삼성전자 'PLP' 분야 기술 TSMC에 앞서, 반도체 패키징 판도 바꾼다

 

삼성전자의 패널 레벨 패키지인 FOPLP(Fan-Out Panel Level Package). 출처=삼성전자 공식 홈페이지 갈무리

 

대만 파운드리 업체 TSMC가 최근 미래 반도체 패키징의 게임체인저로 떠오른 패널레벨패키징(PLP) 관련 연구에 돌입한 것으로 나타났다. 

 

25일 외신과 반도체 업계에 따르면 TSMC는 최근 전통적인 라운드 웨이퍼 대신 직사각형 인쇄회로기판(PCB)을 활용한 팬아웃(FO)-PLP 등 PLP 관련 연구에 착수했다. 

 

PLP는 반도체와 메인보드를 연결하는데 필요했던 인쇄회로기판(PCB) 없이도 반도체를 완제품에 적용시킬 수 있는 차세대 반도체 패키징 기술이다. 패키징은 가공이 끝난 실리콘 웨이퍼 칩을 포장하는 작업을 뜻한다. 반도체 제조 과정 중 후공정에 속하지만 반도체 성능을 가르는 중요 요소로 꼽힌다.

 

닛케이아시아는 최근 보도를 통해 “TSMC의 연구는 아직 초기 단계이고 대량 생산에는 몇 년이 걸릴 것으로 예상된다”면서도 “기존 직사각형 PCB 사용에 대한 회의론에도 불구하고 TSMC의 연구 진출은 ‘중요한 기술 변화’를 의미한다”고 평가했다. 

 

업계에서는 TSMC가 기존 칩온웨이퍼 온서브스트레이트(CoWos) 병목현상 문제로 PLP 분야 연구를 본격화한 것으로 보고 있다. 

 

이달 초 대만 남서부 치아이현 타이바오시에 있는 TSMC의 CoWoS 패키징 공장은 역사적 유물 발견으로 인해 건설이 중단됐다. 이러한 예상치 못한 지연은 TSMC가 독자적인 패키징 기술인 CoWoS으로 직면한 병목 현상을 더욱 악화시켰다. CoWoS 패키징은 특히 엔비디아의 AI 반도체 생산을 위해서는 필수적인 것으로 알려져 있다. 

 

그렇다면 삼성전자를 비롯해 경쟁사 상황은 어떨까. 

 

삼성전자는 PLP에 먼저 진출해 기술력에 있어서는 앞선 것으로 알려져 있다. 지난 2019년 삼성전자의 디바이스 솔루션(DS) 부문은 지난 2019년 삼성전기의 PLP사업을 7850억 원에 인수했다. 

 

경계현 전 삼성전자 반도체(DS)부문장은 지난 3월 주주총회에서 PLP 기술의 필요성을 설명했다. 경 전 DS 부문장은 "AI 반도체 다이(회로가 있는 직사각형 조각)는 일반적으로 크기가 600㎜ x 600㎜ 또는 800㎜ x 800㎜로 PLP와 같은 기술이 필요하다"며 "삼성전자도 고객사와 함께 개발하고 협업하고 있다"고 언급한 바 있다. 

 

삼성전자는 현재 모바일이나 웨어러블 기기 등 저전력 메모리 통합이 필요한 애플리케이션에 FO-PLP를 제공하고 있다. 또 자사의 2.5D 패키징 기술인 I-Cube를 PLP로 확대할 계획인 것으로 알려졌다.

 

인텔은 차세대 첨단 패키징 위한 유리기판 솔루션을 2026~30년 사이 양산을 목표로 하고 있다. 

 

한때 반도체 제조의 상대적으로 낮은 기술 측면으로 여겨졌던 반도체 패키징 기술은 반도체 발전 속도를 유지하는 데 점점 더 중요해지고 있다.

 

엔비디아의 H200이나 B200 같은 AI 컴퓨팅 칩의 경우 최첨단 칩 생산만으로는 부족하다. TSMC가 개척한 칩 온 웨이퍼 온 기판인 CoWoS라는 첨단 칩 패키징 기술도 필요하다. 

 

업계 관계자는 “B200 칩셋의 경우 CoWoS를 통해 블랙웰 그래픽 처리 장치 2개를 결합해 8개의 고대역폭 메모리(HBM)와 연결할 수 있어 빠른 데이터 처리량과 가속화된 컴퓨팅 성능을 구현할 수 있다”면서도 “반도체 크기가 점점 커져 더 많은 트랜지스터를 수용하고 더 많은 메모리를 통합하기 때문에, 현재 업계 표준, 즉 면적이 약 70,685 밀리미터인 12인치 웨이퍼는 2년 내에 최첨단 칩을 패키징하기에 충분히 효율적이지 않을 수 있다”고 설명했다. 

 

디스플레이와 PCB 제조업체들은 직사각형 기판을 다루는 데 있어 전문가들이지만 반도체 생산에는 더 높은 수준의 장비와 재료 정밀도가 요구된다고 업계 분석가들은 말했다.

 

번스타인 리서치의 반도체 분석가인 마크 리는 "AI 칩셋이 패키지당 훨씬 더 많은 칩을 필요로 할 것이기 때문에 TSMC가 곧 직사각형 기판을 사용하는 것을 고려해야 할 수도 있다"고 말했다.

 

 

 

윤수은 기자

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