반도체 유리기판에 대한 관심이 고조되고 있다. 특히 인공지능(AI)이 확산되면서 유리기판 상용화 속도가 한층 빨라진 모습이다. AI를 구현할 핵심 요소인 AI 반도체의 각종 한계를 극복할 차세대 '기판'으로 기대 받아서다. 인텔·AMD·삼성전자 등 반도체 기업이 본격적으로 유리기판 도입 행보를 보여, 산업 전반에 수요 대응을 위한 기술 개발과 공급망 구축이 시작되는 양상이다.
◇왜 유리기판인가…실리콘 인터포저·인쇄회로기판(PCB) 대안으로 급부상
엔비디아를 필두로한 AI 반도체 칩(가속기)은 2.5D라는 첨단 패키징 기술로 만든다. 가운데 그래픽처리장치(GPU)를 두고 주변에 고대역폭메모리(HBM)을 배치하는데, 이 두 반도체 간 연결이 '실리콘 인터포저(중간 기판)'에서 이뤄진다. 실리콘 인터포저에 실리콘관통전극(TSV)이라는 통로를 뚫어 그 사이에 들어간 구리 등 을 통해 전기 신호를 주고 받는 방식이다. 이는 다시 플라스틱 소재의 주기판(서브스트레이트)에 붙어, 서버 등 최종기기의 메인 보드와 연결된다.
AI 연산 규모가 커지면서 AI 가속기 고도화가 필수가 됐다. 반도체가 얼마나 뛰어난 연산을 할 수 있는지는 성능·전력효율·면적(PPA)에 좌우되는데, AI 가속기도 마찬가지다. 성능을 높이려면 회로를 보다 미세하게, 그리고 면적을 키워야하며 전력 소모를 줄이려면 연결 통로를 최대한 짧게 해야한다.
반도체 유리기판은 이같은 PPA 관점에서 실리콘 인터포저와 주 기판의 대안으로 주목받는다. 기존 기판들의 한계를 넘을 수 있어서다.
우선 표면이 매끄러워 미세 회로를 구현하기 쉽다. 또 열팽창계수 특성상 고열 공정에서도 휨(워피지) 등 변형에 강하다. 두께가 얇아 짧은 연결 통로를 만들수 있어 전력 효율도 뛰어나다. 또 실리콘 인터포저와 견줘서는 비용도 크게 줄일 수 있다. 상용화 시 AI 가속기의 PPA 뿐 아니라 비용 절감도 가능하다는 의미다.
인텔·AMD·브로드컴·삼성전자 등 반도체 기업이 자사 AI 칩이나 위탁생산(파운드리) 공정에 반도체 유리기판과 유리 인터포저를 도입하려는 이유다.
◇반도체 유리기판 가능성 확인한 시장, 기술 및 공급망 확보에 총력
반도체 유리기판의 잠재력에 주목하며, 미래 먹거리로 삼은 기업들이 등장했다. 유리 기판을 선점, 시장을 주도하려는 전략이다. 단순 전통적 반도체 기판 업체 뿐 아니라 반도체 파운드리나 디스플레이 업체도 시장에 뛰어든 이유다.
유리기판 제조에는 인텔과 SKC 자회사 앱솔릭스가 시장 선두로 꼽힌다. 인텔은 관련 업계에서 유일하게 2030년 이전 상용화라는 목표를 내세웠다. 이미 미국 애리조나주에 10억달러를 투입, 반도체 유리기판 연구개발(R&D) 라인을 구축했다. 인텔은 자사 칩에 탑재할 뿐 아니라 유리기판 제조로 수요 고객에 공급하는 전략까지 세웠다. 다른 반도체 회사가 필요하다면 유리기판을 만들어 팔 수 있다는 의미다. 인텔 파운드리 사업과의 연계가 예상된다.
SKC 자회사 앱솔릭스는 미국 조지아 공장에 시생산 라인을 구축했다. 에프앤에스전자에서 일부 공정이 끝난 제품을 받아와 완성품을 만드는 협력 체계도 조성했다. 아직 수요 기업에 샘플을 공급하는 정도지만 인프라 구축 속도는 가장 빠른 것으로 평가받는다. 유리기판 신뢰성을 갖추고 확실한 고객을 확보하면, 조지아 2공장을 본격적으로 구축할 것으로 예상된다. 앱솔릭스 조지아 2공장은 대량 생산을 위한 거점으로, 착공 시 유리기판 상용화의 신호탄이 될 것으로 관측된다.
국내에서는 삼성전기와 LG이노텍이 참전했다. 삼성전기는 세종에 시생산 라인을 꾸리고 있다. 2027년 양산이 목표다. LG이노텍은 후발주자로 기술 개발과 공급망 구축을 동시적으로 진행하고 있다. 올해말 시생산을 시작할 계획이라 속도감 있는 행보가 예상된다.
해외에서도 시장 공략 의지가 뜨겁다. 오스트리아 기판업체 AT&S, 대만 유니마이크론, 일본 신코 및 이비덴 등 기판업체들이 유리기판을 신성장동력으로 삼고, 경쟁에 가세했다. 현재 소재·부품·장비(소부장) 업계와 협력하며 샘플 테스트를 진행하는 것으로 파악된다. 최근 중국 디스플레이 1위인 BOE도 유리기판 제조에 뛰어든 것으로 알려졌다. 연내 시생산 라인 가동이 목표다.
◇유리 가공이 핵심…소부장 기술이 '관건'
반도체 유리기판은 도금·노광·절연·박리 등 기존 기판 공정에 더해 유리에 신호 통로를 뚫는 글래스관통전극(TGV)과 절단이라는 유리 가공 공정이 필요하다.
특히 TGV와 유리기판 절단은 기존 기판 업체들이 다뤄보지 않았던 영역이다. 유리기판은 디스플레이 분야에서 먼저 사용돼왔지만 반도체는 보다 미세하고 정밀한 공정을 필요로 한다. 경험과 노하우가 아직 성숙되지 않았다는 의미다. 공정 난도가 높아 업계에서 기술 한계를 돌파하기 위해 총력을 기울이고 있다.
업계에서는 이같은 기술 한계, 즉 허들을 쉽게 넘을 것으로 자신하는 쪽과 시간이 필요하다는 쪽으로 나뉜다. 반도체 유리기판 업계 관계자는 “현재 투자가 이뤄지는 속도를 보면 하루 아침에 유리기판으로 수익을 창출할 것 같지만, 아직까지 넘어야 할 산이 많다”며 “소부장 업계의 역량이 각종 도전 과제를 해결할 수 있는지가 최대 관건”이라고 밝혔다.
일본에서 30년 이상 반도체 패키징 영역에서 활동해 온 전문가 헨리 우츠노미야 인터커넥션테크놀로지스 대표는 지난달 열린 넵콘 재팬 2025 발표에서 “(2023년) 인텔의 유리기판 사업 발표 이후 올해 시장에 대한 기대감이 정점에 달했다”며 “요소 기술의 난도가 높아 2028년께 예상되는 본격적인 양산 개시 전까지 일시적 관심 저하가 있을 수 있다”고 밝혔다. 2030년 산업 안정기에 진입할 것이라고 그는 부연했다.
권동준 기자 djkwon@etnews.com
