‘내 손 안의 컴퓨터’라는 수식어와 함께 세상 밖으로 나온 스마트폰은 수식어를 넘어서는 기술들을 탑재하며 많은 사람들의 일상을 편리하게 만들고 있습니다. 경박단소, 즉 가볍고 얇고 짧고 작은 단말기에 더욱 다양한 기능을 넣는 것이 요구되면서 수많은 전기 회로들을 연결하는 기판은 곧 스마트폰 기술의 핵심이 되었어요.
LG이노텍은 글로벌 No.1 소재ㆍ부품기업답게 선진적인 기판소재 기술을 선보이고 있습니다. 최근 높은 수요에 비해 공급량이 적어 화제가 된 FC-BGA와 더불어 AiP와 SiP 또한 경쟁력을 갖추기 위해 연구개발을 거듭하고 있는데요. 이름만 들어서는 쓰임새를 명확히 알 수 없는 AiP와 SiP를 간단하게 정리해보았습니다.
스마트한 세상을 설계하는 기판 기술
기판은 복잡한 연산을 처리하는 IC(Integrated Circuit : 집적회로)칩을 메인보드에 연결하고 전기 신호를 중재하는 부품입니다. 전자기기의 기능이 많아질수록 반도체의 종류도 다양해졌기에 하나의 기판에 많은 반도체를 효율적으로 쌓는 것이 관건입니다.
기판이 IT 기술 발전의 열쇠인 만큼 기판 전시회가 따로 있을 정도인데요. 바로 ‘국제PCB 및 반도체패키징산업전’인 KPCA Show입니다. 기판소재 강자인 LG이노텍도 이 전시회에 매년 참여하고 있는데요. 최근 열린 KPCA Show 2022에도 참여해 다양한 제품군의 획기적인 기술력을 선보였습니다. 특히 높은 수요에 비해 기술력을 갖춘 기업이 적어 공급난을 겪고 있는 FC-BGA 신제품으로 세계의 이목을 집중시키기도 했습니다.
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LG이노텍은 AiP와 RF-SiP를 전 세계에 수출하며 기판 시장에 혁신을 불러오고 있습니다. LG이노텍이 선진적인 FC-BGA 기술을 발휘할 수 있었던 것도 FC-BGA의 공정 과정이 AiPㆍSiP 기판과 유사하기 때문이죠. AiP와 SiP는 용도에 따라 다른 구조로 설계되어 각각의 역할을 합니다. AiP와 SiP의 용도는 무엇일까요? 어떤 이점이 있을까요? 한번 살펴보겠습니다.
기판소재 AiP와 SiP, 각각 어떤 점이 다를까?
AiP는 안테나 인 패키지(Antenna in Package)의 약어로, 5G 스마트폰의 출시가 확대되면서 중요성이 높아지고 있는 기판입니다. 다양하고도 방대한 데이터를 즉각적으로 전송하기 위해서는 30~300Ghz의 초고주파수인 밀리미터파(mmWave) 대역을 활용해야 하는데요. 이 밀리미터파 대역을 지원하는 역할을 하는 것이 바로 AiP입니다.
AiP가 도입되기 전에는 송수신 칩셋, 필터, 전력 증폭기 등 여러 전자부품이나 통신 모뎀마다 개별 안테나가 있었습니다. 하지만 AiP를 통해 이들을 하나의 안테나로 통합하게 되면서 소형화된 기기를 만들 수 있게 되었죠. AiP는 성능 향상에도 일조하는데요. 높은 주파수에서 발생하는 손실을 해결하기 위해 안테나들의 신호를 하나로 모으고 전파 방향을 조절하여 더 멀리, 그리고 정확히 신호를 보낼 수 있게 합니다.
AiP 기술은 SiP 모듈의 표준 또는 사용자 맞춤 시스템을 통해 구현할 수 있습니다. 그리고 더 이상 무선 장치 내 별도의 구성 요소가 아니기에 SiP 안에 통합되죠. 그렇다면 SiP는 무엇일까요?
SiP는 시스템 인 패키지(System in Package)의 약어로, 한 패키지 안에 2개 이상의 IC를 묶어 단일 칩으로 작동하도록 만드는 기술입니다. 기판 위에 서로 다른 기능의 능동소자*들을 하나의 패키지로 통합하면 경박단소는 물론 소자 간 접속 경로를 좁혀 고성능과 전기적 특성을 모두 확보할 수 있죠.
