특이뉴스

유리기판이 반도체 칩의 핵심이 될 수밖에 없는 이유

zakga 2025. 3. 10. 13:15

반도체 산업이 발전함에 따라 유리기판(Glass Substrate)이 차세대 반도체 패키징 기술의 중요한 요소로 떠오르고 있다. 기존 반도체 패키징 기술에서는 PCB(Printed Circuit Board)나 실리콘 인터포저를 사용했지만, 최근 유리기판이 대안으로 주목받는 이유는 더 높은 열 안정성, 신호 간섭 최소화, 고밀도 배선 가능성 때문이다. 본 글에서는 유리기판이 왜 반도체 칩의 핵심 요소가 될 수밖에 없는지 그 이유를 분석한다.

1. 기존 반도체 패키징 기술의 한계

현재 사용되는 반도체 패키징 기술 중 대표적인 방식으로 FCBGA(Flip Chip Ball Grid Array) 방식이 있다. 이 방식은 반도체 칩을 뒤집어 기판에 부착하는 방식으로 신호 전달 속도를 높이고, 전력 손실을 줄이는 역할을 한다. 하지만 기존 기판 기술에는 몇 가지 중요한 한계가 있다.

(1) 전통적인 기판(Packaging Substrate)의 문제점

  1. 열 문제: 기존 기판은 열을 잘 방출하지 못하며, 고온에서 휘어지는 현상이 발생할 수 있다.
  2. 신호 간섭(Interference): 트랜지스터 개수가 증가하면서 신호 간섭이 심해지고, 고속 신호 처리가 어려워진다.
  3. 배선 밀도 한계: PCB와 기존 기판에서는 배선을 더욱 촘촘하게 설계하기 어렵다.

이러한 문제를 해결하기 위해 반도체 업계는 **유리기판(Glass Substrate)**을 차세대 반도체 패키징 소재로 연구하고 있다.

2. 유리기판이 반도체 산업에서 중요한 이유

(1) 높은 열 안정성 (Thermal Stability)

  • 유리는 기존 기판보다 열팽창계수(CTE: Coefficient of Thermal Expansion)가 낮아 고온에서도 변형이 적다.
  • 고성능 반도체 칩은 높은 전력을 소비하며, 이에 따라 발열이 심해지는데, 유리기판은 이 문제를 최소화할 수 있다.

(2) 신호 전송 품질 향상 (Signal Integrity Improvement)

  • 유리는 전기 절연성이 뛰어나 신호 간섭(Noise Interference)이 적다.
  • 고주파 신호를 처리하는 데 있어 기존 PCB나 실리콘 인터포저보다 더 나은 성능을 제공할 수 있다.

(3) 고밀도 배선 가능 (High-Density Wiring Capability)

  • 기존 PCB 기판 대비 유리기판은 배선 밀도를 훨씬 더 높일 수 있다.
  • 반도체 칩의 I/O 개수가 증가하면서 패키징 기판의 배선 요구 사항이 높아지고 있는데, 유리기판이 이를 해결할 수 있다.

(4) 대형 기판 구현 가능 (Large Panel Implementation)

  • 유리는 물리적 특성상 넓은 면적의 기판을 만들기 용이하다.
  • 대형 기판이 가능해지면 반도체 칩의 집적도를 높이고, 생산 단가를 낮출 수 있다.

3. 주요 반도체 기업들의 유리기판 연구 동향

유리기판의 가능성이 확인되면서 글로벌 반도체 기업들이 적극적으로 연구를 진행하고 있다.

(1) 인텔(Intel)

  • 인텔은 2023년 유리기판 기술을 도입하여 차세대 데이터센터 프로세서 패키징에 활용할 계획을 발표했다.
  • 현재 실리콘 인터포저 대신 유리기판을 적용하는 연구를 진행 중이다.

(2) SKC & SK 솔릭스

  • SKC와 SK 솔릭스는 유리기판 기술 개발을 통해 AI 반도체 및 고성능 서버용 반도체 시장을 공략하고 있다.
  • 특히, 대면적 기판 개발에 집중하여 글로벌 반도체 패키징 시장을 선도할 계획이다.

(3) TSMC & 삼성전자

  • 세계 최대 파운드리 업체인 TSMC와 삼성전자도 유리기판 연구에 뛰어들었다.
  • 기존 인터포저 방식보다 더 높은 신호 품질과 집적도를 제공하기 위한 연구가 진행 중이다.

4. 유리기판의 기술적 도전 과제

유리기판이 반도체 패키징 기술의 핵심으로 떠오르고 있지만, 해결해야 할 기술적 과제도 존재한다.

(1) 유리 가공 기술의 어려움

  • 유리는 실리콘보다 단단하여 미세 가공이 어렵고, 깨질 위험이 높다.
  • 초정밀 가공 및 접합 기술이 필요하며, 기존 반도체 제조 장비를 개선해야 하는 과제가 있다.

(2) 제조 비용 문제

  • 유리기판의 대량 생산이 아직 이루어지지 않았으며, 제조 단가가 기존 기판보다 높다.
  • 하지만 기술 발전과 대량 생산이 가능해지면 점차 가격이 낮아질 것으로 예상된다.

(3) 기존 반도체 제조 공정과의 통합 문제

  • 기존 반도체 패키징 공정과 호환이 어려울 수 있어, 이를 해결하기 위한 새로운 제조 공정 개발이 필요하다.

5. 유리기판의 미래 전망

✅ 고성능 반도체 시장에서 유리기판 도입 확대

  • AI 반도체, 고성능 컴퓨팅(HPC), 데이터센터 칩에서 유리기판 도입이 활발해질 전망이다.

✅ 기술 발전과 함께 대량 생산 가능성 증가

  • 유리기판 기술이 상용화되면서 기존 PCB 기판을 대체할 가능성이 높다.

✅ 반도체 기업들의 연구 개발 투자 증가

  • 인텔, TSMC, SKC 등 주요 반도체 기업들이 지속적으로 유리기판 개발에 투자하고 있다.

✅ 차세대 반도체 패키징 기술의 표준이 될 가능성

  • 유리기판은 향후 고성능 반도체의 핵심 패키징 기술로 자리 잡을 가능성이 높다.

결론: 유리기판은 반도체 칩의 필수 요소가 될 것인가?

유리기판은 기존 반도체 패키징 기술의 한계를 극복할 수 있는 차세대 기술로 떠오르고 있다. 열 안정성, 신호 간섭 최소화, 고밀도 배선 가능성, 대형 기판 제작 가능성 등 여러 장점이 있기 때문에 앞으로 반도체 산업에서 중요한 역할을 할 가능성이 크다.

하지만 유리기판의 본격적인 상용화까지는 해결해야 할 기술적 과제가 남아 있으며, 제조 비용 절감과 공정 통합이 중요한 과제가 될 것이다.

그럼에도 불구하고, 유리기판은 AI 반도체, 데이터센터 칩, 고성능 컴퓨팅(HPC) 등 차세대 반도체 패키징의 핵심 요소로 자리 잡을 가능성이 매우 높다. 앞으로 유리기판 기술이 어떻게 발전하고 상용화될지 지속적인 관심이 필요하다.