LG이노텍은 지난 16일 서울 강서구 마곡 본사에서 패키지솔루션 주요 제품 및 핵심기술을 주제로 한 미디어 테크 데이를 개최함.

LG이노텍은 이날 미디어 테크 데이에서 RF-SiP(Radio Frequency-System in Package, 무선주파수 패키지형 시스템), FC-CSP(Flip Chip-Chip Scale Package, 플립칩 칩스케일 패키지), FC-BGA(Flip Chip-Ball Grid Array, 플립칩 볼그리드 어레이) 등 수익성과 성장성을 두루 갖춘 패키지솔루션사업의 고부가 반도체 기판 ‘히어로(Hero) 제품’ 3종을 언론에 소개함.

5G 통신 확산, 프리미엄 폰의 고사양화, 메모리 업사이클 진입, AI∙빅데이터 시대 도래 등 다양한 요인이 맞물리면서, 이들 제품에 대한 시장 수요가 급증함. 패키지솔루션사업의 성장 곡선이 최근 급격히 가팔라진 이유도 여기에 있음. 지난해 LG이노텍 패키지솔루션사업의 매출은 1조7,200억원으로 ‘24년(1조4,600억원) 대비 약 18% 상승한 것으로 나타남. 같은 기간 영업이익은 708억원에서 1,289억원으로 껑충 뛰며, 82%의 상승률을 기록함. 증권가에서는 올해에도 패키지솔루션사업의 성장세가 지속될 것으로 보고 있음.

조지태 패키지솔루션사업부장(전무)는 **“LG이노텍은 고객보다 한 발 앞서 시장의 변화를 예측하고 기술을 고도화해 나가며, 반도체 기판 시장의 기술 패러다임을 혁신하는 ‘퍼스트 무버(First Mover)’로 성장해 왔다”면서 “차별화된 기술력을 발판 삼아 새롭게 열리는 반도체 기판 시장에서 점유율을 빠르게 확대하며, 오는 2031년까지 패키지솔루션사업을 영업이익 1조 규모 사업으로 육성할 것”**이라고 밝힘.

■ 50년 이상의 고집적∙초정밀 기판 기술 집약된 RF-SiP 기판…10년 연속 글로벌 M/S 압도적 1위

LG이노텍이 이날 가장 먼저 소개한 RF-SiP 기판은 회사가 50년 넘게 축적해온 독자적 기술력이 집약된 혁신 제품으로 평가받고 있음.

RF-SiP는 전력 증폭기, 칩셋 등 무선통신에 필요한 다양한 부품을 하나의 패키지로 결합한 통신용 반도체 부품임. 이를 메인보드와 연결해주는 RF-SiP 기판을 LG이노텍이 개발∙생산하고 있음.

LG이노텍은 작은 면적의 기판에 다양한 부품과 미세회로를 컴팩트하게 탑재한 고집적∙초정밀 기판 기술력을 키워 옴. 관련 기술 특허만 1,868건에 달함. 스마트폰과 같이 공간이 제한적인 디바이스에 탑재되는 RF-SiP 기판 구현에 있어 업계에서 가장 최적화된 기술력을 확보해 왔던 것.

LG이노텍은 코어(Core) 층을 제거하고 절연층(프리프레그∙Prepreg)만으로 이뤄진 코어리스(Coreless) RF-SiP 기판을 2011년 세계 최초로 개발∙양산하는 데 성공함. 코어 층이 사라지면서 기존 대비 RF-SiP 기판의 두께가 20% 얇아짐. 이와 더불어 LG이노텍은 신호지연(신호전달 속도가 늦어지는 현상)이 적은 레진과 표면을 특수 처리한 구리를 사용해 송수신 중 발생하는 신호 손실량을 기존 대비 70% 줄였음.

이 같은 기술력을 앞세워 빠르게 시장을 선점한 LG이노텍은 2016년부터 현재까지 글로벌 RF-SiP 기판 시장에서 압도적 1위 자리를 지켜오고 있음. 지난해 기준 LG이노텍의 글로벌 시장 점유율은 약 65%(Global Top5 RF 고객사 기준)로 파악되며, 올해는 80%까지 점유율이 확대될 것으로 보고 있음.

