[IITP 리뷰원]AI 반도체 '게임 체인저'로 부상하는 유리기판

최근 인공지능(AI) 열풍으로 저전력·고효율 반도체 수요가 급증하면서 압도적인 전력·데이터 처리 성능으로 큰 수요가 전망되는 '유리기판' 기술에 관심이 집중되고 있다.

현재 반도체 기판은 주로 플라스틱 소재로 만들어진다. 플라스틱 기판은 가격이 저렴하고 가공이 쉽지만 내구성이 낮고 열에 취약해 반도체 성능을 떨어뜨리고 표면이 미세하게 거칠어 다양한 반도체 칩 결합에 한계가 있다.

반면 유리기판은 열과 휘어짐에 강해 기존보다 25% 이상 얇게 만들 수 있고, 반도체 전력 소모량도 줄일 수 있다.

글라스 기판 적용 패키징

유리기판은 반도체 기업인 '앱솔릭스'가 제시한 개념으로, 유리 기판 안에 적층세라믹콘덴서(MLCC)를 심을 수 있어 칩을 더 많이 넣을 수 있다. 또 기존 실리콘이나 세라믹 소재 대신 유리 코어층을 채택한 기판으로 칩·전자기기를 연결하는 역할을 한다.

기존 기판보다 미세 회로를 새길 수 있고 초미세 칩 패키징 구현이 가능해 고성능 컴퓨팅, 고속 데이터 전송 요구 분야에서 중요하다.

다만 유리기판은 소재 특성상 누적 압력이나 외부 충격에 쉽게 깨질 수 있다. 제작비용이 비싸고 생산라인 구축이 어렵다는 점도 반도체 기판 업체 시장 진입을 어렵게 하고 상용화까지 아직 극복해야 할 과제들이 많다.

현재 큰 유리기판 시장 중 하나는 디스플레이 산업이다. 스마트폰, TV 등 다양한 디스플레이 장치 수요가 지속 증가해 유리기판의 수요도 더욱 증가할 것으로 예상된다. 유리기판 투명도와 열적 안정성은 디스플레이 성능을 높이는 데 중요 역할을 할 것이다.

또 태양광 발전 시스템에서 셀 효율을 높이고 고해상도 카메라 렌즈, 현미경 등 다양한 광학 기기 기초 재료로 사용된다. 특히 반사 방지 코팅이나 광학 필터를 적용해 성능을 향상시킬 수 있고, 효율적인 전도성 소재와 결합해 에너지 효율성을 극대화할 것이다.

반도체 분야에서도 인텔, 삼성전기 등 글로벌 기업들이 기술 상용화에 총력을 기울이고 있어 2026년 이후 본격적으로 반도체 제조에 사용될 전망이다. 또 포토마스크와 SOI 웨이퍼(실리콘 단결정층 사이에 절연층을 형성한 구조의 웨이퍼) 제조에 사용되는 고정밀 유리기판 수요가 증가할 것이다.

특히 5G, 사물인터넷(IoT) 기술과 연계돼 저전력 반도체 수요가 급증하면서 유리기판 수요도 증가할 것이다. 시장조사업체 마케츠앤마케츠는 2028년에 유리기판 시장 규모가 84억달러(약 11조3000억원)에 달할 것으로 내다봤다.

유리기판은 뛰어난 특성에도 불구하고 외부 충격·압력에 취약해 대책이 필요할 것이다. 유리기판 적용 시 수율(제조품 중 양품 비율) 개선과 가격 경쟁력 확보 여부에 따라 유리기판 기술패권이 결정될 가능성이 높다.

유리와 폴리머를 결합한 복합 신소재를 사용해 유리 무게를 줄이고 탄력성을 증가시켜 다양한 디지털 기기에 사용될 것이다. 화학적 열 강화 공정으로 더 얇고 가벼운 유리를 제조해 기기 무게를 줄이면서 충분한 강도를 유지하는 기술로 깨지기 쉬운 문제를 해결할 수 있을 것이다.

또 레이저 커팅이나 고정밀 CNC 가공으로 유리 가공성을 개선하고, 제조 공정 중 손상을 최소화해야 할 것이다.

유리 표면에 특수 코팅 적용기술을 통해 스크래치·파손을 방지할 수 있고 반사 방지 코팅 등으로 디스플레이 성능을 향상시킬 수 있을 것이다.

유리기판은 전자 기기와 디스플레이 기술 핵심 소재로, 중요성은 날로 커지고 있다. 아직 고도의 기술이 요구되는 AI 반도체 분야 등에 적용되기까지 많은 난관이 있지만 다양한 개선 방안으로 문제들을 해결할 수 있을 것이다.

지속적인 연구개발(R&D)로 유리기판 성능을 향상시키고 시제품 개발을 통해 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있는 날이 속히 오길 고대해 본다.

글 : 도승희 정보통신기획평가원(IITP) 연구위원