다원넥스뷰 사업보고서 (2024.12)
7. 기타 참고사항

가. 상표 관리정책 및 고객관리 정책 등이 사업에 미치는 중요한 영향 당사는 보고서 제출일 현재 해당사항 없습니다. 나. 특허권, 실용신안권, 의장권, 상표권 및 저작권 등 지적재산권 보유현황 (1) 등록특허 정보

번호	구분	내용	권리자	출원일	등록일	적용제품	출원국

1	특허권	탄소나노튜브를 이용한 엑스선 발생장치의 음극부 모듈 제조방법	다원넥스뷰	12.01.11	14.05.19	dLSMB	국내

2	특허권	나노산화물 에미터 제작을 위한 정밀 양극산화장치	다원넥스뷰	13.07.31	15.04.21	dLSMB	국내

3	특허권	반도체 칩 및 PCB 소자용 레이저 솔더링 장치	다원넥스뷰	13.10.25	15.08.24	sLSMB	국내

4	특허권	솔더링 시스템의 솔더공급장치	다원넥스뷰	14.05.21	15.08.24	sLSMB	국내

5	특허권	효율적인 솔더링이 이루어지도록 하는 솔더시스템	다원넥스뷰	14.05.21	15.08.24	sLSMB	국내

6	특허권	와이어 자동공급장치를 구비하는 레이저 솔더링 장치	다원넥스뷰	15.08.31	17.02.24	sLSMB	국내

7	특허권	레이저 솔더링 장치	다원넥스뷰	15.08.31	17.02.24	sLSMB	국내

8	특허권	플럭스에 의한 오염을 방지하는 레이저 솔더링 장치	다원넥스뷰	15.08.31	17.02.24	sLSMB	국내

9	특허권	프로브 본딩장치 및 이를 이용한 프로브 본딩방법	다원넥스뷰	15.08.11	17.03.16	pLSMB	국내

10	특허권	프로브 본딩장치 및 이를 이용한 프로브 본딩방법	다원넥스뷰	15.08.11	17.03.16	pLSMB	국내

11	특허권	높이 보정기능을 가지는 레이저 솔더링 장치	다원넥스뷰	15.08.31	17.04.05	sLSMB	국내

12	특허권	프로브 본딩장치 및 이를 이용한 프로브 본딩방법	다원넥스뷰	16.08.23	18.03.09	pLSMB	국내

13	특허권	프로브 본딩장치용 본딩 그리퍼 및 이를 포함하는 프로브 본딩장치	다원넥스뷰	17.08.17	19.03.06	pLSMB	국내

14	특허권	솔더링 장치	다원넥스뷰	19.08.22	20.09.04	sLSMB	국내

15	특허권	PROBE BONDING DEVICE AND PROBE BONDING METHOD	다원넥스뷰	16.08.10	20.05.05	pLSMB	미국

16	특허권	탐침용접장치 및 이를 이용한 탐침용접방법	다원넥스뷰	16.08.10	20.10.09	pLSMB	중국

17	특허권	솔더링 장치	다원넥스뷰	19.08.19	21.01.12	sLSMB	국내

18	특허권	3차원 표면 프린팅방법	다원넥스뷰	19.02.21	21.02.23	dLSMB	국내

19	특허권	프로브 카드 리페어 방법	다원넥스뷰	20.06.19	21.07.13	pLSMB	국내

20	특허권	프로브 카드 리페어 장치용 그리퍼	다원넥스뷰	20.06.19	21.08.02	pLSMB	국내

21	특허권	프로브 카드 리페어 장치	다원넥스뷰	20.06.19	21.11.01	pLSMB	국내

22	특허권	정밀 솔더링 방법	다원넥스뷰	21.01.05	22.11.11	sLSMB	국내

23	특허권	타겟 패드 위치 측정 방법 및 이를 이용한 정밀 솔더링 방법	다원넥스뷰	21.01.05	23.08.11	sLSMB	국내

24	특허권	진공 척 어셈블리 및 그 제어방법	다원넥스뷰	22.03.10	24.10.14	sLSMB	국내

25	특허권	레이저 솔더링 장치 및 이를 이용한 레이저 솔더링 방법	다원넥스뷰	22.10.31	24.11.01	pLSMB	국내

26	특허권	프로브 본딩장치 및 이를 이용한 프로브 본딩방법	다원넥스뷰	22.07.14	24.12.12	pLSMB	국내

(2) 출원특허 정보

번호	구분	내용	권리자	출원일	등록일	적용제품	출원국

1	특허권	프로브 본딩장치	다원넥스뷰	22.07.14	-	pLSMB	국내

2	특허권	FMM 리페어 시스템 및 리페어 방법	다원넥스뷰	23.04.14	-	dLSMB	국내

3	특허권	프로브 본딩 장치용 그리퍼, 이를 포함하는 프로브 본딩 장치 및 이를 이용한 프로브 본딩 방법	다원넥스뷰	23.09.14	-	pLSMB	국내

