바로 써먹는 최강의 반도체 투자 (이형수)
-. 메모리 반도체 사이클이 꺾이자마자 우리나라의 무역지수가 적자로 돌아섰고, 원달러 환율도 급등하는 모습을 보이고 있다.
-.앞으로 자율주행차 개발이 가속화되면 반도체 수급은 더욱 중요해질 것이다. 이렇게 반도체는 지금도 공공인프라, 무기 시스템, 첨단 제품 생산 등 사용되지 않는 분야가 없지만 4차 산업혁명 진행에 따라 앞으로 그 중요도가 더욱 높아질 것이다.
-.중국은 세계 전자 제품의 절반 이상을 조립할 정도의 제조 대국이지만, 반도체는 공급량의 80% 이상을 해외에 의존하고 있는 실정이다. 이것이 외환 시장에서 우리 원화가 중국 위안화와 동조화율이 높은 이유다.
※중고 리퍼 장비업체, 미중 패권 전쟁의 수혜를 입다.
8인치 중고 리퍼 장비 시장에서 주목할 만한 국내 업체느 서플러스글로벌과 러셀 두 회 사다.
-YMTC가 낸드플래시에 하이브리드 본딩 장비를 본격 도입한다면 한미반도체, 이오테크닉스 등 국내의 장비업체들이 수혜를 볼 가능성이 커진다. 현재 하이브리드 본딩 장비를 공급 중인 네럴란드의 BESI는 시스템 반도체 관련 수요만 해도 감당이 어렵기 때문이다.
-. 낸드플래시가 D램에 비해 상당히 저렴한 메모리라는 점을 생각하면, YMTC의 행보는 닭 잡는데 소 잡는 칼을 쓰는 격이다.
-. 반도체 슈퍼사이클이란 반도체 중에서도 특히 PC나 스마트폰 등에 사용되는 D램 가격 상승을 지칭한다. 즉, 메모리 반도체의 상승 사이클이 길고 강하게 특정 기간 동안 이어지는 현상을 말하는 것이다. 보통 4~5년을 지속 기간으로 본다. 정확한 기준으로 정해진 것은 아니지만, 일반적으로 삼성전자의 D램 사업 이익률이 50%에 육박할 정도가 되면 빅사이클이라고 하며, 이를 뛰어넘는 수준을 슈퍼사이클이라고 한다.
-. 95~96년도에는 PC 붐이 17~18년도에는 클라우드 등 인터넷 데이터 센터의 투자 수요가 폭증했다. 전문가들은 25년에 한 번 더 슈퍼사이클이 도래할 것이라고 예측한다. 이때의 슈퍼사이클은 자율주행차용 반도체 수요 본격화이다.
-. 채찍 효과란 채찍을 쥔 손을 살짝만 흔들어도 채찍의 맨 끝은 큰 움직이는 것을 말한다. 예를 들어 스마트폰, PC 등 완제품 수요가 5% 정도 하락하면, 반도체 같은 부품 수요는 20% 이상 떨어지고 제일 끝단에 있는 소재는 50% 이상 폭락할 수 있다.
-. 재고가 소진되고 메모리 가격이 반등하면 공급 업체들이 설비투자를 늘리고 장비를 구입하기 시작하고, 구입한 장비로 라인을 구비하고 본격적으로 가동을 하면 소재매출이 발생하기 때문이다.
-. 장비주는 양은 냄비와 같은 속성이 있어서 주가 상승도 화끈하고 하락폭도 크다. 또한 장비 시총의 합은 업황보다 먼저 꺾이는 경우가 많아서 장비를 반도체 산업의 탄광 속의 카나리아라고 부르기도 한다.
-. 현재 엔비디아는 PC 게이밍 시장에서부터 슈퍼컴퓨팅, 자율주행차, 데이터센터 시자에서까지 존재감을 높이고 있다. 자동차에도 GPU가 상당량 장착되지만, 데이터센터에 훨씬 더 많은 GPU가 들어간다. 외장 GPU시장도 엔비디아가 80%의 압도적인 점유율로 꽉 잡고 있다. 이 시장은 21년에는 254억 달러였지만 28년에는 2465억 달러로 무려 10배가량 커질 것으로 전망된다. 핵심 수요처는 게임, 그래픽, 인공지능 및 데이터 센터 등인데 얼마 전부터 암호화폐까지 더해졌다.
