PCB 기본 이해 Flow 및 (F)PCB 산업 기본

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1. PCB 기본 이해 Flow

1) 초창기 PCB 시장 산업구조

- 광의의 개념에 사용되는 PCB는 인쇄회로기판으로, 각 부품들을 실장한 하나의 보드판. 과거 PC 시장이 좋았을 때, LCD 및 LED TV, 스마트폰 시장 등 다양한 전자제품 산업이 성자하면서 지속적으로 시장을 불려옴.

- 마더보드 위에서 각 칩을 얹는 그 위치 사이의 회로를 만드는 것이 PCB 업체들의 일. 즉, 삼성과 LG 등의 기업들이 PCB 업체들과 협의하여 일종의 설계도를 그리는 일. 이를 딱딱한 마더보드 판에 옮기는 것이 HDI 산업.

- 삼성전자 등의 기업은 한때 10개 이상의 업체에게 분배. 삼성전자가 과거처럼 30% 스마트폰 점유율 유지는 어려움. 대략 20%대. 기술의 평준화가 이루어짐. 즉 Q의 증가가 나타나기 어려워지면서 업체들의 정리가 이루어짐. 이에 관련 업체들 중 삼성전기와 대덕전자, 이수페타시스 등이 HDI 사업을 포기.

- HDI 이후 연성 PCB 산업이 한때 각광(FPCB). HDI보다 기술수준은 약간 낮으나 너무 얇아 자동화 자체는 어려움. 개별 아이템별로 수작업을 해야 함. 스마트폰에서 명령을 전달할 때, HDI로 가는 그 사이 연결길을 FPCB로 연결. 휴대폰은 공간이 작기 때문에 구부려야 함. 각 부분마다 여러 개의 FPCB가 들어감.

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2) RFPCB의 등장

- 2010~2011년 삼성전자가 글로벌 점유율 1위 올라갈 때부터 FPCB의 Q가 증가하기 시작. 2013~2015년 즈음 삼성전자가 1위 점유 이후 IM 사업부 실적이 좋아지지 않으면서 Q가 정체되었고 2018년부터 애플이 아이폰X 모델부터 홈 버튼을 없애면서 여러 층(2~3층)으로 적층을 했던 FPCB 중 RFPCB가 등장. RFPCB는 칩 실장 부분은 경성으로, 실장하지 않은 부분은 연성으로 된 FPCB

- RFPCB를 하게 되면 여러 겹으로 층수를 더 올려야 하기 때문에 공정이 더 길어짐. CAPA가 자연스럽게 감소하게 됨. 이를 통해 단가가 올라가면서 매출이 오르고 마진도 증가하게 됨. RFPCB는 현재 애플이 아이폰X 이후 RF로 채택되면서 추가적으로 채택되는 라인업이 더 생기지 않는 이상 약간 성숙기에 진입. 또한 연성 쪽 한계는 앞서 설명한 것처럼 기술진입이 약간 낮기 때문에 경쟁 업체가 나타날 가능성. 디스플레이 업체와 관련이 많음(BH=> SDC, 영풍전자=>LGD) 업체가 고객사로 잡고 있는 업체의 현황 및 디스플레이 전방에 따라 연관이 될 가능성이 높음.

- 최근 몇 년간 OLED를 중심으로 LCD/OLED 제품이 각각 등장했고 단가 역시 OLED로 넘어가면서 올라감에 따라 P와 Q적인 부분에서 긍정적인 모습이 보이고 있음. 2024년 정도부터 OLED IT 제품 등장하면서 다시 한 번 (P와) Q적인 부분에서 긍정적인 모습 가능.

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3) 성장중인 반도체 PCB

- 최근 성장중인 반도체 PCB는 Package Substrate(고밀도 회로 기판). 종류로는 FC-BGA/FC-CSP 등이 있음. 특히 비메모리용 PCB가 성장하는 중. 메모리쪽은 국내 업체가 강자인데, 비메모리는 삼성전자쪽의 파운드리 사업에 따라 성장 가능성이 향후 더 기대됨.

- 반도체 PCB는 기술적으로 어렵고 마진도 꽤 나올 수 있는데, 기술 순위가 높은 대표적 PCB가 비메모리로 들어가는 FC-BGA. 이는 PC가 메인 시장. CPU 바로 밑에 붙는다고 생각하면 됨.

- 서버쪽 투자가 많아지면서 CPU같은 비메모리 칩이 필연적으로 증가할 수밖에 없음. 현재 기존 시장 패권자인 일본 업체들이 서버쪽 PCB 관련 투자 증가 중. 한편, 노트북 및 PC 시장이 코로나로 인해 FC-BGA가 자연스럽게 증가. 새로운 수요가 생겼지만 기존 패권자인 일본 업체들의 CAPA는 서버로 맞춰지면서 공급이 쫓아가지 못했고 이를 한국 업체들이 먹음.

