두께 줄고 성능 높이는 스마트폰…"패키징 혁신이 관건"

[이코노믹데일리] 스마트폰 혁신이 얇고 가벼운 외형과 성능·용량 극대화라는 상반된 요구 속에서 난제에 직면했다. 전문가들은 제한된 공간에서 AP와 메모리, 카메라·배터리 성능을 높이기 위해 반도체 패키징 기술의 고도화가 필수라고 강조하고 있다.

4일 인천 송도 컨벤시아에서 열린 '국제 첨단 반도체 기판 및 패키징 산업전(KPCA 2025)'에서 남태덕 삼성전자 DE(Distinguished Engineer)가 연사로 나서 '극한 두께 패키징 기술과 전망'을 발표했다. 남 DE는 패키지 축소와 성능 향상이 스마트폰 발전과 직결된다고 강조했다.

그동안 서버에 의존해 처리되던 AI(인공지능) 연산이 이제는 스마트폰 등 기기 자체에서 직접 구동되는 '온디바이스' 방식으로 전환되면서 성능 고도화는 피할 수 없는 과제로 떠올랐다. 반면 소비자 편의성을 위해 '더 얇고 더 가벼운' 기기가 떠오르는 상황이다.

포춘 비즈니스 인사이트 자료에 따르면 2024년 기준 약 950조원 규모의 글로벌 반도체 시장에서 스마트 기기가 차지하는 비중은 32.3%로 가장 높았다. 2위인 클라우드·서버(30.1%)를 앞서며 여전히 시장을 이끄는 분야로 자리 잡고 있다. 이 가운데 글로벌 스마트폰 시장은 2029년까지 연평균 7.3% 성장할 전망이다.

주요 제조사들은 스마트폰 두께 경쟁에 본격적으로 돌입했다. 특히 폴더블폰 시장에 뛰어든 중국 업체들은 지난해부터 빠른 속도로 얇은 기기를 내놓기 시작했다. 현재 삼성전자 폴더블 타입의 두께는 펼쳤을 때 4.2㎜, 경쟁사 제품은 4.4~4.6㎜ 수준이다. 바(Bar) 형태 스마트폰은 5.8㎜까지 얇아졌다.

문제는 성능이다. 스마트폰에 AI가 탑재된 '온디바이스' 시대로 전환되면서 AP(애플리케이션 프로세서)와 메모리(DRAM·NAND) 성능은 갈수록 높아지고 있다. 카메라와 배터리 모듈도 점점 덩치를 키우는 상황에서 '나머지 공간'을 줄일 수밖에 없고 결국 '고성능 패키징' 없이는 성능과 외형을 동시에 구현하기 어렵다는 설명이다.

업계에 따르면 패키징 기술의 핵심은 △칩 두께 축소 △몰딩 최소화 △와이어 본딩 최적화 등의 전통적 패키징 기술과 여기에 △와이어를 대체하는 인터커넥션 △울트라 씬 기체 △고정밀 레이저 그루빙 등의 신기술이 있다. 현재 DRAM은 40㎛ 이하로 가공되고 필름도 10㎛ 이하까지 내려왔다.

남 DE는 "앞으로 기존 공정 한계를 극복하기 위해 소재·기판 등 관련 업체와의 협력이 많이 필요할 것으로 보인다"며 "앞서 소개한 기술들을 통해 지금보다 획기적으로 공간을 줄이는 것이 최선"이라고 말했다.

한 업계 관계자는 “패키징을 얇고 작게 만드는 것은 이미 업계의 기본 과제였고 스마트폰은 물론 최근 주목받는 HBM 같은 고성능 메모리에서도 마찬가지"라며 "패키징 최적화는 당연한 전제이고, 그 안에서 성능을 극대화하는 것이 핵심이다”라고 전했다.