4	특허권	프로브 본딩 장치 및 이의 제어 방법	다원넥스뷰	24.02.28	-	pLSMB	국내

5	특허권	프로브 본딩 장치 및 이를 이용한 프로브 본딩방법	다원넥스뷰	24.06.24	-	pLSMB	국내

6	특허권	태양전지의 엣지 아이솔레이션 장치 및 엣지 아이솔레이션 방법	다원넥스뷰	24.10.29	-	dLSMB	국내

7	특허권	다층구조를 갖는 태양전지 모듈의 레이저 스크라이빙 방법	다원넥스뷰	24.11.12	-	dLSMB	국내

다. 사업영위에 중요한 영향을 미치는 법규 및 규제사항 - 당사는 보고서 제출일 현재 해당사항 없습니다. 라. 사업영위와 관련하여 환경물질의 배출 또는 환경보호와 관련 규제 준수여부 및 환경개선설비에 대한 자본지출 계획 - 당사는 보고서 제출일 현재 해당사항 없습니다. 마. 사업부문의 시장여건 및 영업의 개황 1. 업 계의 현황

당사는 반도체 테스트 및 반도체 패키징 공정에 필요한 공정 장비 및 기기 등을 주력 제품으로 사업을 확대 성장시켜 나가고 있는 기업으로 반도체 제조업을 가장 중요한 전방산업으로 두고 있습니다. 동 전방산업은 대표적인 자본 집약형 장치 산업으로 최종 매출처의 설비투자 계획에 따라 후방 산업의 업황이 영향을 받는 구조입니다. 동사가 속한 반도체 장비 시장은 반도체 산업의 경기사이클에 지속적인 영향을 받습니다.

당사의 반도체 테스트 부문의 주력 시장인 메모리용 웨이퍼 프로브카드 시장은 내수의 경우 국내 신규 투자를 주도하던 Nand Flash용 프로브카드 시장이 COVID-19 특수로 인해 발생한 슈퍼 사이클이 종식되고 신규 투자가 Slow한 상태로 접어든 반면, 해외 시장의 경우 중국의 반도체 굴기, 전 세계적인 경제 안보화로 가속화된 반도체의 자국 생산화 연속성 상에서 중국 시장이 자국의 Nand Flash 양산을 전후하여 프로브카드 제조에도 공격적인 신규 선투자를 이어가고 있습니다.

현재 메모리용 프로브카드 시장에 가장 큰 전환점은 미국과 일본의 제조사가 독점하고 있는 DRAM용 프로브카드 시장이 국내 제조사의 내재화 성과에 힘입어 초도 양산을 위한 선투자가 진행되어 본격적인 양산 진입 시 전체 프로브카드 시장의 판도 변화가 예상되며, 특히 최첨단 AI, 자율주행, 데이터센터 등 고성능 반도체 프로세서 수요로 촉발된 HBM (High Bandwidth Memory)시장의 성장이 동반되어 기존 DDR기반 메모리 대비 테스트 종류가 늘어나면서 동사가 속해 있는 후방산업이 직접적인 수혜를 받을 것으로 기대하고 있습니다.

당사의 반도체 패키징 부문의 주력 시장인 FC-BGA 기판 시장 역시 HBM의 최대 수요처인 고부가 2.5D 반도체 패키징 시장의 필수 부품으로 동일한 성장 요인의 적용을 받고 있으며, 이로 인해 필연적인 반도체 기판의 다층화 및 대면적화는 제조 공정에서는 수율 확보가 진입 장벽이 되었고, 제품의 고가화는 불량에 따른 품질 비용의 기하급수적인 증가가 현실화되면서 동사가 대기업에 반복 납품하면서 신규로 사업화에 성공한 최종 단계의 마이크로 범프 리페어 시장의 급속한 성장을 견인해 나갈 것으로 예상됩니다.

이와 같이 동사 제품의 주력 시장은 반도체 테스트 부문에서 HBM으로 대표되는 3D패키징 시장과 성장 궤도를 같이 하고, 반도체 패키징 부문에서는 FC-BGA로 대표되는 차세대 2.5D 패키징 시장에 직접적인 영향을 받고 있어, 이러한 전방산업이 제공하는 최첨단 기술 트렌드에 기반한 성장요인은 중장기적으로 동사 사업의 견고한 성장 토대가 될 것으로 예상됩니다.

2 회사의 현황(1) 영업개황 및 사업부문의 구분

(가) 영업개황

당사는 핵심기술인 'LSMB (Laser Systemic Micro-Bonding)' 라는 차별화된 기술로 첨단 산업에 필요한 초정밀 공정 장비를 개발 및 제조하여 제품화하였으며, 현재 반도체 테스트 공정과 반도체 기판 제조 및 패키징 공정에 필요한 레이저 마이크로 접합 공정 제품을 중심으로 전/후 공정까지 자동화할 수 있는 Tunkey 제품까지 라인업하여 사업을 확대해 나가고 있습니다.