스마트폰 확산에 따른 견조한 수요에 더해, 두께가 얇은 슬림한 스마트폰이 글로벌 모바일 업계 트렌드로 자리잡으면서 RF-SiP 기판은 LG이노텍 패키지솔루션사업에서 매출 비중이 가장 높은 ‘스테디셀러’ 제품으로 등극함.

■ ‘Cu-Post’ 공법 세계 최초 RF-SiP 기판에 적용…스마트폰 슬림화 이끈 혁신 기술로 6G 시대 부가가치 ‘쑥’

LTE 시대를 지나 5G 시대가 오면서, 5G 스마트폰 디자인을 더 슬림하게 만드는 일은 업계 난제였음.

5G 스마트폰은 5G 통신만 지원하는 게 아니라, 기존 LTE 통신도 지속 지원하도록 설계됨. 문제는 LTE와 5G 통신이 각기 다른 주파수를 사용하기 때문에, 회로를 늘리고 부품 가짓수도 최소 60% 추가 탑재할 수밖에 없었던 것. 그럼에도 슬림한 스마트폰 디자인을 원하는 고객의 Pain Point 해결을 위해 LG이노텍은 2021년부터 솔루션 개발에 나섰고, RF-SiP 기판 공법의 패러다임 혁신을 통해 해답을 찾아냄.

반도체 기판의 가장 기본적인 공법은 납땜용 구슬인 솔더볼(Solder Ball)을 기판에 부착하여, 메인보드와 전자부품을 전기적으로 연결하는 방식이었음. 납땜 시 녹은 솔더볼이 서로 달라붙는 현상이 발생할 수 있어, 솔더볼 간격을 더 좁히는 것은 사실상 불가능했음.

LG이노텍은 반도체 기판에 솔더볼을 직접 연결하는 대신, Cu-Post(코퍼 포스트∙구리기둥)를 먼저 세우고 그 위에 솔더볼을 작게 얹는 새로운 공법을 세계 최초로 기판에 적용하는 데 성공함. 기둥 구조 덕분에 솔더볼 간격이 더욱 촘촘해지면서 회로 집적도를 높이면서도, 기존 대비 기판의 두께는 20% 가까이 줄일 수 있게 됨. 특히 녹는점이 높은 구리를 사용해 고온 공정에서도 기둥 형태가 안정적으로 유지돼, 촘촘한 배열 설계를 가능하게 만듦.

Cu-Post 공법을 적용하여, LG이노텍은 세계에서 가장 얇은 두께의 5G용 RF-SiP 기판을 고객에게 선보일 수 있었음. LG이노텍의 5G용 RF-SiP 기판은 쌀알 두 개 크기의 작은 기판임. 그러나 무선통신용 초고주파 칩, 전력 증폭기(PA, Power Amplifier), 필터 등 100여 개 부품이 이 기판에 탑재됨.

RF-SiP 기판에 적용된 Cu-Post 공법이 업계의 새로운 패러다임으로 부상하며, LG이노텍은 통신용 반도체 기판 분야 기술 주도권을 한층 확고히 할 수 있었음.

남상혁 패키지솔루션연구소장(연구위원)은 “솔더볼 간격을 지금보다 10% 줄인 차세대 Cu-Post 기술을 개발하고 있다”며 “이를 통해 다가올 6G 시대 부가가치가 더욱 높아진 RF-SiP 기판을 선보이며 시장을 선도해 갈 것”이라고 말함.

■ 에이전틱 AI 시대 불티나는 FC-CSP 기판…모바일AP 넘어 메모리 등으로 적용 영역 본격 확대

LG이노텍 패키지솔루션사업의 또 다른 히어로 제품은 FC-CSP 기판. 칩과 기판의 크기가 비슷하며, 모바일 IT 기기의 AP(Application Processor)에 들어가는 저전력 D램(LPDDR, Low Power Double Data Rate), 소형 칩 패키지를 기판 위에 얹어 메인보드와 연결하는데 주로 사용돼 왔음.

