반도체 패키징 혁신: 유리기판의 미래, 유리 인터포저 vs 유리 코어 기판

1. 유리기판, 차세대 반도체 패키징의 핵심 기술

반도체 패키징 기술이 점점 더 고도화됨에 따라, 기존 유기 소재(FR-4) 기판의 한계를 극복할 새로운 대안으로 유리기판(Glass SUbstrate)이 주목받고 있다. 특히, 고성능 AI 반도체, 고대역폭 메모리(HBM), RF 칩 등의 패키징에서 유리기판의 적용 가능성이 커지고 있다.

 

현재 유리기판 기술은 크게 두 가지 방향으로 발전하고 있다.

• 유리 인터포저(Glass Interposer)
• 유리 코어 기판(Glass Core Substrate, GCS)

이 두 기술은 기존 실리콘 인터포저나 유기 코어 기판이 가진 한계를 해결하기 위해 개발되었으며, 향후 반도체 패키징 시장에서 중요한 역할을 할 것으로 보인다.

유리기판(출처: 앱솔릭스)

2. 유기소재 기판의 한계 - 왜 유리기판인가?

반도체 패키징의 발전과 함께, 칩의 고성능화로 인해 I/O 단자 수가 증가하고, 이를 수용하기 위해 기판 내 배선층(Layer) 수를 늘려야 하는 상황이 발생하고 있다. 하지만 기존 유기소재 기판(FR-4, Ajinomoto Build-Up Film, ABF 등)은 몇 가지 근본적인 한계를 가지고 있다.

• 표면 평탄도가 낮아 배선 밀도가 증가할수록 신호 손실 및 전기 저항 증가
• 고주파 신호 전송 시 전력 손실이 커지고 신호 간섭(Noise) 문제 발생
• 발열로 인해 기판이 휘어지는(Wharping) 문제가 발생, 패키징 신뢰성 저하

 

이러한 문제를 해결하기 위해, 실리콘 인터포저가 사용되었지만 제조 비용이 높고 대량 생산에 적합하지 않다는 한계가 있었다. 따라서, 비용 절감과 성능 개선을 동시에 충족할 대안으로 유리기판이 부상하게 된 것이다.

유기기판과 유리기판 비교(출처: 앱솔릭스)

3. 유리 인터포저(Glass Interposer)

(1) 유리 인터포저란?

유리 인터포저는 기존의 2.5D 패키징에서 실리콘 인터포저를 유리로 대체하는 방식이다. 기존 패키지 기판(FC-BGA)을 그대로 활용하면서, 칩과 기판 사이의 인터포저 소재만 유리로 변경하는 개념이다.

 

주요 특징:

• 실리콘 인터포저 대비 제조 비용 절감
• 더 높은 배선 밀도 구현 가능(더 좁은 면적에 더 많은 배선 연결 가능)
• 신호 간섭 최소화 및 전력 손실 감소
• 대량 생산 가능성 증가

 

(2) 유리 인터포저 vs 실리콘 인터포저

비교 항목	실리콘 인터포저	유리 인터포저
비용	고가	상대적으로 젊
제조 난이도	웨이퍼 공정 필요	Glass 가공 공정
배선 밀도	제한적	더 높은 밀도 가능
신호 손실	비교적 높음	낮음
대량 생산성	제한적	유리 기반 대량 생산 가능

현재 TSMC, 삼성전자 등 파운드리 업체들은 유리 인터포저 기술에 높은 관심을 보이고 있으며, 향후 2.5D 패키징 시장에서 본격적인 적용이 예상된다.

 

4. 유리 코어 기판(Glass Core Substrate, GCS)

(1) 유리 코어 기판이란?

유리 코어 기판은 기존 패키징에서 사용된 유기소재(FR-4) 코어층을 유리로 대체하는 기술이다. 즉, 코어 소재 자체를 바꾸기 때문에 추가적인 인터포저 없이 고성능 패키징 구현이 가능하다.

 

주요 특징:

• 패키지 기판 자체를 유리로 구성 → 기존 유기 기판의 한계를 극복
• 휨(Warping) 현상 감소 → 높은 기판 신뢰성 확보
• MLCC(수동소자) 내장 기능 → 더 많은 회로 집적 가능
• 고주파 신호 전송 특성 개선 → 6G, RF 패키징에 유리

 

(2) 유리 코어 기판 vs 유기 코어 기판

비교 항목	유기 코어 기판(FR-4)	유리 코어 기판(GCS)
표면 평탄도	낮음	매우 높음
전기 저항	비교적 높음	낮음(신호 전송 최적화(
휨(Warping) 현상	있음	거의 없음
내장 부품 가능 여부	제한적	MLCC, 패시브 소자 내장 가능
RF 특성	일반적	매우 우수(6G, mmWave에 유리)

삼성전기, LG이노텍, Absolics 등의 패키지 서브스트레이트 업체들이 유리 코어 기판 개발에 집중하고 있으며, 향후 FC-BGA를 대체할 가능성이 높은 핵심 기술로 평가받고 있다.

 

5. 유리기판 기술의 미래 전망

현재 반도체 업계에서는 유리 인터포저와 유리 코어 기판이 혼용되거나, 특정 기술이 주류로 자리 잡을 가능성이 높다. 각 기술의 특성과 주요 기업들의 전략을 고려하면 다음과 같은 전망을 할 수 있다.

 

• 파운드리(Foundry, TSMC & 삼성전자) → 유리 인터포저에 집중
  • 기존 2.5D 패키징을 유지하면서 실리콘 인터포저의 단점을 보완
  • AI 반도체, 고성능 GPU 등에서 활용 가능
• 패키지 서브스트레이트(삼성전기, LG이노텍, Absolics) → 유리 코어 기판에 집중
  • 기존 FC-BGA를 대체할 차세대 패키징 기판으로 유리 코어 기판 개발
  • HBM, 서버용 CPU, RF 반도체 등에 적용 가능
• 6G, RF, 고주파 응용 분야 → 유리 코어 기판 우세
  • 높은 절연성과 신호 간섭 최소화 특징으로 RF 패키징에 최적화

결국, 유리기판 기술이 상용화되면 반도체 패키징 산업의 패러다임이 변화할 가능성이 높다. 아직 초기 단계이지만, 주요 반도체 기업들이 적극적으로 개발하고 있는 만큼 향후 몇 년 내 유리기판이 고성능 반도체 패키징의 핵심 기술로 자리 잡을 전망이다.

 

 

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