요즘 장세를 아우르는 유리기판이 무엇이냐!!!

반도체 기판 소재는 주기적으로 변화

반도체 기판의 소재는 15년 ~ 20년 주기로 변화해왔습니다.

1970년대에는 리드프레임이 주류였으며,

이는 현재 높은 신뢰성이 필요한

전장용 반도체 분야에서 주로 활용되고 있습니다.

1990년대에는 세라믹 소재 기판이 도입되었고,

현재는 방열 특성이 중요한 적용처에 주로 활용되고 있습니다.

 

2000년 이후 현재까지 유기 기판이 주로 활용되고 있으며,

2030년 전후로 유리 기판 도입이 전망됩니다 .

기판 소재의 변화는

‘트랜지스터 집적도 향상 → 더 많은 시그널 처리의 필요성 (Bandwidth↑) →

더 많은 입출력 단자 라우팅,

혹은 비트당 전송률을 높이는 방향’의

고민을 해결하는 과정에서 발생해왔습니다 .

 

현재의 유기 기판은 미세회로 및 대면적화의 한계에 봉착했습니다.

이에 대한 해결책으로 실리콘 인터포저가 활용되고 있으나,

문제는 비싼 가격입니다.

유리기판은 유기기판보다 회로가 미세하고 크기가 크면서도,

실리콘 인터포저 대비로는 덜 미세하나

면적당 가격이 저렴하다는 점에서 좋은 대안일 수 있습니다.

 

기본적인 아이디어는 LCD에 TFT와 회로층을 구현하듯,

PCB에도 동일한 접근이 유효하다는 것입니다.

 

기판 소재의 변화 - 하이투자증권 리서치본부(출처)

 

‘유기(Organic)’ 기판 대비

‘유리(Glass)’ 기판의 장점 유리 기판의 대표적인 장점은

아래와 같습니다.

 

기존 유기 소재 기반의 코어층 대비,

재료의 강도와 탄성을 나타내는

‘영률(modulus)’이 높아

기판의 면적이 넓어져도 휘지 않습니다.

즉, warpage 문제 해결할 수 있습니다.

이는 유리기판의 가장 큰 장점입니다.

Intel은 기판의 코어층을 글라스로 바꿀 경우

가로, 세로 240mm x 240mm 크기까지

구현 가능할 것으로 주장합니다.

참고로, FC-BGA의 로드맵은

‘26년 100mm x 100mm 크기를 계획하고 있어,

이는 큰 차이를 보입니다.

Intel은 유리 코어 기판으로 초대형 칩렛을 구현하여

2030년 이후 1조개의 트랜지스터 집적을 목표로 하고 있습니다.

참고로, H100은 800억개 수준입니다.

평탄도가 높습니다.

따라서 노광 공정 시 초점심도가 높아 균일하고

미세한 회로 구현 가능합니다.

Intel에 따르면 유리 기판을 통해

5/5um 미만의 선폭 구현이 가능하며,

나아가 일본의 Mitsui는

2/2um 설계용 글래스 캐리어를 개발한 상태입니다.

참고로, FC-BGA의 L/S는 ‘26년 기준 3um/3um를 목표로 합니다.

표면조도가 낮습니다.

이는 유기 기판에 비해 표면이 더 매끄럽다는 것을 의미합니다.

이렇게 되면 전기적 신호의 감쇄와 발열이 덜하여

전력 효율이 높아집니다.

앱솔릭스에 따르면,

기존 유기재료 기판 대비 전력 효율이 50% 개선될 수 있습니다.

 

유리기판에 요구되는 기술적 변화

유기 기판 가공 공정은,

어렵거나 검증이 필요한 부분은 아래와 같습니다.

 

쉽게 파손되는 유리의 특성 때문에

전기적 연결을 위한 구멍(TGV; Through Glass Via) 형성이 어렵습니다.

TGV를 형성하기 위해 크게 3가지의 기술적 방식이 제시됩니다.

(1) 레이저: 펄스가 짧은 고에너지 레이저 (펨토 레이저 등)를

방출하여 TGV를 형성합니다.

(2) HF 에칭: 불소산으로 화학적으로 TGV를 형성합니다.

일반적으로, 먼저 레이저로 작은 구멍을 뚫고

그 구멍을 넓히기 위해 화학적 식각 공정을 추가 진행하게 됩니다.

(3) PNL 가공: 미세한 연마제(파우더)를 유리표면에

고속으로 분사하여 물리적으로 TGV 형성하는 방식입니다.

상대적으로 정밀함은 떨어지나 두꺼운 유리를 가공할 수 있습니다.

 

형성된 TGV에 전도성 소재를 균일하게

충진 하는 것이 쉽지 않습니다.

즉, 동도금 공정의 난이도가 높습니다.

 

유기 소재 대비 투명하기 때문에,

정해진 반사지수에 의존하는 기존 광학 계측 시스템으로

검사에 한계가 있을 수 있습니다.

 

내충격성을 감안하여 회로층을 몇 층까지

쌓을 수 있는지 연구가 필요합니다.

또한 회로층 간 연결도 어려운데,

예를 들어 20um 미만의 ABF 수지를

정확하고 균일하게 뚫기 어렵습니다.

 

방향성과 기술력이 핵심

방향성과 기술력이 핵심 공정 장비를 바꿔야 하므로

공급망의 재구성이 필요하고,

유리 소재와 관련된 신뢰성 검증이 더 필요하며,

대량 양산을 위한 표준화 작업이 수반되어야 하며,

대량 양산 시의 수율도 불확실합니다.

 

그러나 패키징 고도화를 통해

고성능 반도체를 만들고자 하는

고객사의 강한 요구로

충분히 비싸게 팔 수 있다면

낮은 수율을 보전 받을 수 있습니다.

 

예컨대, 일본 업체들이 생산하는

최선단 FC-BGA 수율은 30% 내외에 불과한데

고객사들은 높은 판가를 통해 수익을 보전해줍니다.

 

이와 같은 상황임을 고려하면,

최근 Intel, AMD 등 주요 업체들이 경쟁적으로

유리 기판 도입 검토에 나서고 있음은 긍정적입니다.

주요 반도체 업체가 26년 ~ 27년 이후

도입을 계획하고 있으므로

관련 공급망의 이익 기여를 논하기 이른 시점이고,

따라서 뉴스에 따라 주가 변동성도 클 수 있습니다.

다만, 서두에 언급하였듯

역사적으로 기판 소재는 변화해왔고,

새로운 변곡점이 가까워졌다는

‘방향성’에 주목합니다.

 

2026년으로 양산 타임라인이 정해진 삼성전기를 눈여겨볼만 합니다.

한편, 섹터 내 Peer인 LG이노텍도 향후 글래스기판에 대한

자원 투입을 강화할 것으로 파악됩니다.

또한, 앞서 언급한 공정상 변화에 대응할 수 있는 기술을 보유한

소부장 업체에 대한 관심도 필요합니다.

 

(하이투자증권 애널리스트 고의영 - 출처)