반도체 유리기판은 데이터 처리량이 급격하게 늘어나는 현시대에 게임 체인저로 불리고 있다. 장점이 무엇이고 왜 주목을 받고 있는지와 국내외 관련주들에 대해 알아보겠다.
1. 반도체 기판과 흐름
반도체 기판은 반도체 칩을 지지해주는 부품이다. 전기적인 연결도 해준다. 최근까지 플라스틱 계열의 유기 소재가 사용되고 있다. 아래는 반도체 기판의 역사를 간단하게 나열했다.
- 리드프레임 : 가장 초기에 사용된 기판이다. 구리, 알루미늄으로 단순하게 만들어진다. 고사양 설계가 어렵고 금속이라 열에 취약하다.
- 세라믹 : 열에 강하고 내구성과 신뢰성이 좋다. 하지만 사이즈가 크고 비싸다.
- 유기기판 : 에폭시 수지, 폴리이미드 등의 플라스틱 소재로 만들어진다. 가격이 싸고 대량생산이 가능해서 지금까지 사용되고 있으나 열에 비교적 약하다.
2. 반도체 유리기판이 주목받는 이유
왜 반도체 유리기판이 주목 받을까? 최근들어 인공지능(AI)이 상용화되었다. 데이터 처리량이 과거보다 훨씬 늘어났다. 2030년엔 유기 기판으론 감당하기 어렵단 전망이 있다.
그러나 가장 큰 이유는 고대역폭 메모리(HBM) 때문이다. HBM은 인공지능, 데이터센터 등 높은 성능의 컴퓨팅 분야에서 사용된다. 한정된 공간에 많은 반도체 칩을 넣어야 한다. 그래서 반도체 메모리를 기판에 수평으로 배치하지 않고 수직으로 쌓아 올린다. 이것을 3D 적층 구조라고 한다. 유기기판은 유연하지만 강도가 작다. 즉 3D 적층 구조에 적합하지 않다. 또한 고성능인 만큼 뜨거운 열이 발생한다. 이는 플라스틱 재질의 유기기판을 변형 시킬 수 있다.
3. 반도체 유리기판의 장점
- 첫번째 장점은 표면이 매끄럽다는 것이다. 그래서 초미세 회로 구현이 쉽다. 유기기판은 플라스틱이라 거친 표면으로 미세 회로 구현이 어려웠다.
- 두번째로 반도체 유리기판은 열에 강하다. 앞서 유기기판에서 언급한 변형 문제를 해결할 수 있다.
- 세번째로 중간 기판이 필요 없다는 것이다. 기존에는 기판에 소자를 붙일 때 중간 기판을 사용했다. 때문에 기판이 두꺼워지고 공정이 복잡해졌다. 반도체 유리기판은 소자를 기판에 내장할 수 있다. 그래서 매우 얇게 만들 수 있고 HBM의 3D 적층 구조에 아주 적합하다.
- 마지막으로 위 세가지의 장점에 의해 전기적인 효율이 좋다. 유기기판 대비 효율을 50% 이상 개선할 수 있다고 한다.
4. 현재 기술적 한계점
반도체 기판 자체는 전기가 통하지 않는다. 그래서 기판을 만들 때 전기적 연결을 위한 구멍을 뚫게 된다. 이를 TGV(Through Glass Via)라고 한다. 그 후 이 TGV에 전기가 잘 통하는 물질(구리)를 채워 넣는 동도금 공정을 거친다. 그런데 반도체 유리기판은 이 구멍 뚫는 공정과 동도금 공정이 어렵다. 유리가 쉽게 파손되기 때문이다.
두번째로 현재 유기기판은 반사된 빛을 분석해서 결함과 품질을 측정한다. 그러나 반도체 유리기판은 빛의 반사량이 작거나 그냥 통과해버린다. 즉 새로운 방식의 검사가 필요하다.
5. 국내외 반도체 유리기판 관련 회사
1) 인텔, AMD, TSMC, 삼성전자
반도체 유리기판을 직접 개발하지는 않는다. 하지만 협력사와 파트너십으로 유리기판 도입을 위한 연구를 지속하고 있다.
2) Corning Inc
세계적인 유리 및 세라믹 제조업체다. 고성능의 유리기판 개발에 참여하고 있다. TSV 기술을 지원하는 유리기판 연구를 진행 중이다.
3) AGC Inc
고투명 유리와 초박형 유리기판을 생산하는 기술을 보유 중이다. 디스플레이와 반도체 패키징에서 활용되는 유리 소재를 개발하고 있다.
4) Dupont
소재 공정의 글로벌 리더 회사다. 반도체 유리기판용 구리 도금 및 포토레지스트 기술 개발에 참여했다. 유리기판의 TGV용 화학 소재 솔루션을 제공한다.
5) SKC의 미국 자회사 앱솔릭스
조지아주에 반도체 유리기판 제조공장을 설립했다. 세계 최초 상용화를 목표로 하고 있다. HBM 패키징에 사용될 유리기판 생산을 준비 중이다.
6) 삼성전기
CES2024에서 유리기판 시장 진입을 공식화했다. 세종사업장의 파일럿 라인 가동을 시작으로 2026년에는 본격 양산에 착수할 계획이다.
7) 기가비스
유리기판 검사 솔루션을 보유 중이며 앱솔릭스의 샘플 테스트를 통과하고 최종적용을 검토 중이다.
8) 필옵틱스
TGV를 위한 장비를 보유 중이다.(레이저TGV, DI노광기, 레이저ABF)
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