| 들어가며
프로브카드는 반도체 전공정의 웨이퍼 레벨 테스트 단계에서 사용되는 부품으로, 그 역할은 전편에서 정리한 IC 테스트소켓과 유사합니다. 웨이퍼 다이와 접촉하여 전류를 테스터로 전달하는 매개체 역할을 하죠. 그동안 국내업체들은 NAND 향 프로브카드에 집중하고 있었는데, 티에스이가 DRAM 향 프로브카드 시장 진입을 준비하고 있습니다. DRAM 향 프로브카드는 미국의 폼팩터, 일본의 마이크로닉스 재팬이 꽉 잡고 있는 시장입니다. 한편, 데이터센터 내 저장장치로 HDD 대신 SSD를 채택하는 추세가 일반화됨에 따라 기존 NAND 향 프로브카드 수요도 꾸준히 증가하고 있습니다.
프로브카드 밸류체인 정리
| Contents
1. 개요
2. 웨이퍼 레벨 테스트
3. 프로브카드 종류
4. 관련기업 및 경쟁요소
5. 결론 : 이거 말고 대안이 많은 상황
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| 이미지 : 프로브카드 , 티에스이 홈페이지 |
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1. 개요
프로브카드는 팁, 인터포저, 세라믹STF(Space TransFormer), 메인보드(PCB)로 구성되어있습니다. 웨이퍼 다이(Die)에 전압을 가하면 팁이 다이로부터 전기 신호를 받아 세라믹ETF를 통해 인터포저로 이를 전달합니다. 인터포저는 다이에서 받은 전기신호를 메인보드가 수신할 수 있도록 변환하는 부품입니다.
프로브카드 시장은 폼팩터, 마이크로닉스 재팬(이하 "MJC") 등이 1970~90년대를 거쳐 선점하였고, 이후 국내에서는 삼성전자와 SK하이닉스 중심으로 NAND 프로브카드 국산화를 진행하였습니다. NAND 프로브카드는 상대적으로 기술 수준이 낮아 국산화가 99% 이루어진 반면, DRAM 프로브카드는 10년 이상 시장 진입을 시도하고 있는 상황입니다.
프로브카드 주요 부품으로 세라믹STF는 샘씨엔에스(매출 비중 100%), 메인보드(프로브카드 PCB)는 타이거일렉(매출 비중 40~50%)이 공급하고 있습니다. 비메모리 영역에서 사용되는 프로브카드에는 세라믹STF 대신 오가닉STF가 들어가며, 티에스이가 관련 제품인 STO-ML(Space Transformer Organic-Multi Layer)를 개발 완료하여 공급할 예정입니다. 오가닉STF는 일본 후지쯔가 독과점 중인 시장이며, 프로브카드 선두업체들은 오가닉STF 내재화가 진행되었으나 일부 물량은 외부로부터 공급받고 있습니다.
프로브카드 산업의 밸류체인 도식은 다음과 같습니다.
2. 웨이퍼 레벨 테스트
웨이퍼 레벨 테스트는 전공정을 마친 웨이퍼에서 다이가 분리되기 이전에 웨이퍼 형태에서 정상 작동하는지 검증하는 단계입니다. 다이가 전기적 성질을 만족하는지 검증한 후 분류하는 작업을 해서 EDS(Electrical Die Sorting) 테스트라고도 부릅니다. 참고로 다이는 웨이퍼 위에서 집적 회로(IC : Integrated Circuit)를 담고 있는 하나의 조각이며, IC는 여러 개의 개별 소자(트랜지스터, 캐패시터, 콘덴서 등)가 회로 형태로 집적되어있는 것을 말합니다.
EDS 테스트는 1) ET 테스트 및 웨이퍼 레벨 번인 테스트, 2) 고/저온 테스트, 3) 수선(Repair), 4) 불량 표시(Inking)으로 구성됩니다. 불량 판정을 받은 다이는 수선 이후 다시 1), 2) 테스트를 재차 진행하여 최종적으로 불량 판정을 받으면 4) 단계에서 최종 불량 표시를 받습니다.
EDS 테스트 단계 중 시장 규모가 큰 것은 1) 단계이므로 이에 속한 테스트들을 살펴보겠습니다.
1) ET(ElecTrical) 테스트
ET 테스트는 IC 내 개별 소자들의 정상 작동 여부를 확인하는 테스트 입니다. 테스트에는 프로브 스테이션(Probe Station)이라는 장비가 활용되며 이 장비에는 프로브 헤드(Probe Head, 프로브카드 장착부), 프로브 카드(Probe Card)가 장착됩니다. 웨이퍼 위의 다이 배열이 달라지면 프로브카드 설계가 달라져야 하며, 프로브카드는 동일한 헤드 장비에서 교체 사용됩니다. 프로브카드는 수명이 3년 정도로 소모성 부품에 해당되나 수명이 다하여 교체하는 경우보다 신제품 생산 등으로 인한 신규 수요가 훨씬 더 많습니다.
