삼성반도체 '김기남 프로젝트' 가동… 패키지 신공정 독자 개발

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일명 ‘김기남 프로젝트’로 온양에 라인 구축…애플 AP 물량 재수주 포석

삼성전자가 새해 반도체 패키지 신공정을 독자 개발한다.

대만 TSMC에 뺏긴 애플 애플리케이션프로세서(AP) 위탁생산(파운드리) 물량을 다시 수주하기 위한 방안이다. TSMC는 첨단 전 공정 웨이퍼 가공 능력에다 새로운 패키지 기술을 제안, 지난해 삼성전자로부터 애플 AP 생산 물량을 전부 빼앗아갔다.

김기남 삼성전자 부품(DS) 부문장 사장
김기남 삼성전자 부품(DS) 부문장 사장

27일 업계에 따르면 삼성전자 반도체사업부는 팬아웃-웨이퍼레벨패키지(Fo-WLP) 신 공정 개발을 위해 투자하고 있는 것으로 확인됐다. 또 지난해 말 인텔에서 영입한 패키지 분야 전문가 오경석 상무(반도체연구소 담당임원)를 중심으로 관련 기술을 독자 개발하고 있다. 삼성 안팎에선 이를 '김기남 프로젝트'라 부른다. 김 사장이 올해 상반기에 이 프로젝트를 극비리 지시했기 때문에 붙은 이름이다.

2019년 양산 체제 구축이 목표다. 이 기술 개발을 완료해야 애플 물량을 다시 가져올 수 있다고 판단했다.

패키지는 가공이 끝난 실리콘 웨이퍼에서 자른 칩(Die)을 포장하는 작업이다. 외부 습기나 불순물·충격으로부터 칩을 보호하고 메인 인쇄회로기판(PCB)과 신호를 전달할 수 있게 하는 공정이다. 집적도가 높아지면 칩 면적은 좁아지고 입출력(IO) 단자 숫자는 늘어난다. 기존 팬인 패키지로는 늘어난 IO 숫자를 감당하기 어려웠다. 이 때문에 패키지 공정 시 칩 바깥쪽으로 배선을 빼는 팬아웃 기술이 각광받게 됐다. 팬아웃 기술을 활용하면 패키지 내부에 들어가는 값비싼 패키지 PCB가 필요하지 않게 된다. 원가를 절감할 수 있고, 패키지 두께(높이)도 줄일 수 있다.

삼성 지금까지 가공을 마친 웨이퍼를 하나씩 잘라 패키징하는 다이레벨패키지(DLP) 방식을 활용했다. WLP는 기술 난도가 높지만 웨이퍼 상태 그대로 패키징을 수행, 공정 횟수를 단축할 수 있다. 원가 절감에도 유리하다. 전문 외주반도체테스트패키지(OSAT) 업체 대부분이 WLP 라인을 보유하고 있어 기술 방식도 검증됐다.

애플은 아이폰7 시리즈에 탑재된 A10 칩부터 팬아웃 패키지 기술을 활용하고 있다.
애플은 아이폰7 시리즈에 탑재된 A10 칩부터 팬아웃 패키지 기술을 활용하고 있다.

대만 TSMC는 세계에서 가장 먼저 AP용 Fo-WLP 기술을 상용화해 아이폰7에 탑재되는 16나노 A10, 아이폰8용 10나노 A11 파운드리 생산을 수주했다. TSMC는 Fo-WLP 기술을 자체 기술명 'InFO'(통합형 팬아웃)라고 부른다.

전문가는 전 공정 웨이퍼 가공 분야 경쟁력은 삼성과 TSMC가 호각을 다투고 있지만 결국 애플이 TSMC에 물량을 몰아 준 이유는 패키지 경쟁력을 높이 샀기 때문으로 분석한다. 반도체 분석 전문업체 테크인사이트는 애플 아이폰에 탑재된 신형 A 시리즈 AP 단면을 분석하면서 “InFO 기술이 적용된 덕에 AP 두께가 과거보다 현저하게 얇아졌다”면서 “TSMC가 이 기술로 애플 물량을 독점한 것으로 추정된다”고 말했다.

업계 관계자는 “그동안 삼성전자는 전 공정에 매진하고 후 공정 분야에는 큰 투자를 하지 않았다”면서 “애플 사례에서 후 공정 패키지 분야에도 대규모 투자와 기술 개발 필요성을 절감하게 된 것으로 안다”고 설명했다.

삼성반도체 '김기남 프로젝트' 가동… 패키지 신공정 독자 개발

삼성전자가 독자 Fo-WLP 기술을 확보하면 삼성전기 패널레벨패키지(PLP) 사업은 위기를 맞을 것으로 보인다. PLP는 동그란 웨이퍼가 아닌 사각형 패널 위에다 칩을 놓고 패키징하는 기술 방식이다. 이전 반도체 부문장인 권오현 회장이 이 기술을 적극 밀었고 그룹 차원의 사업 조정을 거쳐 삼성전기에 이 프로젝트를 넘겼다. 그러나 처음 시도하는 기술이어서 장비, 재료 생태계가 부실해 시행착오도 많이 겪은 것으로 알려졌다.

삼성전자 반도체사업부가 이 방식에 회의감을 가지면서 삼성전기에 파견한 패키지 전문 인력 대다수를 복귀시킨 것으로 전해졌다. 삼성전자가 Fo-WLP 기술을 독자 개발하고 양산 체제를 갖추면 굳이 외부로 패키지 물량을 맡길 이유도 없어질 것으로 보인다.

한주엽 반도체 전문기자 powerusr@etnews.com