반도체 기판 혁신 경쟁… LG이노텍, ‘구리 기둥’ 기술 선보여

모바일 기판 부피 최대 20% 줄여
“설계 자유도 높여 얇은 디자인 가능”
‘차세대’ 유리기판도 상용화 앞둬
국내 기업들 시범생산-양산 시운전

인공지능(AI) 시대를 맞아 첨단 반도체 수요가 늘면서 반도체 기판 기술이 함께 진화하고 있다. 국내 기업들은 같은 기판에 전자회로를 더 빽빽하게 담으면서도 내구성까지 강화하는 기술들을 속속 내놓고 있다.

● LG이노텍 “세계 첫 코퍼 포스트 개발”

LG이노텍은 모바일 반도체 기판에 활용하는 ‘코퍼 포스트’(구리 기둥) 기술을 세계 최초로 개발했다고 25일 밝혔다. 반도체 기판은 반도체 칩을 담는 그릇 역할을 하는 핵심 부품이다. 반도체와 메인보드를 연결시키는 중간 다리 역할을 한다. LG이노텍은 “코퍼 포스트 기술을 활용하면 스마트폰 안에 더 작은 기판을 탑재할 수 있다”고 설명했다. 지금까지 전자회사들은 반도체 기판을 메인보드와 연결할 때 ‘솔더볼(solder ball)’이란 납땜용 구슬을 활용했다. 기판 사이사이를 깎고 틈을 만들어, 그 안에 동그란 솔더볼을 주입한 뒤 메인보드에 부착시키는 방식이다. 문제는 솔더볼이 구 형태여서 공간 효율성이 떨어진다는 점이다. 또 기판이 소형화되고 집적도가 높아질수록 솔더볼 간의 간격이 좁아지는데, 이때 납땜 과정에서 솔더볼이 서로 달라붙는 문제가 발생했다. 이는 회로 집적도를 높이는 데 있어 큰 걸림돌로 지적됐다.

LG이노텍은 기존 솔더볼이 들어갔던 틈에 구리를 대신 주입했다. 기판 틈을 직각 기둥 형태의 구리가 채우자 공간 효율이 올랐다. 이러한 코퍼 포스트 기술을 통해 솔더볼 간의 간격을 좁혀 같은 성능 기준 최대 20% 작은 반도체 기판을 만들 수 있게 됐다. LG이노텍은 “스마트폰 제조사들이 설계 자유도를 높이고 얇은 디자인을 구현할 수 있는 것”이라고 말했다.

● 상용화 코앞에 둔 유리 기판

최근 혁신 경쟁이 치열하게 벌어지는 다른 반도체 기판 기술로는 유리 기판이 꼽힌다. 유리 기판은 기존 플라스틱 기판보다 열에 강하고 휘어짐 현상이 적어 반도체 집적도를 높이는 데 유리하다. 유리 기판이 앞으로 AI 데이터센터의 효율을 끌어올릴 ‘게임 체인저’로 평가받는 이유다.

유리 기판을 쓰면 같은 성능의 플라스틱 기판 대비 4분의 1 두께로 반도체를 만들 수 있고, 이는 공정을 두 세대 앞당기는 효과를 볼 수 있다. 7nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 공정으로도 훨씬 미세한 3나노 칩과 같은 성능의 반도체를 만들 수 있게 된다는 뜻이다. 반도체 미세 공정은 7나노에서 5나노를 거쳐 3나노로 발전했는데, 보통 다음 세대의 회로 면적이 이전 세대보다 50% 줄어들기 때문이다. 공정이 두 세대 발전하면 면적은 25%가 되는 것이다.

국내 기업들은 반도체 유리 기판 출시를 위해 경쟁하고 있다. 삼성전기는 이달부터 세종사업장에서 유리 기판 시범 생산에 나서기 시작하며 상용화를 코앞에 두고 있다. SKC의 자회사 앱솔릭스도 미국 조지아주 유리 기판 공장 시운전에 들어가 샘플 제품을 만들고 있다. LG이노텍은 연내 시제품 양산을 목표로 연구개발(R&D)을 진행하고 있다.

박현익 기자 beepark@donga.com