3D TSV 장치 시장 규모 및 점유율 분석 – 성장 동향 및 예측 (2026 – 2031년)

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3D TSV 장치 시장 개요 (2026-2031)

본 보고서는 3D TSV(Through-Silicon-Via) 장치 시장의 규모, 점유율 및 산업 분석을 다루며, 제품 유형(이미징 및 광전자, 메모리 등), TSV 기술(Via-Middle, Via-Last, Via-First), 웨이퍼 크기(≤200mm, 300mm, 450mm), 최종 사용자 산업(소비자 가전, 자동차, IT 및 통신 등), 그리고 지역(북미, 남미, 유럽 등)별로 시장을 세분화하여 분석합니다. 시장 예측은 가치(USD) 기준으로 제공됩니다.

# 시장 스냅샷

* 연구 기간: 2020년 – 2031년
* 2026년 시장 규모: 77.4억 달러
* 2031년 시장 규모: 103.9억 달러
* 성장률 (2026-2031): 연평균 6.06% (CAGR)
* 가장 빠르게 성장하는 시장: 아시아 태평양
* 가장 큰 시장: 아시아 태평양
* 시장 집중도: 중간
* 주요 기업: (순서 무관) Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited, Samsung Electronics Co., Ltd., Intel Corporation, Micron Technology, Inc., SK hynix Inc.

# 시장 분석 및 주요 동향

2026년 3D TSV 장치 시장 규모는 77.4억 달러로 추정되며, 2025년 73억 달러에서 성장하여 2031년에는 103.9억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 이는 2026년부터 2031년까지 연평균 6.06%의 성장률을 나타냅니다. 고성능 컴퓨팅, AI 가속기, 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)으로부터의 지속적인 수요가 생산 능력을 최대로 유지하고 있으며, 미국, 유럽, 한국 정부의 보조금은 팹(fab) 확장을 가속화하고 있습니다. 로직-메모리 공동 패키징, 하이브리드 본딩, 칩렛(chiplet) 기반 인터포저(interposer) 설계는 대역폭 병목 현상을 해소하고 TSV 피치(pitch)를 20마이크론 이하로 줄이고 있습니다. 불소화 화학물질에 대한 환경 규제가 강화되었음에도 불구하고, 딥 반응성 이온 식각(deep reactive ion etch) 및 구리 충전(copper fill) 장비 주문은 여전히 높은 수준을 유지하고 있습니다. 외주 반도체 조립 및 테스트(OSAT) 기업들이 통합 장치 제조업체(IDM)들과 경쟁하며 하이퍼스케일러(hyperscaler) 및 1차 자동차 공급업체와의 장기 계약을 확보하려 함에 따라 경쟁 강도는 심화되고 있습니다. 실리콘 포토닉스 공동 패키징 및 이식형 의료 센서와 같이 작지만 빠르게 성장하는 틈새 시장은 추가적인 가치 창출 기회를 제공합니다.

# 주요 보고서 요약

* 제품 유형별: 2025년 메모리 부문이 3D TSV 장치 시장의 45.92%를 차지하며 선두를 달렸습니다. MEMS 및 센서 부문은 2031년까지 연평균 8.57% 성장할 것으로 예상됩니다.
* TSV 기술별: 2025년 Via-Middle 기술이 3D TSV 장치 시장 매출의 54.15%를 기여했으며, Via-First 기술은 2031년까지 연평균 7.69% 성장할 것으로 전망됩니다.
* 웨이퍼 크기별: 2025년 300mm 기판이 3D TSV 장치 시장 규모의 58.25%를 차지했습니다. 450mm 부문은 연평균 7.88% 성장하고 있습니다.
* 최종 사용자 산업별: 2025년 IT 및 통신 부문이 3D TSV 장치 시장의 37.54%를 차지했으며, 자동차 부문이 연평균 9.08%로 가장 빠르게 성장하고 있습니다.
* 지역별: 아시아 태평양 지역은 2025년 전 세계 매출의 42.70%를 차지하며 3D TSV 장치 시장을 지배했으며, 2031년까지 연평균 8.56% 성장할 것으로 예상됩니다. 북미 지역이 그 뒤를 이었으며, CHIPS Act 자금 61.65억 달러의 지원을 받아 TSV 패키징의 국내 생산을 촉진할 것으로 기대됩니다.

