AI 반도체 기판
인공지능(AI)과 고성능 컴퓨팅(HPC)의 시대가 도래하면서, 화려한 조명을 받는 CPU·GPU 못지않게 이들을 든든하게 받쳐주는 '기판(Board/Substrate)' 기술의 중요성이 날로 커지고 있습니다.
반도체 칩이 아무리 뛰어난 두뇌를 자랑하더라도, 이를 메인 시스템과 연결해 전력을 공급하고 데이터를 주고받게 하는 '도로'가 없으면 무용지물입니다. 이번 글에서는 전자산업의 뼈대인 PCB부터 AI 서버의 핵심인 MLB와 FC-BGA까지, 각 기판 기술의 특징과 국내외 대표 기업을 종합적으로 정리합니다.
한눈에 보는 적층 구조 실제 제품에서 이 기술들은 위에서 아래로 다음처럼 쌓입니다. 반도체 칩(Die) → FC-BGA(패키지 기판) → MLB(메인보드) 즉 칩을 FC-BGA에 먼저 패키징한 뒤, 그 패키지를 다층 메인기판(MLB)에 실장하는 구조입니다. PCB는 이 모든 기판의 공통 출발점입니다.
1. PCB (Printed Circuit Board · 인쇄회로기판)
"모든 전자제품의 기본 뼈대이자 신경망"
특징·역할: 에폭시 수지 등 얇은 절연판 위에 구리(Cu) 배선을 인쇄해 전자 부품들을 전기적으로 연결하는 가장 기본적인 기판입니다.
용도: 스마트폰, 냉장고, 자동차, PC 등 전기가 통하는 거의 모든 전자기기에 필수로 탑재됩니다. 기기가 소형화·고성능화되면서, 과거의 단면 기판을 넘어 회로를 여러 층으로 쌓는 형태로 발전해 왔습니다. 아래의 MLB·FC-BGA도 모두 이 PCB 기술에서 갈라져 나온 고도화 갈래입니다.
2. MLB (Multi-Layer Board · 다층 인쇄회로기판)
"초고속 데이터 고속도로, AI 서버의 메인보드"
특징·역할: 기본 PCB를 아파트처럼 여러 층(Layer)으로 겹겹이 쌓아 올린 고도화된 메인 기판입니다. 층수가 높아질수록 한정된 공간에 더 많은 배선을 깔 수 있어, 신호 간섭을 줄이고 복잡한 데이터를 고속으로 처리할 수 있습니다.
용도: 대규모 데이터를 지연 없이 처리해야 하는 대용량 통신 장비, 슈퍼컴퓨터, 그리고 AI 서버에 주로 쓰입니다. 최근 AI 가속기·고속 스위치용 MLB는 20층 이상, 고사양은 30층을 넘나드는 초고다층 구조를 띱니다. 나아가 단순 다층을 넘어 더 복잡한 다중적층(Sequential lamination) MLB로 진화하고 있으며, 데이터센터 네트워크가 400G에서 800G로 넘어가면서 더 높은 사양이 요구되고 있습니다.
🏢 대표 기업
국내
이수페타시스(ISU Petasys): 초고다층 MLB를 양산할 수 있는 글로벌 소수(약 3개사) 중 하나로, 엔비디아·구글·마이크로소프트·메타·아마존 등 빅테크를 고객사로 둔 AI 인프라 공급망의 핵심 기업입니다. 수요가 공급을 초과하는 상황이 이어져 대구에 신공장(5공장)을 단계적으로 가동하며 증설 중입니다. 다만 매출의 상당 부분이 엔비디아에 집중돼 있어, 고객 다변화는 과제로 꼽힙니다.
대덕전자: 네트워크 장비·서버용 다층 기판에서 탄탄한 입지를 다져 왔으며, 최근에는 FC-BGA로도 사업을 확장하고 있습니다(아래 참조).
해외
골드서킷(GCE·대만), WUS(대만/중국): 서버·고속 통신용 고다층 기판 분야를 이끄는 글로벌 주요 공급사로, 이 시장은 대만계 기업의 비중이 큽니다.
3. FC-BGA (Flip Chip · Ball Grid Array)
"첨단 칩을 품는 초정밀 미니 기판"
특징·역할: 초미세 반도체 칩(Die)과 메인 기판(MLB) 사이의 물리적 크기 차이를 극복하고 둘을 연결하는 고집적 반도체 패키지 기판입니다.
플립칩(Flip Chip) 결합: 반도체 칩을 뒤집어, 칩 아랫면의 미세 단자(마이크로 범프)가 기판과 직접 맞닿게 연결합니다. 데이터 이동 경로가 최단거리로 줄어 신호 손실이 적고 처리 속도가 획기적으로 빠릅니다.
