반도체 기판 종류, PCB·MLB부터 FC-BGA·CPO까지

리포트를 읽다 보면 PCB, MLB, 패키지 기판, BOC, FC-CSP, FC-BGA가 한꺼번에 나와 헷갈립니다. 한국어로는 전부 "기판"이라고 부르지만 실제로는 서로 다른 세계입니다. 이 글은 반도체 기판 종류를 세 층으로 나눠 용어가 어디서 갈라지는지, 층마다 어떤 기술이 필요하고 어떤 기업이 자주 거론되는지 정리합니다.

투자 조언이 아닙니다. 아래 기업 이름은 각 분야에서 자주 거론되는 곳을 분류한 것이며, 매수⁠·매도를 권하지 않습니다.

반도체 기판 종류를 세 층으로 나누기

기판의 세계는 세 가지 좌표로 짧게 정리할 수 있습니다.

시스템 기판(PCB/MLB)

전자기기 안에서 여러 부품을 넓은 면적에 연결하는 큰 기판입니다. 비유하자면 8차선 고속도로입니다. 흔히 PCB(인쇄회로기판)나 MLB(고다층 기판)라고 부르는 것이 여기에 속합니다.

패키지 기판(서브스트레이트)

칩 바로 밑에 붙어 칩과 시스템 기판을 이어 주는 정밀 기판입니다. 고속도로에서 건물 안으로 쏙 들어가는 초정밀 지하 주차장 진입로에 해당합니다.

패키지 구조(BOC, FC-CSP, FC-BGA 등)

여기서 가장 헷갈립니다. BOC, FC-CSP, FC-BGA는 새로운 기판 종류가 아닙니다. 패키지 기판 위에서 칩을 어떻게 연결하느냐, 즉 진입로 위에 어떤 모양의 집을 짓느냐의 차이를 가리킵니다.

기판이 여러 갈래로 나뉜 이유

전자기기가 단순할 때는 판 하나, 원룸 하나로 충분했습니다. 데이터가 폭증하면서 용도별로 구역을 나누고 층을 쌓아야 했습니다. 원룸이 스마트 시티로 커진 셈입니다. 기판은 결국 더 많은 신호를 정확하게 보내고, 더 많은 전력을 안정적으로 공급하려고 분화된 산업입니다.

이 과정에서 생긴 어려움은 두 가지입니다.

• 신호 간섭(크로스톡): 배선이 촘촘해지면서 신호가 서로 엉킵니다. 옆 사람 통화가 들리는 것과 비슷합니다.
• 전력 공급 한계: 배선이 너무 얇으면 고성능 칩에 전력을 안정적으로 줄 수 없습니다.

시스템 기판: 모듈 PCB와 고다층 MLB

먼저 관계부터 잡습니다. 모든 MLB는 PCB에 포함되지만, 모든 PCB가 MLB는 아닙니다.

범용(모듈) PCB

메모리 모듈이나 범용 부품을 연결하는 기초 기판입니다. 층수를 극단적으로 늘리기보다, DDR5처럼 메모리 규격이 바뀔 때 정밀하게 설계하고 안정적으로 양산하는 능력이 중요합니다. 이 영역에서 자주 거론되는 기업은 티엘비(TLB)와 코리아써키트입니다.

고다층 MLB

PCB 중에서도 회로층을 20~30층 이상 쌓아 고속 신호를 처리하는 고사양 기판입니다. 서버와 AI 가속기처럼 대량의 데이터를 다루는 장비에 들어갑니다. 초고다층 MLB 쪽에서는 이수페타시스가, 그 밖에 대덕전자와 코리아써키트가 자주 거론됩니다. 모듈은 티엘비, 초고다층은 이수페타시스로 나눠 기억하면 덜 헷갈립니다.

왜 위로 쌓나

기기 면적은 한정돼 있어 배선을 평면에 다 깔 수 없습니다. 그래서 전원층, 접지층, 신호층을 나눠 위아래로 쌓고 데이터 흐름을 분산합니다. 배선 전용 30층 아파트를 짓는 셈입니다.

핵심 난제: 임피던스 매칭

층을 단순히 눌러 붙이는 것으로 끝나지 않습니다. 신호는 비아(층과 층 사이를 잇는 작은 구멍 통로)를 타고 오르내리는데, 이때 회로 폭과 두께를 정밀하게 맞춰 신호가 일정하게 흐르게 해야 합니다. 이 설계 능력을 임피던스 매칭이라고 하고, 고다층 기판 업체의 실력이 여기서 갈립니다.