당사의 사업화가 완성된 주요 제품은 반도체 웨이퍼를 테스트하기 위한 프로브카드에 탐침(Probe)를 초정밀 접합하는 'pLSMB(Probe Laser Systemic Micro-Bonding)제품군'과 반도체 패키징 또는 기판의 Micro Solder Ball을 Bumping하는 'sLSMB(Solder Laser Systemic Micro-Bonding)제품군'이 있으며, 신규 사업 확대를 위해 디스플레이, 솔라셀, 스마트폰에 소요되는 부품소자를 정밀 가공하거나 접합하는 공정 장비를 제품화해 나가고 있습니다. 사업화가 완성된 주력 제품의 세부 제품 목록은 아래와 같습니다.

분류	제품군	주요 사용 범위

반도체 테스트	pLSMB	DRAM 또는 Nand Flash 메모리 웨이퍼에서 CIS (CMOS Image Sensor), DDI (Display Driver IC) 비메모리 웨이퍼에 이르기까지 완성된 웨이퍼를 Die 단위로 절단하여 패키징하기 전에 웨이퍼 상태에서 검사하기 위한 프로브 카드를 제조하는 공정에 사용됨. 30-40㎛ 두께의 탐침을 레이저로 마이크로 접합하는 Laser Micro-Bonding System 핵심 장비를 중심으로 전단계에서 MEMS 방식으로 웨이퍼 상태로 제작된 프로브(탐침)의 연결부를 레이저로 절단하여 분리시켜 주는 Probe Cutting 장비, Probe의 연결부가 절단된 웨이퍼 상태에서 접합 공정을 위한 Tray에 삽입하는 Probe Inserting 장비 그리고 완성된 프로브 카드 탐침의 접촉부를 비전으로 검사하는 Wafer Inspection 장비와 완성된 프로브카드 상에서 불량 탐침을 제거하고 리본딩하는 Laser Micro-Repair 장비를 Line-Up으로하여 Turnkey 공급하고 있음.

반도체패키징	sLSMB	반도체 패키징 공정의 칩과 반도체 기판의 입출력 단자를 연결하는 방식이 기존의 Wire Bonding 방식에서 Solder Bump를 이용한 Flip Chip 접합 방식으로 바뀌어 감에 따라 반도체 패키징 또는 기판 제조 공정 중 Solder Ball을 Bumping하는 제조 공정에 사용됨.
당사는 레이저 솔더볼 젯팅 프로세스를 통해 플립칩 기판의 칩 연결 단자로 사용되는 직경 40~80㎛ 크기의 플립칩 스케일 Micro-Bump를 접합을 위한 제품을 Flagship으로 하여, 반도체 기판과 최종 제품 PCB 기판의 입출력 단자를 접합하는 데 활용되는 직경 150~760㎛ 크기의 BGA 스케일 Bump를 접합하는 장비로 이원화하여 웨이퍼 레벨 패키지, BGA 패키지 제조 공정과 동일한 솔더볼 스케일로 입출력 단자를 솔더링하는 스마트폰 카메라 모듈, Wearable 센서류 등의 제조 공정에 단독 공정 장비 또는 자동 물류 라인을 구성하여 공급하고 있음.

[표] 주요 제품의 사용 범위(나) 공시대상 사업부문의 구분

당사의 사업부문별 내용은 다음과 같습니다.

(1) 반도체 테스트 부문 (pLSMB 사업 부문)

반도체 제조공정 중 반도체 소자의 전기적 기능 테스트 공정에 프로브카드(Probe Card)가 소요되며, 당사는 프로브카드 제작에 필요한 공정 자동화 장비를 개발, 제조 및 판매하고 있습니다. 반도체 제조공정은 크게 웨이퍼를 제조하는 전공정과 제조된 웨이퍼를 가공하여 각각의 반도체 칩을 생산하는 후공정으로 구분됩니다. 전공정은 웨이퍼상에 설계된 회로에 따라 여러 종류의 막을 형성하고 불필요한 부분을 제거하는 과정을 반복하며 전자회로를 형성하는 공정입니다. 후공정은 개별 칩별로 전기적 신호를 연결하고 형상 가공의 역할을 하는 패키징 공정과 반도체 소자의 전기적 기능을 검사하는 테스트 공정으로 분류됩니다.

