[반도체] 비메모리 OSAT 산업 기초 #1

2021.04.06. #반도체 #비메모리 #OSAT / 현대차증권 박찬호

[반도체] 국내 비메모리 OSAT 산업의 기회

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반도체는 국내 시가총액 1, 2위 기업을 모두 보유한 산업 입니다. 반도체를 제외하고는 국내 증시에 균형감 있게 투자하기는 어렵습니다. 글로벌 비메모리 반도체 쇼티지가 지속되고 있고, 삼성전자의 비메모리 반도체에 대한 투자가 증가하면서 국내 후공정 업체들의 성장이 기대됩니다. 성장하는 비메모리 반도체 OSAT 산업의 기초에 대해 살펴봅니다. 보고서 내용 정리 중 파란색 글씨는 청춘한삼의 코멘트/첨언 입니다.

OSAT 산업 개념

- OSAT(Outsourced Semiconductor Assembly and Test)는 반도체 제조공정에서 전공정인 설계와 제조 이후 후공정인 패키징과 테스트를 전문으로 하는 단계입니다. 

- 메모리 업체들은 소품종 대량생산을 하므로 기술력 및 양산 능력이 경쟁력의 핵심이며, 같은 디자인을 적용해 소품종 대량생산이 가능합니다. 이 때문에 설계에서 생산까지 담당하는 IDM(Integrated Device Manufacturer)가 생산 이후 필요한 경우에만 일부 물량을 후공정 업체인 OSAT로 넘깁니다. 

- 비메모리 반도체는 CPU, GPU, AP 등 다양한 제품의 설계가 필요하며 다품종 소량생산이 특징입니다. 따라서 설계만 전문으로 하는 Fabless와 생산만 담당하는 Foundry에서 전공정을 담당하고, OSAT가 전공정을 마친 웨이퍼의 패키징과 테스트를 하면 제품 생산이 완료됩니다. TSMC, 삼성전자 등 대형 foundry들은 일부 패키징과 테스트가 내재화되어 있지만 비메모리의 다품종 산업 특성상 OSAT 업체들과 협력체계를 이루고 있습니다. 

- OSAT업체들은 고객사에 따라 메모리 혹은 비메모리 반도체를 주력으로 패키징을 합니다. 메모리 반도체는 1) IDM 업체가 패키징 시설을 같이 가지고 있는 경우가 많고, 2) 소품종 대량 생산 특성상 고부가 패키징 비중이 적으며, 3) 메모리 산업 특성상 경기에 따른 변동성이 커서 후공정 업체들 또한 변동성이 큽니다. 비메모리 반도체는 다품종 소량 생산 특성상 1) 후공정의 중요도가 더 높고, 2) 패키징 기술력이 차별화되는 산업이라 OSAT들의 기술력 및 수익성이 더 높고(메모리향 업체들의 영업이익률이 10% 미만인데 반해 비메모리향 업체들은 10~30%대입니다), 3) 메모리 산업 대비 변동성이 낮습니다. 

 

OSAT의 주요사업, 패키징과 테스트

- 패키징은 반도체의 기능 수행 및 내구성 증가를 위해, 1) 반도체를 메인 기판에 전기 신호와 연결하고, 2) 반도체를 외부 충격 등 손상으로부터 보호하며, 3) 열 방출을 통해 온도를 조정하는 역할 등을 합니다. 

- 패키징 공정 프로세스는 기본적으로 전공정과 웨이퍼 테스트를 거친 웨이퍼를 1) 개별 IC 다이로 자르고, 2) 개별 다이를 패키징 기판에 연결합니다. 3) 패키징된 IC를 개별 상품으로 나누면 패키징이 완료됩니다. 본딩은 패키징 기판에 IC 개별 다이를 붙이는 방법으로써 부착과 함께 전기 신호도 함께 연결해 주어야 합니다. 1960년대 이후로는 IC 후면에 범프를 형성해 부착하는 Flip chip 방식이 적용됩니다. 

- 패키징은 미세공정 발달에 따라 WLP, FCCSP, SiP 등의 기술이 사용되고 있습니다. 

- 테스트는 크게 1) 전공정을 거친 웨이퍼를 테스트하는 Probe test(Wafer test)와 2) 패키징 이후 완성된 제품의 테스트인 Final test를 거칩니다. Probe test는 가공된 웨이퍼에 전기, 온도, 기능 테스트를 진행해 전공정 팹에서 웨이퍼가 정상적으로 제조되었는지를 검사하며 불량품을 공정에서 제외할 수 있습니다. 이를 통해 불량률을 낮추고 비용을 절감할 수 있습니다. Final test는 Probe test를 거친 후 패키징까지 끝난 반도체가 최종적으로 고객에게 나가기 전에 다시 전기 신호를 통한 정상 작동 여부 및 내구성 테스트를 진행하며 이상이 없는 제품에 한해 포장 및 고객사에게 전달됩니다. 

- 패키징과 테스트는 반도체 공정이 미세화 되고 발전될수록 중요도가 부각되고 있습니다. 테스트는 불량품을 걸러내어 불필요한 패키징을 피해 원가절감을 할 수 있으며, 고객사에 전달되는 불량품을 걸러낼 수 있습니다. 패키징은 미세화 공정 발전 한계에 대한 해결책으로 주목받고 있습니다. 반도체 간 전기 신호 전달의 물리적 거리를 줄이거나 더 많은 I/O를 형성해 효율성을 높이는 등 반도체의 집적도와 효율성을 제고할 수 있기 때문입니다. 

글로벌 OSAT 시장

- OSAT 산업은 Foundry에서 가공된 웨이퍼를 수주받아 반도체 칩셋으로 만드는 Foundry 산업과 성장합니다. 

- 현재 글로벌 OSAT 시장은 대형 파운드리를 고객사로 확보한 업체 중심으로 시장이 형성되어 있습니다. 특히 시장점유율 50% 이상을 차지하는 TSMC를 주요 고객사로 둔 OSAT 업체들의 점유율이 높습니다. 글로벌 상위 10위 OSAT 중 대만기업이 6개를 차지하고 있습니다. 

-  최근 비메모리 반도체 수급이 타이트해지며 파운드리 가동률이 상승했고 글로벌 OSAT 업체 또한 가동률과 주문가격 상승으로 실적이 상향되고 있습니다. 

- 글로벌 업체들의 CAPEX 계획 또한 상향조절 되면서 현재 반도체 수급 불균형 상황 및 향후 수요 증가에 CAPA 증설로 인한 수혜가 전망됩니다. 

 

참고자료

- 보고서 원문

 [현대차] http://consensus.hankyung.com/apps.analysis/analysis.downpdf?report_idx=586161

 

- 비메모리 OSAT 산업기초 #2

https://finfreedom.tistory.com/189

[반도체] 비메모리 OSAT 산업 기초 #2