패키지 기판(서브스트레이트)의 역할과 난제

패키지 기판은 칩과 시스템 사이의 번역기입니다. 칩의 아주 미세한 단자와 시스템 기판의 큰 배선을 이어 주기 때문입니다.

난이도는 PCB보다 훨씬 높습니다. 배선 간격이 훨씬 좁고, 반도체 공정에 버금가는 청정도와 정밀도가 필요합니다. 미세한 결함 하나가 기판 한 장의 불량으로 끝나지 않고, 그 위에 올라간 비싼 칩 전체를 못 쓰게 만들기 때문입니다.

이 영역에서 자주 거론되는 기업은 삼성전기, LG이노텍, 대덕전자, 심텍, 해성디에스, 코리아써키트입니다.

MSAP(미세 배선 공정)

MSAP는 회로를 깎아 내는 대신 필요한 곳에만 구리를 쌓아 올리는 방식입니다. 조각칼로 깎던 방식에서 레고 블록처럼 쌓는 방식으로 바뀐 셈입니다. 10마이크로미터(머리카락 굵기의 몇 분의 1)급 초미세 배선이 필요한 FC-CSP, FC-BGA 같은 고급 구조에서는 깎는 방식으로는 선이 너무 가늘어 끊어지기 쉽기 때문입니다.

워피지(기판 휨)

워피지는 열을 받았을 때 기판이 휘는 현상입니다. 고급 기판일수록 단자가 아주 미세해서, 기판이 조금만 휘어도 접촉 불량이 나고 고가의 칩까지 불량 처리될 수 있습니다. 수율(정상품 비율)과 신뢰성을 좌우하는 난제입니다.

패키지 구조 분류: BOC, FC-CSP, FC-BGA

BOC(보드 온 칩)

기판 가운데 뚫린 창(윈도우)을 통해 칩과 연결하는 구조입니다. 일반 DRAM이나 서버용 메모리처럼 표준화된 칩에 쓰는 메모리 패키지 기판의 대표 격입니다. 자주 거론되는 기업은 심텍, 해성디에스입니다.

FC(플립칩)

칩을 뒤집어 범프(칩 아래의 미세한 돌기)로 기판에 바로 붙이는 방식입니다. 이름에 FC가 붙으면 기판에 더 높은 정밀도와 평탄도, 초미세 배선 능력이 요구된다고 보면 됩니다.

FC-CSP

칩 크기 수준으로 줄인 소형⁠·고밀도 구조입니다. 스마트폰 AP(두뇌 역할 칩)와 LPDDR(저전력 메모리) 계열 칩에 쓰입니다. 자주 거론되는 기업은 삼성전기, LG이노텍, 대덕전자, 심텍입니다.

FC-BGA

플립칩 방식에 기판 아랫면 전체에 볼(땜납 구슬)을 깔아 연결하는 BGA 방식을 더한 대형 고급 구조입니다. 서버 CPU·GPU·AI 가속기의 열과 전력을 견뎌야 해서 대면적, 고다층, 평탄도 제어가 모두 필요합니다. 자주 거론되는 기업은 삼성전기, 대덕전자, LG이노텍입니다.

둘 다 플립칩이라 헷갈리면 크기로 구분합니다. CSP는 작고 촘촘한 칩(스마트폰 AP 등), BGA는 크고 열이 많은 칩(서버 CPU·GPU 등)입니다.

"메모리는 BOC, 비메모리는 FC"는 단순화

흔히 "메모리는 BOC, 비메모리는 FC"로 외우지만 그렇게 단정하면 틀립니다. 메모리라도 그래픽용 GDDR은 속도가 매우 빨라 BOC보다 FC·FC-CSP 계열에 가깝습니다. 메모리냐 아니냐보다 속도와 칩 크기가 구조를 정한다고 보는 편이 정확합니다.

메모리와 비메모리, 기판을 끄는 힘이 다르다

메모리 쪽은 DDR4에서 DDR5로 넘어가는 식의 규격 전환이 기판 변화를 이끕니다. 모듈 PCB의 티엘비, 메모리 패키지 기판의 심텍⁠·해성디에스가 이 흐름과 함께 묶여 거론됩니다.

비메모리 쪽은 AI 가속기 도입, 서버 시장 확대, 칩 구조 변화가 기판을 끌고 갑니다. 칩이 여러 조각으로 쪼개지고 전체 크기는 커지면서 기판도 더 넓고, 더 높이 쌓고, 더 정밀해져야 합니다. 이쪽에서는 삼성전기, LG이노텍, 대덕전자, 코리아써키트, 이수페타시스가 자주 거론됩니다.