# 시장 동향 및 통찰력 (성장 동인)

* 고성능 컴퓨팅 및 AI 워크로드 수요 증가: 대규모 언어 모델 훈련이 1조 개 이상의 매개변수를 초과함에 따라 메모리 계층은 GDDR6를 넘어설 수밖에 없습니다. SK하이닉스의 12단 HBM4 샘플은 HBM3E 대비 64% 증가한 2.1 Tbit/s의 대역폭을 제공하여 GPU 클러스터에 매트릭스 곱셈 피크를 위한 여유 공간을 제공합니다. 2024년 비준된 JEDEC의 HBM4 표준은 2048비트 인터페이스를 고정하며, 이는 TSV 아키텍처만이 지원할 수 있습니다. 마이크론의 2024 회계연도 보고서에 따르면 HBM 매출이 두 배 이상 증가했으며, 2026년 생산 능력 확대를 위해 15억 달러를 할당했습니다. 삼성의 구리-구리 하이브리드 본딩 전환은 비아 저항을 40% 감소시켜 멀티-GHz 신호 무결성을 향상시킵니다. 인텔의 Gaudi 3 가속기는 실리콘 인터포저에 8개의 HBM3E 스택을 통합하며, CHIPS Act 공동 자금 지원을 받아 애리조나와 뉴멕시코에 35억 달러 규모의 패키징 시설을 구축하고 있습니다.
* 데이터 센터 확장이 고대역폭 메모리(HBM) 채택 촉진: 하이퍼스케일러들은 엔비디아 H200 및 AMD MI300X 소켓이 각각 80GB 이상의 HBM3를 소비하는 AI 서버를 기록적인 속도로 배포하고 있습니다. TSMC의 CoWoS 라인은 2024년 내내 100% 이상의 가동률을 기록했으며, 대만에 28억 달러를 투자하여 월 6만 장의 웨이퍼 생산 능력으로 확장하고 있습니다. 마이크론의 2024년 5월 투자자 자료에 따르면 HBM 공급은 2025년까지 완전히 예약되어 평균 판매 가격이 30% 상승할 가능성이 있습니다. 브로드컴은 TSV 기반 HBM을 통합하고 패키지당 3 Tbit/s 이상의 대역폭을 제공하는 맞춤형 AI ASIC을 출하했습니다. 이러한 역학은 3D TSV 장치 시장의 단기적인 가격 결정력을 강화합니다.
* 스마트폰 및 소비자 가전의 급속한 소형화: 프리미엄 스마트폰은 이제 8mm 미만의 두께를 목표로 합니다. 2024년 출하된 플래그십 카메라 모듈의 50% 이상을 차지하는 소니의 스택형 CMOS 이미지 센서는 Via-Last TSV를 사용하여 픽셀 영역을 희생하지 않고 로직을 부착하여 저조도 감도를 40% 향상시킵니다. 애플의 A18 Pro는 Via-First TSV를 사용하는 InFO-PoP를 활용하여 Z-높이를 0.4mm 줄여 더 큰 배터리 공간을 확보합니다. 퀄컴의 스냅드래곤 8 Gen 4는 3nm 애플리케이션 프로세서와 LPDDR5T를 마이크로-TSV를 통해 연결하여 온디바이스 생성형 AI를 위해 최대 9.6 GT/s의 데이터 전송 속도를 유지합니다. 웨어러블 기기도 이러한 추세를 반영하여 TDK InvenSense의 IIM-20670 IMU는 TSV로 두 개의 다이를 스택하여 5mm 이어버드 내부에 장착됩니다.
* 칩렛 기반 이종 통합 아키텍처: 로직 노드가 스케일링 한계에 도달함에 따라, 분리(disaggregation)를 통해 각 타일이 최적의 프로세스를 활용할 수 있습니다. AMD의 Zen 5 CPU는 Via-Middle TSV를 통해 스택된 3D V-Cache를 활용하여 지연 시간을 15ns 줄이고 게임 프레임 속도를 25% 향상시킵니다. 인텔의 Meteor Lake는 36µm TSV 피치를 가진 Foveros 베이스 다이를 활용하여 컴퓨팅, 그래픽 및 I/O 타일 간에 2 Tbit/s의 데이터 전송을 가능하게 합니다. 2024년 발표된 UCIe 1.1 사양은 100 pJ/bit 미만의 TSV 상호 연결에 의존하는 다이-투-다이 링크를 표준화합니다. 브로드컴의 Tomahawk 5 이더넷 스위치는 TSV 지원 인터포저에 패킷 프로세서를 둘러싼 51.2 Tbit/s SerDes 타일을 특징으로 하며, 3D TSV 장치 시장이 칩렛 시대와 불가분의 관계임을 보여줍니다.
* 실리콘 포토닉스의 3D 인터포저 스태킹 필요성: 실리콘 포토닉스 기술은 3D 인터포저 스태킹을 통해 성능 향상을 추구합니다.
* 첨단 패키징 팹에 대한 정부 보조금: 북미, 유럽 및 일부 아시아 태평양 시장에서 첨단 패키징 팹에 대한 정부 보조금은 단기적으로 시장 성장에 긍정적인 영향을 미칩니다.