BGA(Ball Grid Array): 기판 아랫면에 둥근 솔더볼(Solder Ball)을 격자무늬로 배열해, 메인보드(MLB)와 넓은 면적으로 단단하게 전기적 연결을 구성합니다.
핵심 소재 ABF: 하이엔드 FC-BGA는 미세 배선을 구현하기 위해 ABF(아지노모토 빌드업 필름) 절연 소재를 사용합니다. 이 소재·공정 분야는 일본 기업들이 오랫동안 주도해 왔으며, 이것이 공급망에서 일본의 영향력이 큰 이유입니다.
용도: PC·서버용 CPU/GPU는 물론, 최고 사양 AI 가속기, 자율주행 칩 등 방대한 데이터 처리가 필요한 고성능 반도체에 필수로 탑재됩니다.
시장 전망: 일본 후지키메라종합연구소에 따르면 글로벌 FC-BGA 시장은 2022년 약 80억 달러에서 2030년 164억 달러로 두 배 이상 성장할 것으로 전망됩니다. 또한 지정학적 리스크 분산 차원에서 북미 빅테크가 대만 일변도를 벗어나 한국 공급사를 함께 찾는 흐름이, 국내 기업들에게 기회로 작용하고 있습니다.
🏢 대표 기업
국내
삼성전기: 국내 FC-BGA 선두 주자로, 2022년 말부터 AMD에 서버용 FC-BGA를 공급해 왔으며, PC·서버용을 넘어 고사양 AI·데이터센터용 하이엔드 FC-BGA 투자를 대폭 확대하고 있습니다.
대덕전자: 선제적 투자를 통해 기존 메모리 기판 중심에서 비메모리 고성능 기판(FC-BGA) 중심으로 성공적인 체질 개선을 이뤘습니다.
LG이노텍: 통신용 반도체 기판(RF-SiP) 세계 1위 기업으로, 2022년 FC-BGA 시장에 진출한 후발주자입니다. 구미 '드림팩토리'를 거점으로 PC 칩셋·CPU용을 먼저 공략하고 있으며, AI·서버용 하이엔드 FC-BGA는 2026년 양산을 목표로 하는 단계입니다(사업 흑자 전환 시점은 2027년 전망). 차세대 유리기판 개발도 병행하고 있습니다.
해외
이비덴(Ibiden)·신코덴키(Shinko·일본): 고사양 FC-BGA, 특히 ABF 기판 소재·공정 시장을 오랜 기간 선도해 온 글로벌 최강자들입니다.
유니마이크론(Unimicron·대만): 글로벌 빅테크를 주요 고객으로 둔, 대량 생산 체제를 갖춘 핵심 플레이어입니다.
(참고) 이 밖에 오스트리아의 AT&S 등도 하이엔드 FC-BGA 시장의 주요 플레이어로 거론됩니다.
📊 한눈에 보는 핵심 기판 기술 요약
구분 | 핵심 역할 (한 줄 요약) | 주요 특징 | 주요 탑재처 | 국내외 대표 기업 |
PCB | 모든 전자제품의 기본 뼈대 | 얇은 절연판 위에 구리 배선을 인쇄한 가장 기본적인 형태의 기판 | 스마트폰, 가전, 자동차 등 일반 전자기기 전반 | (범용 부품으로 다수 기업 포진) |
MLB | AI 서버의 메인보드 (데이터 고속도로) | 회로를 아파트처럼 20~30층 이상 높게 쌓아 올린 고다층 구조 | AI 서버, 슈퍼컴퓨터, 대용량 통신/네트워크 장비 | 국내: 이수페타시스, 대덕전자 해외: 골드서킷(GCE), WUS |
FC-BGA | 첨단 칩을 품는 초정밀 패키지 기판 | 반도체 칩과 MLB의 크기 차이 극복, 플립칩 방식과 솔더볼(BGA) 결합 | 고성능 CPU/GPU, AI 가속기, 자율주행용 고사양 칩 | 국내: 삼성전기, 대덕전자, LG이노텍 해외: 이비덴, 신코덴키, 유니마이크론 |
정리하며
AI 서버 한 대 안에서 반도체(Die) → FC-BGA → MLB로 이어지는 기판 계층은, 칩의 성능을 시스템 전체로 끌어내는 '혈관이자 골격'입니다. 칩 미세화가 한계에 다다를수록, 신호를 손실 없이 더 빠르게 전달하는 기판 기술의 가치는 오히려 커지고 있습니다. 국내 기업들이 초고다층 MLB(이수페타시스)와 하이엔드 FC-BGA(삼성전기·대덕전자·LG이노텍)에서 글로벌 공급망의 핵심으로 떠오르는 이유입니다.
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