한 줄로 줄이면 메모리는 규격 전환이, 비메모리는 칩 구조 변화가 기판 수요를 움직입니다.

차세대 기판 기술: CPO와 유리 기판

CPO(공동 패키지 광학)

CPO는 전기 신호 대신 빛으로 데이터를 주고받아 병목을 줄이려는 패키징 방향입니다. 구리 배선은 길어질수록 열과 전송 손실이 커집니다. 그래서 전기 신호를 빛으로 바꾸는 광학 엔진을 칩 바로 옆에 붙입니다. 공항을 도심 한복판으로 옮기는 것과 비슷합니다. 국내에서는 삼성전기, LG이노텍이 이 흐름과 함께 거론됩니다.

유리 기판

유리 기판은 플라스틱(유기 소재) 코어 대신 유리 코어를 써서 열에 의한 휨과 평탄도 문제를 한꺼번에 풀려는 차세대 플랫폼입니다. 진흙 바닥을 대리석 바닥으로 바꾸는 셈입니다. SKC의 자회사 앱솔릭스, 삼성전기, LG이노텍이 자주 거론됩니다. 유리 기판이 왜 필요한지와 공정 단계는 따로 길게 다룰 만큼 내용이 많습니다.

소재⁠·장비⁠·검사, 기판의 후방 생태계

기판을 만드는 회사 뒤에는 소재와 장비, 검사 기업이 있습니다.

• 소재: 두산(전자BG)이 동박적층판(CCL)을 만듭니다. CCL은 절연판 양면에 얇은 구리막을 붙인 판으로, 기판의 뼈대에 해당합니다.
• 장비: 태성은 미세 회로의 불순물을 씻어 내는 세정 장비와 표면을 고르게 만드는 평탄화 장비를 만듭니다.
• 검사: 기가비스는 기판의 미세 회로 결함을, 인텍플러스는 초미세 범프와 외관 결함을 검사합니다.

한 제품 안에서 겹치는 기판 지도: LPCAMM2

세 층이 한 제품에서 어떻게 겹치는지 보려면 LPCAMM2가 좋은 예입니다. LPCAMM2는 노트북 등에 쓰는 저전력 메모리(LPDDR)를 떼었다 붙였다 할 수 있는 모듈로 만든 규격입니다. 서버용으로 비슷한 개념을 적용한 모듈은 SOCAMM이라고 부릅니다.

모듈 아래쪽 판은 모듈 PCB의 세계로, 앞서 티엘비가 거론된 영역입니다. 그 위에 올라가는 LPDDR5X 메모리 칩의 패키지는 FC-CSP 계열 흐름에 가깝습니다. 시스템 기판, 패키지 기판, 패키지 구조가 한 제품 안에서 합쳐지는 셈입니다.

관련 뉴스나 리포트를 읽을 때는 그 기업이 세 층 가운데 어디에 서 있는지 먼저 짚어 보면 흐름이 훨씬 잘 보입니다. 기판 종류만 알아도 "AI 서버 수요 증가"라는 같은 뉴스가 어떤 기업에는 MLB 이야기이고, 어떤 기업에는 FC-BGA 이야기라는 점이 구분됩니다.

자주 묻는 질문

PCB와 패키지 기판은 무엇이 다른가요?

PCB는 여러 부품을 넓은 면적에 연결하는 큰 시스템 기판이고, 패키지 기판은 칩 바로 밑에서 칩과 PCB를 이어 주는 정밀 기판입니다. 패키지 기판은 배선 간격이 훨씬 좁아 반도체 공정에 버금가는 정밀도가 필요합니다.

FC-BGA와 FC-CSP의 차이는 무엇인가요?

둘 다 칩을 뒤집어 붙이는 플립칩 방식입니다. FC-CSP는 스마트폰 AP처럼 작고 촘촘한 칩에, FC-BGA는 서버 CPU·GPU·AI 가속기처럼 크고 열이 많은 칩에 씁니다. FC-BGA는 대면적⁠·고다층⁠·평탄도 제어가 더 까다롭습니다.

MLB는 PCB와 다른 기판인가요?

MLB는 PCB의 한 종류입니다. 회로층을 20~30층 이상 쌓아 고속 신호를 처리하는 고다층 PCB로, 서버와 AI 가속기에 많이 들어갑니다.

메모리는 모두 BOC 구조를 쓰나요?

아닙니다. 일반 DRAM이나 서버 메모리는 BOC를 많이 쓰지만, 속도가 매우 빠른 GDDR은 FC·FC-CSP 계열에 가깝습니다. 메모리 여부보다 속도와 칩 크기가 구조를 정합니다.