2) WLBI(Wafer Level Burn-In) 테스트
WLBI 테스트는 1) 불량 다이를 솎아내 불필요한 패키징 비용을 절감하고, 2) 비용이 점점 비싸지고 있는 후공정 이후 패키지 레벨 번인테스트의 부담을 덜기 위해 수행하는 단계입니다. 이 단계에서도 프로브카드를 사용하고 있으나, ET 테스트용 프로브카드와는 종류를 달리하고 있어 각 제품의 시장 규모도 차이가 있습니다. WLBI 테스트용 프로브카드는 상대적으로 스펙이 낮고, 사용빈도가 낮으며(전수조사가 아닌, 표본조사 수행), 다이 배열 변화에 따른 교체가 불필요하여(웨이퍼 면적이 달라지면 교체 필요) 시장 규모도 작습니다.
ET 테스트에 사용되는 프로브카드는 핀의 간격이 미세하고 정확한 검사 능력이 요구되어 WLBI 테스트용 프로브카드 대비 제품 단가가 상대적으로 높습니다.
3. 프로브카드 종류
팁과 다이가 접하는 형태에 따라 수평형/수직형으로 구분하며, 반도체 Fab 활용하는 경우 MEMS(Micro-Electro Mechanical System)라는 수식어를 붙이고 있습니다.
1) 수평형
다이의 외부 입출력 핀이 가로로 뉘어진 팁과 수평 접촉하도록 설계된 프로브카드 입니다. 수직형 대비 다이 손상 가능성이 낮다는 장점이 있으나, 팁의 미세화가 어려우며 구조적으로 팁의 내구성이 떨어진다는 단점이 있습니다. 캔틸레버(Cantilever) 프로브카드가 수평형에 해당합니다.
2) 수직형
다이의 외부 입출력 핀이 세로 배열된 팁과 수직 접촉하도록 설계된 프로브카드 입니다. 수평형 대비 미세화가 용이하고 팁의 내구성이 높다는 장점이 있으나, 기술 수준이 높고 팁 개수도 많아서 가격이 비싸다는 단점이 있습니다.
3) MEMS(Micro-Electro Mechanical System)
팁을 노광, 식각, 증착 등 MEMS 방식으로 제조하여 기판에 부착한 형태의 프로브카드 입니다. 일반 프로브카드 대비 미세화가 용이하지만 제조원가가 높고 수선(Repair) 비용이 높아 고가의 IC를 제조할 때 주로 활용합니다. 팁까지 MEMS 방식으로 만든 것을 2D MEMS, 기판에 팁을 부착하는 것까지 MEMS 방식으로 만든 것을 3D MEMS 라고 합니다. MEMS 방식으로 팁을 만들 때는 포고핀의 스프링 기능을 하는 고탄성 완충물을 구현하는 게 어려워 인터포저의 스프링 구조를 활용합니다.
국내업체는 수평형 MEMS 프로브카드를, 해외업체(폼팩터, 테크노프로브)는 수직형 MEMS 프로브카드를 주력으로 하고 있습니다.
4. 관련기업 및 경쟁요소
DRAM용 ET 테스트 프로브카드 시장은 폼팩터와 MJC가 양분하고 있으며, 국내기업 중에는 삼성전자 향 일부 물량을 코리아인스트루먼트(비상장)가 공급하고 있습니다.
NAND용 ET 테스트 프로브카드 관련 국내기업은 삼성전자 향으로는 코리아인스트루먼트, 티에스이, 피엠티가 있습니다. SK하이닉스 향으로는 티에스이, 마이크로투나노 등이 있습니다.
WLBI 프로브카드는 DRAM, NAND 모두 100% 국산화되었고 국내 다수 프로브카드 제조업체가 생산 중입니다. DRAM용 WLBI 프로브카드는 마진이 높진 않으나 ET 테스트 프로브카드 진출을 위한 R&D 차원에서 접근하고 있습니다.
비메모리용 프로브카드는 폼팩터, 테크노프로브, MJC가 주로 공급하고 있으며, 국내에서는 SK하이닉스의 CIS용 프로브카드를 윌테크놀러지(비상장)가 공급하고 있습니다.
프로브카드 업체의 경쟁요소는 설계/제조 경쟁력에 있습니다. 프로브카드의 수명, 팁의 강도, 방진성, 전기신호의 정확성 등이 설계 역량에 따라 좌우되며, 고객사의 성능 평가 시 이들 항목에 대한 계량평가가 진행됩니다. 제조 역량은 주로 팁 제조에 관한 문제인데, 신규 세대 DRAM 테스트가 가능할 정도로 팁 간격이 미세화된 프로브카드를 만들 수 있는지가 관건입니다. 해외업체의 경우 팁을 기판에 레이저본딩할 때 에폭시가 아닌, 별도 화학 소재를 이용하여 간격을 좁힌다고 합니다.
