파운드리의 성장과 주목받는 후공정 업체들

더 중요해지고 있는 반도체 후공정.

파운드리의 성장과 주목받는 후공정 업체들

  • 키워드 D램, DRAM, PMIC, 반도체후공정, 반도체패키징, 테스트소켓, 프로브, 5G스마트폰, 파운드리
  • 관련종목 한미반도체, 하나마이크론, 시그네틱스, 폴라리스웍스, 프로텍, SFA반도체, 네패스, 엘비세미콘

투자 아이디어 요약

  • 최근 파운드리 시장과 후공정 업체에 대한 이야기가 많이 나오고 있는데, 전통적으로는 팹리스가 칩 설계를 하고, 파운드리가 생산을 하면, 제조사는 팹리스 업체의 기성제품을 활용하는 구조였지만, 이런 전통적인 구조가 깨지면서 시장이 변화하고 있으며, 이런 변화의 이유는 Big Tech 기업들이 자체적으로 반도체를 개발하고 있기 때문
  • 애플은 M1(애플 실리콘)을 적용한 PC를 개발하고 있는데, 기존의 인텔이나 AMD의 칩셋이 아닌 ARM코어 기반의 CPU를 개발하여 애플 제품에 탑재하고 있고, 구글은 데이터센터용 AI칩 TPU를 개발하고 있으며, 테슬라는 딥러닝 훈련용 AI반도체인 D1칩을 발표함
  • 최근 잇따르는 Big Tech 기업들의 자체 반도체 개발 흐름으로 인해 파운드리 사업을 하는 기업의 몸값이 상승하는 모습을 보임
  • 파운드리 시장은 다시 2가지 영역으로 나눠서 볼 수 있는데, 첫 번째는 삼성전자와 TSMC가 주도하는 미세화 공정으로 노광 공정에 EUV 장비를 도입하면서 두 기업 모두 7나노, 5나노를 넘어 3나노 제품을 양산할 것으로 전망됨
  • 두 번째는 아날로그 반도체 시장으로, 올 한해 차량용 반도체 숏티지 발생으로 시장의 주목을 받고 있는데 이는 근본적으로 8인치 웨이퍼 시장의 숏티지로 인한 것으로 판단됨
  • 최근에는 사물인터넷, 자율주행, 5G 이동통신 등으로 반도체 수요가 증가하고 있는데, 이는 저화소 이미지센서, 파워반도체, 디스플레이구동칩, 차량용반도체 등의 제품에 영향을 주고 있으며, 이 제품들은 다품종 소량생산 품목으로 8″ 웨이퍼를 통한 생산이 요구
  • 8″ 웨이퍼 시장은 최근 발생하고 있는 숏티지의 중심으로, 증설을 하기에도 애매하고 12″ 웨이퍼향 설비를 8″로 전환하기도 어려워 시장의 수요는 증가하고 있는데, 공급은 타이트한 상황이 발생됨
  • 반도체 생상 공정 중 전공정은 웨이퍼를 가공해서 칩을 만드는 공정이고 후공정은 칩을 보호하기 위해 패키징하는 공정으로, 메모리 반도체는 소품종 대량생산의 특징으로 인해 삼성전자와 SK하이닉스는 전공정과 후공정을 자체적으로 소화하는 비율이 상대적으로 높지만, 비메모리 반도체는 다품종 소량생산으로, 파운드리는 전공정에 집중하고 후공정은 외주로 돌리는 것이 보다 효율적
  • 대표적인 파운드리 업체인 TSMC 역시 전공정에 집중하고, 후공정은 ASE, SPIL, PTI와 같은 대만 후공정 기업들에게 외주를 주는 형태임
  • 이는 최근 삼성전자가 파운드리 시장에서 강력한 드라이브를 걸고 있는 것과 같이, 파운드리 시장이 중요해질수록 국내의 후공정 기업들의 기회가 증가할 것으로 전망되는 이유임
  • 최근 삼성전자는 파운드리 시장에서 경쟁력을 높이고 있는데, 이는 파운드리 시장이 진화할수록 후공정 외주가 증가할 이유로 판단되며, 이에 따라 반도체 후공정 기업의 시장 기회는 증가할 것으로 전망되어 시장의 관심도 증가하고 있는 것으로 판단됨

