- 글라스 코어 기판이란 기판 내 코어층의 소재를 유기에서 유리로 바꾼 패키징 기판이다. 

- 글라스 기판의 표면은 기존 플라스틱 소재 기판의 표면 보다 매끈 하며 이를 통해 더 정밀하고 미세한 회로 구축이 가능하다. 

- 기판의 두께는 기존 대비 25% 이상 줄일 수 있을 것으로 전망하며 기판 회로 왜곡 발생률 또한 50% 정도 감소할 것으로 예상된다. 

- 이외에도 높은 내열성과 실리콘 대비 우수한 가격 경쟁력을 갖추고 있다. 하지만 수율과 내구성에 대한 리스크 요인 또한 있다.

- 글라스 기판을 통해 실리콘 인터포저가 없는 새로운 이종 집합 패키징을 구현할 수 있음을 시사했다. 

- 이와 더불어 데이터센터용 글라스 코어 기판은 동일면적 내 데이터 처리량을 기존 대비 8배 늘릴 수 있으며 전력사용량은 절반으로 줄일 수 있다고 밝혔다

- 유리의 표면 거칠기는 실리콘과 비슷한 10nm 수준이며 유기 소재의 1/40 수준이다 이는 인터포저 없이 기판 위에 바로 실리콘 인터포저 수준의 초미세 회로 구축을 가능케 한다

- 현재는 미세화 공정을 실 현하기 위해 반도체 기판 위에 실리콘 인터포저를 추가하여 더 미세한 회로를 구축하고 있다 (2.5D 패키지 기술).

- 실리콘 인터포저를 사용하기 위해서는 TSV 공정을 사용하게 되는데 이는 반도체 전공정 수준의 공정 단계를 필요로 한다. 

- 공정이 고단계화 될수록 이에 따른 비용 또한 증가하기 때문에 칩이 고성능화 될수록 패키징 측면에서의 부담 또한 늘어나기 마련이다 

- 하지만 글라스 코어 기판은 이러한 실리콘 인터포저를 대체하면서 가격부담을 해소시킬 수 있을 것 으로 판단한다.

- 유리의 낮은 CTE(열팽창계수) 영향으로 정밀가공이 가능함 : 높은 내열성을 갖춤으로 기판 위에서 더 많이 가공을 진행할 수 있을 뿐만 아니라 정밀 가공이 가능한 레이저 공법을 더 적극적으로 진행할 수 있다. 

- 글라스코어기판은 휨 현상을 최소화 시켜 생산 수율을 높일 수 있음.

- 유리 소재 기판은 이미 오래전부터 디스플레이에서 사용되던 기판의 한 종류이다.

1) LCD, OLED 에서 모두 사용되는 TFT T hin Film Transister) 용 

2) LCD 컬러필터 C/F) 용 3) OLED 에서 유기 발광층을 보호하기 위한 봉지 Encapsulation) 용이 있다.

- 현재 플렉시블 디스플레이 수요 확대에 따른 영향으로 유리 기판의 대체재로 PI(Polyimide) 기판에 대한 수요 확대가 이뤄지고 있다.

- 하지만 글라스 코어 기판 수요 확대가 이뤄진다면 기존 디스플레이 유리 공정 업체들에게 새로운 기회가 될 것으로 예상한다 이에 기존 디스플레이 유리 커팅 , 식각 및 유리소재 관련 업체들에 대한 주목이 필요하다. 디스플레이 유리 공정 업체들과 함께 유리 기판의 주요 목적인 정밀 회로 구축에 따른 정밀 테스트 기업들이 주목받을 것으로 전망한다.

- 글라스코어 기판 상용화에 따른 디스플레이 산업 내 유리 기판 가공 업체 및 초미세 회로 검사 장비 업체들의 수혜가 있을 것으로 전망 하며 글라스코어기판 가공 업체로는 필옵틱스 초미세 회로 검사 장비 업체로는 기가비스의 수혜를 전망한다

- ‘Valuates Reports’에 따르면 글로벌 FC-BGA 시장 규모는 2023년 47억달러에서 2029년 65억달러까지 CAGR 5.6%으로 성장할 것으로 전망된다

- 국내 FC-BGA 사업을 영위하고 있는 기업으로는 삼성전기, 대덕전자, LG이노텍, 해성디에스가 있다. 

- 단, 국내 서버용 FC-BGA 사업을 영위하고 있는 기업은 삼성전기가 유일하며 글로벌 업체로는 일본의 이비덴(4062 JP), 신코(6967 JP)가 있다.

- 기판을 통해 전력 효율을 높이기 위해서는 전력 손실 최소화 와 데이터 송 수신량 극대화가 이뤄져야한다

- 전력 손실을 최소화 하기 위해서는 다이 간 신호 거리 축소를 통한 방법과 기판 소재를 전력 효율성이 높은 소재로 바꾸는 방법이 있다 

- 데이터 송 수신량 극대화 를 위한 방법으로는 초미세 회로 구축과 고다층 대면적화가 이뤄져야 한다

AI시대 속 기판 동향

2023년 반도체 업황 바닥을 지나오면서, 부족한 IT 수요에 기판 업체들의 매출액은 크게 감소했다. 증설을 통해 생산 능력은 증가했지만 생산 물량 감소로 가동률은 하락했다. 또한, 감가상각비 등 고정비 부담이 증가하면서 수익성이 훼손되었다. 다만, 2022년 12월 ChatGPT 출시 이후 AI 산업이 빠르게 개화하면서 AI 노출도(AI 가속기, On-device AI, 데이터센터 서버 등)가 높은 일부 기업들은 신규 매출처 확보 및 제품 Mix 개선으로 실적 반등 시기가 앞당겨졌다. 