1) 폼팩터(NASDAQ: FORM)
웨이퍼 레벨 테스트 장비(프로브 스테이션), 부품(프로브카드, 분석프로브), 시스템 등을 IDM, 파운드리, 팹리스에 공급하고 있습니다. 주요 고객사는 인텔(20%), SK하이닉스(10%), TSMC(10%), 삼성전자(10%) 등 입니다. 동사는 글로벌 프로브카드 시장의 30%를 점유하고 있으며, 사업부는 프로브카드 부문(매출 비중 75%), 시스템 부문(매출 비중 25%)으로 구분됩니다. 프로브카드 부문 내에서 반도체 유형별 매출 비중을 보면 비메모리 55%, DRAM 17%, NAND 3% 입니다. 비메모리 비중이 큰데, '12년 마이크로프로브, '16년 캐스케이드 마이크로테크를 인수하며 비메모리 역량을 강화했고, '20년 어드반테스트 메모리 EDS 프로브카드 사업부를 인수하는 등 M&A를 지속하고 있습니다.
2) MJC(6871.T)
프로브카드 사업부, 테스트 시스템 사업부(프로브 스테이션, 테스터 등)로 구성되어있으며 주요 고객사는 삼성전자, 르네사스, 마이크론, 파나소닉 등입니다. SK하이닉스는 국내법인 MEK를 통해 DRAM용 EDS 테스트 프로브카드를 공급하고 있으며, 점유율은 25% 정도 입니다. 동사는 메모리 프로브카드 글로벌 시장 점유율 30%(비메모리는 5% 정도)이며, 매출액의 70~80%가 메모리, 10% 가량이 비메모리 프로브카드 입니다. 동사는 세라믹 소성을 통한 기판 제조기술을 보유하여 12인치 웨이퍼의 원터치다운 테스트(통상 2~3번 핀 접촉 필요)를 실현하는데 성공했다고 합니다.
5. 결론 : 이거 말고 대안이 많은 상황
국내 프로브카드 관련 업체 중에 살펴볼만한 곳은 티에스이, 샘씨엔에스 입니다. 티에스이, 샘씨엔에스 모두 프로브카드는 NAND 향 제품이 주력이다 보니 '22년 이후 실적이 시원찮습니다. 티에스이는 전체 매출 중 프로브카드 비중은 30% 미만, 연결자회사 타이거일렉을 통한 인터페이스보드 비중이 40% 가량, IC 테스트소켓 비중이 20~25% 가량 나오는 회사라 투자의 선명도가 떨어지는 편입니다. 다만 DRAM 향 프로브카드가 퀄 테스트 중이고, STO-ML 개발로 비메모리 향 프로브카드 공급 내러티브가 있어 테마성 주가 상승이 나올 가능성은 있습니다.
샘씨엔에스는 프로브카드 부품인 세라믹STF를 만드는 곳으로, 한 가지 사업에 집중하고 있어 순도 높은 NAND 향 투자가 가능한 업체입니다.
최근 AI 투자에 대한 의구심이 고개를 들면서 전세계적으로 반도체 업종이 조정에 들어갔습니다. 메모리 위주인 국내업체들은 이에 더해 중국 CXMT의 레거시 중국 내수 잠식 우려까지 더해지고 있습니다. 폼팩터, MJC와 같은 종목도 주가 하락이 있긴 했습니다만 폼팩터는 여전히 밸류에이션이 비싼 편이고, MJC는 실적 감소폭이 가파르죠. 매력 있어보이지 않습니다.
수요 증가에 따른 성장스토리는 반도체 업종 전반이 공유하는 내용이니 넘어가야 할 것 같고, 프로브카드 수익성이 다른 반도체 부품 업종 대비 좋아보이지도 않습니다. 프로브카드 업체들의 주가 하락폭이 특별히 더 컸었다면 모를까, 반도체 업종 전체가 다 같이 하락한 현 시점에 이들 업체를 매수할 이유는 없어보입니다.
* 참고자료
- LS Value Chain 1 : ProbeCard & Test Socket (24-09-04, LS증권 정홍식, 정우성)
* Disclaimer
- 저는 이 글과 관련한 종목을 언제든지 관련 매매할 수 있습니다. 이 글은 투자를 추천하는 글이 아니며, 보유 종목이 속한 산업의 방향성을 검토하기 위해 작성한 글입니다. 정보 공유 차원에서 공개하지만 그 목적은 어디까지나 단순 정보 제공일 뿐입니다. 누군가 이를 근거로 투자를 했을 경우 발생할 수 있는 모든 일들에 대해 저는 법적 책임을 지지 않습니다. 또한, 이 글의 내용은 부정확한 내용과 오류를 포함하고 있을 수 있다는 점에 유의하여 주시기 바랍니다. 투자는 본인의 독립적인 리서치, 판단, 의사결정 등에 따라 이루어져야 하며, 투자의 책임은 전적으로 투자자 본인에게 귀속된다는 점을 기억해주시기 바랍니다.
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