반도체칩과 기판이 와이어 본딩(Wire Bonding) 방식이 아닌 미세한 금속 돌기인 범프(Bump)를 통해 뒤집어진 채 연결된 것이 가장 큰 특징.

LG이노텍은 고집적∙초정밀 기판 기술을 바탕으로 FC-CSP 기판 시장에서도 글로벌 점유율 Top Tier 수준을 이어오고 있음.

명세호 패키지솔루션개발담당(상무)은 “FC-CSP 기판은 기존 메모리 기판 대비 전기적·고집적 특성이 높아 칩 성능 향상에 유리하다”며 “성능 및 집적도 향상을 위해 기존 메모리 기판을 FC-CSP 기판으로 대체 적용하는 것이 트렌드가 됐다”고 설명.

특히 모바일 AP용으로 주로 사용됐던 FC-CSP 기판은 AI 시대를 맞아 적용 영역이 메모리 분야로 본격 확장되는 추세. AI 시장은 지금까지 그래픽처리장치(GPU) 중심의 학습형 AI가 주도해 왔음. 그러나 AI가 학습한 방대한 양의 데이터를 실시간으로 처리하고 추론하는 역할이 더욱 중요해지면서, 시장이 새롭게 재편된 것.

이른바 추론형∙에이전틱 AI 시대가 도래하면서, AI 가속기/서버 등에 GDDR(Graphics Double Data Rate)과 같은 메모리용 반도체칩의 채용이 대폭 확대됨. 이에 따라 메모리 반도체 패키징을 담당하는 FC-CSP 기판의 수요도 함께 급증하게 됨.

AI 반도체용 FC-CSP 기판 시장은 글로벌 공급망이 막 갖춰지고 있는 신규 시장. 기존 모바일용 FC-CSP 기판 양산 경험을 통해 축적한 역량을 바탕으로, LG이노텍은 AI용 FC-CSP 시장을 빠르게 선점한다는 전략.

황정호 패키지솔루션마케팅담당(상무)은 “LG이노텍은 최근 글로벌 반도체 고객향 GDDR7용 FC-CSP 기판을 수주했다”며 “이처럼 메모리용 FC-CSP 기판 신규 수주가 잇따르면서, 구미 반도체 생산라인이 풀가동 상태”라고 말함. 그러면서 “이번달 착공에 들어가는 베트남 반도체 기판 신공장에서 FC-CSP와 RF-SiP 기판 생산라인을 가장 먼저 늘려 국내외 고객 수요에 대응할 계획”이라고 덧붙임.

■ 고집적∙고다층∙대면적 FC-BGA 기판 양산 최적화된 업계 최고 수준 스마트팩토리 구축

스마트폰이나 태블릿처럼 사이즈가 작은 디바이스는 기존 FC-CSP 기판으로 커버가 가능했음.

고성능∙고사양 반도체 칩의 적용 영역이 스마트폰보다 사이즈가 큰 PC∙노트북∙차량∙AI서버∙데이터센터(DC) 등으로 확대되면서, 회로와 부품을 추가 탑재할 수밖에 없게 됨. FC-BGA 기판은 이처럼 대형 기기에 특화된 반도체 기판으로, 모바일 AP용 FC-CSP 기판과 기능은 비슷하다고 볼 수 있음.

PC에 내장된 칩셋∙CPU(중앙처리장치), 자율주행차, AI 서버에 들어가는 CPU, GPU(그래픽처리장치) 등에 FC-BGA 기판이 활용됨.

FC-CSP 기판 대비 FC-BGA 기판은 면적이 18배 이상 확대되고, 기판 층수도 16~22개. 6~8개 층으로 된 FC-CSP 기판보다 쌓아 올린 층수가 3~4배 늘어남. 기판 아래에 작은 구슬 모양(볼)의 접점을 배열해서 전자기기와 연결한 것이 FC-BGA 기판의 또 다른 특징.

기판의 면적이 커지고 쌓아 올려야 하는 층수가 많아질수록, 공정 난이도는 높아짐. LG이노텍은 현재 가로∙세로 85mm짜리 대면적 FC-BGA 기판까지 양산할 수 있는 기술을 확보했고, 크기가 가로∙세로 120mm가 넘는 초대면적 FC-BGA 기판도 개발 중에 있음.

