임베디드 PCB, 차세대 제품 부상

[PCB산업 새로운 도약] 고부가 반도체ㆍ임베디드 집중`대세` 디지털타임스 | 송원준 | 입력 2006.11.02 10:25   고밀도 ㆍ 고사양 '선회' 미래 먹거리 미리 대비 저가품은 중국 넘기고 국내업체 '하이엔드'로 세계 인쇄회로기판(PCB) 생산 지역별 규모를 보면 우리나라가 중국?걋瞿뽄객釉맙? 이어 4위를 차지하고 있다. 이는 범용 PCB 중심으로 중국 내에서 공장을 지은 외국계 업체들이 실제 중국 PCB 시장을 주도하고 있으며, 향후 중국의 값싼 인력을 이용해 PCB 생산에 나서는 업체들이 더욱 늘어나면서 중국이 한동안 세계 PCB 공급처로서의 주된 역할을 이어갈 것으로 보이기 때문이다. 또 현재 중국이 범용 PCB 생산에 치중해 있다고는 하나 이들도 최근 들어 일본과 국내에서 PCB 전문 인력을 수용하려는 움직임이 감지돼 이들의 PCB 기술력이 머지않아 한국과 일본을 위협할 정도로 성장할 것이라는 게 업계 전문가들의 중론이다. 이에 우리나라 정부는 2010년까지 세계 2위 PCB 국가로의 도약을 제시했다. 여기에는 기술력으로 무장된 업체들이 시장을 이끌 것으로 보이며 이에 덧붙여 정부는 중핵기업 육성이라는 관점에서 매출 1조원 기업 3개, 500억원 기업 50개를 육성할 것이라는 청사진을 그리고 있다. 정부는 이를 위해 핵심 기술 확보에 대한 지원과 공동 연구시설 신설, 정보 교류의 장을 마련할 것이라고 밝히고 있다. 또 전후방 산업간 연결고리 강화에 나서며 소재?걋佯炷? 원천 기술 확보에 대한 중요성도 인식하고 이에 대한 지원을 약속하고 있다. 업계 전문가들은 일본처럼 정부 지원 아래 국내 PCB 업체들이 보다 적극적으로 기술력 제고에 나서야 비로소 우리나라가 2010년 세계 2위 PCB 국가로 도약이 가능할 것이라고 내다보고 있다. ◇반도체 패키지?걋啖５醍? PCB로 질주=2006년 기준 세계 PCB 43조원 가운데 반도체 패키지 시장이 6조4000억원 규모로 15%를 차지하고 있으며, 2007년이면 18%로 커질 것으로 예상되고 있다. 이 시장은 중국 업체들이 하이엔드 패키지 기판 기술력이 미흡해 이후로도 국내 패키지 기판 업체의 시장 확대 기회가 계속 유지될 것으로 보인다. 현재 국가별로 기술개발이 한창인 임베디드 PCB도 차세대 먹거리로 충분한 잠재 성장력을 가진 것으로 평가되며, 국내 PCB 대기업들을 중심으로 이에 대한 준비 작업이 한창이다. 최근 플립칩 PCB 산업에서 두각을 보이고 있는 삼성전기(대표 강호문)는 PCB 사업의 세계 1위를 목표로 3800억원이라는 과감한 투자를 통해 선발?갸굽? 업체의 시장 잠식에 나서고 있다. 이 회사 관계자는 "차세대 및 차차세대 제품 개발을 전담할 수 있는 기판연구소를 운영하고 있으며, 이와 더불어 국내외 핵심인력 확보를 통해 기술력 강화를 꾀하고 있다"고 말했다. 회사는 PCB 산업 특성상 설비와 소재가 전체 사업의 성패를 좌우하는 만큼 소재?갸낡梡갸낳? 분야에서 기반 기술 확보를 통한 차별화를 이루기 위해 노력하고 있다. 또 제품면에서 플립칩 PCB와 임베디드 PCB를 차세대 주력 제품으로 선정, 이에 대한 집중 육성에 발벗고 나서고 있다. 회사 관계자는 "중국 및 대만 업체의 가격공세에 대응코자 내부 효율화 및 저가 자재 사용 등 강도 높은 원가절감 활동을 전개하고 있는 상황"이라며 "정부에서 보다 적극적으로 PCB 업체의 경쟁력 제고를 위해 세제 혜택 및 기술인력 육성 등 사업 체질을 강화하는 제도적 토대 마련에 신경을 써줬으면 한다"고 말했다. 또 국내 전자 업체들이 자국 부품 사용을 독려해, 국가 경쟁력 강화에 이바지할 수 있는 정책을 전개해 달라고 덧붙였다. 삼성전기측은 반도체 산업 특성상 서브스트레이트 패키지 기판이 고신뢰성을 요구하고 있고 다른 산업에 비해 라이프사이클도 짧아 후발업체들이 느끼는 진입장벽이 매우 높다면서, 중국 등 후발 업체들이 진입하는 데 다소 시간이 필요할 것이라고 설명했다. PCB 업계 맏형으로 불리는 대덕전자(대표 김영재)는 최근 협피치 패턴을 갖는 PCB 설계와 멀티칩패키지(MCP)?걜㉬봬?일패키지(CSP)?갹첵뵀邦廣斤걍?(SiP) 등 차세대 고부가가치 반도체 패키지용 기판 양산을 준비하고 있다. 이를 통해 그동안 휴대폰 일변도 사업구도에서 탈피해 반도체용 PCB 제품 중심으로 전사 제품 포토폴리오에 변화를 주고 있다. 한편 이 회사는 임베디드 PCB에 기술 역량을 강화하고 있으며 현재 저항(R)?걋灌緇?(L)?걜냔戟쳔?(C)의 수동 소자를 내장하는 방향으로 개발에 나서고 있다. 궁극적으로 임베디드 집적회로(IC) 제품 개발을 목표로 내부 역량을 집중하고 있다. 회사 관계자는 "반도체 패키지 부문은 자회사인 아페리오를 통해 공정 기술 강화와 신규투자 등 성공적인 구조조정과 생산성 향상으로 올 4??4분기 이후 실적이 증가할 것으로 기대한다"며 "PCB 업체의 차세대 목표인 임베디드 PCB에 대한 자체 기술 개발과 주요 세트업체 및 산학 공동 연구로 시제품 개발을 준비 중"이라고 말했다. 이 회사는 최근 PCB 선도 업체들이 전반적으로 반도체와 이동통신 기기 중심으로 제품 구조를 개편하고 있다며 일본?객釉맛? 볼 때 국내는 패키지 기판, 특수 PCB 및 R&D를 중심으로 특화되고 있고 저가?객諭毒? 제품은 중국으로 이관하는 추세라고 설명했다. 업계 관계자는 빌드업?걀Ъ봉關銹막慣酬?(FPCB) 시장이 기술 진입장벽이 낮아 후발 업체들의 진입이 예상되며, 이 부분에서 고부가 제품 창출과 기술 개발이 시급하다고 경고했다. ◇저가품 중국이관, 고밀도 FPCB에 집중=이에 FPCB 업계는 국내 휴대폰, 디스플레이 업체들이 요구하는 방향에 맞춰 고밀도?같自獰? 제품으로 방향을 바꾸고 있다. 비에이치(대표 김재창)는 FPCB 시장에서 현재 저가의 양면과 단면 제품이 경쟁이 심해져 국내 업체의 점유율이 잠식되고 있다는 판단에 따라 노동집약적이고 경쟁품목인 저가모델에 대해서는 중국 해양에 공장을 설립해 대응하고 있다. 이 회사는 중국 현지에서 바로 고객의 요구에 대응하면서 품질적 우위와 원가경쟁력 확보를 하고 있다. 고객과 공동 자재수급에 나서 단가하락에 대비하고 있으며, 아직 중국에서 따라오지 못하는 고부가가치 제품군인 빌드업 형태의 리지드 플렉서블 PCB 공정 기술 안정화에 주력하고 있다. 특히 이 회사는 부설 연구소를 통해 30∼50㎛ 초정밀 FPCB 및 8층 이상의 다층 FPCB를 개발했다. 또 단면 FPCB의 경우 기존의 50㎛에서 40㎛으로 회로 폭을 줄여 기판에 그만큼 더 많은 회로들을 설계할 수 있게 됐으며, 현재 30㎛ 제품을 개발 중에 있다. 양면의 경우에는 50㎛ 양산능력을 보유하고 있다. 한편 업계 관계자들은 차세대 PCB로 부상하고 있는 광 PCB가 일본업체를 중심으로 슈퍼컴퓨터 등 내부 데이터 전송률이 기가바이트급에 이르는 고속 데스크톱이나 네트워크 장비를 중심으로 시장이 형성될 것으로 보고 이에 대한 대비에 나서고 있다고 설명했다. 국내에서는 전자통신연구원(ETRI)과 삼성전기 중심으로 광섬유/도파로를 적용한 광 PCB 기술이 개발되고 있다. 송원준기자@디지털타임스 사진=김민수기자@디지털타임스       이제부터는 임베디드 PCB 입니다.   임베디드 PCB는 별도의 수동부품을 장착하지 않고도 PCB 자체에 수동 부품 기능을 구현해 노이즈 감소는 물론 부품 장착 갯수를 줄여 제품 사이즈까지 줄일 수 있는 차세대 기술로 내년부터 시장 성장이 본격화될 것으로 예상된다. 특히 국내 PCB 업체들은 임베디드 PCB의 주요 적용분야가 휴대폰이고 세계적인 휴대폰 기업이 국내에 포진하고 있다는 점에서 이 분야에서 일본 기업들을 앞지를 수 있는 기회가 될 것으로 기대하고 있다. 22일 관련업계에 따르면 LG전자, 삼성전기, 심텍 등 국내 PCB 업체들은 올 연말 임베디드 PCB 상용화를 목표로 기술 개발 및 테스트를 진행중이다. LG전자는 지난 2003년부터 기술 제휴를 통해 캐패시터를 내장한 통신장비용 임베디드 PCB를 양산해왔으며 지난해부터 자체 기술로 휴대폰 단말용 PCB를 개발하고 있다.

