반도체 산업 및 회사의 종류, 후공정 OSAT업체와 IDM

1. 반도체 후공정 OSAT업체

 반도체 전공정이 끝난 칩을 제품으로 만들어주기 위해서는 반도체 칩의 데이터 입력과 출력단자를 외부와 연결하는 패키징과 생산이 끝난 반도체를 대상으로 정상 동작 유무를 판별하는 검사 및 테스트가 필요하다. 이들 공정을 반도체 후공정이라고 한다. 후공정을 전문적으로 담당하는 업체를 OSAT이라고 한다.
 패키징은 칩과 외부를 연결하는 작업으로 반도체 칩을 물리적으로 보호하고 상호 배선 및 전력 공급을 위해 필요한 공정이다. 과거에는 데이터 입력과 출력 단자 수가 적었기 때문에 반도체 패키징도 단순한 구조가 주류를 이루었으나 최근 스마트폰 등 각종 디지털 가전 시장이 확대되면서 패키지 타입도 과거보다 복잡해지고 종류도 다양해지고 있다. 특히 저항을 최소화하는 상호 접속 기능과 성능 향상을 위한 발열 관리 능력, 패키지 통합 기능 등 반도체 기능을 극대화하는 역할이 강조되고 있다. 테스트는 FAB 공정이 끝난 웨이퍼를 대상으로 하는 웨이퍼 레벨 테스트와 양품을 선별하여 패키징을 진행한 후 완료된 칩을 검사하는 패키지 테스트로 구분된다. 대표적인 업체로는 대만의 ASR, 미국의 AMKOR 등이 있다.
 건축물에서 인테리어는 디자인으로만 끝나는 것이 아니다. 단열재를 사용해 외부의 온도 변화에도 건물 내부의 온도를 유지하기 쉽게 하는 기능, 원활한 공기 순환을 위한 환기 기능 등을 포함해야 한다. 반도체 역시 마찬가지로 포장에만 신경 쓰는 것이 아니라 부가적인 기능도 신경 써야 한다. 반도체 칩은 예전에 비해 크기가 작아지고 고속 동작을 하는데, 이에 따라 발생하는 열은 반도체 성능을 저하하는 가장 큰 요인이다. 동영상 시청 등의 고성능 동작으로 휴대폰을 오랜 시간 사용해온 사람들은 휴대폰이 뜨거워지면서 버벅거리는 것을 느꼈을 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 패키징에서는 발생한 열을 바깥으로 빼주는 방열 기능이 매우 중요해졌고, 자연스레 패키징 재료 연구 및 공정 개발 역시 예전에 비해 훨씬 중요해졌다.
패키징과 테스트의 시장 규모는 2018년 기준 약 300억 달러였으며 5년간 연평균 5.2%씩 성장할 것으로 전망되고, 첨단 패키지 시장은 연평균 약 8%씩 성장하여 2023년에는 약 390억 달러에 이를 것으로 보인다. 지금은 기술 고도화에 따른 패키징 전문화 추세, IDM이나 파운드리의 고정비 절감 목적을 위한 아웃소싱 증가로 당분간 패키징과 테스트 아웃소싱 시장은 성장세가 지속될 것으로 예상된다. OSAT의 지역별 점유율을 살펴보면 대만이 52%, 중국이 21%를 차지하고 있는 과점체제이나, 한국이 차지하고 있는 비율은 3%에 불과하다. 다만 한국 업체들은 삼성전자와 SK하이닉스를 중심으로 자체 어드밴스드 팩키징을 개발하고 있다는 점이 특이점이다.

 

2. 종합 반도체 기업 IDM

 

 IDM은 설계부터 제조, 패키징 및 검사까지 일괄 공정 체제를 구축한 완성업체를 말한다. 기술력과 규모의 경제를 통한 경쟁력 우위를 얻을 수 있어 자본 투자를 통해 얻을 수 있는 수익이 높지만, 실패에 따른 위험 역시 높은 편이다. 이러한 모델은 높은 기술력을 바탕으로 소품종 대량생산이 가능한 경우가 적합하다. 예를 들면 반도체 협회의 가이드에 따라 정해진 규격대로 생산해야 하는 DRAM이나, 통신규격이 정해진 SSD에 들어가는 플래시 메모리 등의 메모리 반도체가 있다. 대표적인 회사고는 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론 등이 대표적인 IDM 회사다.
 IDM은 반도체 제품 생산에 해당하는 대부분의 공정을 담당하기 때문에 매출 역시 매우 높은 편이다. 2020년 전 세계 반도체 매출액 상위기업 15개 중 10개 업체가 IDM이다. 현재 전체 반도체 시장을 보면 삼성전자와 인텔의 2강 체제가 매우 공고하다. 그러나 메모리 반도체만 보면 DRAM의 경우 일부 대만 업체를 제외하고는 3개의 업체가 거의 95%에 육박하는 비중을 차지하는 독과점시장이다. 그중에서도 삼성전자와 SK하이닉스의 비중이 매우 큰 것을 알 수 있다. 낸드 플래시 메모리 시장 역시 삼성전자가 가장 높은 점유율을 차지하고 있다. SK하이닉스의 점유율은 DRAM에 대비하여 낮은 편이지만, 향후 인텔의 플래시 메모리 공장 인수가 완료되면 현재 2위인 키옥시아와 비등한 수준이 될 것이다.

3. 칩리스(Chipless)

 예전에는 반도체 설계를 하는 데 있어 팹리스 업체가 모든 것을 담당하였다. 그러나 칩의 기능과 크기가 증가하면서 복잡도가 늘어나 이를 팹리스 회사가 모두 감당하기 버거워졌다. 칩 내에서 하나의 기능을 담당하는 부분을 블록이라고 하는데, 칩이 고도화되면서 각기 다른 기능을 가진 블록이 여러 개 필요하게 되었다. 예전에는 팹리스가 각 블록을 모두 개발하였으나, 다양한 제품에 맞춘 특화 설계의 필요성이 늘어나 인력과 시간에 쫓기다 보니 블록 개발을 외주화하게 되었다.
 이처럼 수요에 맞춰 블록을 제공해주는 업체를 칩리스라고 한다. 칩리스가 제공하는 블록을 IP라고 하며, IP는 특정 기능을 하는 설계 블록의 설계도의 지식재산권이라 보면 된다. 특정 IP를 차용하면 사용권에 따른 로열티를 제공해야 하므로 팹리스와 파운드리 회사 역시 IP 개발에 큰 노력을 기울이고 있다. 칩리스가 IP를 제공하면 팹리스 업체가 차용한다. 팹리스는 자사 칩을 설계해 외부에 판매하는데, 이때 칩리스 업체는 칩에 대한 소유권이 없으며 팹리스에서 제작한 제품은 팹리스의 이름을 달고 출시된다.