유리기판 혁신! TGV 공정과 차세대 반도체 패키징 기술

반도체 패키징 기술이 빠르게 발전하면서 유리기판(Glass Substrate)이 차세대 패키징 솔루션으로 주목받고 있다. 특히, TGV(Through Glass Via) 기술은 기존의 실리콘 인터포저(TSV)나 FR-4 기판을 대체할 수 있는 핵심 기술로 부각되고 있다. 이번 글에서는 TGV 공정의 핵심 기술과 이를 통한 반도페 패키징 혁신을 자세히 다루어 보겠다.

 

TGV(Through Glass Via)란?

TGV 공정은 유리기판 내에 미세한 홀(Hole)을 형성하고 구리 도금을 통해 전기적 연결성을 확보하는 기술이다. 기존 TSV(Thorugh Silicon Via)와 개념적으로 유사하지만, 실리콘이 아닌 유리기판을 활용한다는 점이 다르다.

TGV(출처: DNP)

 

TGV와 TSV의 차이점

구분	TSV(Through Silicon Via)	TGV(Through Glass Via)
소재	실리콘(Si)	유리(Glass)
가공 난이도	상대적으로 용이	매우 어려움
전기적 특성	높은 기생 커패시턴스	낮은 신호 손실 및 저유전율
비용	고가	상대적으로 저렴(대량 생산 시)

 

TGV 공정 단계 및 핵심 기술

① 유리 기판 가공(Glass Substrate Processing)

TGV 공정의 첫 번째 단계는 유리 원장을 절단하고 연마하는 과정이다. 이 과정에서 중요한 것은 크랙(Crack) 방지 기술이다. 유리를 절단하는 과정에서 미세한 균열이 발생하면 기판의 신뢰성이 저하될 수 있다. 이를 방지하기 위해 고정밀 절단 기술이 필수적이다.

 

② 레이저 가공 및 식각(Laser Drilling & Etching)

TGV의 핵심은 유리기판 내에 미세한 홀을 뚫는 것이다. 이를 위해 일반적으로 레이저(Laser)와 식각(Etching) 기술이 활용된다.

• 레이저 드릴링(Laser Drilling)
  • LPKF의 LIDE(Laser Induced Deep Etching) 기술이 대표적
  • 국부 변형(Local Modification) 방식으로 열 발생 최소화
• 식각(Etching) 공정
  • Wet Etching(습식 식각): 레이저로 변형된 부분에 화학 용액을 적용하여 홀을 형성
  • Dry Etching(건식 식각): 플라즈마와 리소그래피를 활용한 정밀 가공

 

Wet Etching 방식이 현재로서는 더 효율적이며, 대량 생산에 유리한 것으로 평가된다.

Lazer Ethcing

③ 구리 도금(Copper Plating) - 전기적 연결 형성

홀을 형성한 후, 구리를 도금하여 전기적 신호 경로를 확보한다. TGV 도금 방식에는 다음과 같은 두 가지가 있다.

• 풀필(fulfill) 도금
  • TGV 홀 내부를 구리로 완전히 채우는 방식
  • 신호 전송이 안정적이지만 과도금 문제 발생 가능
  • CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 통해 표면 평탄화 필요
• 컨포멀(Conformal) 도금
  • 홀 내부 벽면에만 얇게 구리를 도금하는 방식
  • 평탄화 공정이 필요 없지만 신호 전송 경로의 최적화가 필요함

 

현재 국내에서는 와이엠티가 TGV Full Fill 동도금 기술을 보유하고 있으며, 씨앤지하이테크는 이온빔 표면처리 기술을 개발하여 유리기판과 금속층의 접착력을 향상하는 솔루션을 제공한다.

 

TGV의 장점과 시장 전망

TGV 기반 유리기판 기술은 기존 실리콘 인터포저 및 FR-4 PCB 대비 다음과 같은 장점을 가진다.

• 신호 손실 최소화: 유리기판은 실리콘 대비 저유전율(Low-k) 특성을 가지므로 신호 간섭과 지연을 최소화할 수 있음
• 고밀도 배선 가능: 유리의 기계적 안정성을 활용하여 보다 미세한 회로 패턴 구현 가능
• 열 관리 효율 증가: 유리는 열팽창 계수(CTE)가 낮아 패키징 내 열 분산이 용이

 

이러한 특성 덕분에 반도체 패키징 업계에서는 고성능 컴퓨팅(HPC), AI 가속기, 네트워크 장비, 스마트폰 AP 등의 영역에서 유리 기반 패키징 기술을 적극적으로 도입할 것으로 예상된다.

Organic SUbstrate vs Glass Core Substrate(출처: 인텔)

결론

TGV 기반 유리기판 기술은 차세대 반도체 패키징의 핵심 기술로 자리 잡고 있으며, 특히 고성능 컴퓨팅과 AI 반도체 시장에서 중요한 역할을 하게 될 것이다.

 

앞으로 TGV 공정의 수율 개선과 제조 비용 절감이 핵심 과제가 될 것으로 보이며, 관련 기술을 보유한 기업들이 시장을 선점할 가능성이 크다. 앞으로 Glass 기판과 TGV 기술의 발전이 어떻게 이루어질지 주목해야 할 시점이다.

 

 

유리기판: 차세대 반도체 패키징 혁신의 핵심