2024년 PC, 스마트폰 등의 IT 일반 기기 수요 회복은 전년 대비 10% 미만으로 전망되고 있다. 2023년이 수요의 바닥이었던 한 해였음을 고려한다면, 여전히 전반적인 End-demand는 부진할 것으로 예상된다. 다만, 데이터센터 서버 대면적(70mm 이상) 기판, AI가속기 기판 등의 AI 향 매출은 빠르게 성장할 전망이다. 

기판 면적 상승, 전송 속도 상승, 전력 소모량 감소

2.5D, 3D 등 이종접합 패키징 수요가 늘어나고, HBM등 적층형 구조를 가진 제품들이 출시되면서 기판 성능도 점차 향상되고 있다. TSMC는 향후 12개의 HBM이 실장되는 대면적 패키징 기판 출시를 예고했고, 현재 서버 향 기판 크기인 70~80mm를 넘어 100mm 기판 수요도 발생할 전망이다.

반도체 칩의 데이터 처리 속도가 빨라지면서, 데이터 전송 속도 향상도 빨라질 것이 요구되고 있다. 2024년 하반기에는 데이터센터 내 800G 이더넷 채택이 본격화 될 것으로 예상되며, 이더넷 스위치/라우터 등 네트워크 기판 수요도 확대될 전망이다.

패키징은 더 이상 단순히 칩을 잘라 포장하여 기판에 얼기설기 배선을 연결하는 공정이 아니다. 점점 작아지는 칩과 기판의 연결, 서로 다른 칩과 칩 간의 연결, 그리고 이를 모두 조밀하게 집적하는 고밀도 인터커넥션이 패키징 공정의 핵심이 되었다고 할 수 있다. 특히 서로 다른 크기와 기능을 가진 칩들을 하나의 패키지로 제작해 단일 제품처럼 작동하는 이종 접합 기술의 발전이 두드러진다. 과거에는 소자의 종류가 CPU 와 메모리 정도로 적었지만, 모바일과 웨어러블 시장 등이 커지면서 공간적 제약을 이겨내기 위한 방식으로 SoC(System on Chip)이 소개되었다. 

전공정 기술을 활용하여 한 칩에 집적하고 배선하는 방식이다보니, 다이 크기가 커지면서 웨이퍼 수율은 떨어지고 불량률은 상승했다. 또한 SoC 방식을 사용하면 가장 첨단의 공정을 이용해 모든 칩을 만들어야하기 때문에 비용 면에서도 불리했다. 이에 떠오른 대안이 바로 칩렛(Chiplet) 기술이다. 기존 칩에서 필요한 기능을 각각 분리하여 작은 칩으로 따로 제조한 뒤에 하나로 합치는 이종 집적 방식이다. 선택과 집중을 통한 개발이 가능하고, 주문 제작식에 용이하여 이미 AMD 의 서버용 GPU 와 삼성전자의 I-Cube 4 등의 제품에 적용되었다. 이 칩렛 방식에서 현재 활발히 사용되는 본딩 방식이 바로 TSV 본딩이고, 기업들은 하이브리드 본딩 상용화를 위한 연구·개발을 진행하고 있다. 

칩렛과 헤테로 인테그레이션 기술이 이끄는 어드밴스드 패키징 시장은 지난해 44 억달러 규모에서 2027 년 65 억달러로 확대될 것으로 예상된다. 이 시기에는 마이크로프로세서의 80%가 칩렛 방식으로 제조될 것으로 전망한다. 특히 2.5D와 3D 패키징 시장이 2 배 이상 성장할 것으로 예상되는 바, 관련된 서플라이 체인에 대한 관심은 계속 커지고 있다

기업별 반도체 후공정 투자 계획 

인텔 

인텔의 경우 가장 강도 높은 어드밴스드 패키징 투자를 진행하는 기업이라고 할 수 있다. 지난 5 월 약 47 억달러 규모의 투자를 발표하면서 2025 년 어드밴스드 패키징 캐파를 올해 대비 4 배 수준으로 확대할 계획을 밝혔다. 이에 따라 인텔은 첫 외부 거점이었던 말레이시아의 페낭 지역에 60 억달러 규모의 추가 팹을 건설할 예정이다.

TSMC

TSMC 의 경우 이미 어드밴스드 패키징 공정이 도입된 공장 5 개를 보유하고 있으나, 대만 내 3.7 조원 규모의 추가 투자를 발표했다. 엔비디아의 제품이 2024년까지 캐파의 40%를 차지할 것으로 예상되는 바, CoWoS 기술을 도입한 생산능력을 2024 년 말까지 월 2.8 만장으로 확대할 계획이다. 관련하여 OSAT 기업들인 ASE 와 Amkor 는 TSMC 의 제조 병목으로, 후공정 일부를 엔비디아로부터 직접 인증받아 빠르면 내년 상반기부터 생산할 예정이다.

삼성전자 

국내 기업들 가운데 삼성전자는 올 한 해 2 조원 이상을 패키징 라인 증설에 투자하며 천안 사업장을 어드밴스드 패키징 투자 거점으로 계획하고 있다. SK 하이닉스도 미국 내 패키징 공장 신설을 위한 150 억달러 규모의 투자를 진행할 예정이다. 한편 국내 OSAT 기업인 하나마이크론은 베트남 공장을 증설하며 SK 하이닉스의 패키징과 테스트 공정을 진행할 것으로 예상된다.