당사의 제품이 사용되는 테스트 공정은 다시 패키징 이전 단계인 웨이퍼 상태에서 진행되는 웨이퍼 테스트(Wafer Test)와 패키징 공정 완료 후 완성된 개별 칩에 대한 검사를 수행하는 패키지(PKG Test) 테스트로 구분됩니다. 당사의 주요 제품인 프로브카드는 웨이퍼 테스트(Wafer Test)에 소요되는 고부가가치의 소모성 부품입니다. 프로브 카드는 웨이퍼 상태에서 웨이퍼 내에 제작된 칩의 전기적 동작 상태를 검사하기 위해 Probe(탐침)을 일정한 규격의 회로기판에 부착한 카드로, Probe의 Contact부가 웨이퍼에 생성된 칩 내부의 패드(Pad)에 접촉되면서 메인 테스트 장비로부터 받은 신호를 전달하고 칩에서 출력되는 신호를 감지하여 다시 메인 테스트 장비에 전달하는 역할을 수행합니다. 테스트 장비는 전달된 신호를 받아 칩의 양, 불량을 확정하게 되므로 프로브 카드는 웨이퍼와 테스트 장비의 중간 매개체입니다.

제품 수율 향상을 위하여 웨이퍼 제작 후 패키징을 하기 전 검사를 통해 불량 칩을 판별하여 주는 것을 EDS (Electrical Die - Sorting Test) 검사라고 합니다. EDS 검사는 반도체 검사 장비에서 발생되는 신호를, 웨이퍼 패드와(Wafer Pad)와 프로브카드를 Probing 해주는 Probe station을 통해 인가하여 주는 방식으로 이루어집니다. 웨이퍼 패드를 프로브 팁(tip)이 접촉한 상태에서 신호를 입력하고 출력되는 신호를 감지하여 전기적 검사를 하는 장비를 ATE (Automatic Test Equipment)라고 하며. 프로브카드는 ATE와 웨이퍼 사이의 전기적 신호를 전달해주는 핵심역할을 하는 부품입니다. 프로브카드는 동시에 다수의 칩을 최소한의 시간에 정확하게 테스트를 수행할 수 있는지 여부가 핵심 기술로, 테스트 효율을 제고시키기 위해 절대적으로 필요한 부품 소재인 반면, 반도체 제조사의 생산기술에 동조화되어야 하므로 기술적 진입장벽이 높은 분야입니다. 또한 제품의 신뢰성 확보가 매우 중요한 경쟁력이므로 장기간의 개발 및 양산 경력과 고객사와의 신뢰관계가 요구됩니다.

반도체 공정에서 웨이퍼 레벨 테스트를 위한 eds 공정.jpg [그림] 반도체 공정에서 웨이퍼 레벨 테스트를 위한 EDS 공정

2000년 이전에는 주로 핀을 기판에 수작업으로 본딩하는 형태로 제조된 프로브카드를 이용하여 웨이퍼 테스트 공정에 적용하였습니다. 그러나 웨이퍼의 크기는 확대되는 반면 칩은 소형화 되면서 검사 칩수가 제한적인 수작업 조립형태의 제품은 한계에 봉착하였습니다. 특히, 최근 반도체 소자는 고집적화로 회로 선폭 및 칩 내부에 생성되는 입출력 패드 사이의 간격이 미세해 지면서 프로브카드에도 높은 정밀도 및 미세화에 대한 대응이 요구되나 기존 수작업 형태의 제품은 대응이 불가하게 되었습니다. 이에 프로브카드 제조사들은 수작업이 아닌 반도체 식각 방법을 이용하여 초소형 정밀 기계 기술로 각광받는 멤스(MEMS, Micro Electronic Mechanical System) 기술을 기반으로 한 멤스 프로브카드를 개발하였습니다. 멤스 프로브카드는Probe 의 제작 공정으로 반도체 식각 방법을 이용한MEMS(Micro Electro Mechanical System) 공정으로 형성되며, Probe의 초소형화 및 협 피치에 대응할 수 있다는 관점에서Advanced Probe Card라고도 합니다. MEMS는 반도체 공정기술을 기반으로 한 초소형 정밀기계 제작기술로, 초소형 제품의 대량 생산이 가능하여 프로브카드를 비롯하여 자이로 센서, 가속도 센서, 프린터 헤드, 미세 기계 분야 등에 광범위하게 적용되고 있습니다.

반도체 웨이퍼 테스트 공정.jpg [그림] 반도체 웨이퍼 테스트 공정(참조: TSE 홈페이지 자료)

MEMS 기술을 활용한 프로브카드는 테스트 시간과 비용을 줄일 수 있고, 프로빙(Probing)의 정확도 및 반복 테스트 등에서 탁월한 성능을 발휘하여 초기에는 DRAM 제품의 웨이퍼 테스트용으로 적용되었으나, 이후 Nand Flash용 제품은 물론 비메모리용 제품까지 반도체 산업 내에서 적용분야가 확대되고 있습니다. CIS (Camera Image Sensor)와 같은 비메모리용 MEMS 프로브카드를 비롯하여 최종 패키지 테스트에 사용되는 테스트 소켓 및 디스플레이를 구동하는 Driver IC 테스트 카드까지 MEMS 프로브 제품의 포트폴리오가 지속적으로 확대되고 있습니다.

