신공장에선 ARM 기반 CPU용 하이엔드 반도체기판 생산계획
세종사업장 반도체기판 매출, 전사 반도체기판 매출 60% 차지
녹색 반도체 패키지 기판. 검은색, 빨간색, 흰색 제품도 있지만 녹색이 가장 흔하다. 반도체 기판 표면 색깔을 결정하는 솔더레지스트(SR) 잉크 가운데 녹색 잉크가 품질이 안정적이고 가격도 저렴하기 때문이다. 스마트폰과 태블릿, 노트북 등에 필요한 하이엔드 반도체 기판을 양산 중인 삼성전기 세종사업장을 지난 2일 찾았다.
흰색 건물이 올라가고 있었다. 임승용 삼성전기 부사장은 "세종사업장의 기존 4개 공장에서 생산하는 제품보다 기술 난도가 높고 미세화된 (제품을 만들기 위한) 신공장을 건설 중"이라고 밝혔다. 내년 5월 준공이 목표다. 이곳에선 ARM 기반 CPU에 대응할 수 있는 차세대 반도체 기판을 만들 예정이다. 삼성전기는 이 제품이 반도체 기판 사업 성장 발판이 될 것으로 기대한다.
반도체 기판 회로 형성 공정을 진행하는 공간 천장에는 노란색 형광등이 설치돼있다. 형광등에 노란 염료를 섞으면 특정 파장대 빛을 막을 수 있다. 회로 형성 공정에서는 고객이 요청한 설계를 바탕으로 회로를 만든다. 반도체 기판 위에는 빛에 반응하는 감광성 고분자 물질인 포토레지스트(PR)를 얇게 바른 뒤, 특정 패턴이 새겨진 마스크를 올리고 빛을 가해 회로를 만든다.
회로 형성 공정 등은 클린룸에서 진행한다. 먼지 발생을 최소화해야 품질을 보장할 수 있다. 흰색 방진복을 입은 제조인력, 하늘색 방진복을 입은 개발인력 등 비제조인력이 현장을 오갔다. 한 근무자는 반도체 기판용 보드 크기와 보드 면적, 지그 면적, 전류효율, 전류밀도 등을 확인 중이었다. 주황색 고관절 로봇이 지그에 맞춰 기판을 옮겼다.
반도체 패키지 기판 제작 공정은 회로 배선을 구현하는 전공정과 표면처리를 하는 후공정으로 나뉜다. 전공정에는 회로 형성, 적층, 도금 공정이 있고, 후공정에는 솔더레지스트 공정이 있다. 반도체 기판 색깔이 결정되는 솔더레지스트는, 앞서 반도체 기판에 형성된 회로의 손상과 성능 저하를 막으려 도포하는 절연물질을 말한다.
세종사업장은 플립칩(FC)-칩스케일패키지(CSP)가 주력이다. FC-CSP는 반도체 패키지 기판 크기가 칩과 비슷하고(칩스케일패키지), 칩을 뒤집어서(플립칩) 범프를 통해 칩과 반도체 기판 사이 전기신호를 전달한다. 칩에서 나온 전기신호는 다시 반도체 패키지 기판 아래 솔더볼을 통해 메인 기판(머더보드)으로 전달된다. 플립칩 방식으로 반도체 기판을 만들면 기존 와이어 본딩 방식보다 입출력(IO) 핀 개수와 위치 제약이 줄어들고, 전기신호 전달경로가 짧아진다. FC-CSP는 스마트폰 AP와 태블릿, 노트북 등에 사용된다.
삼성전기는 "칩과 반도체 기판 사이 솔더범프 지름은 100마이크로미터(um) 수준, 반도체 기판과 메인 기판 사이 솔더볼 지름은 350um 내외"라고 설명했다. 동시에 "솔더범프 지름은 수십 um 수준도 구현 가능하다"고 밝혔다.
현재 건설 중인 신공장은 ARM 기반 CPU에 대응할 수 있는 차세대 반도체 기판을 주력 생산할 예정이다. 삼성전기는 "ARM 기반 CPU용 FC-CSP 물량이 2027년까지 많이 증가할 것"이라고 기대했다.
신공장이 계획대로 가동되면 세종사업장에선 스마트폰 AP용 FC-CSP, ARM 기반 CPU, 5G 안테나용 반도체 기판 등 라인업이 강화된다. 그리고 베트남 사업장은 PC와 네트워크용 플립칩(FC)-볼그리드어레이(BGA) 생산설비 설치를 마치고 샘플을 만들고 있다. 내년부터 FC-BGA를 양산하는 것이 목표다. 부산사업장에서는 PC와 서버, 네트워크, 전장용 FC-BGA를 양산 중이다.
세종사업장은 지난해 반도체 기판 매출 1조2500억원을 올렸다. 회사 전체 반도체 기판 매출 2조원의 60%가 세종사업장에서 나왔다. 신공장에는 세종사업장 처음으로 원료부터 최종 제품까지 통합 생산이 가능한 설비·인프라, 물류 자동화 생산체제를 적용해 제품 생산속도를 높일 계획이다. 세종사업장 길목 곳곳에는 하이엔드 반도체 기판 생산을 다짐하는 문구가 걸려 있었다. "이물은 없어, 품질은 오썸(awesome)!"
디일렉=이기종 기자 [email protected]
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