이 회사는 지난해 저항을 PCB 패턴으로 구현한 휴대폰 단말용 PCB를 개발해 초콜릿 폰에서 일부 테스트를 거쳤으며 최근에는 캐패시터까지 구현한 임베디드 PCB를 개발중이다. LG전자는 이전에는 일본의 재료를 사용해 수동부품 기능을 구현했으나 국내 재료 업체와 공동으로 재료 개발에도 착수한 상태다. LG전자의 한 관계자는 “임베디드PCB의 경우 원재료 업체와 세트업체와의 공동 개발이 필수”라며 “이르면 올해 연말, 늦어도 내년초까지는 상용화 수준의 임베디드 PCB를 개발할 계획”이라고 밝혔다. 삼성전기도 올해말 임베디드 PCB 양산을 목표로 막바지 개발 작업에 한창이다. 삼성전기는 주로 휴대폰 RF단이나 카메라 모듈의 캐패시터를 임베디드 PCB로 구현한 휴대폰용 제품을 우선적으로 출시할 예정이다. 삼성전기측은 “임베디드 PCB를 사용하면 부품 갯수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 PCB 사이즈 및 잡음 감소에도 유리하다”며 “연말 양산이 목표”라고 밝혔다. 심텍은 서버용 빌드업보드 일부에 캐패시터를 내장한 임베디드 PCB를 개발하고 테스트를 진행해왔다. 심텍은 최근 반도체·액정표시장치 검사장비 업체 파이컴과 임베디드 PCB 제조에 필요한 레이저 트리밍 장비를 공동 개발키로 하고 상반기까지 임베디드 PCB 양산체제를 구축키로 했다. 심텍 측은 “아직까지 구체적으로 어떤 제품에 임베디드 PCB를 적용할지는 결정하지 않았다”고 밝혔다. 현재 임베디드 PCB는 ㎟당 20∼30pF의 적은 용량의 캐패시턴스, 상대적으로 높은 가격 등으로 주로 소신호 고주파를 처리하는 특수 PCB에서 사용되지만 기술발전에 따라 지난해 3000억원에서 오는 2010년에는 2조7500억원 시장으로 급속히 확대될 전망이다. 유형준기자@전자신문, hjyoo@etnews.co.kr ○ 신문게재일자 : 2007/02/23

