G 고주파 대역, 신호 전송을 담당하는 프로세서인 RFFE(Radio Frequency Front-End) 및 안테나 설계도 점점 더 복잡해지고 있어 고급 패키징 기술의 지원이 필요합니다.

경쟁 심화

최근 몇 년 동안 상위 10개 제조업체는 크게 변하지 않았지만 이들 간의 경쟁 강도는 날로 증가하고 있으며, 특히 고급 패키징 기술에 대한 시장의 요구는 더욱 그렇습니다. 수요가 빠르게 증가하고 있으며 이는 점차 우수한 포장 및 테스트 회사의 시금석이 되었습니다. 전통적인 OSAT 패키징 및 테스트 회사뿐만 아니라 최근 몇 년 동안 일부 IDM 및 웨이퍼 파운드리에서도 생산 효율성과 독립적인 역량을 향상시키기 위해 회사 내에서 패키징 및 테스트 사업을 적극적으로 개발했습니다. 또한 이들 회사에서 개발한 제품은 일반적으로 발전했습니다. 밀봉 및 테스트 기술. 그러한 기업 중 대표적인 대표자로는 TSMC, 삼성, 인텔 등이 있다.

예를 들어 TSMC의 InFO(Integrated Fan-Out)는 대표적인 기술이다. CoWoS(Chip on Wafer on Substrate) 패키징 기술도 있습니다. 본 기술은 에너지 소비 문제를 해결하기 위해 개발된 2.5D 패키징 솔루션입니다. 또한 TSMC는 3D 패키징 기술인 SoIC도 개발하고 홍보하고 있습니다.

최근에는 전반적인 경쟁력을 높이기 위해 삼성도 첨단 패키징 기술을 개발해 왔지만 여전히 TSMC와는 격차가 있다. 대표적인 기술은 '패널 레벨 팬아웃 패키징(FOPLP)'이다. FOPLP는 입출력 단자 배선을 반도체 칩 외부로 옮겨 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 생산 비용도 절감한다.

인텔이 자체 개발한 고급 패키징 기술로는 EMIB(Embedded Multi-chip Interconnect Bridge) 2D 패키징과 Foveros 3D 패키징이 있습니다. 또한 Co-EMIB, ODI 및 MDIO를 포함하여 위 패키지에 대한 고급 칩 상호 연결 기술이 있습니다.

IDM 및 웨이퍼 파운드리의 참여로 인해 패키징 및 테스트 산업의 경쟁은 다양한 세력의 경쟁으로 인해 가까운 미래에 기존 OSAT 패키징 및 테스트 회사의 패턴이 더욱 치열해질 수 있습니다. 알 수 없습니다. 깨질까요?

첨단 제조 기술은 포장에 대한 요구 사항이 더 높습니다. 즉, 첨단 포장은 제조 기술의 단점을 어느 정도 보완할 수 있습니다.

따라서 최근 몇 년 동안 TSMC와 삼성은 3D 첨단 패키징 기술에 대한 투자를 지속적으로 늘리며 더 발전된 기술을 자체적으로 도입하기 위해 노력해 왔습니다.

TSMC는 2021 온라인 기술 세미나에서 3DFabric 시스템 통합 솔루션을 공개했으며, 3차원 실리콘 스택과 첨단 패키징 기술로 구성된 3DFabric을 지속적으로 확장해 나갈 예정이다.

TSMC는 고성능 컴퓨팅 애플리케이션의 경우 더 넓은 범위의 애플리케이션으로 통합 팬아웃 및 패키징 기판(InFO_oS)과 CoWoSR 패키징 솔루션을 지원하기 위해 2021년에 더 큰 마스크 크기를 제공할 것이라고 지적했습니다. 칩렛과 고대역폭 메모리를 통합한 평면도.

또한 시스템 통합 칩 측면에서는 웨이퍼에 적층된 칩 버전이 올해 7나노 검증을 완료하고 2022년 완전 자동화된 새로운 웨이퍼 공장에서 생산을 시작할 것으로 예상된다.

모바일 애플리케이션의 경우 TSMC는 모바일 프로세서를 얇고 가볍고 컴팩트한 패키지에 통합하고 향상된 성능과 전력 소비 효율성을 제공하며 패키징 중에 모바일 장치 칩 제조업체를 지원하는 InFO_B 솔루션을 출시했습니다. 필수 동적 랜덤 액세스 메모리 스택.

