(투자 아이디어) 반도체 패키징의 게임체인저 유리기판의 전망

최근 고성능 반도체 수요 증가로 유리기판에 대한 관심이 높아지고 있습니다.

 

유리기판은 실리콘 기판을 대체 할 수 있는 차세대 반도체 패키징 기판입니다.

 

인텔, TSMC, SKC, 삼성전기 등 주요 반도체 회사들이 유리기판에 주목하고 있습니다.

 

오늘은 반도체 패키징의 게임체인저 유리기판의 전망에 대해서 알아보겠습니다.

 

반도체용 기판

 

반도체용 기판은 반도체 칩을 메인 보드와 전기적으로 연결하고 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 합니다. (칩 I/O Pin - 반도체용 기판 - 메인보드)

 

범용에는 PCB, 고성능에는 FC-BGA 기판이 쓰입니다.

 

인터포저(Interposer)

 

최근 반도체 성능을 높이기 위해 많은 입출력(I/O) 숫자가 요구되고 있습니다. (와이드 I/O)

 

하지만 와이드 I/O를 구현하기 위해서는 PCB는 공정, 소재면에서 한계가 있습니다.

 

이러한 문제를 해결하기 위해 인터포저 기술이 채택되었습니다.

 

인터포저는 반도체 패키지 기술 중 하나로 칩과 PCB 사이에 추가적으로 삽입해 다양한 기능을 수행하는 칩들을 연결하고 적층하는 역할을 합니다.

 

인터포저 종류에는 실리콘 인터포저와 유기 인터포저가 있습니다.

 

(1) 실리콘(Si) 인터포저

 

실리콘 인터포저는 기능적으로 좋습니다.

 

HBM 공정 중 실리콘관통전극(TSV) 공정을 사용하며, 미세공정이 가능합니다.

 

전공정 장비를 사용하기 때문에 비용이 비싸다는 단점이 있습니다.

 

(2) 유기(Organic-RDL) 인터포저

고분자 물질과 구리 배선으로 구성된 재배선(RDL) 층입니다.

 

TSMC의 CoWoS-R 이 유기 인터포저를 사용하고 실리콘 인터포저 대비 가격이 1/10 저렴합니다.

 

단점은 고온에서 휘어버리는 휨(Warpage) 현상이 잘 발생하고 기판 대면적화가 어렵습니다.

 

표면이 울퉁불퉁하고 불규칙적이라 배선 간격을 좁게 가져가거나 미세 회로를 새기기 어렵습니다.

 

(3) CoWoS - 패키징

 

CoWoS는 HBM, CPU, GPU 등 여러 칩을 실리콘 인터포저를 통해 연결하는 2.5D 패키징 기술입니다.

 

고사양 칩들이 CoWoS 패키징을 사용합니다.

 

유리기판

 

유리기판은 두 인터포저의 문제를 극복하기 위해 나왔습니다.

 

유리기판은 말 그대로 패키지 기판의 소재를 플라스틱에서 유리로 바꾼 기술 입니다.

 

플라스틱 소재를 유리로 바꾸면 성능과 안정성을 크게 개선할 수 있습니다.

 

플라스틱 기판과 비교하면 신호 전달력과 전력 소비량, 열 방출, 수명 등 여러 측면에서 우수합니다.

 

유리기판은 고성능 컴퓨팅 서버용 CPU, AI용, 전장이나 에너지, 로봇 등에 들어가는 반도체를 지원하는 기판으로 사용됩니다.

 

유리기판의 특징

 

(1) 휨 현상(Warpage) 극복

플라스틱 패키징 기판의 약점은 고온에 휨(Warpage) 현상이 발생하기 때문에 칩의 대면적화가 어렵지만 유리기판을 사용하면 휨현상을 극복할 수 있습니다.

 

또한 파인 피치(Fine pitch)가 가능하기 때문에 같은 면적에 많이 칩을 올릴수 있습니다.

 

(2) MLCC 내재화

 

기존에는 기판위에 인터포저와 칩, MLCC가 탑재되는 방식을 주로 사용했지만 유리기판은 MLCC 칩을 패키징 기판안에 내장하고, 인터포저와 기판의 기능을 통합합니다.

 

그렇게 되면 기판의 표면에 더 많은 칩을 실장할 수 있고, 여유 공간도 둘 수 있어 전력 효율이 상승합니다.

 

(3) 광통신에 유리

유리기판은 유리라는 특징 때문에 플라스틱 기반에 비해서 광통신에 더 유리할 뿐만 아니라 표면이 매끈매끈하기 때문에 거친 플라스틱 기판에 비해서 전파전달에 방해가 없어 칩의 성능 감소가 덜합니다.

 

유리기판은 미래 하이 퍼포먼스 컴퓨터에는 반드시 들어가야 하는 부품입니다.

 

유리기판 밸류체인

(1) 인텔

2025~2030년 장기적으로 유리기판 대체 계획, 서버 등 고성능 제품부터 순차적으로 적용 예정

 

유리 가공 장비로 유명한 LPKF, 독일 쇼트 등과 협업

 

LPKF: 유리관통전극(TGV) 기술 소개

 

(2) 아지노모토

 

기판 업계의 슈퍼 을 

 

기판용 ABF 필름 단독 생산

 

배선층을 쌓을 때 접착제 역할을 하는 데, 여전히 중용 될 것으로 예상

 

(3) SKC

 

유리기판 개발에 가장 적극적

 

SK앱솔릭스를 중심으로 2025년 대량양산체제 계획, 파일럿 라인을 운영 중이며 미국 코빙턴에 양산 공장 착공

 

(4) 삼성전기

신사업으로 24년 유리기판 파일럿 라인 구축, 25년 시제품, 26년 양산체제 계획

 

(5) 필옵틱스

레이저로 유리기판을 절단하는 장비를 국산화 

 

유리기판에서 활용할 수 있는 레이저 글라스관통전극(TGV) 장비, DI(Direct Image) 노광기, 레이저 드릴링 장비 보유

 

(6) 인텍플러스

광학 측정장비 WSI, 북미사 향으로 유리기판 검사장비 개발 의뢰(27~30년)

 

(7) 주성엔지니어링

TGV(Through Glass Via)장비를 개발 및 납품 추진 장비

 

(8) 한미반도체

Micro saw 유리기판 절단기를 개발완료, 납품 추진

 

(9) 켐트로닉스

유리기판 식각 관련 기술 보유

 

(10) 이오테크닉스

TGV(Through Glass Via)장비를 개발 및 납품 추진

 

(11) HB테크놀러지

유리기판 검사, 리페어 장비 SK앱솔릭스에 공급

 

(12) ISC

 

유리기판 관련 소켓 R&D 진행 및 SKC 납품 유력

 

(13) 와이씨켐

유리기판 균열을 보호할 수 있는 특수 폴리머 유리코팅제 개발

 

유리기판 소재 2종 개발(기판 코팅제, 기판 구리 도금용 포토레지스트)

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지금까지 반도체 패키징의 게임체인저 유리기판의 전망에 대해서 알아보았습니다.

 

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