3D 반도체 패키징 시장 – 글로벌 산업 규모, 점유율, 추세, 기회 및 예측, 기술별 세분화(3D Through Silicon via, 3D Package on Package, 3D Fan Out 기반, 3D Wire Bonded), 재료별 세분화(유기 기판, 본딩 와이어, 리드프레임, 캡슐화 수지, 세라믹 패키지, Die Attach 재료), 산업 분야별 세분화(전자, 산업, 자동차 및 운송, 의료, IT 및 통신, 항공우주 및 방위), 지역별, 경쟁별 세분화, 2019-2029F

시장 개요

글로벌 3D 반도체 패키징 시장은 2023년에 89억 4천만 달러 규모로 평가되었으며, 2029년까지 15.85%의 CAGR로 예측 기간 동안 강력한 성장을 보일 것으로 예상됩니다.

주요 시장 동인

고성능 컴퓨팅에 대한 수요 증가

글로벌 3D 반도체 패키징 시장의 주요 동인 중 하나는 고성능 컴퓨팅(HPC)에 대한 수요가 증가하고 있다는 것입니다. 산업과 소비자 모두 방대한 양의 데이터를 빠르고 효율적으로 처리할 수 있는 장치를 찾고 있기 때문에 고급 반도체 패키징 솔루션에 대한 필요성이 크게 증가했습니다. 서버, 데이터 센터, 슈퍼컴퓨터를 포함한 HPC 시스템은 복잡한 계산 작업을 처리하기 위해 고속, 고밀도, 에너지 효율적인 프로세서가 필요합니다.

3D 반도체 패키징, 특히 3D 집적 회로(3D IC) 및 Through-Silicon Via(TSV) 기술은 여러 층의 반도체 다이를 수직으로 쌓을 수 있도록 하여 이러한 요구 사항을 해결합니다. 이 수직적 스태킹은 전기 신호가 이동해야 하는 거리를 줄여 지연 시간과 전력 소비를 최소화하는 동시에 처리 속도를 향상시킵니다. 3D 패키지 내의 상호 연결 밀도가 증가함에 따라 더 작은 풋프린트에 더 많은 트랜지스터를 패키징할 수 있으며, 이는 HPC 시스템의 컴팩트하고 효율적인 설계에 필수적입니다.

인공 지능(AI), 머신 러닝(ML), 빅데이터 분석의 부상으로 HPC에 대한 수요가 더욱 증가했습니다. 이러한 기술은 대규모 병렬 처리 기능에 크게 의존하며, 이는 고급 반도체 패키징 기술로 가장 잘 지원됩니다. 예를 들어, GPU 및 특수 AI 칩과 같은 AI 가속기는 3D 패키징이 메모리 및 로직 구성 요소를 긴밀하게 통합하여 데이터 전송 병목 현상을 줄이고 전반적인 시스템 성능을 개선하는 기능에서 상당한 이점을 얻습니다.

더 나은 열 관리 솔루션 및 개선된 제조 공정을 포함한 3D 패키징 기술의 지속적인 발전은 HPC 시스템의 성능과 안정성을 지속적으로 향상시킵니다. 결과적으로 성장하는 HPC 시장은 3D 반도체 패키징 산업의 중요한 원동력으로 남을 것으로 예상됩니다.

전자 장치의 소형화

전자 장치의 소형화 추세는 글로벌 3D 반도체 패키징 시장의 또 다른 주요 원동력입니다. 소비자와 산업은 점점 더 작고 강력하며 다기능적인 전자 장치를 요구합니다. 스마트폰과 웨어러블 기기부터 의료용 임플란트와 IoT 기기에 이르기까지 성능이나 배터리 수명을 저하시키지 않으면서도 더욱 컴팩트하고 효율적인 설계에 대한 지속적인 노력이 있습니다.

3D 팬아웃 및 TSV와 같은 3D 반도체 패키징 기술은 단일 패키지 내에 여러 반도체 구성 요소를 통합하여 최종 제품의 전체 크기와 무게를 줄일 수 있습니다. 다이를 수직으로 쌓고 고급 상호 연결 기술을 채택함으로써 3D 패키징은 기존 2D 패키징 방법에 비해 풋프린트를 크게 최소화합니다. 이러한 컴팩트한 설계는 점점 더 작아지는 폼 팩터에 맞아야 하는 차세대 전자 장치를 개발하는 데 필수적입니다.

3D 패키징은 또한 칩 간 상호 연결 길이를 줄여 신호 손실을 줄이고 속도를 개선하여 성능을 향상시킵니다. 이는 신호 무결성과 낮은 지연 시간이 중요한 5G 통신 및 고급 센서와 같은 고주파 애플리케이션에 특히 중요합니다.