 

임베디드 PCB, 차세대 제품 부상  인쇄회로기판업체들 'KPCA 쇼'서 잇따라 선보여 "3.5G 이후부턴 필수 기술"

 

올해 국내 인쇄회로기판(PCB) 업체들의 주요 개발 관심사가 반도체 패키지를 넘어 임베디드 PCB로 가고 있다.

10일 KPCA 쇼에 참가하고 있는 삼성전기, LG전자. 대덕전자 등은 선진 기술력을 기반으로 신규 시장 개척이라는 관점에서 한결같이 임베디드 PCB 제품을 차세대 제품으로 내세우고 있다.

삼성전기(대표 강호문)는 현재 중점을 두고 추진하고 있는 플립칩 PCB를 중심으로 임베디드 PCB 브랜드 `SFC(Smart Functional Circuit)'을 전시했다.

이 회사의 SFC는 저항이나 캐패시터와 같은 수동소자뿐 아니라 집적회로(IC)와 같은 능동소자까지 내장한 임베디드 PCB로 현재 시제품이 개발된 상태다. 회사 관계자는 "현재 2009년 양산을 목표로 개발에 박차를 가하고 있으며 능동소자를 둘러싼 정전기 문제 등 민감한 기술적 사안을 하나씩 해결해 가고 있는 상태"라고 말했다.

이 회사는 반도체 패키지에 이어 임베디드 PCB에 투자키로 결정하고 SFC만을 위한 별도의 생산라인을 구축할 방침이다. 회사 관계자는 "SFC는 수율이 99% 이상 나올 수 있는 기본 체계를 갖춘 자동화된 설비에서 생산이 가능하기 때문에 기존 라인에서 생산하기 어렵다"고 말했다.

LG전자(대표 남용)도 캐패시터와 저항을 내장한 임베디드 PCB를 내놓고 현재 양산 준비 작업에 나서고 있다고 밝혔다.

이 회사는 현재 수동소자까지를 내장한 임베디드 PCB에 대한 개발을 80% 정도 완료했으며 가까운 시일내 개발을 완료하고 양산에 나서 휴대폰용 메인보드에 적용할 것이라고 설명했다.

대덕GDS, 아페리오 등 계열사와 함께 부스를 만든 대덕전자(대표 김영재)는 임베디드 PCB 제조 기술과 시스템인패키지(SiP) 기술을 접목한 제품을 내놨다.

이 회사는 두 기술을 접목한 임베디드 SiP 기판 개발을 완료하고 양산을 목전에 두고 있다고 설명하고 FR-4 재질의 빌드업 기술을 적용한 SiP는 이미 양산 중이라고 전했다.

또 회사 관계자는 "이미 개발을 완료한 하이엔드 칩스케일패키지(CSP)는 80？ 피치 본딩핑거에 55？ 너비의 톱을 구현했는데 이는 업계 선도적인 기술로 평가받고 있다"고 말했다.

업계 관계자는 지금 3G 정도의 휴대전화에서는 현재 PCB 기술로도 지원하는 데 문제가 없지만 3.5G 이후부터는 임베디드 기술이 필수적이라며, 저온동시소성세라믹(LTCC) 기판으로 해결하기에는 비용이 지나치게 비싸기 때문에 세트업체들이 임베디드 PCB에 많은 기대를 걸고 있는 상황이라고 설명했다. 