TSMC도 첨단 패키징 사업을 일본으로 확장했는데, 여기에도 상당한 투자가 필요하다. 일본 경제산업성은 TSMC가 총 지출 약 370억엔을 들여 일본 이바라키현 츠쿠바시에 연구개발 기지를 설립하고, 일본 정부가 사업비의 약 50%를 출연할 것이라고 밝혔다. 이를 지원하는 데 드는 총 비용입니다. 패키징 기술을 선도하는 일본 기업 이비덴(Ibiden), 반도체 소자 제조사 시바우라머신(Shibaura Machine) 등 일본 반도체 관련 기업 20여 곳이 '스몰 칩'과 3D 패키징 기술을 중심으로 연구개발에 참여할 것으로 알려졌다. .

삼성이 개발한 3D 패키징 기술은 X-Cube다. 이 기술은 TSV 패키징을 이용해 여러 개의 칩을 쌓아 하나의 로직 칩을 만드는 기술이다.

삼성전자는 7나노 공정 테스트 과정에서 TSV 기술을 사용해 로직 칩 위에 SRAM을 쌓았는데, 이를 통해 회로 기판 구성도 더 작은 면적에 더 많은 메모리 셀을 탑재할 수 있게 됐다. X-Cube는 칩 간 신호 전송 거리가 짧아지고 데이터 전송 및 에너지 효율이 극대화되는 등 많은 장점을 갖고 있습니다.

삼성은 X-Cube를 통해 칩 엔지니어가 맞춤형 솔루션의 설계 과정에서 더 많은 유연성을 누릴 수 있으며 특별한 요구 사항에 더 가깝다고 말했습니다.

2020년부터 ASE는 플립칩 패키징 측면에서 7nm/10nm 칩 프로세스 기술 인증, 14nm/16nm 구리 프로세스를 달성하는 등 고급 패키징 연구 개발에서 여러 성과를 달성했습니다. /초저유전체 전자 칩 플립칩 패키징 애플리케이션, 와이어 본딩 패키징의 하이브리드 플립칩 볼 그리드 어레이 패키징 기술의 은합금 와이어, 2세대 고급 통합 부품 내장 패키징 기술, 초미세 피치 및 와이어 직경 구리/금 용접은 라인 기술, 모바일 스토리지 기술, 웨이퍼 레벨 팬아웃 RDL 와이어 본딩 패키징을 개발했으며, 웨이퍼 레벨 패키징 측면에서는 팬아웃 30um 칩 두께 사전 연삭 절단 기술, 8 Hi HBM이 있습니다. CPD 웨이퍼 고정밀(+/- 2um) 연삭 기술, 웨이퍼 스루홀, 유리 기판 패키징, 웨이퍼 레벨 칩 크기 6면 보호 패키징 기술 개발, 팬아웃 PoP 칩 제품 개발, 다이본딩 웨이퍼 공정 기술 고급; 패키징 및 모듈, 패널 레벨 패키징 측면에서 저전력 안테나 설계 및 패키징 기술, 플렉서블 기판 및 패키징 기술, 양면 박형 무선 통신 모듈 기술, 5G 안테나 패키징 등을 개발했습니다. -동적 보상 마스크 패널 레벨 패키징 기술.

이를 기반으로 ASE는 2021년에도 특히 5G, SiP, 센서, 자동차 전자제품, 스마트 기기 분야에서 첨단 제조 공정과 생산 능력을 지속적으로 확대하고 투자를 더욱 늘릴 예정이다. 또한, 멀티칩 및 센서 관련 수요도 증가할 것으로 예상된다.

결론

칩의 전반적인 성능을 향상시키기 위해 패키징이 점점 더 중요해지고 있습니다. 고급 패키징이 소형화 및 통합을 향해 발전함에 따라 기술 장벽은 계속해서 높아지고 있습니다. 앞으로 첨단 패키징 시장의 규모는 급격히 커질 것으로 예상되며, 선도적인 기술을 보유한 선두 제조업체들이 가장 큰 배당을 누릴 것으로 예상된다.

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