주요 mems 공정을 이용한 프로브카드 제품.jpg [그림] 주요MEMS공정을 이용한 프로브카드 제품

당사는 2D MEMS 프로브카드 제작 장비 중 프로브 기판(세라믹) 위에 형성된 패턴 전극(PAD)에 프로브(탐침)을 하나씩 정밀 본딩(bonding)하는 장비인 ‘Laser Micro-Bonding System’을 개발하였습니다. 동 장비는 전 세계 상용화된 레이저 마이크로 접합 장비 중에서 가장 높은 정밀도가 요구되는 제품 중 하나입니다. 당사는 메모리용 웨이퍼를 테스트하는 데 필요한 60um이하 간격으로 프로브카드 위에 MEMS 타입의 프로브 핀을 2만개(낸드 플래시용)에서 10만개 (DRAM용)까지 본딩하고, 본딩 후 전체 핀의 정밀도를 4 ~ 5um 오차 이하 요구 수준을 만족시켜 양산 적용에 성공하였습니다.

공정 및 장비 개념도.jpg [그림] 공정 및 장비 개념도

또한 이 장비에 필요한 레이저 응용 기술은 물론 ±1um Stage 정밀도를 구현하기 위한 세계 최고 수준의 기구 설계 및 조립 기술, 2D스테이지 맵핑(Stage Mapping) 기술, 3차원 고속 오토 포커스 비전(3D Auto Focus Vision) 기술 등은 기술 차별화를 통한 사업 영역 확대에 근간이 되고 있습니다. 전 세계 메모리 생산의 70% 이상인 안정적인 국내 시장을 기반으로 세계 1위 미국 프로브카드 업체부터 신규 중국 및 대만 신규 업체에 이르기까지 납품하고 있으며, 또한 전체 MEMS프로브카드 시장의 절반 이상으로 성장한 비메모리용 프로브카드 시장에서도 CIS (CMOS Image Sensor)와 DDI (Display Driver IC)용 프로브카드를 중심으로 응용 분야를 확대해 나가고 있습니다.

레이저 마이크로 본딩장비.jpg [그림] 레이저 마이크로 본딩장비

한편, MEMS 방식의 프로브카드 종류에는 제작 방식에 따라 크게 3D MEMS 방식과 2D MEMS로 구분할 수 있습니다. 3D MEMS는 반도체 식각 방법을 이용하여 프로브 핀을 직접 생성시키며, 2D MEMS의 경우 프로브(탐침)을 반도체 식각 공정으로 별도 제조하고 Probe를 기판에 레이저 마이크로 본딩 기술을 이용하여 접합하는 방식으로 제조합니다.

초기 DRAM용 프로브카드에 요구된 Fine Pitch 대응 문제와 대면적 제작에 대한 효율성 문제를 해결하기 위하여 미국의 Formfactor사가 시초가 되어 3D MEMS방식이 시장을 주도하였으나, 일본의 MJC사가 2D MEMS 방식으로 DRAM용 프로브카드 제작에 성공한 것을 계기로 New 2D MEMS Probe Card 시장이 열렸습니다. 3D MEMS의 경우 일괄 공정인 장점은 있지만 적층해야 되는 높이가 Probe의 세워진 높이만큼이라 적층 공정의 반복 회수가 많아 수율이 낮고 필수적인 12인치 웨이퍼 Fab.구축으로 투자비가 많이 들어가는 반면, 2D MEMS의 경우 기판과 핀의 제조공정이 분리되어 있어 6~8인치 웨이퍼 Fab.의 구축만으로 양산이 가능하여 상대적으로 초기 투자비가 적으며, 적층해 나가는 높이가 Probe의 두께에 해당되어 적층 반복 회수가 작아 심플한 공정으로 수율이 높습니다. 주요 프로브카드 제조사들의 매출을 기준으로 추정 시, MEMS 프로브카드 시장의 1, 2위 수요처인 삼성전자와 SK하이닉스에서 3D와 2D의 비중은 과거 3 : 7 수준인 것으로 파악되었으나 현재 Nand Flash용 프로브카드의 경우 사실상 2D MEMS방식으로 일원화되었고, 신규 투자는 2D MEMS에 국한되어 증설되고 있어 향후 2D MEMS의 비중이 더욱 높아질 것으로 예상됩니다. 3D MEMS방식과 2D MEMS방식의 상호 제조 공정상의 차이점을 요약하면 아래와 같습니다.

