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OSAT

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OSAT는 'Outsourced Semiconductor Assembly and Test(외부 반도체 조립 및 테스트)'의 줄임말로, 반도체 기기의 제조 과정 중 특정 단계를 전문화된 외부 업체에 아웃소싱하는 방식이다. 이러한 외부 업체들은 전공정이 끝난 웨이퍼를 테스트하고, 패키징하는 반도체 후공정을 담당한다.

개요

반도체 제조 공정의 후반부에 해당하는 패키징(Assembly)과 테스트(Test) 작업을 외부에 위탁하는 서비스를 의미한다. 반도체 칩이 제조된 후, 이 칩을 보호하고 전자 기기와 연결 가능하게 만드는 패키징 작업과 성능 및 신뢰성을 확인하는 테스트 작업이 필요하다. OSAT 업체는 이러한 후반부 공정을 전문적으로 담당하며, 반도체 제조업체(팹리스)와 설계 업체에게 중요한 역할을 한다.

반도체 패키징은 가공을 마친 웨이퍼를 칩 형태로 자른 뒤 쌓고 묶고 포장하는 대표적인 후공정 작업이다. 선폭이 10㎚(나노미터·1㎚=10억분의 1m) 아래로 접어든 미세공정이 기술적 난관에 부딪히면서 반도체 성능과 효율을 높일 첨단 패키징 수요가 증가하는 추세다.

시스템 반도체는 철저한 분업으로 생산되기 때문에 파운드리(반도체 수탁생산)뿐 아니라 패키징을 담당하는 패키징 외주기업(OSAT)의 역할이 중요하다.

하지만 미국, 대만, 중국과 달리 한국 반도체 생태계에서 국내 OSAT의 존재감은 극히 미미하다.

'패키징' 세계 10위권에 한국 기업은 없다. 글로벌 반도체산업에서 세계 3대 패키징 OSAT업체인 대만 ASE, 미국 앰코(AMKOR), 중국 스태츠칩팩(JCET) 등의 영향력이 나날이 커지는 모습이다. 최근 몇 년 새 빠르게 입지를 넓힌 대만 TSMC의 부상에는 대만 패키징산업의 경쟁력이 큰 역할을 했다는 평가다. TSMC는 자국 기업이자 후공정업계 글로벌 '톱5'에 드는 ASE(1위), SPIL(4위), PTI(5위) 등과 협력하면서 '패키징 초격차'를 완성했다.

대만은 세계 후공정 시장에서 52% 점유율로 1위를 질주하고 있다. ASE는 팹리스(미디어텍)-파운드리(TSMC)-패키징(ASE)으로 이어지는 대만 반도체 생태계의 마무리 역할을 맡고 있다. 칩모스(9위), 칩본드(10위) 등도 세계 10위권에 포진했다.

한국 기업 점유율을 모두 합쳐도 세계 5위인 PTI에도 미치지 못한다. 현재 세계 OSAT 점유율 25위 안에 드는 국내 기업은 하나마이크론, SFA반도체, LB세미콘, 네패스 등 네 곳에 불과하다.

인력도 부족하다. 국내 패키징 전문 인재는 2020년 기준 500명 수준에 머물고 있다. TSMC의 후공정 연구개발(R&D) 인력이 2010년 2881명에서 2020년 7404명으로 2.6배로 증가한 것에 비하면 초라한 수준이다.

OSAT 공정 단계

  • 테스트 (Testing) : 제조된 반도체 칩의 기능을 테스트하여 불량품을 식별하는 과정이다. 이 단계에서 전기적, 기계적 및 기능적인 테스트가 수행된다. 불량품은 제거되고, 우수한 품질의 칩은 반도체 패키징 단계로 전달된다.
  • 패키징 (Packaging) : 팹에서 생산된 반도체 칩을 보호하고 전기적 및 기계적 연결을 제공하는 패키지로 싸는 과정이다. 패키지는 칩을 외부 환경으로부터 보호하고, 칩의 기능을 테스트하고, 칩을 제품에 적용할 수 있도록 다양한 핀과 전선 연결을 제공한다.

OSAT 후공정 절차

OSAT 반도체 후공정은 일반적으로 다음과 같은 절차들로 진행된다.