# 시장 동향 및 통찰력 (제약 요인)

* 3D TSV 패키지의 높은 단위 비용: TSV 조립은 각 장치에 15~40달러를 추가하여 중급 휴대폰 및 IoT 장치의 마진을 압박합니다. 식각 장비는 챔버당 1,500만 달러를 초과하며, 전기도금 시스템은 800만 달러가 더 듭니다. 앰코(Amkor)의 2024 회계연도 보고서에 따르면 첨단 패키징의 총 마진은 28%로, 와이어 본딩 수준보다 500bps 낮습니다. 인증 주기가 길어 ASE의 가오슝 확장 사례에서 자동차 등급 TSV 패키지는 1,000시간 HTOL 테스트가 필요하며, 이는 시장 출시 시간을 최대 16주까지 늘릴 수 있음을 보여주었습니다.
* 열 유도 신뢰성 및 수율 문제: SK하이닉스가 IEEE ECTC에서 발표한 데이터에 따르면 HBM4 스택은 5x7mm 면적에서 15W 이상을 소산하여 85°C에서 80µm의 뒤틀림을 유발합니다. 삼성의 하이브리드 본딩 파일럿은 2nm RMS 미만의 구리 평탄도 사양으로 인해 75%의 수율을 달성했습니다. 인텔의 Foveros Direct는 보이드(void) 형성이 주요 결함으로 82%의 양품 다이(known-good-die) 수율을 보고했습니다. 마이크론의 지속가능성 보고서에 따르면 TSV 기반 DRAM은 60% 더 긴 테스트 시간이 필요하여 단위당 3달러의 추가 비용이 발생합니다. TSMC의 다이아몬드 유사 탄소(diamond-like carbon) 방열판 인증은 핫스팟 완화를 30% 개선했지만, 재료 흐름을 복잡하게 만듭니다.
* TSV 식각 및 충전 장비의 공급망 병목 현상: 아시아 태평양 및 북미 지역에서 TSV 식각 및 충전 장비의 공급망 병목 현상이 발생하며, 이는 유럽에도 간접적인 영향을 미 미칩니다.
* TSV 화학물질에 대한 엄격한 환경 규제: 유럽과 북미에서 TSV 화학물질에 대한 환경 규제가 강화되고 있으며, 아시아 태평양 지역에서도 점진적으로 채택될 것으로 예상됩니다.

# 세그먼트 분석

* 제품 유형별: 메모리 지배력으로 매출 기반 확보
* 메모리 장치는 2025년 3D TSV 장치 시장의 45.92%를 차지했으며, HBM이 AI 가속기의 사실상 고대역폭 솔루션이 되었습니다.
* MEMS 및 센서 시장 규모는 자동차 레이더 및 관성 장치 채택에 힘입어 2031년까지 연평균 8.57% 성장할 것으로 예상됩니다.
* 이미징 및 광전자 부문은 Via-Last TSV의 이점을 활용하여 소니의 후면 조명 센서가 근적외선에서 90%의 양자 효율을 달성하도록 합니다.
* LED 공급업체는 Via-First TSV를 사용하여 마이크로-LED 디스플레이에 전력을 공급하고 있지만, 60% 미만의 수율로 인해 대량 배포가 지연되고 있습니다.
* 전력 관리 IC 및 RF 프런트 엔드와 같은 기타 제품은 TSV를 사용하여 인덕턴스를 최소화합니다. 퀄컴의 QTM565 mmWave 모듈은 1cm³ 패키지에서 10Gb/s를 달성하며, 보쉬의 BMA580 가속도계는 MEMS 및 ASIC 다이를 스택하여 1µA의 대기 전류를 제공합니다. 이러한 사례는 HBM이 매출 기반을 확고히 하는 동안에도 3D TSV 장치 산업이 메모리 외 분야로 확장되고 있음을 보여줍니다.
* TSV 기술별: 칩렛 설계에서 Via-First 기술의 부상
* Via-Middle 기술은 DRAM 및 CIS의 성숙도로 인해 2025년 매출의 54.15%를 차지했습니다. 그러나 칩렛 기반 다이가 1µm 미만의 오버레이 정확도를 요구함에 따라 Via-First 기술은 연평균 7.69% 성장하고 있습니다. 인텔의 Foveros 라인은 현재 36µm 피치를 달성하고 있으며 2026년까지 10µm를 목표로 하여 1 Tbit/s/mm² 이상의 수직 대역폭을 확보할 것입니다.
* Via-Last 기술은 센서에 여전히 중요하며, 픽셀 채우기율을 95% 이상으로 유지합니다. 세 가지 접근 방식 모두에서 하이브리드 본딩은 상호 연결 밀도를 두 배로 늘리며 2026년 이후 지배적인 기술이 되어 3D TSV 장치 시장의 중추로서 TSV의 역할을 확고히 할 것입니다.
* 웨이퍼 크기별: 300mm 기판이 대량 생산의 기반
* 300mm 웨이퍼는 전 세계적으로 120개 이상의 인증된 팹에 의해 지원되어 2025년 생산량의 58.25%를 차지했습니다.
* 450mm 3D TSV 장치 시장 규모는 여전히 작지만, TSMC와 삼성이 파일럿 라인을 검증함에 따라 연평균 7.88% 성장하고 있습니다.
* 인텔은 450mm 예산을 첨단 패키징으로 전환하여 TSV와 칩렛이 더 나은 투자 수익률(ROIC)을 제공한다는 업계의 합의를 확인했습니다.
* 200mm 미만 라인은 GaN 및 SiC 전력 장치에 남아 있으며, 여기서 TSV는 수직 전도를 가능하게 합니다.
* 최종 사용자 산업별: 자동차 부문이 가장 빠르게 성장
* IT 및 통신 부문은 2025년 37.54%의 점유율을 유지했으며, 자동차 부문은 ADAS, 인포테인먼트 및 배터리 관리를 통합하는 EV 도메인 컨트롤러에 힘입어 연평균 9.08%로 가장 빠르게 성장했습니다.
* 소비자 가전은 스택형 CIS 및 LPDDR에 대한 수요를 유지하고 있으며, 헬스케어 부문은 FDA 승인 경로에 따라 TSV 지원 임플란트를 추구합니다.
* 항공우주 및 방위 산업은 100krad 이상의 총 선량 내성을 위한 방사선 경화 TSV 메모리에 의존합니다. 이러한 수직 시장들은 3D TSV 장치 시장 전반에 걸쳐 수익 흐름을 다각화합니다.