2d,3d mems 프로브 카드의 제조방식.jpg [그림] 2D, 3D MEMS 프로브 카드의 제조방식

3D MEMS 프로브카드	2D MEMS 프로브카드

장점	-. 정밀도 구현이 용이함
-. Fine Pitch대응이 유리함
-. 일괄 공정에 의해 제작됨. (Lithography, Etching, Electroplating, Deposition)	-. 프로브 및 본딩 기술의 진화로 Fine Pitch 대응 가능
-. Probe 두께만큼 반복되는 단순한 MEMS공정으로 제조 수율이 높음
-. 동일한 형상의 프로브로 구성되어, 유지보수가 쉬움
-. 공간 변화기(STF: Space Transformer)의 MLC 제작 용이

단점	-. 12인치 웨이퍼 Fab 공정으로 투자비 부담이 큼
-. Probe 높이만큼 연속되는 반복 MEMS공정으로 수율이 낮음
-. 다양한 Probe 형상으로 구성되어 유지보수가 어려움
-. 공간 변화기(STF: Space Transformer)의 MLC 제작 난해	-. Probe제작과 Probe Card제조 공정이 분리된 공정으로 제작됨.
-. 정밀도 구현이 상대적으로 난해하고 본딩 장비 의존도 높음

[표] 3D MEMS와 2D MEMS 방식의 비교

(2) 반도체 패키징 부문 (sLSMB 사업 부문)

당사의 sLSMB(Solder Laser Systemic Micro-Bonding)사업부문은 Laser Micro-Solder Ball Jetting 프로세스를 바탕으로 전방산업인 반도체 산업 중 반도체 후공정인 패키징 공정용 장비 시장을 목표 시장으로 하여 사업을 확대해 가고 있습니다. 반도체는 1947년 미국의 벨연구소에서 세계최초로 트랜지스트 개발에 성공하고, 1958년 미국의 텍사스인스트루먼트 (TI: Texas Instrument)라는 회사에서 다수의 트랜지스터가 하나의 공간에서 집적되는 집적회로 (IC: Integrated Circuit)를 개발한 이래 반도체 산업은 주로 집적도 향상 및 통합에 주력해왔으며, 1965년 인텔의 공동 설립자인 고든 무어가 ‘반도체의 집적도는 18개월마다 2배씩 증가한다’는 “Moore’s Law”는 반도체 개발자와 생산자들에게 시장 생존의 법칙으로 자리 잡아 왔습니다.

반도체 기술 중 웨이퍼에 반도체 회로를 구현하는 전 공정의 발전이 현재는 소자간 간격 축소 및 종횡비 상승으로 전 공정 기술을 통한 성능 및 집적도 개선 한계에 봉착, 이러한 환경 속에 28nm 이하의 반도체 전 공정 투자에 대한 비용이 증가하고 있기 때문에 반도체 전 공정 기술의 한계를 극복하고, 저전력, 고성능, 소형 반도체를 위해 미세공정의 대안으로 반도체 패키징 기술이 주목받고 있는 상황입니다.

일반적으로 반도체 칩은 수많은 미세 전기 회로가 집적되어 있으나 그 자체로는 반도체 완성품으로서의 역할을 할 수 없으며, 외부의 물리적 또는 화학적 충격에 의해 손상될 가능성이 존재합니다. 따라서 반도체를 패키징하는 가장 큰 목적은 (1) 반도체 칩에 필요한 전원 공급, (2) 반도체 칩과 메인 PCB간의 신호 연결, (3) 반도체 칩에서 발생되는 열 방출, (5) 반도체 칩을 외부의 습기나 불 보호하기 위함이었습니다.

반도체 패키징 기술은 크게 BGA (Ball Grid Array)와 FC (Flip Chip)이라는 두 단계의 큰 변화가 전체 시장의 판도를 바꾸는데, 첫 번째 진화인 BGA는 1세대 리드프레임 (Lead Frame) 계열의 패키지들이 구리 동판에 에칭을 해서 배선을 만드는 방식에서 리드프레임 대신에 기판을 PCB로 대체한 것으로, PCB는 여러 층으로 배선층을 구성할 수 있고, 각각의 배선층을 Via를 통해 수직으로 연결할 수 있어 패키지 아래 전체 면적에 입출력 단자를 구성할 수 있는 장점을 이용하여, I/O 단자 수가 획기적으로 증가시킨 것입니다.

두 번째 큰 진화인 반도체 칩과 기판의 연결 방식 또한 기존의 금속선을 이용한 Wire Bonding 방식 대신에 반도체 칩의 외부 입출력 단자인 패드 위에 미세한 돌기, 즉 범프(Bump)를 형성시켜 뒤집어 연결하는 Flip Chip Bonding 방식으로 높은 핀 카운트 및 빠른 데이터 처리 속도를 구현하는데 현재 Flip Chip 패키지는 Advanced Package의 80% 점유율을 차지할 만큼 근간이 되었습니다. 4.jpg[그림] 첨단 반도체 패키지별 매출 점유율 (출처:Yole Developpement)

이러한 BGA 계열의 기판과 FC 계열의 반도체 칩에 기반한 패키징 기술은 ‘솔더볼’이라는 새로운 소재의 도입과 급속한 시장 확대를 불러 왔습니다. 고집적 반도체 칩의 실장에 적용되는 BGA 패키지는 일정한 간격(Grid)으로 배열된 솔더볼을 용융시켜 칩과 제품 기판를 연결하는 방식을 말하는데, 이를 위해서는 솔더볼이 필수적으로 요구되며, 현재 다양한 제품군에 활용되고 있습니다. 또한 첨단 반도체 칩의 회로가 더욱 미세화되고, 패키징 공정기술이 발전함에 따라 FC 계열의 마이크로 솔더볼(Microscale Solder Ball)의 수요가 확대되고 있습니다.

