유리기판 차세대 반도체 공정의 핵심 소재

AI 시대의 도래와 함께 고성능 반도체에 대한 수요가 급증하고 있다. 이러한 추세는 기존의 플라스틱 기반 반도체 기판의 한계를 넘어설 새로운 소재의 필요성을 부각시키고 있다. 유리기판(Glass substrate)은 그 대안으로 주목받으며, 그 이유와 잠재력에 대해 알아봅니다.

유리기판: 차세대 반도체 공정의 핵심 소재

유리기판의 등장 배경

기존 소재의 한계

• 유기 인터포저의 문제점: 고온에서의 변형, 불규칙한 표면으로 인해 미세회로 배치에 한계가 있다.
• 실리콘 인터포저의 고가 문제: 실리콘 인터포저는 고가이며, 고도의 기술이 필요한 TSV(Through-Silicon Vias) 공정을 포함한다.

유리기판의 필요성

• 반도체 패키징 과정에서의 내구성과 효율성이 요구되며, 특히 MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor)와 같은 부품을 효과적으로 배치하기 위한 견고한 기판이 필수적이다.

유리기판의 특징과 장점

물리적 특성

• 표면의 균일성: 고르고 반듯한 표면은 미세 회로의 정교한 작업을 가능하게 하며, 기판 두께를 얇게 제작할 수 있다.
• 열 전도율: 유리는 0.55 ~ 0.75 W/m·K 로 낮은 열 전도율을 가지고 있어, 열이 특정 부분에만 집중되어 처리될 수 있도록 한다. (구리: 401 W/m·K 알루미늄: 236 W/m·K 철: 80.5 W/m·K 목재: 0.13~0.35 W/m·K 공기: 0.024 W/m·K)
• 적당한 유연성: 유리는 50~90GPa의 영률(Young’s Modulus)을 가지며, 이는 적절한 유연성을 제공한다. 이는 반도체 패키징 과정에서 다양한 층의 유연한 결합을 가능하게 한다.

기술적 장점

• 칩 밀집도 향상: 유리기판은 MLCC를 내부에 심을 수 있어, 같은 크기의 기판에서 더 많은 반도체 칩을 배치할 수 있다.
• 미세 회로 작업의 용이성: 표면의 높은 정밀도로 인해 초미세 회로를 새기는 작업이 용이하다.

유리기판의 혁신적인 장점

• 성능의 우수성 : 유리기판은 고르고 반듯한 표면을 제공하여 더 세밀하고 정밀한 회로 패턴을 가능하게 한다. 이는 고성능 반도체 제조에 있어 중요한 요소로 작용한다.
• 시장에서의 기회 : 유리기판은 차세대 반도체 소재로서 플라스틱 기판에 비해 뛰어난 전기적 및 열적 특성을 가지고 있어, AI 반도체를 비롯한 고성능 반도체 시장에서 중요한 위치를 차지할 것으로 예상된다.

특성	유기(RDL) 인터포저	실리콘(Si) 인터포저	유리(Glass) 기판
재료 구성	고분자 물질과 구리 배선의 재배선층	실리콘과 초미세 회로(TSV) 포함	순수 유리 재료
표면 거칠기	불규칙하고 울퉁불퉁하여 미세 배선에 한계	매우 평탄하여 초미세 회로 구현 용이	매우 평탄하여 미세 회로 작업 용이
열 전도율 및 영률	고온에서 휨 현상 발생	열 전도율과 영률 모두 높음, 열 전달 빠름	열 전도율 낮고, 영률 적당하여 유연성 있음
공정 비용 및 복잡성	비교적 저렴하고 간단함	공정 비용 매우 높고, 복잡한 인프라 필요	공정 비용 및 복잡성 측면에서 중간
내구성 및 안정성	휨(warpage) 현상과 미세 배선 한계로 안정성 문제가 발생 가능	내구성 높지만, 비용이 매우 높아 사용에 제한적	휨에 강하고 열과 외부 충격에 대한 안정성 높음
대면적화 적합성	대면적화에 어려움 있음	대면적화 가능하지만 비용적인 문제로 제한적 사용	대면적화에 적합하며, MLCC 내부 심기 가능하여 칩 밀집도 높임

시장 전망과 도입 현황

유리기판은 그 유연성과 비용 효율성으로 인해 기존의 유기 인터포저와 실리콘 인터포저에 대한 우수한 대안으로 자리 잡고 있다. 특히, 반도체 산업에서는 패키징 기술의 혁신을 주도하는 중요한 요소로 간주되며, 전 세계적으로 기술 개발과 적용이 확대되고 있다.