 

부품을 내장한 임베디드 PCB가 소비자용 전자제품에 적용되기 시작했다. 모토로라는 이미 자사의 GSM 휴대폰에 임베디드 PCB를 사용하고 있다고 밝혔다. 이 기술을 이용하면 표면실장 보다 약 40% 보드 공간을 줄일 수 있다. 현재는 수동부품을 내장한 PCB 개발이 주류를 이루고 있지만 내년에는 IC를 내장한 PCB가 선보일 것으로 기대된다. 휴대형 전자제품 제조업체의 한 엔지니어는 “우리는 임베디드 PCB를 먼 미래의 기술이라고 여겨왔지만 이 기술을 현재 사용할 수만 있다면 우리는 분명 무언가를 해낼 수 있을 것”이라고 말한다. 최근 PCB(Printed Circuit Board) 내에 다양한 부품을 내장시키는 임베디드 PCB가 제조업체들의 제품개발로 새로운 전환점을 맞고 있다. 일본 CMK 신사업개발실에서 패키지 기판 영업부를 맡고 있는 노부유키 카게야마(Nobuyuki Kageyama) 이사는 “부품 내장 기술이 떠오르면서 관련업계의 선두다툼도 더욱 치열해지고 있다.”고 밝혔다. 부품을 내장시키는 기술은 이미 상당한 수준에 올라서 장비 제조업체들이 실제 샘플을 평가할 수 있는 단계에 이르렀다. 일본의 DT 서킷 테크놀로지(DT Circuit Technology)는 관심을 보인 제조업체들에게 부품이 내장된 샘플 PCB를 보냈고 또 다른 일본기업인 클로버 전자(Clover Electronics)는 늦어도 2/4분기 중으로 샘플을 출시할 예정이다. 다른 PCB 제조업체들도 시제품 개발을 완료하고 2003년이나 2004년에 샘플을 선보일 계획이다. 임베디드 PCB에 대한 산업계의 관심이 증대됨에 따라 표준화 작업도 급류를 타기 시작했다. 일본에서는 JEITA(Japan Electronics and Information Technology Industries Association)가 지난 1월부터 임베디드 부품의 크기 등 여러 사양에 대한 표준화 작업을 시작했다. 미국의 NIST (National Institute of Standards and Technology)는 이보다 훨씬 전인1999년부터 ‘Advanced Embedded Passive Technology’ 프로젝트를 추진, 제품 상용화를 위해 관련업계와 협력하고 있다. 마이크로 재료 및 전자기술 관련 시장개발 전문가인 듀퐁의 토모아키 호우죠지(Tomoaki Houzouji)는 “재료에 대한 평가와 방법은 2003년에 완성될 것이며, 그 결과는 투명하게 공개될 것”이라고 밝혔다. 부품 내장 IC와 패키지는 각각 SoC(System-on-Chip)와 SiP(System-in-Package)의 형태로 여러 부품과 기능을 하나의 유닛에 통합한다. 하지만 부품 내장형 PCB는 개발 시간도 매우 짧고 서로 다른 모델을 위한 다양한 기능을 구현하기 쉬우며, 제품 사양의 잦은 변경에 따른 부품수요에 간단히 대응할 수 있다. 현재 표면실장되는 IC와 수동부품을 보드 내부에 내장시킬 수 있다면 보드의 표면적을 줄일 수 있다. 그렇게 되면 기존의 SMT(Surface-Mount Technology)에 비해 설계의 유연성을 높이고 부품 사이의 트레이스 길이를 최적화하여 고주파수 반응과 다른 특성을 향상시킬 수 있다. 이미 시장에는 임베디드 부품을 이용한 몇몇 LTCC(Low-Temperature Cofired Ceramic) 보드가 출시되었지만 무겁고 부러지기 쉬우며, 큰 보드로 사용하기 어렵고 고온 처리가 필요해 IC를 내장할 수 없어 고전하고 있다. 일본 도시바 디지털 미디어 네트워크사 산하 디지털 미디어 개발센터의 패키징 기술개발센터 그룹1을 맡고 있는 쿠니아키 타카하시(Kuniaki Takahashi) 수석위원은 “LTCC 보드는 제한된 기능을 갖는 제한된 개수의 모듈에만 사용될 수 있으며, 단순히 다른 형태의 부품으로만 인식되고 있다.”고 말한다. 현재 합성수지로 제조된 PCB 내부에 부품을 내장하기 위한 기술이 개발되고 있다. 합성수지는 LTCC 보드와는 달리 보드 크기에 제한이 없으며, IC 내장도 가능하다. 임베디드 부품을 이용한 PCB는 다른 장비의 마더보드로도 사용할 수 있다. 선두에 나선 모토로라 최근까지 업계에서는 SMT 기술의 진보를 통해 부품을 내장하지 않고도 장비크기를 최소화할 수 있다고 믿었고 부품 내장형 PCB는 먼 미래의 기술일 뿐이라고 생각했다. 미국에서는 서버와 같이 개발비가 많이 투자되는 개발분야에서 부품 내장형 PCB가 사용되고 있지만 가격이 너무 높아 소비자용 전자제품에는 이용할 수 없었다. 예를 들어 미국의 샌미나-SCI(Sanmina-SCI)는 구리층 사이에 커패시터 필름(유전체 시트)을 넣은 ‘매설 커패시턴스’를 사용하여 PCB를 제조, 판매했다. 커패시터 필름은 두께가 50μm밖에 되지 않으며, 보드는 주로 바이패스 커패시터로 사용된다. 