전자부품 산업 탐구: FPCB 시장

PCB와 FPCB의 개요

FPCB는 PCB 중 하나로, PCB는 전기·전자 제품에 탑재되는 대표적인 부품 소재로, 반도체, 디스플레이와 함께 3대 수출 전자 부품을 말한다.

PCB는 용도에 따라 부품 실장용 기판과 반도체 실장용 기판으로 분류되며, 재질 및 굴곡성에 따라 경성(Rigid), 연성(Flexible), 복합성(Rigid Flexible, RF) 회로기판으로 분류된다. FPCB는 바로 이러한 분류중 연성회로기판 Flexible PCB이다.

PCB 산업은 전체는 반도체, 전자기기, 자동차 등 전방산업의 안정적인 수요를 기반으로 성장해 왔으며, 주문자 생산 방식으로 휴대폰, 컴퓨터, 가전 등 전방산업의 업황 변화에 매우 민감하다. 후방산업으로는 동박, 원자재, 부자재, 외주가공 산업과 연계되어 있다.

PCB 시장 규모 및 전망

 

Prismark에 따르면, 2020년 세계 PCB 산업은 전년보다 0.3% 성장한 615억 달러(약 68조 원)에서 2024년 758억 달러(약 84조 원)에 달할 것으로 전망되고 있다. 특히, 반도체 패키지에 응용되는 PCB의 시장규모는 전년대비 19.2% 성장한 97억 달러(약 11조 원)로 예상되며, 이는 코로나19로 인한 비대면 수요가 급증하면서 대용량 자료의 서버 저장 및 검색을 위한 메모리 및 비메모리 반도체 기판 수요가 늘어난 결과로 보인다.

제어와 인공지능(AI) 등을 포함하는 컴퓨팅 PCB는 전년대비 2.8% 성장한 150억 달러(약 17조 원)에 이를 전망이다. PCB 시장에서 규모가 가장 큰 커뮤니케이션 PCB의 경우 전년대비 4.2% 감소한 165억 달러(약 18조 원)로 예상되나, 2019~2024년 연평균(CAGR) 5.5% 성장할 것으로 예상된다.

국내 FPCB 시장 규모 및 전망

인쇄회로기판 중 FPCB는 전기절연성을 가지는 유연한 기판 위에 도체를 도금하여 회로를 형성한 전자부품으로, 전자제품의 경량화 및 소형화에 따라 적용 제품군의 확대로 시장규모가 증가하고 있다.

2019년 통계청 자료에 따르면, 국내 FPCB 시장규모는 2013년 6,558억 원에서 2017년 1조 1,195 원으로 연 평균 14.3% 증가하였다. 2022년까지 연평균 16% 성장하여 2조 3,478억 원의 시장을 형성할 것으로 전망되며, 향후 플렉서블 디스플레이, 웨어러블 디바이스 등의 유연전자소자의 시장 확대가 예상되어 FPCB의 수요가 증가할 것으로 예상된다.

국내 주요 FPCB 전문 제조기업으로는 비에이치를 비롯하여 인터플렉스, 뉴프렉스, 액트 등이 있다. 인터플렉스는 2000년 국내 최초로 RF PCB 양산에 성공한 기업으로, 삼성전자, 삼성디스플레이, 엘지디스플레이, Apple(미국), Motorola(미국) 등의 업체에 FPCB를 공급한 이력이 있다.

글로벌 FPCB 시장 규모 및 전망

 

2019년 통계청 자료에 따르면, 세계 FPCB의 시장규모는 2013년 120억 달러에서 2017년 148억 달러로 연 평균 5.5% 증가하였으며, 이후 2022년까지 연평균 12.1% 성장하여 262억 달러의 시장을 형성할 것으로 전망되고 있다.

세계 FPCB 시장은 주로 대만, 일본, 한국, 중국 등 아시아 지역이 60.6%로 가장 높은 점유율을 차지하고 있다. FPCB 세계 시장은 주로 Nippon Mektron(일본), ZDT(대만), Sumitomo(일본), Fujikura(일본) 등이 시장을 선도하고 있으며, 초기 일본 업체들이 상위권을 차지하고 있으나, 최근 Apple이 국내사로 물량을 대거 발주함에 따라 국내 FPCB 시장 상황에 큰 영향을 미치고 있다.

 

중요한 위치를 차지하고 있는 대만과 중국

대만은 세계 1위 PCB 생산 국가로, 2009년부터 해외 생산량이 자국 내 생산액을 추월하여 현재 60% 이상을 해외 거점에서 생산하고 있다. 대부분의 거점은 중국에 있으며, 다층 기판 생산액이 가장 큰 비중을 차지한다.

대만의 주요 PCB 제조기업으로는 Zhen Ding, Unimicron 등이 있으며, 대만 PCB 기업은 중국 내 거대시장 점유와 가격경쟁력을 바탕으로 하여 해외시장 개척을 위해 지속적으로 중국에 투자하였다.