# 지역 분석

* 아시아 태평양: 2025년 매출의 42.70%를 차지했으며, TSMC의 CoWoS 생산 능력 70% 이상 점유, 삼성의 HBM 45% 점유, SK하이닉스의 이천에서의 엔드-투-엔드 통합에 힘입어 연평균 8.56% 성장하고 있습니다. 일본의 9,200억 엔 보조금은 2026년까지 구마모토에 첨단 패키징 시설을 유치하여 소니와 덴소에 서비스를 제공합니다. 중국의 YMTC는 3D NAND 컨트롤러 스태킹을 위해 TSV를 주시하고 있지만, 수출 규제로 인해 확장이 둔화되고 있습니다. 한국의 26조 원 세금 인센티브는 SK하이닉스의 50개 신규 TSV 식각 챔버를 지원합니다. 인도는 마이크론으로부터 27.5억 달러를 유치하여 2026년부터 구자라트에 OSAT 시설을 건설할 예정이며, 이는 아시아를 3D TSV 장치 시장의 중심지로 확고히 합니다.
* 북미: 2025년 약 34.40%를 차지했습니다. 마이크론은 CHIPS Act에 따라 뉴욕과 아이다호에 HBM 팹을 건설하기 위해 61.65억 달러를 지원받았습니다. 앰코의 20억 달러 규모 애리조나 공장은 2027년 개장 예정으로, 자동차 및 방위 산업을 위한 300mm TSV 패키지를 처리할 것입니다. 인텔의 뉴멕시코 및 애리조나 확장은 2026년까지 Foveros 생산 능력을 세 배로 늘릴 것이며, 캐나다는 오타와의 공동 패키징 광학 파일럿 라인에 2.4억 캐나다 달러를 투자합니다. 니어쇼어링(near-shoring)으로 인해 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments)와 NXP는 팬아웃(fan-out) 조립을 멕시코로 이전하고 있지만, 이 지역에서는 TSV 장비가 여전히 부족합니다.
* 유럽: 2025년 약 18.55%를 차지했습니다. ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics)는 프랑스에 300mm TSV 라인을 확장하기 위해 29억 유로를 확보했습니다. 인피니언(Infineon)은 드레스덴에서 GaN 전력 장치용 Via-Middle TSV를 인증하여 온-저항을 35% 감소시켰습니다. 프라운호퍼 IZM(Fraunhofer IZM)은 하이브리드 본딩 파일럿을 통해 0µm 피치를 달성했으며, 영국은 고온 EV 인버터용 GaN TSV 라인에 5천만 파운드를 투자했습니다. 남미와 MEA는 합쳐서 4.35%를 차지하지만, 브라질과 UAE는 2027년 이후 생산 능력 추가를 예고하고 있습니다.

# 경쟁 환경

시장 집중도는 중간에서 높은 수준이며, 상위 5개 기업이 가치의 약 75%를 차지합니다. TSMC는 고성능 컴퓨팅을 위한 첨단 패키징의 70% 이상을 점유하며 엔비디아, AMD, 브로드컴으로부터 수주를 확보하고 있습니다. 삼성과 SK하이닉스는 HBM의 85%를 공동으로 공급하며, 수직 스택을 활용하여 고객을 다년 계약으로 묶고 있습니다. 마이크론은 CHIPS Act 자금 지원을 받은 2027년 생산 능력을 통해 격차를 좁히고 있습니다.