한편 LG이노텍은 지난 2022년 FC-BGA 기판 사업 진출을 본격 선언하고, LG전자로부터 구미4공장을 인수하여 FC-BGA 기판 신규 생산라인인 ‘드림 팩토리’(총 26,000㎡)’를 구축함. 지난해 4월 언론에 최초 공개한 ‘드림 팩토리’는 AI, 딥러닝, 로봇, 디지털 트윈 등 최신IT 기술이 총집결한 업계 최고 수준의 ‘스마트 팩토리’로 평가받고 있음. 특히 대면적 기판은 이물로 인한 불량 발생 가능성이 더욱 높은데, LG이노텍의 드림 팩토리는 생산 공정 전반을 AX화하여, 대면적 FC-BGA 기판의 수율을 빠르게 올릴 수 있는 경쟁력 있는 생산 인프라로 주목받고 있음.

LG이노텍은 지난 2022년 네트워크 및 모뎀용 FC-BGA 기판과 디지털TV용 FC-BGA 기판 양산에 성공. 2024년 12월 드림 팩토리에서 글로벌 빅테크 고객향 PC 칩셋용 FC-BGA 기판 양산에 본격 돌입. 3분기부터 같은 고객에 PC CPU용 제품 양산에 본격 들어갈 예정.

지난해 또 다른 글로벌 빅테크 고객 확보에 성공한 LG이노텍은 오는 2028년까지 자율주행, AI 가속기/서버 CPU∙GPU용 FC-BGA 기판 등 하이엔드(High-end)급 시장에 단계적으로 진출한다는 전략.

황정호 상무는 “학습형 AI에서 GPU의 비중이 앞도적으로 높았다면, 추론형 AI 시대에는 메모리와 CPU의 비중이 더 높아질 것으로 예상됨에 따라 많은 글로벌 빅테크 업체들이 CPU 시장에 뛰어들었다”며 “이에 따라 LG이노텍과 같은 FC-BGA 후발주자에 새로운 사업 기회가 열리고 있는 상황이며, 실제로 CPU용 FC-BGA 기판 공급 논의를 위해 다양한 글로벌 고객들이 LG이노텍을 직접 찾고 있다”고 전함. 이 같은 고객 수요 급증에 대응하기 위해, LG이노텍은 국내에도 FC-BGA 기판 캐파 확장 투자를 검토 중이라고 덧붙임.

인텔마켓리서치(Intel Market Research)에 따르면, 지난해 54억2,000만달러(약 8조2,100억원) 규모였던 글로벌 FC-BGA 기판 시장은 오는 2032년 95억4,800만달러(약 14조4,600억원)로 연평균 10.6%씩 성장할 것이란 전망.

조지태 전무는 “LG이노텍은 엣지 컴퓨팅, 방산 등 다양한 영역에 확대 적용 가능한 FC-BGA 기판을 지속 개발하는 동시에, 글로벌 빅테크 신규 고객 발굴을 적극 이어가며 FC-BGA 사업을 회사의 핵심 사업으로 키울 것”이라고 밝힘.

[사진1] 조지태 LG이노텍 패키지솔루션사업부장(전무)이 패키지솔루션 사업의 중장기 성장 시나리오를 설명하고 있다.

[사진2] 조지태 LG이노텍 패키지솔루션사업부장(전무)이 취재진의 질문에 답변하고 있다.

[사진3] LG이노텍 패키지솔루션사업부 관계자들이 취재진의 질문에 답변하고 있다.

왼쪽부터 황정호 패키지솔루션마케팅담당(상무), 조지태 패키지솔루션사업부장(전무), 명세호 패키지솔루션개발담당(상무), 남상혁 패키지솔루션연구소장(연구위원)

[사진4] 코퍼 포스트(Cu-Post) 기술을 적용한 RF-SiP 기판

[사진5] LG이노텍의 대면적, 초대면적 FC-BGA 기판 샘플 2종

 반도체 기판 3종 적용 가능 영역