일본에서 이 제품을 판매하는 일본 SIC에 의하면 가격은 기존 보드에 비해 약 20% 정도 높다고 한다. 하지만 모토로라가 제품 선적을 시작하면서 상황은 급변했다. 모토로라는 지난 2002년 3월 개최된 ‘IPC 프린티드 서킷 엑스포 2002’의 기술 회의에서 ‘RF 애플리케이션에 임베디드 수동부품 기술 구현’이라는 논문 발표를 통해 휴대폰의 RF 모듈에 부품 내장형 PCB를 사용했음을 공개적으로 밝혔다.(그림 1) 이 보드는 1999년 4/4분기부터 적용되었으며, 지금까지 수천만 개의 제품이 선적된 것으로 보고됐다. 이 발표는 많은 패키징 관련 엔지니어들에게 지대한 영향을 미쳤다. 특성 및 가격과 같이 풀리지 않은 많은 문제를 내포하고 있는 것으로 생각됐던 부품 내장형 PCB를 이용해 간단하고 실용적인 애플리케이션 설계가 가능함을 보여줬기 때문이다. 모토로라의 발표에서는 문제 해결을 위한 실질적인 방법이 존재한다는 것을 보여주었으며, 2002년부터 장비와 보드 제조업체들로부터 많은 주문이 쏟아졌다. 현재 많은 장비 제조업체들과 PCB 제조업체들이 개발에 참여하고 있으며, 실제 장비에 이 기술이 채택될 것으로 예상하고 있다. 40%의 보드공간 절감 모토로라는 이 기술이 보다 강력한 경쟁력을 가질 것으로 예상하고 기존의 SMT 대신 임베디드 PCB를 채택한 첫번째 업체였다. 실제 부품 내장형 보드는 많은 장점을 제공한다. 이 기술을 이용하면 보드의 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 RF 특성을 향상시킬 수 있고 개발 시간을 줄이며, 장비의 성능도 높일 수 있다.(그림 2) 장비 제조업체들은 특히 보드의 크기를 줄일 수 있다는 점에 관심을 보인다. 한 휴대용 오디오 플레이어 설계 엔지니어는 “우리는 기획부에서 어떤 종류의 제품을 구상하고 있는지 알 수 없다. 우리는 스마트 카드에도 적용할 수 있는 작고 평평한 보드가 필요한 제품에 적합한 부품 내장형 PCB에 많은 관심을 갖고 있다.”고 말했다. PDA(Personal Digital Assistants)를 개발중인 다른 엔지니어는 “기존 SMT는 이미 한계에 도달했다. 이제 우리에게는 새로운 종류의 장비를 개발할 수 있는 새로운 기술이 필요하다.”고 지적했다. 모토로라는 휴대폰용으로 개발된 임베디드 부품을 이용한 자사의 PCB 시제품이 기존 SMT를 이용한 보드에 비해 크기가 40% 작다고 말한다. 일본 마쯔시타 전기의 한 관계자도 특정 애플리케이션의 경우 보드의 크기를 최대 75%까지 줄일 수 있다고 말한다. 하지만 마쯔시타 디바이스 개발센터 내 패키징 기술그룹의 야스히로 수가야(Yasuhiro Sugaya) 엔지니어에 따르면 휴대폰의 경우 최신 기술을 사용하더라도 50%가 한계라고 한다. 보드크기를 줄일 수 있으면 작은 보드를 추가해 빈 영역을 다른 기능을 구현하는 데 사용할 수 있기 때문에 설계의 자유도가 높아진다. 장비의 외관도 상당히 변화시킬 수 있다. 예를 들면 목걸이나 팔찌 모양과 같은 착용형 장비를 개발하기가 훨씬 쉬워질 수 있다.(그림 3) 1999년부터 2년마다 출판되는 JEITA 패키징 기술 로드맵에도 임베디드 부품을 이용한 PCB가 소개되어 있다. 1999년의 초판에서는 이 기술이 키워드로 소개되어 있으며, 2001년 판에는 구체적인 내용이 기술되어 있다. 2003년 판에는 실제 애플리케이션에 영향을 미칠 수 있는 많은 문제들이 조사, 토의되었다. 장비 워킹그룹의 회원이자 이 로드맵 작성에 참여한 도시바의 타카하시는 JEITA가 장비 제조업체에 보낸 질의서에 대한 한 응답내용을 소개하면서 “가격이 충분히 낮아진다면 2006년에는 이 기술이 사용될 것이며, 그 시간이 더 빨라진다면 그에 따라 계획을 수정할 것”이라고 말했다. 1달러 이상의 비용 절감 임베디드 부품을 이용한 PCB는 제조비용과 설계부담의 감소와 같은 장점도 제공할 것이다. 비용절감 부분은 이미 실제 모토로라의 제품에서 입증되었다. 기존의 휴대폰은 RF 모듈에 내장된 부품을 이용한 LTCC를 사용하여 설계되었지만 이 부분은 임베디드 부품을 이용한 PCB로 대체되었다. 모토로라는 이 같은 방법으로 전체 제조비용 중 1달러 이상을 줄였다고 말한다. 결과적으로 모토로라는 2년 내에 기술개발 비용을 회수할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 마쯔시타 전기는 표면실장 보드를 부품 내장형 PCB로 대체하면 설계 부담을 줄일 수 있다고 말한다. SMT를 이용한 AV(Audio-Visual) 제품의 경우 시제품으로 원하는 동작을 수행할 수 있을 때까지 부품 배치 및 배선에 소요되는 상당한 시간을 낭비하면서 몇 번이고 반복해야만 했다. 