OSAT 주요 기업인 ASE, 앰코, JCET는 팹리스 칩렛 설계자를 유치하기 위해 300mm 팬아웃 및 TSV 라인을 확장하고 있습니다. ASE의 ISO 26262 인증 가오슝 캠퍼스는 이제 자동차 AI SoC를 지원합니다. 앰코는 국방 계약을 위한 신뢰할 수 있는 공급 시설을 애리조나에 착공했습니다. JCET와 실리콘웨어 프리시전 인더스트리(Siliconware Precision Industries)는 마이크로 범프 비용을 절감하기 위해 적응형 패터닝(adaptive patterning)을 추진하고 있습니다.

실리콘 포토닉스 공동 패키징에서 틈새 시장 기회가 나타나고 있습니다. 시스코와 인텔은 1.6 Tb/s 이더넷을 위한 TSV 인터포저가 필요하며, 이는 브로드컴의 Tomahawk 5가 이미 활용하고 있는 격차입니다. Adeia와 같은 스타트업은 직접 본드 인터커넥트(direct bond interconnect) IP를 삼성과 TSMC에 라이선스하여 비아 피치를 10µm로 줄이고 있습니다. 자본 집약도와 TSV 화학물질 특허는 여전히 진입 장벽으로 작용하여 3D TSV 장치 시장 전반에 걸쳐 기존 기업의 가격 결정력을 유지합니다.

# 최근 산업 동향

* 2025년 4월: SK하이닉스는 2 Tbit/s 이상의 대역폭을 제공하는 12단 HBM4 샘플을 공개했으며, 2026년 말 양산에 들어갈 예정입니다.
* 2025년 3월: 앰코는 4.07억 달러의 CHIPS Act 자금을 지원받아 20억 달러 규모의 애리조나 TSV 공장 건설을 시작했으며, 2027년 개장 예정입니다.
* 2025년 2월: 삼성은 평택에 하이브리드 본딩 HBM4 라인을 위해 3조 원을 할당했으며, 2025년 말 파일럿 가동을 시작할 예정입니다.
* 2025년 1월: 인텔은 뉴멕시코와 애리조나에 35억 달러를 투자하여 2026년까지 Foveros Direct 생산 능력을 세 배로 늘릴 것이라고 발표했습니다.
* 2024년 12월: TSMC는 28억 달러를 투자하여 2025년 말까지 CoWoS 생산 능력을 월 6만 장의 웨이퍼로 확장할 것이라고 발표했습니다.

이 보고서는 3D TSV(Through-Silicon Via) 장치 시장에 대한 포괄적인 분석을 제공합니다. 연구는 시장의 정의, 범위 및 방법론을 다루며, 주요 시장 동인, 제약 요인, 산업 가치 사슬, 규제 환경, 기술 전망 및 거시 경제적 요인의 영향을 심층적으로 분석합니다. 또한 포터의 5가지 경쟁 요인 분석을 통해 시장 경쟁 구도를 평가합니다.

시장 동인으로는 고성능 컴퓨팅 및 AI 워크로드에 대한 수요 증가, 데이터 센터 확장에 따른 고대역폭 메모리(HBM) 채택 증대, 스마트폰 및 가전제품의 급격한 소형화, 칩렛 기반 이종 통합 아키텍처의 발전, 실리콘 포토닉스의 3D 인터포저 스태킹 필요성, 그리고 첨단 패키징 팹에 대한 정부 보조금 등이 있습니다. 반면, 3D TSV 패키지의 높은 단위 비용, 열로 인한 신뢰성 및 수율 문제, TSV 식각 및 충전 도구의 공급망 병목 현상, TSV 화학 물질에 대한 엄격한 환경 규제 등은 시장 성장을 저해하는 요인으로 작용합니다.

보고서는 제품 유형(이미징 및 광전자공학, 메모리, MEMS/센서, LED 등), TSV 기술(Via-Middle, Via-Last, Via-First), 웨이퍼 크기(200mm 이하, 300mm, 450mm), 최종 사용자 산업(소비자 가전, 자동차, IT 및 통신, 헬스케어, 항공우주 및 방위 등), 그리고 지역(북미, 남미, 유럽, 아시아 태평양, 중동 및 아프리카)별로 시장 규모와 성장 예측(가치 기준)을 제시합니다.

특히, 보고서에 따르면 고대역폭 메모리(HBM) 매출은 2024년에 두 배로 증가했으며, 이는 2031년까지 전체 3D TSV 시장의 연평균 성장률(CAGR) 6.06%를 견인할 것으로 예상됩니다. 칩렛 설계에서 Via-First TSV 기술은 베이스 다이의 1µm 미만 오버레이 정확도 요구사항으로 인해 7.69%의 연평균 성장률을 보이며 가장 큰 주목을 받고 있습니다. 자동차 산업은 전기차 도메인 컨트롤러가 스택형 센서 융합 프로세서를 필요로 함에 따라 9.08%의 연평균 성장률로 가장 빠르게 성장하는 최종 사용자 산업으로 평가됩니다.

