중국 OSAT에 주목해라

현광순 기자 | 기사입력 2024/05/13 [10:17]

중국 OSAT에 주목해라

현광순 기자 | 입력 : 2024/05/13 [10:17]

그래픽처리장치(GPU) 등 고성능 반도체의 생산에서 첨단 패키징(Advanced Packaging)의 중요성이 갈수록 부각되고 있다. 미국의 대중 반도체 제재로 전공정에서 선단 공정 돌파가 어려운 중국 입장에서는 첨단 패키징이 반도체 성능을 향상하고 전공정의 한계를 극복할 대안이 될 것으로 보인다. TSMC, 인텔 등 글로벌 선두 파운드리(반도체 위탁생산)·IDM(종합반도체) 기업들이 첨단 패키 징 투자를 지속하는 가운데 중국 1위 파운드리 SMIC는 전공정 선단공정 개발에 집중하고 있다.

 

중국의 첨단 패키징에서 OSAT(Outsourced Semiconductor Assembly and Test·반도 체 후공정)의 역할이 더 중요해지고 있는 이유다. 더욱이 엔비디아, AMD 등 고성능 반도체에 대한 미국의 수출 통제가 갈수록 강화되고 있어 중국의 인공지능(AI) 산업 발전을 위해 고성능 반도체 국산화가 시급한 상황이다. 화웨이를 선 두로 AI GPU 개발에서 유의미한 성과를 내고 있으나 문제는 생산 능력이다.

 

중국 고성능 반도체 국산화에서 SMIC의 선단 공정 돌파와 함께 OSAT기업들의 첨단패키징 능력이 중요하 다. 중국의 고성능 반도체 생산은 TSMC의 '칩 온 웨이퍼 온 서브스트레이트(CoWoS)' 외주 모델과 유사한 방식으로 SMIC, SJ Semi(인터포저 생산), OSAT 세 밸류 체인의 협력으로 이 뤄질 것으로 보인다. 이와 동시에 상위 OSAT 기업들의 자체 2.5D 패키징 개발도 진행되고 있다. 중국 반도체 국 산화에서 상위 OSAT기업들에게 낙수 효과가 기대된다.

 

▲ (사진: TRIPLE-1, Inc.)  © 경제인

 

# 첨단 패키징, 중국 AI 반도체 국산화의 중요한 기술 돌파구

반도체 후공정은 중국의 반도체 밸류체인에서 기술력이 가장 앞서 있는 분야다. 글로벌 반도 체 전공정에서 중국 기업들의 점유율은 9%에 불과하지만, 후공정(OSAT)에서는 28%의 점유 율로 대만 다음으로 2위이다. 중국 기업으로는 강소장전테크놀로지(JCET), 퉁푸마이크로(TFME), 화천과기(Huatian), 와이즈 로드(WiseRoad) 등 네 기업이 글로벌 Top10 후공정 기업이다.

 

중국 상위 후공정 기업들의 해외 매출 비중은 70% 수준으로 중국 반도체 밸류체인 중에서 해외 고객사 비중이 가장 높 다. 반도체 전공정에서 노드의 미세화가 진행될수록 수많은 프로세스가 추가되면서 투자 부담, 수 율 저하, 선폭 한계 등의 이유로 무어의 법칙(Moore’s Law)이 한계에 도달하면서 첨단 패키 징(Advanced Packaging)이 고성능 반도체 제조시 필수가 되고 있다.

 

중국은 특히 미국의 반도체 장비 제재로 전공정에서 선단 공정 돌파가 어려움에 따라 후공정 에서의 칩 집적을 통해 성능을 향상하는 것이 중요한 대안이 될 것으로 보인다. 칩렛(Chiplet)의 장점은 연산을 담당하는 핵심 칩은 선단 공정, 이외 칩은 레거시 공정을 차별 적용해 개발 효율과 수율을 향상할 수 있어 성능뿐만 아니라 원가경쟁력도 확보 가능하다는 점이다.

 

 

▲ (사진: SMIC 홈페이지)  © 경제인

 

단점은 패키징 사이즈가 커지므로 칩 크기가 커진다. 칩렛을 가장 먼저 도입한 AMD의 라이 젠 2세대를 보면 CPU 구성의 핵심 코어는 7nm, 최신 기술을 필요로 하지 않은 캐시 등 기타 칩은 14nm 공정으로 제조한 다음 결합하였는데 패키징을 통해 칩 사이즈는 커졌지만, 높은 수율로 원가 절감이 가능했다. 칩 사이즈와 전력소모가 커지는 점을 감안하면, 작은 사이즈가 요구되는 모바일 애플리케이션 프로세서(AP)에서는 칩렛을 통한 성능 향상에 한계가 있겠으나, 통신, 데이터센터, 자동차 등 에 탑재될 고성능 반도체는 상대적으로 크기의 제한을 받지 않기에 첨단 패키징을 통해 원가 경쟁력과 성능 향상이 가능하다.