글로벌 기업들의 유리기판 투자 및 개발

인텔과 AMD의 전략

• 인텔: 2030년까지 상용화 목표로 10억 달러를 투자하여 유리기판 기술을 개발 중이다.
• AMD: 유리기판의 성능을 평가하며 제조 파트너를 물색 중, AI 가속기 및 서버용 CPU 제품에 유리기판을 선제적으로 적용할 계획이다.

한국 기업들의 활동

• 삼성전기: 2026년 양산을 목표로 세종사업장에 파일럿 라인을 구축하고 2025년 시제품 생산 계획을 밝혔다.
• 앱솔릭스: 미국 조지아주에 2억 4,000만 달러를 투자해 유리기판 생산 공장을 건설했으며, 2025년 대량 양산을 목표로 하고 있다.
• LG이노텍: 북미 반도체 회사와의 협력을 통해 유리기판 사업을 준비 중이다.

일본의 기업 동향

• 다이닛폰프린팅(DNP): 2027년 양산을 목표로 유리기판을 개발했다고 발표했다.

한국 반도체 소부장 기업들의 유리기판 양산 장비 개발

• 필옵틱스: 반도체 회로를 유리기판 위에 그리기 위한 TGV 기술을 활용한 장비를 출하했다.
• HB테크놀러지: 유리기판 양산용 검사 및 리페어 장비를 납품했다.
• 와이씨켐: 반도체 에칭 과정에서 유리기판 균열을 보호하는 폴리머 유리코팅제를 개발했다.
• ISC (SKC 인수): 앱솔릭스의 유리기판 생산 시 테스트 솔루션 도입을 검토 중이다.

기업/조직	행동/전략	투자액(목표)	주요 목표 및 비고
인텔	유리기판 기술 개발 중	10억 달러	2030년까지 상용화 목표
AMD	유리기판 성능 평가 및 제조 파트너 물색	-	AI 가속기 및 서버용 CPU 제품에 선제적 적용 계획
삼성전기	파일럿 라인 구축 및 시제품 생산 계획	-	2026년 양산 목표, 2025년 시제품 생산
앱솔릭스	미국 조지아주에 생산 공장 건설	2억 4,000만 달러	2025년 대량 양산 목표
LG이노텍	유리기판 사업 준비 중	-	북미 반도체 회사와의 협력을 통해 유리기판 사업 진입 계획
다이닛폰프린팅(DNP)	유리기판 개발 발표	-	2027년 양산 목표
필옵틱스	TGV 기술을 활용한 장비 출하	-	유리기판용 반도체 회로 그리기 장비
HB테크놀러지	유리기판 양산용 검사 및 리페어 장비 납품	-	반도체 기판의 품질 관리 강화
와이씨켐	폴리머 유리코팅제 개발	-	반도체 에칭 과정에서 유리기판 균열 보호
ISC (SKC 인수)	유리기판 생산 시 테스트 솔루션 도입 검토	-	앱솔릭스 유리기판의 성능 검증을 위한 테스트 솔루션 도입 검토

도전 과제 및 기술 개발의 중요성

• 취약점 극복 : 유리의 취약성으로 인해 외부 충격에 의한 깨짐 현상이 수율 저하의 원인이 될 수 있다. 이를 극복하기 위한 내구성 강화 기술의 개발이 필요하다.
• 친환경적 접근 : 유리기판의 생산 과정에서 발생할 수 있는 환경 오염을 최소화하기 위해 친환경적인 생산 기술, 에너지 효율 개선, 폐기물 처리 시스템의 구축이 중요하다.
• 생산비용 절감 : 경쟁력 확보를 위해서는 생산비용의 절감이 필수적이다. 이는 대량생산을 통한 경제성 향상과 함께 생산 공정의 최적화를 통해 이루어질 수 있다.
• 글로벌 기업의 추진 동향 : 주요 기업들은 유리기판의 장점을 활용하여 AI 반도체와 같은 고성능 제품을 개발하고 있으며, 이를 통해 시장에서의 우위를 확보하려는 전략을 세우고 있다. 이러한 움직임은 향후 유리기판 시장의 확대와 기술 개발의 가속화로 이어질 것이다.