부품 내장형 PCB를 이용해 같은 회로의 시제품을 만들면 모든 기능을 첫번째 제품에서 제대로 동작시킬 수 있다. 차이는 후자의 경우 트레이스 길이를 줄여 노이즈를 줄일 수 있다는 것이다. 마찬가지로 패키지의 보드에 실장된 IC가 하나의 칩처럼 보드 내부에 내장될 수 있다면 마이크로프로세서와 메모리 사이의 와이어 길이가 10% 이하로 줄어들 수 있다. 기존의 보드는 표면 영역이 50mm2지만 새로운 기술에서는 이를 12mm2로 줄일 수 있다. 와이어 길이를 줄일 수 있으면 커패시턴스와 같은 특성 값이 좋지 못한 부품으로도 제품의 사양을 충족시킬 수 있다. 값싼 부품을 사용하고 개수를 줄이면 제품 가격을 낮출 수 있다. 보드의 노이즈를 줄이면 장비 특성을 향상시킬 수 있다. 일본 카시오 컴퓨터(Casio Computer) 개발센터의 마사미 유야마(Masami Yuyama) 매니저는 “예를 들어 디지털 카메라에서 커패시터를 IC 바로 밑에 놓으면 노이즈와 화질을 높일 수 있다.”고 말한다. 컴팩트 디지털 카메라는 보통 멀티칩 패키지와 모듈을 사용하기 때문에 디바이스 커패시터를 IC 바로 아래 놓기가 어렵다. 다중 임베디드 기술 현재 PCB에 부품을 내장하기 위한 많은 기술들이 개발되고 있다. 각각의 방법은 나름대로의 장단점을 갖고 있으며, 서로 다른 상용화 계획을 가지고 있다. 업체들은 결정을 내리기 전에 가능한 기술들의 모든 특성을 꼼꼼히 따져 보아야 할 것이다. 수동부품과 IC는 대부분 내장되고 있는 추세다.(그림 4) 수동부품의 경우 개발이 상당한 수준으로 진행된 상태며, 샘플도 제조되었다. 임베디드 IC를 이용한 보드는 2003년 하반기까지는 기다려야 할 것으로 보인다. 가장 중요한 문제는 이 기술을 이용하면 작은 보드에 IC를 내장할 수 있지만 테스트와 검증 방법이 아직 확정되어 있지 않다는 것이다. 기술이 실제 애플리케이션에 가깝게 개발되면서 부품 내장형 보드의 역할은 기능을 구현하는 모듈에서 디바이스의 메인보드로 바뀌고 있다. 현재 메인보드에 임베디드 부품을 이용해 모듈을 실장하고 있는 모토로라도 마찬가지이다. 모토로라 종합기술개발센터의 아룬 턴게어(Aroon Tungare) 매니저는 “모듈과 메인보드의 차이는 사라지게 될 것이며, 2004년 말이나 2005년까지 휴대폰의 메인보드에도 임베디드 부품이 이용될 것”이라고 전망했다. 수동부품을 내장하는 3가지 방법 일반적으로 수동부품을 내장시키기 위해서는 (1) 기존의 수동부품 내장 (2) 특별하게 제작된 얇은 수동부품 내장 (3) 인쇄나 다른 공정으로 필름 디바이스를 제작하는 3가지 방법이 사용된다. 기존 수동부품을 내장하는 방법(1)의 경우 처리할 수 있는 부품 종류에 대한 제약은 없으며, 장비 제조업체들은 자신이 원하는 저항이나 커패시턴스를 얻을 수 있다. 기존의 부품을 사용하기 때문에 기존의 제조 장비도 이용할 수 있다. 한 가지 단점은 보드가 선택된 부품을 수용할 수 있도록 두꺼워진다는 점이다. 또한 부품을 부착하기 위해 보드에 구멍을 뚫는 등의 표면실장 공정 이외에 부품 내장을 위한 별도의 공정이 추가되기 때문에 비용을 절감하기가 어려워진다. 특별히 제작된 얇은 부품을 이용하는 두번째 방법은 두께를 100μm 이하로 줄일 수 있기 때문에 첫번째 방법에 비해 보드의 두께를 대폭 줄일 수 있다. 이렇게 얇은 부품에 보드 레이어를 덮으면 보드에 구멍을 뚫을 필요가 없어진다. 같은 두께를 갖는 방법(3)에 비해 이 방법이 갖는 장점은 패키지 전에 결함이 있는 부품을 골라낼 수 있다는 것이다. 하지만 어떤 경우에도 이 방법을 이용하려면 부품 패키지 단계가 반드시 필요하다. 인쇄 과정을 통해 필름 디바이스를 형성하는 세번째 방법을 이용하면 필름 디바이스를 한번에 만들 수 있기 때문에 패키지 공정 개수와 비용을 줄일 수 있다. 본딩 안정성이 향상되어 솔더 본드의 개수가 줄어 제품이 가벼워지며, 환경 부담도 줄일 수 있다. 일본 후지쯔 인터커넥트 테크놀로지스의 영업개발그룹을 맡고 있는 케이지 아라이(Keiji Arai) 그룹 매니저는 “장비가 가벼워지면서 허용가능한 회로 보드도 줄어들고 있으며, 솔더의 양은 합성수지에 비해 특히 무겁기 때문에 솔더의 양을 줄이는 것은 매우 중요하다.”고 설명한다. 아사히 케미컬 리서치 랩(Asahi Chemical Research Laboratory)의 이사오 모루카(Isao Morooka) 디렉터도 “모든 사람들이 무연 기술에 관심을 갖고 있지만 솔더가 없는 제품도 가능하다.”고 덧붙였다. DT 서킷 테크놀로지 기술부의 슈지 사가라(Shuji Sagara) 이사는 많은 제조업체들이 궁극적으로 임베디드 필름 디바이스를 추구할 것이라고 지적한다. 하지만 현재 이 같은 필름 디바이스에는 몇 가지 특성 제한이 있어 임베디드 부품 사용에 제한이 되고 있다. 