 

최근 들어 엔비디아, AMD 등 첨단 AI 반도체 칩에 대한 미국의 대중 수출 제재가 갈수록 강 화되고 있어 중국 AI모델 기업들의 자국산 AI 반도체 소싱에 대한 수요가 더 강해지고 있다. 중국 정부가 차세대 산업으로 키우고 있는 클라우드, 전기차, 사물인터넷(IoT) 등에 탑재될 고 성능 반도체의 국산화에서 첨단 패키징이 중요한 기술 돌파구가 될 것으로 보인다.

 

# OSAT 기업들의 첨단 패키징

프랑스 시장조사기업 욜 그룹(Yole)에 의하면 글로벌 첨단 패키징 시장은 2022년의 443억 달 러에서 2028년 786억 달러로 연평균 10.6% 성장이 예상되며, 첨단 패키징 침투율은 2022년의 48%에서 2028년에는 일반 패키징을 초과해 전체 패키징 시장의 58%를 차지할 것으로 전망된다. 첨단 패키징은 △시스템인패키징(SiP) △플립칩 △2.5D·3D △팬아웃(Fan-out) △WLCSP(팬 인) 등으로 구분된다.

 

와이어 본딩 대신 플립칩 본딩이 사용되면 첨단 패키징으로 보고 있으 며 플립칩 패키징이 51%로 가장 큰 비중을 차지한다. AP, GPU 등 고성능 칩 패키징에 사용 되는 패키징 기술은 팬아웃(Fan-out) 패키징과 2.5D·3D 패키징이다.

 

팬아웃 패키징 시장은 2015년 시장규모가 2억4000만 달러에 불과했으나 TSMC의 InFO(Integrated Fan-Out)를 시작으로 HD(High Density)·UHD(Ultra High Density) 팬아웃 (FO) 패키징이 성장하면서 2022년 18억 6000만 달러까지 성장했으며, 앞으로 2028년까지 연 평균 12.5% 성장을 이어갈 것으로 전망된다. 첨단 패키징 중에서 가장 빠른 속도로 성장하는 패키징은 GPU 등 다수 고성능 반도체 패키 징에 사용되는 2.5D·3D 패키징으로 2028년까지 연간 17% 성장이 전망된다. 

 

# 첨단 패키징 시장 주요 플레이어 '주목'

첨단 패키징이 등장하면서 후공정 부문의 가장 큰 변화는 OSAT 기업들이 독점했던 후공정 시장에 파운드리와 IDM 기업들이 들어오고 있다는 점이다. 첨단 패키징 시장 점유율만 보면 OSAT 기업들이 70%로 큰 비중을 차지하고 있긴 하나, OSAT들은 웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키징(WLCSP)에서 우위를 가지고 있고, 팬아웃, 2.5D·3D 등 고급(High-end) 패키징에서는 TSMC, 인텔과 같은 글로벌 파운드리·IDM들이 우세하다. 파운드리 1위 TSMC가 CoWoS 외에도 InFO, 3D SoIC 등 기술을 장악하면서 첨단 패키징에 서도 압도적 1위다.

 

애플의 모바일 AP는 팬아웃 시장에서 가장 큰 비중을 차지하며, TSMC는 InFO 기술로 2016 년부터 애플의 AP를 전량 수주하면서 2020년까지 팬아웃 시장의 70% 가까이를 차지했다. OSAT 기업들의 팬아웃 패키징 기술력이 향상되면서 2021년 팬아웃 시장 점유율을 보면 OSAT 기업들의 점유율이 50%까지 상승했다. 현재 고성능 팬아웃·2.5D 패키징이 가능한 OSAT 기업은 대만의 ASE, 미국의 앰코(Amkor), 중국의 JCET 정도이다. 

 

# OSAT, CoWoS 부문 WoS 외주 수혜

OSAT 기업들이 파운드리의 2.5D·3D패키징에서 소외되는 것은 아니다. TSMC는 CoWoS 공 정에서 병목 현상을 겪으면서 실리콘 인터포저의 생산을 UMC와 PSMC에 위탁, CoWoS의 백 엔드 공정인 WoS(Wafer on Substrate) 공정을 앰코, ASE에 위탁하고 있다. CoWoS-S 공정 프로세스에서 SK하이닉스 등 메모리 IDM은 메모리칩(HBM) 생산을, TSMC 등 파운드리는 CoWoS의 프런트엔드 공정인 CoW(Chip on Wafer)를 진행한다.

