삼성전자 vs TSMC, 차세대 '직사각형 웨이퍼' 경쟁 본격화

[신추=AP/뉴시스]사진은 대만 신추에 있는 대만 반도체 제조 회사 TSMC 본사 모습. 2023.07.10.

가로 51㎝, 세로 51.5cm인 직사각형 기판. 이 작은 공간에서 삼성전자와 TSMC의 인공지능(AI) 반도체 경쟁이 치열하게 펼쳐진다. 삼성전자에 이어 TSMC도 직사각형 안쇄회로기판(PCB) 패키징 기술 개발에 본격적으로 뛰어들었기 때문이다.

반도체 패키징은 웨이퍼 형태로 생산된 반도체를 자르고 전기 배선 등을 연결해 전자 기기에 탑재할 수 있는 형태로 조립하는 작업이다. 이때 이 웨이퍼를 원형이 아닌 직사각형으로 쓰면 웨이퍼 모서리의 둥근 부분 낭비를 줄일 수 있어 한결 효율적이다.

직사각형 PCB 패키징 기술로 더 많은 반도체 패키징을 만들 수 있는 셈이다. AI 반도체 수요가 급증해 반도체 생산능력이 중요해진 만큼 이 직사각형 PCB 패키징 기술을 선점한 반도체 기업이 AI 시장에서도 유리한 고지를 차지할 수 있다는 관측까지 나온다.

삼성전자는 이미 수년 전 이 기술을 도입했지만, TSMC의 기술 추격도 거셀 것으로 예상된다.

28일 업계에 따르면 TSMC는 기존 원형 웨이퍼를 대체하기 위해 직사각형 PCB 패키징을 도입하기 위한 기술을 적극 개발하고 있다. 이 기술은 일명 '팬아웃(FO)-패널레벨패키징(PLP)' 기술로 불린다.

TSMC는 구체적으로 장비·소재 업체들과 함께 길이와 너비가 각각 515㎜, 510㎜인 직사각형 PCB 기술을 개발 중인 것으로 알려졌다. 이 기술이 개발 완료되면 기존보다 웨이퍼 사용 가능 면적이 3배 이상 늘어난다고 한다.

업계에선 TSMC가 기술 개발에 성공하면 AI 반도체 시장에서 더 유리해질 것으로 본다. AI 반도체 공급이 갈수록 부족해지면서, 파운드리 업체들의 생산능력 규모가 그만큼 중요해졌기 때문이다.

특히 기존 원형 웨이퍼가 아닌, 직사각형 PCB 위에서 반도체 패키징을 하면, 원형 웨이퍼 모서리 부분의 손실을 상당부분 보완할 수 있다. 한 번에 더 많은 반도체를 만들어 생산능력을 키울 수 있는 것이다.

삼성전자는 이미 지난 2019년 삼성전기로부터 FO-PLP 사업을 인수해 상용화에 성공하면서 직사각형 PCB 패키징 기술에서 TSMC보다 앞서 있다.

하지만 삼성전자도 아직 이 기술을 일부 공정에만 활용하고 있을 뿐, 언제든지 TSMC에 기술력이 따라잡힐 수 있다는 지적이다.

업계에서는 삼성전자가 직사각형 PCB 패키징 기술 적용 범위를 더 확대하고 R&D 투자로 기술 격차를 벌려 놔야 한다고 진단한다. 자칫 해당 기술 우위를 TSMC에 뺏길 경우, 생산능력 측면에서 TSMC에 뒤처질 수 있어서다.

특히 1나노 이하 초미세공정 기술이 한계에 다다른 만큼 향후 직사각형 PCB 패키징 기술은 반도체 칩 생산능력을 결정짓는 핵심 요소가 될 수 있다.

업계 관계자는 "직사각형 기판이 원형 기판을 짧은 시간에 대체하지는 못할 것"이라며 "그래도 삼성전자는 직사각형 PCB 패키징 기술 개발에 더 주력해야 한다"고 전했다.