정부 인센티브는 생산 능력 확장에 중요한 역할을 합니다. 미국의 CHIPS Act와 유럽 및 아시아의 유사 프로그램들은 수십억 달러 규모의 TSV 팹 건설을 지원하여 국내 공급망을 가속화하고 있습니다. 공급업체 집중도는 높은 편으로, 상위 5개 업체가 전체 매출의 약 75%를 차지하고 있습니다. 450mm TSV 생산은 현재 파일럿 라인이 존재하지만, 툴링 생태계가 성숙해지는 2028년 이전에는 주류 채택이 어려울 것으로 전망됩니다.

경쟁 환경 분석에서는 시장 집중도, 주요 기업의 전략적 움직임, 시장 점유율 분석이 포함됩니다. Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited(TSMC), Samsung Electronics Co., Ltd., Intel Corporation, Micron Technology, Inc., SK hynix Inc. 등 20개 주요 기업의 프로필이 상세히 다루어집니다. 마지막으로, 보고서는 시장 기회와 미래 전망, 특히 미개척 영역 및 충족되지 않은 요구 사항에 대한 평가를 제공합니다.


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1. 서론

  • 1.1 연구 가정 및 시장 정의
  • 1.2 연구 범위

2. 연구 방법론

3. 요약

4. 시장 현황

  • 4.1 시장 개요
  • 4.2 시장 동인
    • 4.2.1 고성능 컴퓨팅 및 AI 워크로드에 대한 수요 증가
    • 4.2.2 데이터 센터 확장으로 인한 고대역폭 메모리 채택 증가
    • 4.2.3 스마트폰 및 가전제품의 급격한 소형화
    • 4.2.4 칩렛 기반 이종 통합 아키텍처
    • 4.2.5 3D 인터포저 스태킹을 위한 실리콘 포토닉스 요구
    • 4.2.6 첨단 패키징 팹에 대한 정부 보조금
  • 4.3 시장 제약
    • 4.3.1 3D TSV 패키지의 높은 단위 비용
    • 4.3.2 열로 인한 신뢰성 및 수율 문제
    • 4.3.3 TSV 식각 및 충전 도구의 공급망 병목 현상
    • 4.3.4 TSV 화학 물질에 대한 엄격한 환경 규제
  • 4.4 산업 가치 사슬 분석
  • 4.5 규제 환경
  • 4.6 기술 전망
  • 4.7 거시 경제 요인의 영향
  • 4.8 포터의 5가지 경쟁 요인 분석
    • 4.8.1 공급업체의 교섭력
    • 4.8.2 소비자의 교섭력
    • 4.8.3 신규 진입자의 위협
    • 4.8.4 경쟁 강도
    • 4.8.5 대체재의 위협

5. 시장 규모 및 성장 예측 (가치)

  • 5.1 제품 유형별
    • 5.1.1 이미징 및 광전자공학
    • 5.1.2 메모리
    • 5.1.3 MEMS / 센서
    • 5.1.4 LED
    • 5.1.5 기타 제품
  • 5.2 TSV 기술별
    • 5.2.1 비아-미들 TSV
    • 5.2.2 비아-라스트 TSV
    • 5.2.3 비아-퍼스트 TSV
  • 5.3 웨이퍼 크기별
    • 5.3.1 ≤200mm
    • 5.3.2 300mm
    • 5.3.3 450mm
  • 5.4 최종 사용자 산업별
    • 5.4.1 가전제품
    • 5.4.2 자동차
    • 5.4.3 IT 및 통신
    • 5.4.4 헬스케어
    • 5.4.5 항공우주 및 방위
    • 5.4.6 기타 최종 사용자 산업
  • 5.5 지역별
    • 5.5.1 북미
    • 5.5.1.1 미국
    • 5.5.1.2 캐나다
    • 5.5.1.3 멕시코
    • 5.5.2 남미
    • 5.5.2.1 브라질
    • 5.5.2.2 아르헨티나
    • 5.5.2.3 남미 기타 지역
    • 5.5.3 유럽
    • 5.5.3.1 독일
    • 5.5.3.2 영국
    • 5.5.3.3 프랑스
    • 5.5.3.4 이탈리아
    • 5.5.3.5 스페인
    • 5.5.3.6 러시아
    • 5.5.3.7 유럽 기타 지역
    • 5.5.4 아시아 태평양
    • 5.5.4.1 중국
    • 5.5.4.2 일본
    • 5.5.4.3 인도
    • 5.5.4.4 대한민국
    • 5.5.4.5 호주
    • 5.5.4.6 아시아 태평양 기타 지역
    • 5.5.5 중동 및 아프리카
    • 5.5.5.1 중동
    • 5.5.5.1.1 사우디아라비아
    • 5.5.5.1.2 아랍에미리트
    • 5.5.5.1.3 튀르키예
    • 5.5.5.1.4 중동 기타 지역
    • 5.5.5.2 아프리카
    • 5.5.5.2.1 남아프리카 공화국
    • 5.5.5.2.2 나이지리아
    • 5.5.5.2.3 이집트
    • 5.5.5.2.4 아프리카 기타 지역