 

특히 WoS 공정은 OSAT 기업들의 경험치가 높은 바탕으로 플립칩·볼그리드어레이(FCBGA) 본딩으로 패키징된다. 파운드리 입장에서는 전공정 대비 수익성이 좋지 않기 때문에 외주할 의향이 있고, OSAT 기업들 입장에서는 기타 패키징 대비 수익성이 좋기 때문에 서로 '윈윈 (win-win)'이 가능해 이런 비즈니스 모델은 추후에도 지속될 것으로 보인다. TSMC는 CoWoS의 수익성을 공개한 바 없으며 대만 매체에 의하면 업계에서는 CoWoS의 매 출총이익률(GP Margin)을 20~30% 수준으로 예측하고 있다.

 

이는 TSMC의 전사 매출총이익 률인 50%+α에 비해 낮지만, ASE의 15~20%에 비해서는 높은 수준이다. 앰코는 지난해 중순부터 CoWoS 생산 캐파를 확대하고 있으며, 월 4000장에서 올해 하반기 월 5000장까지 생산 능력을 확대할 계획이다. 또한 지난해 TSMC가 건설 중인 미국 애리조나 공장 근처에 어드벤스드 공장 설립을 발표했다. 이는 TSMC와 협력해 첨단 패키징 물량을 소 화하기 위한 전략으로 풀이된다. 

 

# 중국의 첨단 패키징, 현 상황은?

최근 3년간 글로벌 반도체 기업들의 첨단 패키징에 대한 투자 규모를 보면, 파운드리·IDM 기 업들이 OSAT들보다 더 많은 투자를 진행하고 있다. 파운드리에서의 재도약을 노리는 인텔이 최근 3년 간 가장 많이 투자한 것으로 보이며, TSMC도 CoWoS와 3D 패키징인 SoIC를 모두 증설하고 있다.

 

TSMC는 4분기 실적콜에서 올 해 CoWoS, SoIC 등 첨단 패키징의 매출성장을 전년 대비 2배, 향후 몇 년간 연평균 50% 성 장할 것으로 전망했다. 반면, 전공정 기술 돌파에 집중하고 있는 중국 1위 파운드리 SMIC는 자체 첨단 패키징 증설 계획을 발표한 바 없다. 대신 SMIC는 2014년 JCET와 합작법인(JV)을 설립해 SJ Semiconductor(盛合晶微)를 설립했다.

 

또한 중국 후공정 1위 기업인 JCET에 지분 투자해 현 재 JCET의 2대 주주에 올라섰다. SJ Semiconductor는 세계 최초 12인치 인터포저(Interposer) 생산에 특화된 기업으로 WLCSP, RDL, 플립칩 본딩 등 패키징 기술도 장악하고 있다. 쟝수성 쟝인에 위치해 JCET의 첨단 패키징 공장과 같은 지역에 위치해 있다. '인터포저 생산이 가능하다'는 것은 전공정 라인을 구비하고 있다는 의미이며, 전공정과 첨단 패키징 능력을 모두 갖춘 SJ Semiconductor가 추후 중국 첨단 반도체 생산에서 중요한 역할 을 할 것으로 보인다.

 

현재 과창판 기업공개(IPO)를 준비 중이다. 중국의 고성능 반도체 생산은 TSMC의 CoWoS 외주 모델과 비슷한 구조로 갈 것으로 보인 다. SMIC가 전공정, SJ Semi가 인터포저, JCET를 비롯한 OSAT이 후공정 백엔드 패키징을 진행하면서 파운드리, 인터포저, OSAT 세 밸류체인의 협력으로 진행될 것으로 보인다. 또한 상위 OSAT기업들의 2.5D 패키징 기술 개발도 계속되고 있다. 

 

# 중국 OSAT 대표기업 살펴봐야 할 때

중국 반도체 후공정은 2014년 설립된 반도체 빅펀드 1기의 투자를 받아 상위 OSAT기업들이 2015~2016년경 글로벌 주요 후공정 기업을 인수하면서 기술력이 향상됐으며, 글로벌 시장에 서의 점유율 또한 2014년의 7%에서 2022년 28%로 크게 상승했다. 국가 반도체 발전기금은 JCET의 지분 13.2%를 보유한 대주주이며, TFME의 지분율은 14.5%(1기+2기)로 2대 주주이다.