1. 테스트와 슬립(Sort) 프로세스

반도체 제조 과정에서 가장 초기에 이루어지는 단계는 웨이퍼 (Wafer) 위에 여러 개의 칩들이 패턴으로 형성되는 것이다. 이후 이러한 칩들은 각각 독립적인 반도체가 되어야 하지만 제조 과정에서 불량 칩들이 발생할 수 있다. 이러한 불량 칩들을 탐지하기 위해 테스트 과정이 진행된다. 테스트는 각 칩의 기능을 확인하고 성능을 평가하는 작업을 의미한다. 성능이 우수한 칩들은 다음 단계로 전달되고, 불량 칩들은 제거된다. 이후 슬립 프로세스에서는 작동 여부와 성능을 테스트하여 우수한 반도체 칩을등급별로 분류한다.

2. 패키징 프로세스

테스트 및 슬립 프로세스를 통해 성능이 확인된 반도체 칩들은 이제 패키징 과정을 거친다. 반도체 패키징은 반도체 칩을 외부로부터 보호하고 전기적 및 기계적 연결을 제공하는 작업을 의미한다. 패키지는 반도체 칩의 안정성과 신뢰성을 보장하는 중요한 요소이며, 칩의 크기와 기능에 따라 다양한 유형의 패키지가 사용된다.

3. 시험 프로세스

반도체 패키징이 완료된 반도체 기기들은 최종적으로 시험 단계를 거친다. 이 단계에서는 제조된 반도체 기기의 기능과 성능을 최종 확인하고 검증한다. 이러한 시험은 고객의 요구사항과 규격에 맞추어 진행된다. 시험이 완료된 반도체 기기들은 출하 준비가 완료되며, 최종 제품으로 판매되거나 다른 제조 과정으로 이송된다.

OSAT의 기술 발전

OSAT 업계는 고성능 반도체의 요구에 부응하기 위해 첨단 패키징 기술을 발전시켜 왔다. 특히, 소형화와 고성능을 요구하는 스마트폰, 데이터 센터, 자율주행 차량 등에 사용되는 칩들은 더욱 복잡한 패키징이 필요하다. 이러한 요구를 만족시키기 위해 다음과 같은 기술들이 발전하고 있다.

  • 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키징(FOWLP): 칩 외부로 배선이 확장된 형태로, 고성능을 유지하면서 소형화가 가능한 패키징 기술이다.
  • 3D 패키징: 칩을 수직으로 쌓는 방식으로, 집적도를 높이고 데이터 전송 속도를 향상시킨다.
  • 시스템 인 패키지(SiP): 여러 개의 칩을 하나의 패키지로 통합하여, 기능을 다양화하고 공간을 절약할 수 있다.

OSAT 장단점

OSAT 반도체 후공정을 고려할 때, 반도체 기업들은 아래 장점과 단점을 종합적으로 평가하여 적절한 결정을 내려야 한다.

장점

  1. 비용 절감 : OSAT 공정을 통해 기업들은 초기 투자 비용을 줄이고 생산 비용을 절감할 수 있다.
  2. 기술 전문성 : 외부 업체들은 특정 분야에서 전문적인 지식과 기술을 보유하고 있으므로, 반도체 기업들은 이러한 전문성을 활용하여 생산 과정을 개선하고 품질을 높일 수 있다.
  3. 자원 효율성 : 생산 과정에서 중요한 자원들을 OSAT 업체와 공유함으로써 더 효율적으로 운영할 수 있다.

단점

  1. 기술 유출 위험 : 외부 업체와 협력하는 경우, 기업의 기술적인 지식이 유출될 수 있는 위험이 있다.
  2. 제어력 감소 : 생산 과정의 일부를 외부에 위탁함으로써 해당 부분에 대한 직접적인 제어력을 상실하게 된다.
  3. 낮은 민첩성 : 외부 업체와의 협력으로 인해 기술적인 변화나 시장 요구 변화에 늦게 대응할 수 있다.
  4. 비용 구조 : 초기에는 비용을 절감할 수 있지만, 장기적으로는 OSAT 공정을 이용하는데 추가적인 비용이 발생할 수 있다.
  5. 품질 관리와 문제 해결 : OSAT 업체와의 협력에서는 품질 관리와 문제 해결이 중요한 과제가 된다. 생산 과정에서 문제가 발생할 경우 상호 간의 협력과 노력이 필요하다.
  6. 공급망 리스크 : OSAT 업체와의 협력은 공급망 위험을 증가시킬 수 있다. 외부 업체의 문제로 인해 원자재 부족, 생산 지연 등의 문제가 발생할 수 있다.

동영상

참고자료

같이 보기


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