-. 리얼 타임은 시스템에 데이터가 발생하면 즉시 계산을 처리하고 그 결과를 데이터 발생 지점으로 되돌려 보내는 정보처리 방식이다. 이를 공장에 적용하면 스마트 팩토리가 되고, 도시 전체에 적용하면 스마트 시티가 된다.
-. 현재 상태에서는 엔비디아가 자율 주행차 시대에 운영체제와 AP를 제공하는 역할을 담당할 가능성이 높아 보인다.
-. LX세미콘은 단일 기업으로 국내 최대 팹리스다. TV용 디스플레이뿐만 아니라 모바일용 DDI를 주로 설계한다. 중소형 OLED용 DDI는 LG디스플레이를 통해 애플에 공급하고 있다. LX세미콘은 PMIC 등 신성장 동력 확보에 집주하고 있으며, 최근 텔레칩스의 지분 10.93%를 확보했다.
▶드라이버 구동칩 DDI와 전력 관리칩 PMIC
-. DDI는 디스플레이 전기 신호를 빛 에너지로 전환하여 '화면을 통제하는 마술사'라는 별명으로 불리기도 한다. 카메라에 쓰이는 CIS와 반대의 역할이라고 볼 수 있는데 우리 가정에 있는 TV나 모니터 패널의 위아래에 붙어 있다.
-. PMIC는 전자기기의 각 부분에 필요한 전력을 정확하고 효율적으로 공급해 주는 칩으로 아날로그 반도체의 일조이다. 배터리가 저수지라면 PMIC는 각 부분에 전기를 보내주는 배수관 역할을 한다.
-. 전기차 확산과 인포테인먼트, 자율주행 기술의 발전으로 차량용 반도체 교체 주기가 7~8년에서 3~4년으로 단축될 것으로 보인다.
▶두 가지 이상의 원소로 만드는 화합물 반도체
-. 가장 많은 주목을 받고 있는 제품은 질화갈륨 GAN과 실리콘카바이드 SIC를 사용한 반도체다.
-. GaN 반도체는 화합물 반도체 중 가장 경제성이 뛰어나다. 스위칭속도가 빠르고 밴드 갭이 높아 RF 장비와 레이더 산업에 많이 쓰인다. 청색 LED를 주로 쓰여 현존 화합물 반도체중 가장 큰 시자을 보유하고 있다. GaN전력 반도체를 쓰면 스마트폰, 노트북 pc 충전기의 크기를 40% 이상 줄일 수 있고 고속 충전이 가능하다.
-. SIC 반도체는 실리콘 반도체 대비 10배의 전압과 2배 이상의 고열에서도 작돈 한다. SIC 반도체는 6인치가 메인 웨이퍼로 몇몇 업체들만이 생산을 담당하고 있어 공급 자체가 제한적이다. 이런 점으로 SIC 반도체 사용이 확산된다면 해당 업체들은 매우 크게 수혜를 입을 수 있다. 현재 SIC 반도체는 스마트 그리드, 친환경 전련 생산, 송배전 시스템에 필수적이다.
-. SIC 반도체의 또 다른 수요처로 주목하는 시장은 전기차다. 이것을 전기차 전력변환 모듈에 쓰면 배터리 효율을 10% 이상 끌어올릴 수 있다. 또한 실리콘 반도체 기반 인버터를 SIC반도체 기반으로 바꾸면 부피와 무게 모두 축소할 수 있다. SIC반도체를 채택한 테슬라 인버터가 대표적 예다. 이런 장점으로 SIC 반도체는 전기차 ESS 수요가 확실하다는 판단이다. 이뿐 아니라 신재생에너지, 산업 시스템, 통신 인프라 등 다양한 분야에서도 활용도가 높아지고 있다. SIC반도체를 의미 있게 공급하는 업체는 울프스피드, 온세미컨덕터, ST마이크로, 투식스 등이다. SK실트론이 SIC 웨이퍼 사업에 굉장히 관심이 많은 편이다.
-. SIC는 고전력 분야, GAN은 고주파 전력 분야에 유리하다는 평가를 받는다. SIC는 자동차, 고속철도, 우주항공, 군사등에 Gan 5세대 이동통신 기술이나 led 분야에서 사용될 수 있다.