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4) 코로나 후 변화한 PCB 시장

- 리드프레임이 와이어 선에서 범핑으로 변화 중. 이는 기존 선으로 전송하게 되면 한계가 존재하고 손실율이 상대적으로 크게 발생하면서 기능이 많아짐에 따라 한계점이 명확해짐. 이에 공간 활용성 측면과 제조 공정 측면에서 유리한 범핑이 증가. 그러나 아직까지는 와이어를 이용한 패키징이 더 많음.

- 이러한 이유로 아직은 고성능이 필요한 AP 정도에 범핑이 사용되고 있으나 향후 규모의 경제 등으로 기술이 밑으로 내려오면 D램과 낸드로 내려올 수 있음. 그 시간은 조금 더 걸릴 것으로 생각됨.

- 결국에는 반도체 PCB 기본은 BGA. 어디에 사용하는가에 따라 용어가 약간 바뀜. FC-CSP는 모바일용 AP에 들어가는 기술이고 FC-BGA는 모바일 쪽으로 들어오는 것은 아님. 기술적으로 구분되야 함.

- 모바일 시장은 일본 업체들이 그렇게 중점을 두지 않고 삼성전기와 LG이노텍 정도가 힘을 줌. 그래서 FC-CSP 시장은 우리나라 업체가 1. 2위를 독점

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5) TSMC가 애플을 독점한 이유

- TSMC는 FOWLP 기술을 통해 시장에 엄청난 혁신을 가져왔는데 그 기술은 바로 반도체 PCB를 사용하지 않는 기술. PCB를 빼고도 실장이 가능하므로 더 기술적으로 높음. 애플 입장에서 공정 및 원가 측면에서 유리해지므로 TSMC를 선택.

- FC-CSP 시장이 원래는 성장했어야 하는데 FOWLP 기술이 나오면서 성장이 꺾이게 됨. 삼성전자는 현재 FOWLP를 개발하려고 하는 중. 대략 2년 전부터 FC-CSP는 한계를 보이는 중.

- 최근 삼성전자는 현재 PLP에 조금 더 힘을 주고 있음. PLP는 원형 웨이퍼 이전 사각의 웨이퍼에서 칩을 만들기 때문에 보다 더 많은 칩을 만들 수 있음.

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6) 차세대 PCB

- 최근 5G 통신 및 5G 스마트폰 확대로 송수신을 위한 AiP 각광. AiP는 BGA 기술을 이용하므로 적층 및 작은 면적 안에 회로를 구성해야 하므로 진입장벽이 있음. 5G 28GHz 스마트폰에 5개 정도가 붙음. 문제는 현재 사용되는 5G 스마트폰 모두가 아닌, 28GHz 영역의 5G 스마트폰만 5개가 이렇게 붙음. 이건 아이폰만 유일.

- 기능이 많아질수록 칩은 많아지는데 배터리 용량은 키워져야 하고 스마트폰 용량은 한정적. 이에 복합 기능을 하나로 만든 SiP 각광.

- 이러한 차세대 PCB들은 여러가지 공정을 지나야하고 이는 자연스럽게 CAPA가 줄어드는 효과 발생. 이에 2020년 하반기부터 상당히 타이트해져 P적인 효과. 고급화에 따른 기술공백은 심텍과 대덕전자와 같은 업체들이 커버를 하면서 성장.

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2. 기판산업

1) PCB란

- 인쇄된 회로 기판으로 전자부품 간 전기신호를 전달하는 기능을 하는판

- 재질에 따라 경성/연성/경연성 분류

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2) 단면 PCB VS 멀티 PCB

- 기기가 발전하면서 점점 복잡해지는 회로를 겹치지 않게 판 위에 그리는 게 힘든 상황이 발생. 이를 해결하고자 나온 방식이 다중 적층 기판

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3) 반도체 패키징>전장>커뮤니케이션> 의료 순으로 성장 중.

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4) 종류 및 용도

- FC-BGA

> 용도: 서버 CPU, PC CPU

- FC-CSP

> 용도: 스마트폰 AP

- SiP

> 용도: 통신칩

- MCP

> 용도: 스마트폰 메모리

- BOC

> 용도: PC, 서버 메모리

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5) 전망

- CPU 세대 변화에 따른 기판 면적 증가, 데이터 사용량 증가에 따른 서버용 반도체 출하 성장, AI 및 자율주행 등 신산업 발전과 통신 세대 변화 등 요인에 영향

- 특히 반도체 기판 업사이클을 만들고 있는 FC-BGA 기판의 경우 CPU/GPU를 비롯한 AI 칩의 성장과 궤를 함께할 것이므로 장기적 수요 강세 이어갈 것 기대.

- 5G 스마트폰 침투율 확대, 5G mmWave 환경 구축, 웨어러블 디바이스 확장이 SiP 성장의 핵심 요인.

- 기판업체들의 대규모 CAPEX 집행에도 불구하고 수율 확보 어려움으로 인해 FC-BGA 공급량 증가는 단기간에 급증하지 못할 것으로 전망.