이전 요약 정보 History

  • 전공정이 웨이퍼위에 회로를 만드는 과정이라고 하면 후공정은 만들어진 회로를 외부와 전기적 신호를 주고받기 위해 선을 연결해주고 회로를 보호하기 위해 패키징하는 역할
  • 반도체 후공정은 테스트 – 소켓 – 프로브 – 모듈 패키징 – 완제품 패키징의 5가지 과정을 거치는데, 반도체 후공정 업체들은 장비, 소재, 완제품 기업으로 나뉘어 있음
  • 올해 반도체 업황은 ‘슈퍼 사이클’에 접어들 것으로 전망되며, 올해 1분기 PC D램 가격은 전분기 대비 5% 오를 것으로 예상되고 있고, 5G 스마트폰용과 서버용 D램의 수요가 커지고 있는 상황
  • 현재 반도체 수탁생산(파운드리) 시장은 연말까지 주문이 꽉 차 있을 정도로 ‘공급 부족’상태에 놓여있는 상황으로, 올해 파운드리 시장은 작년 대비 6% 증가한 97조원으로 예상되고 있는데, 파운드리 성장에 힘입어 반도체 후공정 시장도 커질 것으로 예상되고 있음
  • 삼성전자, TSMC 같은 파운드리 업체들은 패키징을 전문 업체에게 맡기고 있는데, 이는 5nm 이하의 초미세공정 진입으로 칩이 점점 작아지면서 높은 패키징 기술이 요구되기 때문으로, 이에 따라 반도체 후공정 시장 또한 지난해 490달러에서 올해엔 513억달러, 2025년 650억 달러까지 성장할 것으로 전망되고 있음
  • PMIC(전력관리반도체)는 메모리 반도체 등 주요 기능을 수행하는 핵심칩에 전원을 공급하는 반도체로 전자기기의 각 부분에 필요한 전력을 분배하고 제어하는 역할을 하기에 ‘전자기기의 심장’으로 불리며, 삼성전자의 ‘시스템반도체 2030’ 전략을 이끌 핵심 부품으로 주목받고 있음
  • PMIC 시장은 2024년까지 연평균 6.6%의 고성장으로 69억달러(7조 8,000억원)까지 확대가 기대되는 시장으로 시스템 반도체에선 빼놓을 수 없는 주요 분야로, 지난 18일 삼성전자는 차세대 D램 모듈의 성능을 높이고 전력 사용을 줄이는 PMIC 신제품 3종을 공개했으며, 차세대 DDR5 D램 모듈에 탑재될 예정인 해당 신제품들은 D램의 성능은 높이고 전력 사용은 최소화하는 방향으로 개발된 것으로 알려짐
  • PMIC는 IT제품들이 경박단소화 되면서 이에 따라 PMIC 사용량도 점차 늘어나고 있는데 사용량이 늘어나면서 공급부족도 이슈화되고 있으며, 차세대 D램 모듈의 성능을 높이고 전력 사용을 줄이는데도 사용됨, 그동안 DDR4램까지는 모듈에 PMIC가 탑재되지 않았지만 DDR5부터는 PMIC가 탑재되기 시작되어, DDR5가 출시되면 그 사용량이 더육 크게 늘어날 것으로 전망되기 때문에 반도체 후공정 업체들의 증설이 이어지고 있는 것으로 추정
  • 지난 30일 키움증권과 카운터포인트에 따르면, 주요 스마트폰 부품의 공급 부족에 따라 가격 상승세가 두드러지고 있으며, 상반기 중 DDIC 20~30%, PMIC 10~20%, 저화소 이미지센서 15~20%, 패키지 기판 5~10% 등의 가격 인상이 예상되고 있으며, 특히 PMIC는 공급 부족의 정점에 있는 상황으로 대부분의 PMIC는 150nm 노드 공정과 8인치 웨이퍼에서 생산되고 있고, PMIC의 일부를 80nm/40nm 공정과 12인치 웨이퍼로 이전 생산하고 있지만, 공급 부족은 올해 내내 지속될 것으로 전망되고 있음
  • 공급 부족은 수요 측면에서 원격교육과 재택근무 확산으로 인해 PC, 게이트웨이, 데이터센터 관련 부품 수요가 늘었고, 5G 보급과 함께 기기 및 네트워크 장비용 PMIC 수요가 증가하고 있기 때문으로, 스마트폰의 이미지 성능 강화 추세도 PMIC 수요 증가의 요인으로 판단됨
  • 향후 선두권 파운드리 업체들의 투자 확대 사이클이 예상되지만, 40~120nm에 걸친 성숙 공정의 공급 부족이 해결되지는 않을 것으로 전망되며, 성숙 공정은 수율 개선 여지, 신규 라인의 생산능력 규모 면에서 제약이 큰 것으로 알려짐