▶파츠의 소재와 종류를 알아보자.
- 쿼츠: CVD , 확산 공정, 산화 공정 및 플라즈마 식각공정에 사용된다.
- 실리콘
- 실리콘카바이드: SIC링
- 블랭크 마스크: 포토마스크를 만드는 원재료
- 펠리클: 마스크를 보호하는 소모성 부품으로 필름 커버와 같은 역할을 한다.
※반도체 파츠 핵심 기업 소개.
티씨케이: SIC링, 그라파이트 등 반도체 파츠를 생산하는 업체다.
하나머티리얼즈: 실리콘링, SIC링, 일렉트로드 등 반도체 파츠를 생산한다.
원익 QNC: 쿼츠 소재 파츠 분야에서 국내 1위 기업이다. 세계 시장 점유율은 20% 수준으로 추정된다.
월덱스: 일렉트로드, 가이드링, 포커스링 등 반도체 파츠를 공급한다.
코미코: 반도체, 디스플레이용 파츠 세정 및 코팅 서비스를 제공한다.
※DDR5D램 핵심기업
디아이:웨이퍼 테스터, 번인 테스터 장비 등을 공급한다.
테크윙: 반도체 핸들러 전문 업체이다.
-. 낸드플래시 128단에서 176단으로의 전환은 가속화될 것으로 보인다. 이런 움직임은 증착 소재, 식각 파츠 소재의 수요증가에 긍정적이다. 소모품인 프로브카드, 인터페이스 보드와 스크러버 장비 수요의 증가에도 좋은 영향을 미칠 것으로 보인다.
-. 칩사이즈가 커지고 성능이 좋아진 만큼 기판의 고 다층화, 대면적화는 필수적이다. 이런 배경으로 고사양 FC-BGA 가격은 꾸준히 오르고 있다.
-. 25년까지 서버용 기판은 PC 대비 면적 3.6배, 층수 2.5 배 증가할 것으로 전망된다. 기판 업체들이 공격적인 투자를 단행한다고 해도 FC-BGA 수요 증가 속도를 따라가기는 쉽지 않을 것으로 관측된다.
-. 기존 차량용 반도체는 리드프레임으로 패키징 했지만, 테슬라와 같은 자율주행 2~3 레벨 자동차에는 FC-BGA 기판이 대거 쓰인다.
-. 현재 클라우딩 컴퓨팅, 인공지능, 블록체인용 GPU 등으로 FC-BGA 신규 수요가 더해지는 상황이다. CPU, GPU, TPU, ASIC 등의 신규 수요도 호조다. 멀티 칩 패키지, 10개 이상 이종칩 패키지의 흐름도 뚜렷하다. 출 입출력수를 늘리고, 복수칩 패키지 내에서 라우팅을 늘리려면 FC-BGA가 유리할 수밖에 없다.
※EUV 공정 관련 소재
-. 커패시터 종횡비 증가로 인한 하이-K 전구체 재료와 ALD 장비 수요 증가 및 국산화 흐름도 중요한 포인트다. 하이-K 소재는 과거 지르코늄 계열에서 현재 하프늄 계열로 캡 증착 물질이 변하고 있는데 이에 따라 낮은 저항을 가진 메탈도 필요햐진다.
-. 공정에 파티클이 들어가는 것을 방지하고 마스크를 오래 쓰기 위해서는 펠리클이 필요하다. 마스크에 파티클이 묻으면 세정을 할 수는 있지만, 2~3번 정도 세정하게 되면 손상으로 폐기해야 한다. 하지만 파티클이 페티클에 묻으면 세정하거나 버리면 된다. 현재 에프에스티, 에스앤에스텍 등의 국내 업체가 EUV 펠리클 개발에 힘쓰고 있는데, 두 회사 모두 투과율 90% 수준에 근접한 것으로 추정된다.
-. 감광제는 반도체 회로를 그릴 때 밑그림을 그리는 검은 잉크와 같은 역할을 한다.
※노광 공정 소부장 핵심 기업 소개
1. 동진세미켐: 감광제 국산화
2. 에스 앤 에스택: 블랭크 마스크 개발, EUV 펠리클
3. 에프에스티: 페리 클 및 칠러 장비를 공급하는 업체.
