패키지 기판 (Substrate)

패키지 기판의 역할

패키지 기판은 ‘작은 PCB’다.

다이가 직접 PCB에 닿지 않고, 그 사이에 패키지 기판이 들어와 신호·전력·열을 전달한다.

다이의 IO 패드 피치는 매우 작고(수십 μm) PCB 핀의 피치는 큰 편이라(수 mm), 둘을 잇기 위해 패키지 기판이 ‘피치 변환기’ 역할도 한다.

또 다이의 발열을 효과적으로 흡수·전달하기 위해 기판에는 동박 평면, 열 비아, 금속 보강 구조가 들어 있다.

재료: BT vs ABF

재료는 응용에 따라 갈린다.

BT(Bismaleimide Triazine)는 메모리(D램, 낸드)·모바일 AP·MCU 같은 응용에서 폭넓게 사용된다.

비교적 얇고 가벼우며, 다층 빌드업이 가능하다.

ABF(Ajinomoto Build-up Film)는 고성능 FC-BGA에 사용된다.

CPU·GPU·서버 칩·AI 가속기 같은 고핀수 패키지의 표준 재료이고, 미세한 라인·스페이스 배선과 깊은 빌드업 층을 지원한다.

ABF는 일본 아지노모토 화이프 테크노가 사실상 단독 공급한다.

MIS는 작은 디스크리트·전력 패키지에 쓰이는 몰드 기반 인터커넥트 기판이다.

빌드업과 미세 배선

빌드업과 미세 배선은 첨단 패키지의 핵심이다.

패키지 기판은 코어 양면에 빌드업 층을 한 층씩 추가해 만든다.

빌드업 한 층은 절연막 + 비아 + 메탈 라인으로 구성되고, 미세 라인은 5~10μm까지 내려간다.

첨단 FC-BGA 기판은 30~100층 빌드업, 면적 100mm각 이상이 일반적이다.

미세 라인을 만들기 위해 mSAP(modified Semi-Additive Process)·SAP(Semi-Additive Process) 같은 도금 기반 미세 패턴 공정이 사용된다.

첨단 패키지용 대면적 기판

첨단 패키지용 대면적 기판은 인터포저와 함께 패키지 외형을 결정한다.

AI 가속기는 인터포저 위에 로직 다이와 HBM이 올라간 뒤, 그 인터포저 전체가 ABF 기판에 올라간다.

인터포저가 클수록 ABF 기판도 커야 하고, 큰 기판은 워페이지·박리·열팽창 균일성이 모두 어려워진다.

그래서 첨단 ABF 기판은 양산이 까다롭고, 캐파를 빠르게 늘리기 어렵다.

한국 패키지 기판 산업

한국 패키지 기판 산업은 삼성전기(SEMCO), 대덕전자, 심텍, 코리아써키트가 활동한다.

삼성전기는 모바일·메모리·고성능 BGA 기판에서 글로벌 5위권의 점유율을 가지며, 최근 ABF 기판에 대규모 투자를 단행했다.

대덕전자는 메모리·SoC용 기판과 함께 ABF 기판으로 진출했고, 심텍은 메모리·고성능 BGA 기판에 강점이 있다.

일본 이비덴·신코덴키, 오스트리아 AT&S, 대만 유니마이크론·난야 등이 함께 시장을 분할한다.

AI 시대의 기판 공급 이슈

AI 시대의 기판 공급 이슈는 매우 현실적이다.

CoWoS 캐파와 더불어 ABF 기판의 캐파 부족이 NVIDIA·AMD AI 칩 출하의 병목으로 거론된다.

면적이 큰 ABF 기판은 한 장당 가공 시간이 길고 수율도 낮아, 캐파 증설에 시간이 걸린다.

그래서 패키지 기판 회사들은 첨단 ABF 캐파에 대규모 투자를 진행 중이고, 한국·일본·대만의 기판 산업이 모두 첨단 라인에 집중하고 있다.

기판은 잘 보이지 않는 부품이지만, AI 가속기 한 장의 가격을 좌우하는 큰 요소이고, 패키지 워페이지·신뢰성·열 전달의 핵심이다.

그래서 첨단 패키징을 깊이 이해하려면 기판의 재료·빌드업·면적 도전을 함께 보는 것이 좋다.