  • 서버 업체들이 3년 주기로 D램 모듈을 교체하며 상당한 수요가 예상되는 만큼 DDR5 D램 사양에 맞는 PMIC 시장도 초기 진입이 매우 중요할 것으로 판단되며, 시장조사기관인 옴디아에 따르면 삼성전자의 2019년 PMIC 시장 점유율은 6.6%에 불과한 상태로, 삼성은 이번 PMIC 3종 공개를 계기로 시스템반도체 시장 점유율을 공격적으로 확대해 나간다는 계획으로, 삼성전자는 2010년부터 SoC, 카메라, 디스플레이, SSD용 PMIC를 시장에 공급하고 있으며 D램용 PMIC를 이번에 처음 시장에 공개함
  • 반도체 패키징 시장이 미래먹거리로 주목받고 있음, 반도체 미세화 기술의 한계와 다양한 시장수요에 대응하기 위한 패키징 공정의 중요성이 강조되면서 TSMC, 삼성전자, 인텔 등 글로벌 종합반도체 기업들이 앞다퉈 첨단 패키징 기술 개발에 나서고 있음
  • 패키징은 제조된 반도체가 훼손되지 않도록 포장하고 반도체 회로에 있는 전기선을 외부로 연결하는 공정을 말하며, 반도체 품질을 결정하는 전공정이 아닌, 만들어진 반도체를 출하하는 후 공정에 속하기 때문에 단순하고 보조적인 작업이란 인식이 대부분이지만, 반도체 회로 선폭이 3㎚(나노미터·10억분의 1m) 이하로 줄어드는 등 반도체 제조 기술이 수년 내 물리적 한계에 봉착할 가능성이 커지면서 패키징 기술에 대한 중요성이 주목받기 시작한 상황으로, 이는 반도체 자체의 성능을 향상시키는 데 한계가 따르기 때문에 서로 다른 반도체를 연결하고 포장하는 패키징 기술을 높이는 쪽으로 방향을 전환하는 것으로 판단됨
  • 인텔은 올해 미국 뉴멕시코주에 35억 달러를 투자하여 반도체 패키징 시설을 만들고 내년 하반기 가동을 시작하며, TSMC는 지난해 패키징 공정에 150억 달러 투자를 발표하고 일본에 공장 설립을 추진하고 있으며, 삼성전자는 미국에 신설할 파운드리 공장에 패키징 생산시설을 포함할 가능성이 있는 것으로 판단됨
  • 패키징 기술은 개별 반도체 회로를 각각 연결하는 방식에서 다수의 회로를 집적한 모듈 형태로 진화하고 있으며, 최근에는 다른 종류의 반도체를 한번에 결합하는 ‘이종접합 패키징’이 주목받고 있음
  • 이종접합패키징은 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU) 같은 연산가능(로직) 칩과 고대역폭 메모리(HBM)가 결합하는 형태로, 이런 형태의 첨단 패키징 기술은 TSMC, 삼성전자, 인텔 등이 기술 개발을 주도하고 있음
  • 패키징 기술에서 가장 앞서고 있는 것은 TSMC로, 2012년 ‘칩 온 웨이퍼 온’ 기술을 통해 4개의 칩을 통합하는 기술력을 선보인 후 현재까지 최고 수준의 기술력을 선보이고 있음, TSMC는 완성된 반도체를 연결하는 것이 아닌 웨이퍼에 회로를 그리는 ‘전공정’ 단계에서부터 패키징 기술을 적용하는 방식으로, 반도체 제작과 패키징을 동시에 하기 때문에 별도의 기판이 필요 없다는 것이 장점이며, 경쟁사 대비 패키지 두께가 20% 얇고 전력 손실이 10% 적으며, 속도는 20% 빠른 것으로 평가받고 있음
  • 인텔은 3차원 패키징 기술인 ‘포베로스’를 2019년부터 적용하고 있으며, 기술 자체만으로는 서로 다른 공정에서 생산된 반도체를 쌓아 올리는 삼성전자와 비슷하지만, 전공정 단계에서부터 패키징 기술을 적용한다는 점에서는 TSMC와 유사하며, 이 기술은 TSMC와 비교시 1년 정도 뒤처지는 것으로 평가
  • 패키징 시장 규모는 매년 5%씩 성장할 것으로 전망되며, 전 세계 패키징 시장은 지난해 488억달러(약 55억원)에서 올해 512억달러(약 57조원), 2023년 574억달러(약 64조원)로 성장할 것으로 전망
  • 한국은 패키징 시장에서 상대적으로 열세를 보이고 있으며, 패키징과 관련하여 전체 시장의 20%를 하나마이크론과 네패스가 견인하고 있지만, 패키징 기술은 전공정에 비해 상대적으로 시장 진입 난이도가 낮은 만큼 정부와 기업들의 적극적인 투자가 필요한 영역으로 판단

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