예를 들어 의료 분야에서는 고급 진단 및 치료 장비를 개발하는 데 더 작고 강력한 반도체 장치가 필수적입니다. 이식형 센서 및 휴대용 모니터링 시스템과 같은 소형 의료 기기는 3D 패키징을 사용하여 소형 형태로 필요한 성능과 안정성을 달성합니다.

사물 인터넷(IoT) 기기의 확산

사물 인터넷(IoT) 기기의 확산은 글로벌 3D 반도체 패키징 시장의 주요 원동력입니다. IoT는 홈 오토메이션, 산업 자동화, 의료, 운송 및 스마트 시티를 포함한 다양한 도메인에서 스마트 애플리케이션을 지원하기 위해 데이터를 수집, 교환 및 분석하는 상호 연결된 기기의 광대한 네트워크를 포함합니다. IoT의 광범위한 채택으로 소형, 에너지 효율적이며 고성능 반도체 솔루션에 대한 필요성이 커지고 있습니다.

IoT 기기는 종종 여러 기능을 단일 소형 패키지에 통합해야 합니다. 여기서 3D 팬아웃 및 3D IC와 같은 3D 반도체 패키징 기술이 활용됩니다. 이러한 기술을 사용하면 센서, 프로세서, 메모리 및 통신 모듈을 단일 패키지에 통합하여 성능과 기능을 향상시키면서 기기 크기를 줄일 수 있습니다. 여러 다이를 수직으로 쌓고 TSV 또는 기타 상호 연결 방법을 통해 효율적으로 연결하는 기능은 IoT 기기의 엄격한 크기 및 전력 요구 사항을 충족하는 데 매우 중요합니다.

IoT 기기는 종종 전원에 대한 접근이 제한적인 다양한 환경에서 안정적으로 작동해야 합니다. 3D 반도체 패키징이 제공하는 에너지 효율성은 IoT 기기의 배터리 수명을 연장하고 장기 작동을 보장하는 데 중요합니다. 상호 연결의 전력 소비를 최소화하고 반도체 구성 요소의 전반적인 효율성을 향상시킴으로써 3D 패키징 기술은 IoT 애플리케이션에 필수적인 저전력 설계 목표를 달성하는 데 도움이 됩니다.

IoT 시장은 무선 통신 기술의 발전, 스마트 기기 채택 증가, 새로운 IoT 애플리케이션 개발에 힘입어 빠른 성장을 계속할 것으로 예상됩니다. 이러한 성장은 IoT 기기의 고유한 요구 사항을 충족할 수 있는 고급 반도체 패키징 솔루션에 대한 수요 증가로 이어져 글로벌 3D 반도체 패키징 시장 확대를 촉진합니다.

주요 시장 과제

기술적 복잡성

3D 반도체 패키징의 기술적 복잡성은 상당한 과제입니다. 이 고급 패키징 방법은 여러 반도체 다이를 수직으로 쌓고 TSV(Through-Silicon Vias) 또는 기타 상호 연결 기술로 연결하는 것을 포함합니다. 이러한 레이어 간의 정밀한 정렬과 안정적인 상호 연결을 보장하려면 고도로 특수화된 장비와 프로세스가 필요합니다. TSV의 정렬 오류나 결함은 성능 저하 또는 장치의 완전한 고장으로 이어질 수 있습니다. 또한 이러한 고밀도 구성 요소의 열 및 전기적 특성을 관리하면 복잡성이 한층 더 커집니다. 재료 과학 및 엔지니어링의 혁신은 이러한 기술적 장애물을 해결하고 안정적이고 효율적인 3D 패키징 솔루션을 달성하는 데 매우 중요합니다.

비용 고려 사항

3D 반도체 패키징과 관련된 높은 비용은 또 다른 주요 과제입니다. 3D 패키징 기술을 개발하고 구현하려면 새로운 장비, 재료 및 프로세스에 상당한 자본 투자가 필요합니다. 여기에는 TSV 제조, 고급 리소그래피 및 검사 도구 비용이 포함됩니다. 게다가 3D 패키징 프로세스의 수율률은 기존 2D 패키징에 비해 낮을 수 있어 생산 비용이 높아집니다. 향상된 성능과 기능의 이점과 증가된 비용의 균형을 맞추는 것은 제조업체에게 중요한 관심사입니다. 수율 개선과 재료 및 처리 비용 절감을 위한 전략은 3D 패키징 기술의 광범위한 채택에 필수적입니다.

주요 시장 동향

첨단 패키징 기술 채택 증가

글로벌 3D 반도체 패키징 시장은 첨단 패키징 기술 채택이 증가하는 중요한 추세를 보이고 있습니다. 전자 기기가 더욱 복잡해지고 향상된 성능이 요구됨에 따라 기존 2D 패키징의 한계가 분명해지고 있습니다. Through-Silicon Via(TSV), 3D Integrated Circuits(3D IC), 3D fan-out과 같은 첨단 패키징 기술이 이러한 요구 사항을 충족하기 위해 등장하고 있습니다.