*능동소자 : 전력의 공급원(전원, 증폭기)을 포함하는 회로 소자. 발광 다이오드, 전지, 진공관, 트랜지스터 등
SiP는 SoC의 단점을 보완할 수 있기에 널리 사용되고 있습니다. 한 기기에 다양한 기능을 탑재하기 위해서는 SoC(System on Chip, 시스템 온 칩) 시스템 기술이 필요한데요. SoC는 전자 시스템을 하나의 칩에 구현하는 데 필요한 기능을 통합하는 기술입니다. 하지만 개발 시간과 비용이 많이 드는 데다 다품종 소량 생산이 어렵다는 한계점이 있어요. SiP는 개별 칩들을 최대한 변경하지 않는 방향으로 설계할 수 있어, 패키징 단계에서의 모듈화도 가능하기에 개발 기간과 비용을 아낄 수 있습니다.
세계 시장점유율 1위에 빛나는 LG이노텍의 RF-SiP용 기판은 남다른 기술력을 자랑하고 있습니다. LG이노텍 RF-SiP는 로직(연산) 칩, 수동소자* 등을 결합하여 하나의 시스템으로 구현한 단일 패키지용 기판이에요. 세심하고 집약적인 기술과 더불어 신소재의 사용으로 기존 제품보다 두께는 물론 신호 손실량도 크게 줄였죠. 신호 손실량을 줄이는 RF-SiP는 5G 신호의 효율적 전달이 필수인 스마트폰, 웨어러블 기기, AP*에 활용하기 좋은 기판입니다.
*수동소자 : 증폭 또는 전기 에너지의 변환 등의 능동적인 기능을 갖지 않은 전자 소자. 저항기, 콘덴서, 코일 등
*AP : Application Processor
빠르게 성장하는 기판소재 시장
고도화된 기술의 5G 스마트폰이 이미 널리 상용화되었고, 나아가 5G의 한계를 보완한 6G 도입 시기가 가까워지고 있기에 기판소재 시장의 성장은 필연적입니다. 시장조사업체 가트너에서는 2023년까지 매년 10억 개 이상의 밀리미터파 관련 칩이 생산될 것이라고 예측했어요. 또 다른 시장조사업체인 그랜드 뷰 리서치는 2025년까지 5G 밀리미터파 시장이 10배 이상 성장할 것이라고 예측했죠.
컨설팅 업체인 욜디벨롭먼트는 GaN* 반도체 기반의 무선 디바이스 시장이 2024년에 16억 9500만 달러 규모에 도달할 것이며, SiP 시장 규모는 146억 달러(2021년)에서 188억 달러(2025년) 규모로 성장할 것이라고 전망했습니다. 시장 조사 기관인 프리스마크에서는 AiP용 기판 시장이 1.8억 달러(2021년)에서 5.5억 달러(2024년)으로 성장할 것이라고 예측하고 있어요.
*GaN : 질화갈륨. 질소와 갈륨의 화합물로서 차세대 전력반도체로 각광받는 재료
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LG이노텍의 기판소재 개발 현황
기판소재의 높은 성장 가능성을 일찌감치 확인한 LG이노텍은 기판의 연구개발에 적극적으로 투자하는 중입니다. 모바일ㆍ디스플레이 중심에서 나아가 PCㆍ서버, 통신ㆍ네트워크, 메타버스ㆍ차량 등으로도 확대하여 기판의 활용 방법을 폭넓게 모색하고 있죠.
그뿐만 아니라 디지털 트윈, 인공지능(AI) 등의 다양한 기술을 적용하여 공정 속도는 높이고 불량률은 최소화하고 있습니다. 기판은 제조 과정에서 열과 압력으로 인해 휠 수가 있고, 이는 제품 성능을 저하하는 치명적인 요소인데요. LG이노텍은 이러한 휨 현상을 최소화할 수 있는 최적의 조합을 찾아냈습니다. LG이노텍은 휨 현상 없는 완벽한 제품으로 고객 경험을 한 단계 더 혁신할 계획이랍니다.
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초소형, 고성능, 저비용. LG이노텍에서는 나란히 둘 수 없을 것 같은 이 세 가지 요소를 동시에 만족하는 기판 기술을 갖추기 위해 노력하고 있습니다. 앞으로도 고객 경험을 놀라움과 즐거움으로 채울 수 있는 기판 기술의 방향에 대해 고민하겠습니다. 탁월한 기술력으로 글로벌 스탠다드를 만들어가는 LG이노텍을 지켜봐주세요!