하지만, 중국 현지 생산 의존도가 높은 대만 제조업체들은 2020년 코로나19 사태를 계기로 글로벌 부품 공급망 재배치를 준비하고 있어 장기적으로 중국 현지 생산이 줄어들 것으로 보인다. 대만 PCB 협회인 TPCA에 따르면, 대만 제조업체들은 현재 중국에 집중돼 있는 PCB 제조시설을 중국 외 지역으로 이전하는 방안을 검토하고 있는 것으로 보인다.

PCB 해외 생산 기지가 다변화되어 있는 한국, 일본 업체들과 달리 대만은 중국 생산 의존도가 높으며, 신종 코로나19 발원지인 우한에는 중국 내에서 PCB 생산공장들이 밀집돼 있어 중국 정부가 공장 가동을 중단하면서 생산이 원활하지 않기 때문이다.

TPCA는 대만 반도체나 디스플레이업체들도한국이나 일본 등으로 부품 조달처를 다변화할 것을 전망했다. 부품 공급 다변화에 따라 한국 업체들에도 영향이 있을 것으로 예상된다.

FPCB 시장 성장의 동인: 5G, 디스플레이, 전장, 전기차

FPCB 산업은 최신 소재, 설계, 공정 기술 등 지속적인 연구개발과 설비 업그레이드가 요구되고, 전후방 연관산업에 대한 파급효과가 큰 자본집약적 산업이다.

최근 스마트폰 등 휴대용 통신기기 제품 출시로 FPCB의 시장규모가 확대되었으며, FPCB 방식의 5G 안테나 전환, 전장 디스플레이 및 전기차 시장 확대, 고용량 및 고속 배터리 수요 확대 등으로 지속적인 수요가 증가하고 있는 추세이다.

향후 스마트기기 증가, 웨어러블 디바이스 보급 등 모바일 강세 현상이 지속되면 관련 전후방 산업 분야와 함께 성장할 것으로 예상되며, 이에 따라 적용 제품군의 수요도 잇따라 증가할 것으로 전망하고 있다.

PCB/FPCB 기술 개요

인쇄회로기판(Printed Circuit Board)은 다수의 전자부품을 표준화된 방식으로 고정 및 연결하기 위해 만들어진 기판으로, 경성 PCB는 절연판(페놀, 에폭시) 위에 구리 등 도체를 입혀 전기회로로 형성한다. 반면, FPCB는 연성 재료인 폴리이미드 등의 절연필름, 회로배선용 동박, 커버레이, 보강판, 본딩 시트 등을 활용하여 전기회로를 형성한다.

 

FPCB는 동박, 커버레이, 본딩시트, 보강판 등의 원자재를 적층·가공하는 형태로 제작되며, 폴리이미드 필름 등의 기판 위에 회로패턴이 형성되기 때문에 3차원 입체구조의 배선이 가능하고 조립이 용이하다.

FPCB는 경성 PCB와 달리 굴곡성, 배선 밀도, 조립의 용이성, 두께, 무게, 열 강화성 등이 우수하여 스마트폰, 태블릿 PC 등 스마트기기에 이용된다.

FPCB의 핵심기술로는 찢어짐 방지 구조, 회로 배선 배치, 적층기법 등이 있으며, 제조 공정은 일반적으로, 재단, 드릴, 동도금, Dry Film, 에칭, 가접, 핫 프레스, 금도금, 인쇄(후가공) 등으로 이루어져 있다.

반면, FPCB는 PCB의 주 기능이라고 할 수 있는 부품탑재가 제한되고, 아직 가격이 비싸다는 단점도 있다. RF PCB의 경우 FPCB의 단점인 부품탑재의 단점을 보완하는 동시에 굴곡성을 살릴 수 있어 점차적으로 사용이 확대되고 있다.

FPCB의 종류 및 특징과 주요 용도

FPCB는 층수에 따라 단면 FPCB, 양면 FPCB, 다층 FPCB로 구분되며, 특수성에 따라 양면 노출(Double Access FPCB), RF PCB 등으로 분류된다.

 

단면 FPCB는 절연체인 폴리이미드 필름과 동박을 이용하여 회로패턴을 형성한 초기형태의 FPCB로 굽힘 특성이 있는 소형가전제품의 3차원 배선용으로 활용되며, FPCB와 Rigid PCB가 연계되어서 만들어지는 RF PCB는 디지털 카메라, VCR, ODD의 픽업(Pick-Up) 모듈용 제품 등에 사용된다.

양면 FPCB는 단면 FPCB 대비 부품실장 밀도가 높아 소형화가 용이하며, 모바일폰과 LCD 모듈용으로 양면 FPCB가 주로 사용된다.

