플라스틱 한계 드러난 AI 반도체, ‘유리 기판’이 차세대 패키징 열쇠로

인공지능(AI)과 고성능 컴퓨팅(HPC) 수요가 폭발하면서 기존 반도체 패키징이 감당해야 할 부담도 커지고 있다. 칩은 더 커지고 배선 간격은 더 촘촘해지는 가운데, 업계는 유기(플라스틱) 기판만으로는 한계가 뚜렷해지는 지점에서 이를 보완할 ‘글라스 코어 기판(유리 기판)’에 주목하고 있다.

국제반도체장비재료협회(SEMI)는 글로벌넷코프(GNC)와 함께 유리 기판 시장과 기술 동향을 정리한 보고서를 내고, 이 소재가 차세대 첨단 패키징의 유력 후보로 떠오르고 있다고 평가했다. 보고서는 일부 고성능용 제품을 대상으로 2028년쯤 유리 기판 기반 패키지의 양산이 시작될 수 있다고 내다봤다. 이후 더 크고 복잡한 패키지 아키텍처 분야로 쓰임새가 확산되면서, 여러 시나리오를 종합한 결과 2028~2040년 연평균 성장률(CAGR)이 67.2% 수준에 이를 수 있다고 전망했다.

공정 미세화 넘어서는 ‘유리’ 카드
유리 기판이 주목받는 이유는 단순한 소재 교체가 아니라, 물리적 제약을 넘기 위한 카드로 보기 때문이다. 기존 패키지 기판에 비해 더 큰 패키지 크기를 구현할 수 있고, 칩과 기판 사이 인터커넥트를 더 촘촘하게 배치할 수 있는 잠재력이 있다. 열에 따른 변형이나 휨(워페이지)에 대한 특성도 상대적으로 유리해 고밀도·고성능 패키지를 설계하기에 적합하다는 평가가 나온다.

클락 청(Clark Tseng) SEMI 마켓 인텔리전스 부문 시니어 디렉터는 보고서를 통해, 공정 미세화만으로는 시스템 성능을 계속 끌어올리기 어려워지면서 패키징 단계가 새로운 혁신 무대로 부상했다고 설명했다. 그는 유리 기판이 고성능 패키지 구현을 위한 유망한 선택지 중 하나라며, 이번 보고서가 이 기술이 전체 패키징 로드맵에서 어떤 역할을 맡을 수 있을지 가늠하는 데 도움이 될 것이라고 밝혔다.

유리 기판 둘러싼 글로벌 경쟁 구도 형성
보고서는 아시아, 북미, 유럽을 중심으로 유리 기판 관련 연구개발과 설비 투자가 점차 늘고 있다고 짚는다. 반도체 제조사와 소재·장비 업체, 대학·연구기관 등이 공동 연구와 파일럿 라인 구축에 나서며, 새로운 패키징 생태계의 ‘초기판’을 만들어 가는 단계라는 분석이다.

다만 상용화를 위해 넘어야 할 산도 적지 않다. 유리 기판의 수율을 안정적으로 확보하고, 대면적·대량 생산 공정을 확립하는 문제, 기존 유기 기판·패키지 공정과의 호환성을 확보하는 과제가 남아 있다. 그럼에도 보고서는 유기 기판이 중심이던 패키징 구조에 유리 기판이 일부라도 자리 잡게 되면, 고성능 패키지 공급망과 관련 투자 흐름에도 변화를 가져올 수 있다고 진단한다. 소재 축이 유기에서 유리로 일부 이동하는 것만으로도, 차세대 패키징 경쟁 구도에 적지 않은 영향을 줄 수 있다는 뜻이다.