6. 경쟁 환경

  • 6.1 시장 집중도
  • 6.2 전략적 움직임
  • 6.3 시장 점유율 분석
  • 6.4 기업 프로필 (글로벌 수준 개요, 시장 수준 개요, 핵심 부문, 사용 가능한 재무 정보, 전략 정보, 주요 기업의 시장 순위/점유율, 제품 및 서비스, 최근 개발 포함)
    • 6.4.1 대만 반도체 제조 회사 (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited)
    • 6.4.2 삼성전자 주식회사 (Samsung Electronics Co., Ltd.)
    • 6.4.3 인텔 코퍼레이션 (Intel Corporation)
    • 6.4.4 마이크론 테크놀로지 (Micron Technology, Inc.)
    • 6.4.5 SK하이닉스 (SK hynix Inc.)
    • 6.4.6 도시바 전자 기기 및 스토리지 코퍼레이션 (Toshiba Electronic Devices and Storage Corporation)
    • 6.4.7 ASE 테크놀로지 홀딩스 (ASE Technology Holding Co., Ltd.)
    • 6.4.8 앰코 테크놀로지 (Amkor Technology, Inc.)
    • 6.4.9 유나이티드 마이크로일렉트로닉스 코퍼레이션 (United Microelectronics Corporation)
    • 6.4.10 ST마이크로일렉트로닉스 (STMicroelectronics N.V.)
    • 6.4.11 브로드컴 (Broadcom Inc.)
    • 6.4.12 텍사스 인스트루먼츠 (Texas Instruments Incorporated)
    • 6.4.13 글로벌파운드리 (GlobalFoundries Inc.)
    • 6.4.14 어드밴스트 마이크로 디바이시스 (Advanced Micro Devices, Inc.)
    • 6.4.15 퀄컴 (Qualcomm Incorporated)
    • 6.4.16 JCET 그룹 (JCET Group Co., Ltd.)
    • 6.4.17 파워텍 테크놀로지 (Powertech Technology Inc.)
    • 6.4.18 실리콘웨어 프리시전 인더스트리즈 (Siliconware Precision Industries Co., Ltd.)
    • 6.4.19 자일링스 (Xilinx, Inc.) (AMD 적응형 및 임베디드 컴퓨팅 그룹)
    • 6.4.20 퓨어 스토리지 (Pure Storage, Inc.)

7. 시장 기회 및 미래 전망

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***** 참고 정보 *****
3D TSV 장치에 대한 포괄적인 개요를 설명해 드리겠습니다.

3D TSV 장치는 Through-Silicon Via(실리콘 관통 전극) 기술을 활용하여 여러 개의 반도체 다이(die)를 수직으로 적층함으로써 고성능, 고집적화를 구현하는 차세대 반도체 패키징 기술입니다. 기존의 와이어 본딩이나 플립칩 방식이 2차원적인 연결에 머물렀던 것과 달리, TSV는 실리콘 웨이퍼나 다이를 수직으로 관통하는 미세한 전극을 형성하여 다이 간의 전기적 연결을 직접적으로 제공합니다. 이는 신호 전달 경로를 획기적으로 단축시켜 데이터 전송 속도를 향상시키고, 전력 소모를 줄이며, 전체 패키지 크기를 대폭 축소하는 핵심적인 이점을 제공합니다. 결과적으로 3D TSV 장치는 3차원 집적회로(3D IC) 구현의 핵심 기술로 자리매김하고 있습니다.

3D TSV 기술의 유형은 주로 TSV 형성 시점에 따라 분류됩니다. 첫째, 비아-퍼스트(Via-first) 방식은 트랜지스터 형성 이전에 TSV를 먼저 형성하는 방식입니다. 이는 TSV 공정의 유연성을 높일 수 있으나, 후속 공정에 영향을 미칠 수 있습니다. 둘째, 비아-미들(Via-middle) 방식은 트랜지스터 형성 후 금속 배선 공정 이전에 TSV를 형성하는 방식으로, 현재 가장 널리 사용되는 방식 중 하나입니다. 셋째, 비아-라스트(Via-last) 방식은 모든 소자 및 배선 공정이 완료된 후 웨이퍼 후면에서 TSV를 형성하는 방식입니다. 이는 기존 공정과의 호환성이 높다는 장점이 있습니다. 또한, 다이 적층 방식에 따라 웨이퍼-온-웨이퍼(Wafer-on-Wafer, W2W), 다이-온-웨이퍼(Die-on-Wafer, D2W), 다이-온-다이(Die-on-Die, D2D) 등으로 구분되며, 각 방식은 생산성, 수율, 유연성 측면에서 상이한 특징을 가집니다. TSV의 재료로는 주로 구리(Cu)가 사용되며, TSV의 직경과 깊이의 비율인 종횡비(Aspect Ratio)는 공정 난이도와 성능에 중요한 영향을 미칩니다.