 

중국 후공정 1위인 JCET는 2015년 당시 글로벌 반도체 후공정 4위였던 싱가포르의 스태츠칩 팩(STATS ChipPAC)을 인수하면서 글로벌 3위 OSAT 기업이 됐으며 SiP, 플립칩, eWLB(embedded wafer level BGA) 등 패키징 기술을 장악하게 됐다. TFME는 2016년 중국 수저우와 말레이시아 페낭의 AMD 공장을 인수하면서 2016년부터 AMD 후공정의 80%를 동사가 진행하고 있다. 화천과기는 2015년 미국 FCI(FlipChip International)를, 2018년 말레이시아의 유니셈 (Unisem)을 인수했다.

 

2022년 처음으로 글로벌 후공정 7위를 차지하면서 알려진 와이즈로드는 반도체 분야 투자회 사인 와이즈로드캐피탈(Wise Road Capital)이 글로벌 다수 OSAT 기업을 인수해 만들어진 회사이다. 2020년 싱가폴의 UTAC, 2021년 대만 PTI의 싱가폴 공장에 이어 2022년 대만 ASE의 중국 내 네 공장을 인수하면서 2022년 기준 글로벌 후공정 시장 점유율 3.2%를 차지하고 있다.

 

JCET와 TFME는 글로벌 탑티어 패키징 기업을 인수하면서 성장했기에 SiP, FC BGA, FC CSP, WLSCP 등 OSAT이 잘하는 첨단 패키징 기술에서 글로벌 탑티어 수준이다. JCET의 매출에서 STATS ChipPAC(JSCK 포함)의 비중은 80%, TFME의 매출에서 퉁푸 AMD 의 비중은 70% 수준이다. 두 회사 모두 첨단 패키징의 매출 비중이 60%를 넘으며 AMD, 퀄 컴, 인피니온, 애플 등 글로벌 주요 팹리스(반도체 설계) 기업들을 고객사로 두고 있다. 해외 매출 비중이 70% 이상에 달한다.

 

다만, 현재 2.5D 패키징을 양산한 기업은 JCET 뿐이다. JCET의 XDFOI는 앰코 출신의 CTO 를 선두로 개발됐다. 2021년에 RDL 팬아웃 플랫폼 XDFOI(X Dimention Fan-out Integration)를 발표했으며, 지난해 1월부터 안정적으로 양산 중이다. 4nm 칩 패키징이 가능하며, 최대 패키징 본체 면적은 1500mm², RDL L/S 2μm, 마이크로 범프 피치는 40μm로 ASE의 FoCoS와 유사하다. 다만 RDL 재배선층은 3층까지 가능해 ASE FoCoS의 5층보다 적다. 현재 5층 레이어(Layer) 개발을 진행 중이다. TFME도 VisionS라는 2.5D 패키징을 개발하고 있는 상황이다.

▲ 화웨이를 선두로 AI GPU 개발에서 유의미한 성과를 내고 있으나 문제는 생산 능력이다.중국 고성능 반도체 국산화에서 SMIC의 선단 공정 돌파와 함께 OSAT기업들의 첨단패키징능력이 중요하다(사진: YOUTUBE 캡쳐).  © 경제인

 

# OSAT 기업들, 올해 매출 성장 턴어라운드 전망

글로벌 OSAT 기업들은 2022년 4분기부터 매출이 역성장하기 시작해 지난해 말까지 지속됐 다. OSAT 기업들의 재고 수준은 대체로 2022년 2분기부터 늘어나기 시작해 지난해 2~3분기 에 피크를 찍고 감소하고 있는 것으로 보인다. 4분기 실적을 발표한 ASE와 앰코, PTI 모두 4 분기 재고 회전일수가 3분기 대비 줄었다. 다만 ASE의 4분기 가동률은 60~65% 수준으로 여전히 낮은 수준이다.

 

회사는 재고 소진이 2 올해 상반기까지 지속, 하반기부터 본격적인 성장을 재개할 것으로 전망했다. 재고 소진과 더불어 전방 수요 개선으로 OSAT 기업들이 올해부터 매출성장 회복 구간에 진 입할 것으로 예상되며, 하반기부터 매출성장이 가속화될 것으로 보인다.

 

박초화 대신증권 연구원은 "상위 OSAT 기업들은 수요 회복에 따른 가동률 개선과 첨단 패키 징 수요 증가에 따른 제품구조 개선으로 수익성 향상도 동반될 것"이라며 이익성장이 매출성 장을 상회 할 것"이라고 전망했다.

  • 도배방지 이미지

관련기사목록
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고