- 기판 장비 리드타임이 2년을 넘는 상황으로 업체들의 증설에 차질이 생길 수 있어 FC-BGA 공급 물량 증가는 2024년에 본격화 될 수 있을 것으로 전망.

- SiP 기판은 글로벌 4개사에서 대부분 생산. 5G로의 통신 세대 변화에 의한 고성장 기대 분야임에도 공급 업체 제한으로 지속적인 고성장 및 현재의 높은 수익성을 유지할 수 있을 것으로 전망.

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3. FPCB 산업

1) PCB 산업은 전반적으로 반도체/전자기기/자동차 등 전방산업의 안정적 수요를 기반으로 성장해 왔으며, OEM 방식으로 휴대폰/컴퓨터/가전 등 전방산업 업황 변화에 매우 민감. 후산업으로는 동박/원자재/부자재/외주가공 산업과 연계

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2) Prismark에 따르면, 2020년 PCB 산업은 전년대비 0.3% 성자한 약 615억 달러에서 2024년 약 758억 달러에 달할것으로 전망. 특히 반도체 패키지에 응용되는 PCB 시장규모는 비대면 수요 급증으로 메모리 및 비메모리 반도체 기판 수요 증가로 큰 성장 전망.

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3) FPCB는 PCB 중 하나로 전기전자 제품에 탑재되는 대표적인 부품 소재. 반도체/디스플레이 등과 함께 3대 수출 전자부품.

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4) FPCB는 재질 분류에 따르면 연성회로 기판에 해당

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5) FPCB는 전기절연성을 가지는 유연한 기판 위에 도체를 도금해 회로를 형성한 전자부품으로, 전자제품 경량화 및 소형화에 따라 적용 제품군 확대로 시장규모 증가 중.

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6) 종류에 따라 단면/양면/다층으로 구성되며 특수성에 따라 양면노출/RF 등으로 분류.

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7) 통계청에 따르면 국내 FPCB 시장규모는 2013년 6,558억원에서 2022년까지 CAGR 16%로 2조 3,478억의 시장을 형성할 것으로 전망. 향후 플렉서블 디스플레이, 웨어러블 디바이스 등의 유연전자소자의 시장 확대가 예상되어 FPCB 수요가 증가할 것으로 전망.

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8) 세계 PCB 시장규모는 2013년 120억 달러에서 2022년까지 CAGR 12.1%로 262억 달러 시장을 형성할 것으로 전망. 세계 FPCB 시장은 주로 대만, 일본, 한국, 중국 등 아시아 지역이 60.6%로 가장 높은 점유율을 차지.

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9) FPCB 산업은 최신 소재, 설계 공정 기술 등 지속적 연구개발과 설비 업그레이드가 요구되고 전후방 연관산업 파급효과 큼.

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10) 최근 스마트폰 등 휴대용 통신기기 제품 출시로 FPCB 시장규모가 확대되었으며 5G 안테나 전환, 전장 디스플레이 및 전기차 시장 확대, 고용량 및 고속 배터리 수요 확대 등으로 지속적인 수요가 증가하고 있는 추세. 향후 스마트기기 증가, 웨어러블 디바이스 보급 등 모바일 강세 현상이 지속되면 관련 전후방 산업 분야와 함께 성장할 것으로 예상.

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11) 국내 FPCB 전문 제조기업으로 비에이치, 인터플렉스, 뉴프렉스 등이 존재.

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12) FPCB는 굴곡성, 배선 밀도, 조립의 용이성, 두께, 무게, 열 강화성 등이 우수해 스마트폰 태블릿 PC 등 스마트 기기에 이용. 반면, 부품 탑재가 제한되고, 아직 가격이 비싸다는 단점 존재. RF PCB는 FPCB 부품의 단점을 보완하면서 굴곡성을 살릴 수 있어 점차적으로 사용 확대 중.

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13) 양면 FPCB는 단면 FPCB 대비 부품 실장 밀도가 높아 소형화가 용이하며, 모바일폰과 LCD 모듈용으로 사용.

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14) 다층 FPCB는 여러 장의 FCCL을 적층하여 더 많은 회로와 부품을 실장할 수 있는 제품으로 이동통신용 LCD 및 메인보드에 주로 사용.

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15) 양면노출 FPCB는 절연체인 폴리이미드 필름없이 동박 자체에 회로패턴을 형성하는 FPCB로 주로 노트북과 모니터 등에 사용

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16) RFPCB는 경성기판과 연성 기판을 결합한 특수 기판으로 스마트폰, IT기기, 의료기기 등에서 사용. 최근 제품의 소형화 및 다기능화에 대응하여 IoT 등으로 적용 확대 중.

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17) BU FPCB는 도금, Print 등에 의해 차례로 도체층 절연층을 쌓아 올리는 빌드업 다층 인쇄 기판의 제조법을 활용. 제조공정은 까다로우나 고속 신호대응이 가능해 현대 고밀도 고집적 기기 적용에 유리.