기술한 바와 같이 반도체 패키징(Packaging)의 발전 과정은 다기능화에 따른 경박단소화가 핵심적인 Drive로 작용하여 반도체 칩의 3D 적층까지 실현되었습니다. 그럼에도 불구하고, 여전히 다기능화와 더 많은 입출력 단자 수에 대한 요구는 계속되고 있어, 궁극적으로는 반도체 칩 간의 연결 방식 뿐만 아니라 Wafer Level에서나 Substrate Level에서 메인 PCB 패드와의 연결 입출력 단자 수도 우선적인 증가 요구에 직면하고 있습니다. 동일한 공간 내에서 더 많은 입출력 단자를 만들기 위해서 가장 선호되는 방법은 단자 간의 피치를 최소화하는 것이며, 결국 이를 위해서는 Bump의 크기가 축소되어야 실현이 가능합니다. 고성능 CPU, GPU, 스위치 기판으로 활용되는 FC-BGA, FC-CSP와 같은 FC 기판 등은 향후 30um 이하 크기의 Micro Solder Ball을 적용한 기판까지 개발 중에 있습니다.

FC-BGA는 전통적으로 CPU, GPU, FPGA(Field Programmable Gate Array), ASIC 등 고성능 프로세서를 위해 사용됩니다. 이들 프로세서는 주로 DRAM, 칩셋 등과 함께 패키지화되고, 최근에는 모듈형 디자인 형태의 칩렛(Chiplet)의 활용이 늘어나는 추세입니다. 이 때문에 FC-BGA도 멀티칩 모듈화(MCM)되고 있고, Die간 고속 상호연결 기술에 대한 요구가 늘어나고 있어 FC-BGA의 패키지 크기는 20~80㎜가 되었고, 기판 층수는 6층에서 22층까지 확대되었습니다. 또한 더 촘촘한 간격의 Flip chip Bump를 구현하는 방향으로 진화하고 있어 대체로 10층 미만이지만, 최근 24층(11-2-11) 구조까지 고도화되었습니다. 대면적 FC-BGA는 고성능 컴퓨팅, 데이터 서버, 통신에 사용되는 고성능 CPU, GPU, 스위치 등에 채용되는데, 클라우드 컴퓨팅, 인공지능, 고속 통신 트렌드를 위해 필수적입니다. 이러한 고성능 프로세서는 200㎟ 이상의 대면적 Die와 1,000~10,000개에 이르는 많은 I/O를 가지며, 최적의 성능을 위해 메모리나 다른 프로세서와 함께 비싼 패키지 기판을 사용합니다.

대면적 FC-BGA의 대표적 사례인 AMD의 Zen 2 서버 프로세서와 Intel의 Xeon 서버 CPU의 경우 두 제품의 기판 크기는 각각 75.4 x 58.5㎜, 76.0 x 56.5㎜에 달하고, AMD의 Zen 2 서버 프로세서는 여러 개의 대형 Die를 통합했고, 20층(9-2-9) 구조에 회로 선폭은 12㎛를 구현했습니다. 이 외에도 Intel Xeon Platinum 9200 CPU용 FC-BGA 크기는 72.5 x 76.0㎜, HiSilicon HI1620 서버 프로세서용 FC-BGA 크기는60 x 75㎜로 대면적 FC-BGA는 고성능 제품을 중심으로 빠르게 적용되고 있습니다.

이러한 Micro Solder Ball이 적용되는 대면적 FC-BGA 기판의 도입은 단순하게 Solder Ball과 Pad의 Size의 축소에 국한되지 않으며, 새로운 공정 기술과 새로운 생산 설비의 수요를 일으키고 있습니다. 실제 Solder Ball Size가 축소될수록 Reflow 공정과 Deflux 공정 이후에 Solder Ball이 탈락되는 ‘Missing Bump’와 같은 불량의 비중이 심각할 정도로 증가하며, 이러한 제품은 FC-BGA 크기가 2배, 3배로 커지면 4배, 9배로 면적은 커지는데 대면적 때문에 수십만개의 솔더볼 중 하나만 탈락해도, 10% 이상의 수율 감소로 직결되어 Repair 공정 없이는 시장에서 요구되는 수율과 Cost를 만족시킬 수가 없습니다.