-. 커패시터 등의 소자에서 전류의 흐름이 원활해야 하는 곳에는 로우-K를 전류를 제어해야 하는 곳에는 하이-K를 사용한다. 하이-K와 로우-K는 유전값 K 상수가 4 이상이냐 이 하이냐에 따라 다르다.
※노광 공정 소부장 핵심 기업 소개
1. 디엔에프: 반도체 증착공정에 쓰이는 전구체 소재를 주로 생산하는 업체다. 노광공정에 쓰이는 희생막 소재, 낸드플래시 셀 적층용 증착 소재, D램 커패시터 ALD 박막에 쓰이는 하이-K 소재 등을 공급한다. 이 회사의 포인트는 하이-K 소재 사업이다. ALD 공정 확대 -> 하이 -K 소재 필요함.
2. 레이크 머티리얼즈: 유기금속 화합물 제조 업체
-. BGA는 반도체 기판과 외부 기판을 연결하는 접합부로 솔더볼을 사용해 붙은 이름이다. BGA는 많은 전류를 감당할 수 있고 입출력 수를 늘릴 수 있어 고성능칩에 유리하다. 또 고다층 레이어로 이루어져 있어 칩 집적도도 높다. 시스템 보드와 패키지를 연결하는 것은 리드프레임에서 솔더볼로 바뀌는 흐름이다.
-. 최근 첨단 반도체는 칩을 뒤집어 마이크로 범퍼로 연결하는 플립칩으로 전환되는 추세다. 플립칩은 패키지 부피를 줄이고 소비 전력을 효율화하며 신호 흐름을 개선하는데 큰 역할을 한다.
-. FC-GBA(플립칩-BGA)는 집적도가 매우 높은 칩을 감당할 수 있고 신호 전송 속도도 빠른 장점이 있다. 주로 서버, PC용 CPU, GPU 등에 쓰인다. 통상 칩이 기판 크기의 80%를 넘으면 CSP 그 이하면 BGA라고 한다. 현재 칩렛 등 어드밴스드 패키지 기술이 확산되면서 FC-BGA 기판 수요를 폭발적으로 증가시키고 있다.
-. 소켓은 패키징 된 반도체 소자를 테스트하는 데 쓰이는 소모품이다. 테스트 소켓은 전극 접촉 형태에 따라 핀타입과 실리콘 러버 타입으로 나뉜다. 하지만 최근 주로 메모리 반도체에 사용되던 실리콘 러버 타입이 시스템 반도체에 침투하고 있는 상황이다.
※반도체 후공정 테스트 핵심 기업 소개
1. 티에스이: 메모리 반도체 테스트에 주로 쓰이던 실리콘 러버 소켓을 시스템 반도체에 적용해 점유율을 높이고 있다.
2. 네패스아크: 테스트를 주력으로 하는 OSAT 업체로, 웨이퍼 테스트와 패키지 테스트를 모두 담당한다,
3. 리노공업: 소켓 부분품인 리노 핀도 판매하고 있다. 그동안 모바일 AP중심으로 성장세를 이어왔지만 최근에는 퀄컴향 웨어러블, 전장, AR/VR 기기향 매출이 증가하고 있다.
4. ISC: 원래 메모리용 소켓을 주로 생산했는데, 지금은 시스템 반도체용 소켓 비중이 훨씬 높다. 21년 기준으로 시스템 반도체가 70%, 메모리가 30% 매출 비중을 기록했다. ISC는 삼성전자, SK하이닉스 내 메모리 소켓 점유율은 70%에 달한다. DDR5 양산이 본격화되면 최대 수혜 업체가 될 것으로 예측한다. 매출면에서는 실리콘 러버 소켓의 비중이 70%를 넘는다. 최근 실리콘 러버 소켓의 사용이 메모리에서 시스템 반도체로 확산되면서 좋은 흐름을 타고 있다. ISC는 새로운 성장 동력으로 5세대 이동통신 기술 관련 안테나 사업을 진행 중이다.
-. 애플이 어드밴스트 패키지 기술을 공격적으로 채택하면서 대만의 후공정 산업은 상당한 혜택을 입었다. M1은 FO-WLP기술 대신 FC-BGA를 채택했다. 애플로 인해 글로벌 시장에서 FC-BGA 공급 부족이 촉발되었고, 이는 뜻하지 않게 국내 반도체 기판 업체의 멀티플 재평가로 이어졌다.