다층 FPCB는 여러 장의 FCCL을 적층하여 더 많은 회로와 부품을 실장 할 수 있는 제품으로 이동통신용 LCD 및 메인보드에 주로 쓰인다. 비에이치 같은 선도 업체는 레이저 직접화상장치(Laser Direct Imaging System)를 양산에 적용하여 양질의 노광으로 미세패턴 구현이 가능한 장점이 있다.

양면 노출 FPCB는 절연체인 폴리이미드 필름 없이 동박 자체에 회로패턴을 형성하는 FPCB로 주로 노트북과 모니터 등에서 사용되고 있는 제품이다.

RF PCB는 경성 기판과 연성 기판을 결합한 특수 기판으로 스마트폰, IT기기, 의료기기 등에서 사용되고 있다. 선도 업체인 비에이치의 경우 플렉서블(Flexible) OLED를 장착한 스마트기기용 RF PCB를 제조하고 있다.

마지막으로 BU FPCB는 도금, Print 등에 의해 차례로 도체층 절연층을 쌓아 올리는 빌드업 다층 인쇄 기판의 제조법을 활용하고 있다.

기존의 다층 인쇄기판 제조방식은 신호를 연결하는 각 층을 일괄적으로 적층해 관통 비아(Via)에 의해 층간 신호 연결을 수행하는 반면, 빌드업 인쇄기판 제조방식은 도체층, 절연층을 1층씩 쌓아 올리면서 비아(Via)를 생성하여 층간 신호연결을 수행하는 방식으로 제조공정은 까다로우나 고속 신호대응이 가능해 현대의 고밀도 고집적 기기 적용에 유리하다.

고부가 제품인 폴더블 스마트폰 및 OLED에 적용되는 RF PCB

선도업체인 비에이치의 경우, 스마트폰 등의 디스플레이 모듈에 적용되는 FPCB 제품을 주력으로 제조하고 있다.

이러한 디스플레이 모듈에 적용되는 FPCB는 RF PCB 타입으로 일반 PCB에 비해 양산 난이도가 높다. RF PCB는 경성 PCB와 연성 PCB를 결합한 제품으로, 양쪽의 장점만을 취하여 우수한 전기적 특성과 기계적 강도, 입체적인 배선이 가능하다.

RF PCB는 적층 구조를 통해 한정된 공간에서 많은 양의 데이터를 처리할 수 있으며, 경성화된 부분에 칩 등을 바로 실장할 수 있어 얇고 가벼운 특징이 있다. 디스플레이 모듈 외에도 키패드 및 카메라 모듈에도 적용되고 있으며, 최근 제품의 소형화 다기능화에 대응하여 사물인터넷 등으로 적용되고 있다. 또한, 동사는 특허 획득한 부분 동도금 기술 및 특허 출원된 스퍼터링 회로 적층 기술을 활용한 미세 패턴(Fine pattern) 제품과 급속히 성장하는 시장인 RF Laser Build-up 멀티 8-12층 스펙 제품을 양산할 수 있는 기술을 확보하여 신규 모델 양산을 준비하고 있다.

 

FPCB의 새로운 application: 5G 안테나

FPCB 제조 기술 분야는 전자제품의 경박단소화에 따라 회로배선폭 20㎛, 비아홀 직경 30㎛, 전극 간격 50㎛ 까지 줄이고, 전도층 수를 늘리는 등 다양한 기술개발이 진행되고 있다.

FPCB 선도 업체들은 기존에 스마트폰 내장 안테나를 구현하기 위한 LDS(Laser Direct Structuring) 방식 대신 5G 안테나에 대응할 수 있는 기술로 HRC(High Frequency Range) 기술을 확대해 나가고 있다.

HRC 방식은 고주파 송수신이 가능하고, LDS 방식에 비해 얇게 FPCB를 제조할 수 있어 소형 경량화된 스마트폰에 적용이 가능하며, 기판 층을 쌓아 올려 정보 수용량을 확대할 수 있다. 또한, 회로가 가진 삽입손실과 반사손실을 최소화하여 다른 주파수 구성 요소와 최적화된 솔루션을 제공할 수 있으며, 부품 단 송/수신율 확보 및 FPCB의 경박 단소화가 가능하다.

또한, 양면 FPCB(Double Side FPCB), 다층 FPCB(Multi-Layer FPCB)의 내층 및 외층에 도금 방식을 적용하여 미세 패턴(Fine Pattern)을 구현하는 mSAP(Modified Semi-Additive Process) 기술이 존재하는데, 동 기술은 스마트폰의 고기능성 요구에 따라 25um/25um 기준을 갖는 미세 패턴(Fine Patttern)을 구현하여 공정능력 향상 및 회로 편차를 최소화하고, 내장 설계 자유도 증가에 따른 경박 단소화가 가능한 기술이다.

https://youtu.be/zboEprEfbzU

출처: 나이스디앤비, 비에이치, 제이디엠, 한국전자정보통신산업진흥회, MarketandMarket, Prismark

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