기존의 솔더볼 범핑 표준 공정은 기판에 플럭스를 사전 도포하고, 그 위에 솔더볼을 실장하여 광학식 비전 검사를 하고 솔더볼이 누락된 패드 위에 다시 솔더볼을 실장하고 리플로우 솔더링 및 플럭스 세정을 하는 공정이었습니다. 이 경우에는 리플로우 솔더링 이전에 진행되는 공정이기 때문에 단순하게 솔더볼만 다시 누락된 위치에 실장하면 되는 간단한 공정입니다. 물론 리플로우 솔더링과 플럭스 세정 중에 솔더볼이 누락되는 불량이 발생하나, 양산에 적용 가능한 리페어 방법이 부재하여 이후 발생하는 불량에 대해서는 전량 폐기해 오고 있었습니다. 하지만, 기판이 고층화되어 상당한 원가 상승이 발생하고, 대면적화되면서 생산능력 잠식효과가 커져, 최종 단계에서의 리페어 솔루션이 기판 업체에서는 가장 시급한 현안이 되었습니다.

이러한 현안에 대한 솔루션을 제공하기 위해 솔더볼 실장과 동시에 용융 접합이 가능한 Substrate LSMB 기술인 ‘Laser Solder Ball Jetting’ 프로세스를 기반으로 일괄 리페어 공정 자동화 장비를 개발, 세계 굴지의 글로벌 CPU 기업에 기판을 제조하는 국내 대기업에 판매하여 세계 최초로 양산 적용에 성공하였습니다.

현재 당사가 1차적으로 목표하고 있는 제품의 시장은 고성능 패키지 기판을 대표하는 Flip Chip 기판 제조 공정입니다. Flip chip 기판의 침투율은 IC의 24%이자 MPU/GPU/AP의 100%이고, 전체 웨이퍼 면적의 21%, 패키징 매출의 33%, Die 레벨 상호연결(Interconnect)의 70%를 차지하고 있습니다. 성능 뿐만 아니라 원가 효율성과 더 작은 Form Factor의 강점으로 작은 형상과 낮은 전압으로 인해 Die 코어까지 전력 분배 효율성을 향상시키고, 변환 속도를 높일 수 있으며, 패키지의 열적 성능을 향상시키고, CSP 만큼 작은 패키지 사이즈를 구현하며, 1,000개 이상의 I/O를 가진 고성능 패키지의 원가를 낮출 수 있는 장점이 있습니다. 또한 세부 목표 시장인 FC-BGA, FC-CSP, 고밀도 Fan-Out, 2.5D/3D 솔루션을 포함한 고성능 패키지 기판은 전체 패키지 시장에서 수량 기준 3% 미만이지만, 금액으로는 25%를 차지하고 있으며, MCM, 2.5D, FO-MCM, 3D TSV(Through Silicon Via) 등 이른바 Multi-Die 패키징 솔루션의 확산에 따라 Flip chip 기판의 웨이퍼 면적과 매출액 기준 성장률은 훨씬 높아지고 있습니다.

산업통상자원부의 2022년도 기계장비산업기술개발사업 공고에 따르면 현재 솔더볼 마운터는 ATHLETE, SHIBUYA, HITACHI 등 일본 장비기업이 세계시장의 60% 이상을 점유하며 기술을 선도하고 있고, 국내 시장의 경우 0.7억불 규모로 국내 기업은 범프간 피치가 상대적으로 큰 중급 기종에 대한 기술력을 보유하여 중급기종에 대해 국내업체들이 50% 정도로 국내 시장 일부를 점유하고 있으나, 수요가 증가하는 High-End급은 일본메이커가 주도 하고 있습니다. 당사의 제품은 현재 Reflow 및 Deflux 공정 이후 리페어 장비로서 유일하게 양산 검증을 받아 향후 시장을 선점할 수 있습니다.

sLSMB의 시장은 크게 솔더볼의 관점과 산업적 연관성에 따라 아래와 같이 세분화되며, 세그먼트별 시장 수요의 특징은 아래와 같습니다.

Segment	특징 및 진입 장벽

Flip Chip Scale (40-80㎛)	고성능 CPU/GPU, AI, Chat Bot 등 SiP 패키징 고도화
FC-BGA 대면적화가 전체 반도체 기판 시장을 주도
대면적화에 따른 Repair 중요성 부각 (수율 보상)
40-80㎛ 초소형 솔더볼 공정으로 기술 진입 장벽 큼
일본, 대만, 한국, 중국 중심 시장 형성
인라인 Full Automation Repair Line 선호

BGA Scale
(150-760㎛)	1. OSAT 업체가 주요 고객처 형성
2. 소량 다품종 기판 생산 시장 또는 리페어 시장
3. Tact Time과 같은 생산성이 중요한 구매 결정 요소
4. WLP, PLP, HBM 등 신규 시장 확대 속도 빠름
5. Ball Size 소형화로 Repair 수요 증가

Smart Phone
Components
(300~700㎛)	1. Camera Module, VCM, 3D ToF Sensor가 주 시장
2. Semi-Auto Type의 장비 선호
3. 범용성에 대한 요구 높음
4. CIS 외 대부분 소량 다품종 시장

[표] sLSMB 세그먼트별 시장 특징

(다) 조직도