예를 들어 Through-Silicon Via(TSV) 기술은 실리콘 웨이퍼를 통해 수직 전기 연결을 생성하여 보다 효율적이고 빠른 다이 간 통신을 가능하게 합니다. 이 기술은 반도체 기기의 풋프린트를 줄이는 동시에 성능과 전력 효율성을 향상시킵니다. TSV는 고성능 컴퓨팅 및 데이터 센터와 같이 높은 대역폭과 낮은 대기 시간이 필요한 애플리케이션에서 특히 유리합니다.

여러 다이를 단일 칩으로 통합하는 3D IC 기술도 주목을 받고 있습니다. 이 기술은 장치의 크기를 줄일 뿐만 아니라 기능과 성능도 개선합니다. 특히 가전제품 및 통신과 같이 더욱 컴팩트하고 강력한 장치에 대한 지속적인 요구가 있는 분야에서 유용합니다.

3D 팬아웃 패키징은 반도체 다이를 바깥쪽으로 확장하여 패키지 크기를 늘리지 않고도 상호 연결 밀도를 높입니다. 이 기술은 스마트폰 및 IoT 장치와 같이 고밀도 상호 연결과 효율적인 방열이 필요한 애플리케이션에 필수적입니다.

첨단 패키징 기술로의 전환은 전자 장치의 소형화, 더 높은 성능 및 에너지 효율성에 대한 수요가 증가함에 따라 촉진됩니다. 이러한 기술이 성숙하고 비용 효율성이 높아짐에 따라 채택이 가속화되어 글로벌 3D 반도체 패키징 시장이 성장할 것으로 예상됩니다.

소비자 전자 제품의 소형화에 대한 수요 증가

소비자 전자 제품은 글로벌 3D 반도체 패키징 시장을 주도하는 선두에 있으며, 소형화가 주요 추세입니다. 더 작고 강력하며 다기능적인 장치에 대한 필요성으로 인해 제조업체는 이러한 특성을 제공할 수 있는 3D 패키징 솔루션을 채택하게 되었습니다.

스마트폰, 태블릿, 웨어러블은 3D 반도체 패키징의 이점을 누리는 장치의 대표적인 예입니다. 소비자는 이러한 장치가 소형이면서도 강력하고 배터리 수명이 길고 다양한 기능을 갖기를 기대합니다. TSV, 3D IC, 3D 팬아웃과 같은 3D 패키징 기술을 사용하면 제조업체가 더 작은 폼 팩터에서 더 높은 성능과 통합 밀도를 제공하여 이러한 기대를 충족할 수 있습니다.

스마트폰과 태블릿에서 웨어러블 장치의 증가는 소형화 수요에 기여하고 있습니다. 스마트워치와 피트니스 트래커와 같은 웨어러블 기기는 건강 모니터링, GPS, 연결과 같은 고급 기능을 제공하면서도 컴팩트한 크기를 유지하기 위해 고도로 통합되고 효율적인 반도체 솔루션이 필요합니다. 3D 반도체 패키징은 이러한 설계 목표를 달성하는 데 필수적입니다.

스마트 홈 기기와 IoT 애플리케이션에 대한 추세는 소형화된 반도체 솔루션에 대한 필요성을 더욱 촉진하고 있습니다. 스마트 스피커, 카메라, 온도 조절 장치와 같은 스마트 홈 기기는 일상 환경에 원활하게 통합되도록 컴팩트하고 효율적인 반도체 패키징이 필요합니다. 3D 패키징 기술은 이러한 애플리케이션을 지원하는 데 필요한 성능과 통합 기능을 제공합니다.

소비자용 전자 제품이 계속 발전하고 더 작은 패키지에서 더욱 고급 기능을 요구함에 따라 소형화 추세는 글로벌 3D 반도체 패키징 시장의 중요한 원동력으로 남을 것입니다. 최첨단 3D 패키징 솔루션을 제공할 수 있는 제조업체는 이러한 증가하는 수요를 활용할 수 있는 좋은 위치에 있을 것입니다.

세그먼트별 인사이트

기술 인사이트

3D 팬아웃 기반은 2023년에 가장 큰 시장 점유율을 차지했습니다.

3D 팬아웃 패키징은 칩 간 상호 연결 길이를 줄여 신호 손실을 낮추고 속도를 높여 성능을 크게 개선합니다. 이는 고급 모바일 기기, 고성능 컴퓨팅, 네트워크 장비와 같이 고주파 작동이 필요한 애플리케이션에 매우 중요합니다. 또한 더 작은 풋프린트에 더 많은 칩을 통합할 수 있으므로 더 높은 구성 요소 밀도를 가능하게 하여 소형화 추세를 뒷받침합니다.