별도의 처리를 하면 특성을 보다 향상시킬 수 있지만 그렇게 되면 비용이 증가한다. 보다 얇은 수동부품 기존의 수동부품을 내장한 보드의 샘플 선적은 이미 시작되었다.(표 1) DT 서킷 테크놀로지의 경우 장비 제조업체의 수요를 충족시킬 수 있는 2개의 임베디드 커패시터와 1개의 임베디드 저항을 이용한 보드 시제품을 만들었다. 이것은 원래 휴대폰 내의 오실레이터용 보드로 제작되었지만 아직 양산되지는 않고 있다. 현재 DT 서킷 테크놀로지는 SAW (Surface Acoustic Wave) 필터와 다른 기능, 수동부품을 포함한 보드를 준비하고 있다. 임베디드 부품을 이용한 보드의 경우 매달 약 100,000 개의 생산 수준으로도 이익을 얻을 수 있을 것으로 DT는 추산하고 있다. 결과적으로 임베디드 PCB는 보다 작은 크기와 빠른 출시, 저렴한 가격을 필요로 하는 자동차와 의료기기, 측정장비 등 이와 비슷한 제품에서 수요를 창출할 것으로 예상된다. 많은 제조업체들은 기존 수동부품 내장 접근법의 주요 단점을 제거한 얇은 수동부품 샘플도 제작하고 있다. 한 PCB 제조업체가 지적한 대로 ‘가격이 더욱 높아지더라도’ 이 같은 새로운 설계가 시장에서 자리를 쉽게 빼앗기지는 않을 것이다. 이러한 얇은 수동부품을 PCB에 내장하는 기술을 개발하는 업체 중 하나인 일본의 후지쓰 인터커넥트 테크놀로지스는 자체적으로 얇은 부품을 개발하고 있다. 이 부품은 50μm 두께로 10kW의 저항과 400pF/mm2의 커패시터를 이용한 시트 레지스터이다. 후지쓰는 일본의 마쯔시타 전기 컴포넌츠와 협력하여 ALIVH(Any Layer Interstitial Via Holes)라는 배치 다중계층 보드 기술을 지난 1월에 발표했다. 얇은 부품은 각 보드 계층에 놓이고 모든 부품은 하나의 공정으로 한번에 내장된다. 후지쓰의 PCB 보드 계층 두께는 60에서 100μm 사이이며, 구리 연결선의 두께는 약 18에서 35μm이다. 얇은 수동부품 계층의 전체 목표 두께는 50μm 이하이다. 유전체의 강도는 아직 너무 낮아서 상업적으로 사용할 수 없다. 엔지니어들은 이것을 최소 16V까지 올리고자 하지만 유전체의 강도가 높아지면 부품의 특성이 떨어지게 된다. 몇몇 제조업체들은 2004년에 장비에 이 보드를 사용할 계획이며, 따라서 얇은 수동부품을 내장시키기 위한 기술 개발도 2003년 가을에는 완성될 예정이다. 필름 디바이스를 이용한 비용 절감 인쇄나 다른 공정을 이용해 형성된 필름 디바이스는 이미 실용 제품에 사용되고 있다. 모토로라는 이 방법을 사용해 자사의 휴대폰을 제조했으며, 일본의 아이비든(Ibiden)과 대만의 한 업체, 유럽의 한 업체에 라이센스를 제공하고 있다. 유럽의 업체는 모토로라의 휴대폰 뿐만 아니라 다른 벤더의 장비용 부품 내장형 보드도 제작하고 있다고 한다. 듀퐁과 협력하고 있는 클로버 전자도 2003년 봄에 임베디드 레지스터를 이용한 샘플 보드를 선적할 예정이다. 카시오의 유야마에 의하면 장비 제조업체들은 최대 1MW의 수동 저항과 최대 0.01mF의 커패시턴스를 원한다고 한다. 모토로라의 기술은 저항에 대한 수요는 충족시키고 있지만 커패시터는 가장 큰 것이 500pF 밖에 되지 않는다. 모토로라는 부품 내장형 보드에 아사히 케미컬 리서치 랩의 레지스터와 스위스 반티코(Vantico)의 커패시터를 사용하고 있다. 필름 디바이스의 특성은 2년 내에 대부분의 장비 제조업체 수요를 충족시킬 수 있을 정도로 발전할 것이다. 모토로라에서는 2005년을 목표로 0.01에서 0.1mF의 캐패시턴스를 갖는 새로운 커패시터를 개발하고 있다. 필름 디바이스로 구현할 수 있는 특성이 다양해지면 내장시킬 수 있는 수동부품도 늘어나고 제조 비용을 더욱 낮출 수 있다. 임베디드 IC의 기술 장벽 해소 IC는 2003년 말이나 2004년부터 내장될 것이다. 일본의 카시오 컴퓨터와 마쯔시타 전기, 소니를 포함한 여러 업체들이 개발을 진행하고 있다. 카시오 컴퓨터와 CMK는 공동으로 400μm 두께의 IC를 내장한 600μm 두께의 보드 시제품을 제작했으며, 2003년 말에는 장비에 이것을 사용할 예정이다. 목표는 기존 컴팩트 기어에 사용되는 다양한 모듈을 대체하는 것이다. 예를 들어 카시오 컴퓨터의 EXLIM 디지털 카메라는 2mm 두께로 4개의 IC가 집적된 MCM(Multi-Chip Module)을 사용하여 케이스 두께를 11mm로 줄였다.(그림 5) MCM의 크기는 21mm2이다. 현재 개발중인 보드에서는 1mm 두께로 만들 수 있도록 IC를 내장하여 보다 얇은 디지털 카메라를 준비하고 있다. 두 업체는 임베디드 IC와 관련된 많은 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다. 