AI 반도체 또 다른 게임 체인저 유리 기판

구리, 변압기, 전선에 이어 AI 반도체의 또 다른 게임 체인저는 유리 기판(Glass Subtrate)입니다. AI 반도체, 가속기 및 데이터센터에 상당한 전력이 필요하여 전기 관련 원자재 및 장치에 대한 수요가 급증하였습니다. 하지만 전력 사용 급증에 따른 AI 반도체 자체의 전력 소모를 줄이는 연구도 지속되고 있으며 그중 하나가 반도체 기판, 즉 glass 기판에 대한 연구입니다. 현재 해당 분야 선두 주자는 SKC, 인텔이며 삼성전기와 LG이노텍도 관련 사업을 시작하였습니다. 그렇다면 왜 기존 플라스틱에서 glass로 바뀌고 있는지, 그리고 어떤 업체들이 어떤 계획을 가지고 준비하고 있는지에 대해 전해 드립니다.

 

왜 유리 기판(Glass Subtrate)인가?

일반적으로 전자기기 안에는 전기 신호가 지나가는 회로가 인쇄된 녹색으로 된 판이 있습니다. 이 판을 통해 반도체 칩과 메인보드가 연결됩니다. 반도체 칩의 전기 신호는 아주 미세한 통로로 지나가는데 이때 메인보드 통로 간격과 차이가 발생합니다. 이때 기판이 반도체 칩 통로에 맞게 전기 신호를 받아 메인보드에 맞도록 전달합니다.

AI 반도체의 성능이 점차 좋아지면서 통로가 늘어났고 이에 기판 자체의 한계가 발생했습니다. 이에 유기 소재로 만들어진 인터포저(Interposer)라는 미세 공정 회로의 배선을 연결해주는 부품을 사용하여 반도체 칩의 전기 신호를 기판의 성능에 맞게 전달하게 됩니다. 하지만 인터포저는 태생적 한계가 있습니다. 즉, 열에 약합니다. 열에 약하기에 휘는 현상이 발생합니다. 점점 AI가 고도화되면서 데이터 처리량이 늘어나면서 이로 인해 발생하는 열은 높아질 수밖에 없습니다. 또한 인터포저는 평탄하지 못하여 미세화에 적합하지 않고 사이즈 확대에 한계가 있습니다.

이러한 대안이 바로 유리 기판입니다. glass는 열 팽창 계수가 유기 소재보다 절반 정도로 낮아, 열에 강합니다. 또한 표면 거칠기는 유리 기판이 10nm 이하이지만 유기 소재는 400~600nm으로 평탄화에 유리합니다. 따라서 glass를 사용하면 인터포저 없이 반도체와 메인보드를 연결할 수 있고 반도체 기업 입장에서는 비용을 줄이고 성능을 높일 수 있습니다.

 

SKC, 삼성전기 그리고 LG이노텍

빅테크 기업들이 발 빠르게 유리기판 공급망 구축에 나서고 있습니다. 애플은 모바일 프로세서(AP)에 적용 검토 중이며, AMD는 해당 업체와 유리기판 성능 평가를 진행하고 있습니다. 인텔은 이미 10년 전부터 glass 기판 상용화를 준비했으며 일부 물량은 직접 생산할 예정으로 작년 9월에 glass 기판을 적용한 반도체를 공개하기도 하였습니다.

하지만 유리로 되어 있어 충격이나 압력에 취약하다는 치명적인 단점으로 상용화에는 상당 기간이 걸릴 것으로 보고 있습니다. 또한 수율(생산 물량 중 양품의 비율) 개선 또한 쉽지 않아 난항이 예상되고 있습니다.

SKC

선두 기업은 SKC로 2021년 어플라이드머티어리얼즈와 유리 기판 합작사인 앱솔릭스를 설립하였습니다. 최근 미국 조지아에 3,200억 원을 투자해 1만 2000㎡ 규모의 세계 최초 반도체 glass 기판 공장을 건설했으며 2분기에 본격적인 공장 가동에 돌입할 예정입니다. 고객사에 전달할 시제품을 생산하는 소규모 공장으로 대량 생산을 위한 추가 공장 설립도 검토 중입니다.

삼성전기 그리고 LG 이노텍

지난 2월 CES 2024에서 올해 세종 사업장에 파일럿 라인을 만들고 2025년에 glass 기판 시제품을 생산하여 2026년에는 유리 기판 양산 체계를 갖추겠다고 밝혔습니다. 현재 원하는 업체들과 협의 중으로 실제 상업 생산은 2026년 이후가 될 것으로 보고 있습니다. LG이노텍은 지난 3월 주주 총회에서 주요 고객인 미국 반도체 회사들이 유리 기판에 관심이 많아 준비하고 있다고 밝혔습니다.

 

이상 AI 반도체 또 다른 게임 체인저 유리 기판에 대해 전해 드렸습니다.

감사합니다.

 

핵심 요약(갤럭시 S23 요약 기능 사용) ✔ AI 반도체의 전력 소모를 줄이기 위해 유리 기판이 주목박도 있습니다. ✔ 유리 기판은 열 팽창 계수가 낮고 평탄화가 유리하여 인터포저 없이 반도체와 메인보드를 연결할 수 있습니다. ✔ SKC, 삼성전기, LG이노텍 등이 유리 기판 사업에 참여하고 있습니다. ✔ SKC는 미국 조지아에 세계 최초 반도체 유리 기판 공장을 건설했습니다. ✔ 삼성전기는 2026년에 유리 기판 양산 체계를 갖출 계획입니다. ✔ LG이노텍은 주요 고객인 미국 반도체 회사들이 유리 기판에 관심이 많아 준비하고 있다고 밝혔습니다.