유리 기판, 요즘 반도체 뉴스에서 정말 자주 들리는 단어인데요.
삼성전기, SKC, LG이노텍까지 국내 대기업들이 앞다퉈 뛰어들고 있고, 인텔은 10억 달러(약 1조 3천억 원)를 투자했다는 소식도 들려오죠.
그런데 막상 “유리 기판이 실리콘 기판보다 뭐가 좋은 건데요?”라고 물으면 선뜻 대답하기 어렵지 않으신가요?
오늘은 두 소재의 핵심 차이를 누구나 이해할 수 있게 풀어드리겠습니다.
지금부터 저와 함께 알아보도록 하시죠.
유리 기판과 실리콘 기판, 기본 개념부터 이해하기
반도체 기판은 쉽게 말해 여러 개의 칩을 하나로 연결해주는 ‘뼈대’ 역할을 합니다.
CPU, GPU, HBM 메모리 같은 부품들이 기판 위에 올라가 서로 신호를 주고받는 구조인데요.
이 뼈대를 어떤 소재로 만드느냐에 따라 성능, 전력 효율, 비용이 크게 달라집니다.
실리콘 기판이란?
실리콘 기판(Silicon Substrate)은 반도체 웨이퍼와 동일한 소재, 즉 실리콘으로 만든 인터포저를 기반으로 합니다.
표면이 매끄럽고 미세 회로 구현 능력이 뛰어나 고성능 패키징의 표준으로 오랫동안 활용되어 왔는데요.
다만 제조 공정이 반도체 전공정 수준으로 복잡하고, 그만큼 가격도 높습니다.
유기(플라스틱) 기판에 비해 약 10배 비싸다는 게 업계 통설인데요, 이 비용이 AI 시대 대형 패키지 수요가 커질수록 부담이 됩니다.
또한 150℃ 이상의 고온에서 반도체 특성이 약해지는 열 한계도 구조적인 약점으로 꼽힙니다.
유리 기판이란?
유리 기판(Glass Substrate)은 실리콘 웨이퍼 대신 얇고 투명한 유리 위에 회로를 구현하는 기술입니다.
기존에는 유리가 외부 충격에 약해 ‘오버 스펙’ 소재로 분류됐지만, AI 반도체 시대가 열리며 재조명받고 있는데요.
높은 내구성과 전력 효율, 우수한 표면 평탄도가 핵심 매력입니다.
유리 기판 vs 실리콘 기판 — 핵심 차이 5가지 비교
표면 평탄도
표면이 얼마나 ‘빤빤한지’는 미세 회로 작업의 난이도를 결정합니다.
유리 기판의 표면 거칠기는 10nm 이하로, 실리콘과 비슷한 수준이에요.
반면 기존 유기(플라스틱) 기판의 거칠기는 400~600nm로 무려 40~60배나 울퉁불퉁한데요.
표면이 매끄러울수록 배선 간격을 더 좁게 가져갈 수 있어 고집적 설계가 가능해집니다.
열팽창계수(CTE)
기판이 공정 중 열을 받으면 얼마나 팽창하느냐를 나타내는 수치가 바로 열팽창계수(CTE)입니다.
수치가 클수록 기판이 더 많이 휘는(워피지) 현상이 생기죠.
유리의 CTE는 3~9 ppm/K로 실리콘과 거의 동일한 수준입니다.
이 덕분에 대형 패키지에서도 휨 현상을 30μm 수준으로 제어할 수 있는데요.
플라스틱 기판은 면적이 커질수록 휨이 심해져 대면적화에 치명적인 한계가 있습니다.
열전도율(방열 특성)
여기서 유리와 실리콘의 성격이 확실히 갈립니다.
유리의 열전도율은 실리콘보다 약 150배 낮은데요.
실리콘은 열이 가해지면 기판 전체로 온도가 빠르게 퍼지지만, 유리는 특정 부분에 열이 집중되는 특성이 있습니다.
이 말은 곧 열 관리가 더 정밀하게 가능하다는 뜻이에요.
AI 반도체처럼 발열이 극심한 칩에서는 오히려 이 특성이 장점으로 작용합니다.
비용
실리콘 기판은 반도체 전공정 수준의 제조 기술이 필요해 비용이 상당히 높습니다.