보통 임베디드 IC는 베어칩이기 때문에 임베디드 이전에 테스트가 쉽지 않고 보드 제작에 클린룸이 필요하다. 두 업체는 웨이퍼 레벨의 CSP(Chip-Scale Package)로 패키징해 이러한 문제를 해결했다. 웨이퍼 레벨 CSP 핀은 테스트가 가능하며, 칩이 밀봉되기 때문에 클린룸이 필요없다. 일본의 마쯔시타 전기와 덴소(Denso)는 각각 같은 보드에 IC와 수동부품을 내장하기 위한 기술을 개발하고 있다. 마쯔시타 전기는 2004년 자사의 제품에 이 보드를 사용할 계획이며, 2006년에는 얇은 수동부품과 필름 디바이스, 얇은 IC를 내장할 예정이다. 실제 기능을 내장하기 위한 테스트는 이미 시작되었다. 시행착오 하지만 임베디드 부품의 잠재력을 완전히 구현하기 위해서는 상당한 시행착오를 겪어야 할 것이다. 대부분의 경우 SMT 보드의 노하우는 적용되지 못하고 새로운 문제들이 발생하여 장비 제조업체들과 보드 제조업체들이 함께 해결해야 한다. 예를 들어 두 그룹 사이의 협력 관계도 분명하게 정의되어야 하며, 설계와 테스트 방법도 수립되어야 한다. PCB 용으로 개발된 다양한 EDA (Electric Design Automation) 툴은 임베디드 부품에서 애플리케이션을 찾고 있지만 어떤 제품도 최적의 부품 레이아웃을 결정하는 것과 같은 기능을 제공하지 못한다. 마쯔시타 전기는 임베디드 기술 뿐만 아니라 보드 설계 및 테스트에도 관심을 기울이고 있으며, 이를 위해 설계 툴을 위한 기본 데이터를 수집하고 있다. 글/모토노부 카와이(Motonobu Kawai) 웹사이트: Asahi Chemical Research Laboratory: www.asahi-kagaku.co.jp Casio Computer: world.casio.com CMK: www.cmk-corp.com DT Circuit Technology: www.dtct.co.jp Fujitsu Interconnect Technologies: www.fict.fujitsu.com (일본어만 제공) Japan Electronics and Information Technology Industries Association: www.jeita.or.jp Matsushita Electric Industrial: www.panasonic.co.jp Motorola: www.motorola.com National Institute of Standards and Technology: www.nist.gov Sanmina-SCI: www.sci.com Toshiba: www.toshiba.co.jp     삼성전기, 임베디드 PCB 세계 첫 국제표준 규격 제정 나서 우리나라가 개발한 임베디드 PCB 관련 기술이 세계 최초로 국제 표준 규격에 반영될 가능성이 커졌다. 그동안 첨단 PCB 기술을 주도해왔던 일본이 지지하고 있기 때문이다.   삼성전기가 국제표준 규격을 추진하는 임베디드 PCB. 반도체나 수동부품을 기판내에 내장할 수 있어 작은 면적으로도 회로 구현이 가능하다.   차세대 PCB 시장에서 국내 업계가 기술을 선도할 수 있는 개가로 평가된다. 5일 업계에 따르면 삼성전기(대표 박종우)가 개발한 '임베디드 PCB 전기성능 검사 방법'이 지식경제부 산하 기술표준원을 통해 최근 국제전기표준위원회(IEC) 산하 TC-91 그룹에서 제안 단계(NP)를 거쳐 위원회 심사 단계로 승격됐다. 이번 삼성전기의 기술은 임베디드 PCB 관련 국제 표준으로는 세계 처음으로 추진되는 것이어서 주목된다. 위원회 심사 단계에 올라서면 이르면 내년말께 IEC 표준으로 등록될 수 있을 것으로 보인다. IEC 산하 PCB 표준에 참여 중인 7개 국가가 대부분 동의하고 있기 때문이다. 특히 PCB 기술을 이끌어왔던 일본이 적극 지지하고 있어 IEC 표준으로 채택될 것이 유력해 보인다. 임베디드 PCB는 기판내에 다수의 수동 부품을 기판내에 내장할 수 있는 차세대 PCB다. 일일이 수동부품을 기판위체 장착해야 하는 기존 PCB에 비해 작은 면적으로도 같은 기능을 수행할 수 있어 스마트폰·스마트패드 등 부품의 경박단소화 추세에 적합하다. 고부가 PCB 시장에서 우리나라가 기술을 주도할 계기가 된다는 점에서 의미가 각별하다. 기술표준원 관계자는 “현재 우리나라가 총괄 의장을 맡아 국제 표준화 활동을 진행 중”이라며 “전기 성능 검사 방법은 대부분의 PCB 회사들이 크게 벗어나지 않는 상황”이라고 말했다. 다만 국제 표준으로 등록되면 삼성전기가 국내외에 출원한 특허권 문제는 조정돼야 할 것으로 보인다. 삼성전기 관계자는 “현재 해외 특허가 출원된 상태지만 국제 표준으로 등록되는 과정에서 로열티를 검토해야 할 것”이라고 말했다.   서한기자 hseo@etnews.com