차량용 반도체 부족 현상: 후공정 관점

2021년 6월 10일, Prasad Dhond반도체 이야기
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팬데믹은 2020년 3월부터 화장지, 밀가루, 운동 기구 등의 품귀 현상을 빚어냈습니다. 반도체 공급 부족으로 전 세계 자동차 생산이 중단되면서 자동차 산업도 큰 피해를 보고 있습니다. 부족 원인으로 반도체 공급업체, 파운드리, 웨이퍼 팹 장비, 화재 및 눈보라 같은 요인 등에 대해서는 많이 기술되어 왔기에, IC 어셈블리 공급망 요소들에 대해서도 살펴볼까 합니다.

반도체 후공정 장비

2020년 1분기, 자동차 시장에 대한 전망이 좋지 않아 자동차 제조업체들은 반도체 주문을 즉시 축소했으며, 이는 제가 작년에 다뤘던 내용입니다. 다행히 재택근무로 인해 서버, 클라우드 및 컴퓨터 IC 수요가 급격히 늘어, 반도체 생산 업체들은 생산 역량을 해당 수요에 할당할 수 있었습니다.

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2020년 후부터 자동차 시장이 회복되기 시작하자, 자동차 공급업체는 앞다투어 반도체 생산 업체들의 생산 역량을 확보하려 시도하고 있지만, 빠른 시일 내 회복은 쉽지 않아 보입니다. 대부분의 차량용 반도체는  SOICTSSOPQFNQFPBGA and Power Discrete와 같은 와이어 본드 패키지를 사용합니다.

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Yole 보고서에 따르면, 와이어 본드 패키지는 자동차 패키징 시장의 90% 이상을 차지합니다.

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모든 IC는 개별 다이로 웨이퍼를 절삭하기 위해 웨이퍼 쏘우 또는 레이저 그루버를 사용합니다. 와이어 본드 IC는 개별 다이를  리드프레임   또는  라미네이트 기판에 실장 시키기 위해 다이 본더가 필요합니다. 이후, 금 또는 구리 와이어를 사용해 다이와 패키지 리드를 연결시키기 위해 와이어 본더를 사용합니다.

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와이어 본더 공급업체인 Kulicke and Soffa (K&S)의 상무이사이자 CFO인 레스터 웡은 1분기 실적 발표에서 “리드 타임은 현재 40주 가까이 놀랍게 증가했습니다."라고 밝혔습니다.

그리고 K&S 본더들은 마이크로컨트롤러 부족으로 공급이 지연되고 있는데, 아이러니하게도 그 중 대부분은 아마 K&S 와이어 본더를 작업에 사용하고 있을 것입니다. 마이크로컨트롤러가 필요한 K&S 장비의 평균 리드 타임은 두배로 증가하여 무려 6개월이 넘게 필요하게 되었습니다.

웨이퍼 쏘우, 레이저 그루버, 다이 본더, 몰드 장비 등 각종 어셈블리 장비 수요가 증가함에 따라 리드 타임도 늘어났습니다. 장비업체는 공급을 시장 수요에 맞추려고 노력하고 있지만, 이러한 장비들의 부족으로 반도체 후공정 생산 역량 향상이 지연되고 있습니다.

원자재 부족

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생산 역량이 갖추어 졌음에도 불구하고, 반도체 기판과 같은 중요 원자재의 재료가 부족한 경우도 간혹 발생합니다. 반도체 기판의 품귀현상은 데이터 센터와 클라우드 컴퓨팅에서 사용하는 반도체의 높은 수요로 인해 크게 부각되었습니다. 반도체 기판 공급업체가 데이터 센터 및 클라우드 컴퓨팅 향 수요에 더 많은 생산 역량을 할당해, 자동차용 반도체  관련 고객을 위한  플립 칩  과 와이어본드 패키지의 공급이 제한된 것입니다.

해당 원자재의 생산 역량을 증진하는 일은 쉽지 않습니다. 반도체 기판 공급업체는 마진을 많이 확보할 수 없는 구조라, 온라인 수요가 늘어났을 때에 과감한 투자를 통해 생산 역량을 추가 확보하는 것에 주저했습니다. 결국, 반도체 기판의 리드 타임이 늘어나고 가격이 상승하게 되었습니다.

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요약

반도체 제조업체는 또한 팬데믹이 강타한 2020년에 차량용 반도체에서 컴퓨터 및 클라우드 서버용 반도체로 생산 역량을 할당했습니다. 2020년 3분기에 차량용 반도체 수요가 회복되기 시작했지만, 한번 할당된 생산 역량을 차량용 반도체로 재할당 하기는 쉽지 않았습니다. 패키징 관점에서 봤을 때, 대부분의 차량용 반도체는 와이어 본드 패키지를 사용합니다. 와이어 본더와 같은 어셈블리 장비는 품귀 현상을 겪고 있습니다. 원자재 부족 또한 전체 공급망에 영향을 끼쳤습니다. 반도체 기판 공급업체는 그들의 고객인 반도체 제조업체에 비해 마진을 충분히 확보하기 힘든 구조이기에 보다 신중하게 투자해야 합니다. 이러한 요인들은 현재까지 지속되고 있는 차량용 반도체 부족의 원인이 되고 있습니다.

작성자 정보

Prasad Dhond는 2014년 입사 후 현재 앰코 Wirebond BGA 제품 이사직을 맡고 있으며, 앰코의 차량용 반도체 시장 부문을 담당하고 쿼드 및 듀얼 리드프레임 기판 사용 제품군을 관리했습니다. 앰코 입사 전, Prasad는 텍사스 인스트루먼트에서 12년 동안 아날로그 제품 정의 및 마케팅 업무를 담당했습니다. Prasad 는 University of Texas at Austin에서 BSEE 학위를, Southern Methodist University에서 MBA 학위를 취득했습니다.