반면 유리 기판은 실리콘 기판보다 저렴하게 제조할 수 있고, 중간 인터포저 없이도 칩을 배치할 수 있어 전체 패키지 두께를 25%가량 줄이는 것도 가능합니다.
이는 부품 수 감소로 이어져 비용 절감 효과도 기대할 수 있는데요.
전력 효율
유리 기판을 도입하면 기존 유기 기판 대비 전력 효율이 최대 50% 개선될 것으로 업계는 보고 있습니다.
SKC 자회사 앱솔릭스가 제시한 수치인데요.
신호 전달 속도도 이론상 기존 대비 2배 빠르다는 분석도 나옵니다.
AI 데이터센터처럼 전력 소비가 폭증하는 환경에서는 이 차이가 결정적인 경쟁력이 될 수 있죠.
유리 기판의 약점 — 아직 해결 중인 과제들
유리 기판이 장점만 있는 건 아닙니다.
현재 업계 실무에서는 아직 이견도 많은 상황인데요.
가장 큰 문제는 취성(脆性), 즉 잘 깨지는 성질입니다.
유리는 가공 과정에서 미세 균열이 생기면 기판 전체가 망가질 수 있는데요.
TGV(유리관통전극) 구멍을 뚫거나 절단하는 공정에서 크랙 발생 위험이 특히 높습니다.
또 유리 표면이 지나치게 매끄러워 구리 배선이 잘 붙지 않는다는 점도 기술적 난제로 꼽힙니다.
이런 이유로 수율(제대로 만들어지는 비율) 확보가 쉽지 않아 상용화 일정이 계속 조정되고 있는 실정입니다.
엔비디아처럼 현재 반도체 시장을 주도하는 기업이 유리 기판 도입에 소극적이라는 점도 변수입니다.
업계 관계자들은 “기술이 좋다는 것과 실제 수익이 난다는 건 별개의 문제”라는 현실적 시각을 유지하고 있습니다.
글로벌·국내 기업들의 유리 기판 상용화 현황
차세대 반도체 시장을 선점하기 위한 경쟁은 이미 뜨겁게 달아오르고 있습니다.
인텔은 2030년까지 유리 기판 기반 AI 반도체 출시를 목표로, 공식 개발 로드맵을 공개했고 R&D에만 10억 달러를 투자한 상태입니다.
AMD는 2026~2028년 제품 적용을 목표로 유리 기판 파일럿 생산을 준비 중이며, 애플도 차세대 AP에 유리 기판 적용을 검토하는 것으로 알려져 있습니다.
국내 기업들의 행보도 눈에 띄는데요.
SKC 자회사 앱솔릭스는 미국 조지아주에 세계 최초 유리 기판 양산 공장을 완공하고 AMD를 첫 고객사로 확보했습니다.
삼성전기는 세종 사업장에 파일럿 라인을 구축해 2027~2028년 본격 양산을 목표로 하고 있고요.
LG이노텍 역시 구미 공장에서 시생산 라인을 가동하며 2027~2028년 상용화를 노리고 있습니다.
글로벌 시장조사기관은 현재 2300만 달러 규모인 유리 기판 시장이 2034년에는 42억 달러 규모로 성장할 것으로 전망합니다.
유리 기판 vs 실리콘 기판 — 마무리
두 소재를 한 줄로 요약하자면 이렇습니다.
실리콘 기판은 검증된 성능, 유리 기판은 AI 시대를 위한 차세대 잠재력이라고 할 수 있는데요.
실리콘은 수십 년간 쌓아온 생산 인프라와 기술력이라는 든든한 무기가 있고, 유리는 전력 효율·표면 평탄도·비용 경쟁력이라는 새로운 무기를 들고 도전장을 내밀고 있는 구도입니다.
아직 유리 기판의 상용화 완성까지는 수율 확보와 취성 문제라는 산이 남아 있지만, 삼성·SK·LG·인텔·AMD 등 글로벌 기업들이 총력을 기울이고 있는 만큼 2028년 이후에는 AI 반도체 시장의 판도를 바꾸는 게임체인저가 될 가능성이 높습니다.
투자 관점에서도, 기술 트렌드 관점에서도 꾸준히 주목해야 할 키워드이니 계속 관심을 가져보시기 바랍니다.
관련 정보는 betherichtip 경제 카테고리에서도 확인하실 수 있습니다.
앞으로도 복잡한 경제·기술 이슈를 쉽게 풀어드릴게요, 응원합니다!
