최근 반도체 시장에서 유리기판 소재 공정기술의 중요성이 부각되고 있다. 이는 고성능 컴퓨팅(HPC)과 인공지능(AI) 기술의 발전에 따른 반도체 패키징의 요구사항이 변화하고 있기 때문이다. 유리기판은 플라스틱 및 실리콘 기판에 비해 여러 가지 장점을 제공하며, 이러한 기술의 발전은 고집적 패키지 솔루션을 가능하게 한다. 본문에서는 유리기판 소재 공정기술의 개요와 시장 동향, 향후 기술 발전 방향 등을 심도 있게 다루어보겠다.
유리기판 소재 공정기술 개요
기술의 개념 및 필요성
유리기판 소재 공정기술은 고성능 메모리, GPU, CPU와 같은 반도체 패키지를 위한 대면적 및 고밀도 적층을 가능하게 하는 기술이다. 최근 반도체 FAB 공정에 한계가 도달함에 따라, 패키지 공정에 대한 투자가 경제적으로 더욱 매력적으로 평가되고 있다. 특히, 유리기판은 평탄도가 우수하고 전기적 손실이 적어 대면적 기판에서의 신뢰성을 높이는 데 기여한다. 또한, 열팽창계수가 최적화되어 있어 다양한 응용 분야에서 안정성을 제공한다.
이러한 유리기판 기술은 반도체 실리콘 인터포저와 플라스틱 기판을 통합하여 3차원 구조를 고밀도로 적층하는 방식으로 발전하고 있다. 이는 반도체 패키징의 혁신을 이끌고 있으며, 고성능 컴퓨팅을 위한 필수 기술로 자리잡고 있다.
기술의 범위 및 소재
유리기판은 붕규산 유리와 알루미노규산 유리 등 다양한 형태로 제공된다. 이들 소재는 반도체 고집적 패키징 부품 및 디바이스에 적용되며, 현재 Corning, AGC, Schott, NEG와 같은 해외 기업들이 주요 공급자로 자리잡고 있다. 국내에서는 여전히 100% 수입에 의존하고 있으며, 이는 공급망의 안정성을 저해하는 요소로 작용하고 있다.
유리기판의 주요 장점은 대면적 구현이 가능하다는 점이다. 이는 플라스틱 기판에 비해 더욱 우수한 평탄도를 제공하여 미세 배선 기술을 지원하며, 실리콘 기판과 비교했을 때 전기적 손실이 적고 열팽창계수가 최적화되어 신뢰성을 향상시키는 데 기여한다.
국내외 시장 동향
시장 전망 및 성장 가능성
국내외 반도체 시장에서 유리기판의 적용이 증가하고 있다. 기존의 고성능 반도체 패키징 기판 소재가 가지고 있던 문제점을 해결하기 위한 대안으로 유리기판의 필요성이 대두되고 있다. 특히, HPC 반도체 시장은 2028년까지 연평균 10% 이상의 성장이 예상되며, 이에 따른 패키징 수요는 연평균 25% 증가할 것으로 보인다.
유리 웨이퍼 시장 역시 2028년까지 연평균 5.1% 성장할 것으로 전망되며, 이는 유리기판의 중요성을 더욱 부각시키고 있다. 유리기판을 통한 고밀도 배선 패키지 기판은 플라스틱 기판의 한계를 극복하고, 새로운 시장 기회를 창출할 것이다.
주요 문제점 및 도전 과제
유리기판의 적용이 증가함에도 불구하고, 여전히 해결해야 할 기술적 문제들이 존재한다. 유리 자체의 취성을 극복하기 위한 공정 기술 개발이 필수적이며, 대면적 구현에 대한 공정 개발 또한 미비한 상황이다. 현재 유리기판 소재는 해외 기업들이 독점하고 있으며, 국내에서의 제조 기술 확보가 시급히 필요하다. 이는 국내 산업의 경쟁력을 높이고 공급망의 안정성을 확보하기 위한 중요한 과제이다.
국내외 기술 동향
해외 기술 발전
해외에서는 TSMC와 인텔을 중심으로 유리기판 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다. TSMC는 2.5D 패키징 기술을 통해 반도체 소자 간의 거리를 단축시키고 성능을 개선하고 있다. 인텔은 유리기판을 활용하여 고온 내구성 및 패턴 왜곡 발생률을 낮추고 있으며, 2030년까지 유리기판을 이용한 제품 출시를 목표로 하고 있다.
독일과 일본에서도 유리기판 기술 개발이 진행 중이다. 독일의 경우, 고주파 응용 분야를 위한 유리 인터포저 기술이 개발되고 있으며, 일본의 DNP는 저항 문제를 해결하기 위한 유리 인터포저 개발에 박차를 가하고 있다. 이와 같은 해외 기술 동향은 국내 기술 개발에도 많은 시사점을 제공하고 있다.
국내 기술 개발 현황
국내에서도 SKC와 삼성전기, LG이노텍 등 여러 기업들이 유리기판 패키지 개발을 진행 중이다. SKC는 HPC용 글라스 패키지를 제안하며, 국내 파일럿 라인을 구축하여 연구를 진행하고 있다. 그러나 현재 국내에서 유리 소재 자체에 대한 기술 개발은 미진한 상태이며, 상당 부분의 기술이 해외에 의존하고 있다.
이러한 상황에서 국내 기업들은 유리기판의 특성을 활용한 다양한 패키징 기술 개발에 집중해야 하며, 이를 통해 글로벌 경쟁력을 갖출 필요가 있다.
결론 및 시사점
유리기판 소재 공정기술은 반도체 패키징의 미래를 열어줄 중요한 기술이다. 그러나 현재 국내에서는 100% 수입에 의존하고 있으며, 핵심 기술의 조속한 확보가 시급하다. 기존의 고성능 패키징 기술의 한계를 극복할 수 있는 유리기판의 가능성을 고려할 때, 국내 기업들은 기술 개발에 더욱 힘써야 하며, 이를 통해 글로벌 시장에서의 경쟁력을 높여야 한다.
지금 바로 유리기판 기술 개발에 대한 투자와 연구가 필요하다.