3D TSV 장치의 주요 용도는 다음과 같습니다. 가장 대표적인 분야는 고대역폭 메모리(High Bandwidth Memory, HBM)입니다. HBM은 여러 개의 DRAM 다이를 TSV로 수직 적층하여 GPU, CPU, AI 가속기 등과 같은 로직 칩과 인터포저를 통해 연결함으로써 기존 메모리 대비 월등히 높은 대역폭과 낮은 전력 소모를 제공합니다. 또한, CMOS 이미지 센서(CIS) 분야에서도 TSV 기술이 활발히 적용됩니다. 센서 다이와 로직 다이를 TSV로 연결하여 이미지 처리 성능을 향상시키고 소형화를 가능하게 합니다. 이 외에도 모바일 애플리케이션 프로세서(AP), 서버용 프로세서, RF/아날로그 칩, MEMS(미세전자기계시스템) 등 다양한 분야에서 칩의 성능 향상, 소형화, 전력 효율 증대를 위해 3D TSV 기술이 채택되고 있습니다. 이 기술은 이종 집적(Heterogeneous Integration)을 통해 서로 다른 기능을 하는 칩들을 하나의 패키지 안에 통합하는 데 필수적인 역할을 수행합니다.

3D TSV 기술과 관련된 주요 기술로는 웨이퍼 박막화(Wafer Thinning) 기술이 있습니다. TSV의 길이를 줄이고 열 방출을 용이하게 하기 위해 웨이퍼를 수십 마이크로미터 수준으로 얇게 가공하는 것이 필수적입니다. 또한, 적층된 다이들을 전기적으로 연결하는 마이크로 범핑(Micro-Bumping) 또는 하이브리드 본딩(Hybrid Bonding) 기술이 중요합니다. 특히 하이브리드 본딩은 구리-구리 직접 접합을 통해 더욱 미세한 피치와 높은 연결 밀도를 제공합니다. 박막 웨이퍼를 안정적으로 처리하기 위한 임시 본딩 및 디본딩(Temporary Bonding/Debonding) 기술도 핵심적입니다. 3D 적층 구조에서 발생하는 열 문제를 해결하기 위한 고급 열 관리(Thermal Management) 기술과, 복잡한 3D 구조를 설계하고 검증하기 위한 전자 설계 자동화(EDA) 툴 역시 중요한 관련 기술입니다. 나아가 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키징(FOWLP)이나 시스템 인 패키지(SiP)와 같은 첨단 패키징 기술들도 TSV와 상호 보완적으로 발전하고 있습니다.

3D TSV 장치 시장은 인공지능(AI), 고성능 컴퓨팅(HPC), 모바일, 자율주행차 등 고성능 및 고집적 반도체 수요가 급증함에 따라 빠르게 성장하고 있습니다. 주요 시장 참여자로는 TSV 공정을 제공하는 파운드리 업체(예: TSMC, 삼성 파운드리), HBM을 생산하는 메모리 업체(예: 삼성전자, SK하이닉스), 이미지 센서 업체(예: 소니, 삼성전자), 그리고 TSV 기반 패키징 서비스를 제공하는 OSAT(Outsourced Semiconductor Assembly and Test) 업체(예: 앰코 테크놀로지, ASE) 등이 있습니다. 또한, TSV 공정에 필요한 장비를 공급하는 어플라이드 머티리얼즈, 램 리서치, 도쿄 일렉트론 등도 중요한 역할을 합니다. 현재 HBM과 CIS 분야에서 TSV 기술은 상업적으로 성공적인 적용 사례를 보이며 시장을 견인하고 있습니다. 그러나 높은 제조 비용, 수율 관리의 어려움, 복잡한 테스트 공정, 그리고 열 관리 문제 등은 여전히 시장 확대를 위한 과제로 남아 있습니다.

3D TSV 장치의 미래 전망은 매우 밝습니다. AI, 엣지 컴퓨팅, 5G, 자율주행 등 미래 기술의 발전은 더욱 높은 성능과 전력 효율을 요구하며, 이는 3D TSV 기술의 적용 범위를 더욱 넓힐 것입니다. 특히 이종 집적 기술의 발전과 함께 로직, 메모리, RF, 광학 소자 등 다양한 기능을 하는 칩들을 TSV를 통해 하나의 패키지에 통합하는 추세가 가속화될 것입니다. 하이브리드 본딩과 같은 첨단 접합 기술의 발전은 TSV 피치를 더욱 미세화하고 연결 밀도를 높여 성능을 극대화할 것입니다. 또한, 열 관리 기술의 혁신을 통해 3D 스택의 고질적인 열 문제를 해결하고, 공정 최적화 및 자동화 기술 발전을 통해 제조 비용을 절감하고 수율을 향상시키는 노력이 지속될 것입니다. 궁극적으로 3D TSV 기술은 반도체 산업의 지속적인 성장을 위한 핵심 동력으로 작용하며, 더욱 혁신적인 전자 장치 개발에 기여할 것으로 기대됩니다.