효과적인 열 관리가 반도체 장치의 안정성과 성능을 유지하는 데 중요합니다. 3D 팬아웃 패키징은 열을 발생시키는 구성 요소를 더 넓은 영역에 분산시켜 핫스팟을 줄이고 기존 패키징 기술에 비해 전반적인 열 성능을 개선할 수 있기 때문에 열을 발산하는 데 탁월합니다.

팬아웃 방식은 더 큰 설계 유연성을 제공하여 로직, 메모리, 아날로그와 같은 다양한 유형의 구성 요소를 단일 패키지 내에서 이기종으로 통합할 수 있습니다. 이러한 통합은 여러 기능을 소형 폼 팩터에 결합해야 하는 시스템 인 패키지(SiP) 애플리케이션에 특히 유용합니다.

3D 팬아웃 기술에 대한 초기 투자는 높을 수 있지만 장기적으로는 비용 절감으로 이어질 수 있습니다. 더 작고 저렴한 웨이퍼를 사용할 수 있고 패키징 재료가 감소하면 이러한 절감에 기여합니다. 게다가 3D 팬아웃으로 패키징된 장치의 수율 개선 및 성능 향상은 초기 비용을 정당화할 수 있습니다.

스마트폰, IoT 장치, 웨어러블의 확산으로 고성능과 소형을 모두 제공하는 고급 패키징 솔루션에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 3D 팬아웃 기술은 이러한 시장 수요를 충족하는 데 적합하여 제조업체가 선호하는 선택입니다.

지역별 통찰력

아시아 태평양 지역은 2023년에 가장 큰 시장 점유율을 차지했습니다.

연구 개발에 대한 상당한 투자로 아시아 태평양 지역은 기술 발전의 최전선에 서게 되었습니다. 이 지역의 정부와 민간 기업은 반도체 산업에 적극적으로 투자하여 혁신을 촉진하고 3D 패키징과 같은 최첨단 기술의 신속한 채택을 가능하게 했습니다. 이러한 지속적인 투자는 현대 전자 제품에 필수적인 패키징 효율성, 성능 및 소형화의 개선을 촉진합니다.

확립된 공급망과 구성 요소 공급업체, 장비 제조업체 및 계약 조립 서비스 공급업체의 강력한 생태계가 3D 반도체 패키징 시장을 지원합니다. 이 통합 생태계는 간소화된 운영을 가능하게 하고 신제품 출시 시간을 단축하여 아시아 태평양 지역 기업에 경쟁 우위를 제공합니다.

아시아 태평양 지역은 스마트폰, 태블릿, 웨어러블 기술을 포함한 전자 기기에 대한 세계 최대 규모의 소비자 시장이 있는 곳입니다. 이러한 기기에 대한 소비자 수요가 높기 때문에 더 높은 성능과 더 컴팩트한 디자인을 제공하는 고급 반도체 패키징 솔루션에 대한 필요성이 커지고 있습니다. 이 지역에서 IoT(사물 인터넷) 및 AI(인공 지능) 애플리케이션이 빠르게 성장함에 따라 정교한 반도체 패키징에 대한 수요가 더욱 커지고 있습니다.

아시아 태평양 지역 정부는 반도체 회사를 유치하고 지원하기 위해 유리한 정책과 인센티브를 시행했습니다. 여기에는 현지 인재를 육성하고 외국 투자를 장려하기 위한 세금 인센티브, 보조금 및 이니셔티브가 포함됩니다. 이러한 지원적 규제 프레임워크는 반도체 제조 및 패키징의 주요 목적지로서 이 지역의 매력을 강화합니다.

최근 개발

• 2023년, 메모리 칩의 선도적 글로벌 제조업체인 삼성전자는 파운드리 서비스 분야의 선두 주자인 대만 반도체 제조 회사(TSMC)와 경쟁하기 위한 전략의 일환으로 고급 3차원(3D) 칩 패키징 기술을 도입했습니다.  대한민국 수원에 본사를 둔 삼성은 SAINT(Samsung Advanced Interconnection Technology)라는 최첨단 기술을 활용하여 인공 지능(AI) 애플리케이션용으로 설계된 칩을 포함하여 고성능 칩에 필수적인 메모리와 프로세서를 훨씬 더 작은 폼 팩터에 원활하게 통합했습니다. 

주요 시장 플레이어

• 대만 반도체 제조 회사 유한회사
• ASE Technology Holding Co.Ltd 
• 삼성전자 유한회사
• 유나이티드 마이크로일렉트로닉스 주식회사
• 앰코 테크놀로지
• 파워테크테크놀로지 주식회사
• 실리콘웨어 정밀 산업 유한회사
• 퀄컴 인코퍼레이티드
• 마이크론 테크놀로지
• STMicroelectronics International NV