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반도체 유리기판 및 관련 기술: 차세대 반도체 패키징의 혁신

투자 보고서 2024년 07월 17일
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목차

  1. 도입부
  2. 유리기판의 필요성과 장점
  3. 핵심 기술 및 제조 공정
  4. 주요 기업 분석
  5. CoWoS와 유리기판의 관계
  6. 시장 전망 및 투자 포인트
  7. 결론

1. 도입부

  • 본 보고서는 반도체 패키징 기술에서 유리기판의 도입과 관련된 여러 회사의 역할을 다룹니다. 유리기판이 기존의 실리콘 및 유기기판을 대체하며, 이를 통한 기술 혁신과 경제적 이점을 중점적으로 분석합니다.

2. 유리기판의 필요성과 장점

  • 2-1. 기존 실리콘 및 유기기판의 한계

  • 기존 실리콘 인터포저 공정은 매우 복잡하고 비용이 많이 들며, 유기기판은 열과 휘어짐에 약해 반도체 성능 향상에 한계가 있습니다.

  • 고의영 연구원은 기존 기판 기술의 한계로 인해 유리기판의 도입이 필요하다고 설명합니다.

  • 2-2. 유리기판 도입 배경 및 장점

  • 유리기판은 실리콘 인터포저 없이도 칩을 탑재할 수 있어, 유기기판보다 데이터 처리량이 8배 많고 전력 소비는 절반 이하로 줄일 수 있습니다.

  • 그로쓰리서치는 유리기판이 유기기판 대비 데이터 처리 능력과 전력 효율성 측면에서 뛰어나다고 설명합니다.

특징유리기판유기기판실리콘 인터포저
데이터 처리량높음낮음높음
전력 소비낮음높음중간
내구성높음낮음높음
제조 비용높음낮음높음

  • 유리기판과 유기기판, 실리콘 인터포저의 주요 특징 비교 표.

  • 2-3. 주요 반도체 기업들의 유리기판 채택 현황

  • 인텔과 AMD를 비롯한 여러 주요 기업들이 유리기판을 채택하기 위한 연구 개발에 착수했습니다.

  • 고의영 연구원은 많은 기업들이 유리기판 도입을 준비 중이며, 이는 반도체 기술의 변곡점이 될 것이라고 설명합니다.

3. 핵심 기술 및 제조 공정

  • 3-1. TGV 및 메탈라이징 공정

  • TGV(Through Glass Via) 및 메탈라이징 공정은 반도체 유리기판 제조의 핵심 기술입니다. 특히 에프앤에스전자와 같은 회사는 이를 통해 유리기판 제작 능력을 배가하며, 기존 플라스틱 기판 대비 많은 장점을 제공합니다.

  • 에프앤에스전자 관계자는 유리기판용 TGV 및 메탈라이징 공정의 효율성과 공급 일정에 대해 설명했습니다.

공정설명
TGV유리에 구멍을 뚫어 전기 신호를 전달하는 공정. 기술 난도가 높습니다.
메탈라이징유리 표면에 메탈층을 형성하는 공정으로, 회로 형성에 필수적입니다.

  • 유리기판 제조의 주요 공정인 TGV와 메탈라이징에 대한 설명입니다.

  • 3-2. 유리기판 제조를 위한 장비 공급사와 협력 관계

  • 에프앤에스전자는 미국의 앱솔릭스와 유리기판 제조 공정을 협력하여 추진하고 있으며, 이를 통해 유리기판의 상용화를 가속화하고 있습니다.

  • 에프앤에스전자는 연구개발센터(R&D)를 통해 유리기판 제조 기술을 향상시키고 있음을 강조했습니다.

  • 3-3. 실리콘 인터포저와 유리기판 비교

  • 유리기판은 기존의 실리콘 인터포저 대비 단단하고, 높은 열 저항성을 제공합니다. 이는 인공지능(AI) 등 고성능 반도체 구현에 매우 적합한 특성입니다.

기판 유형장점단점
유리기판높은 열 저항성, 단단함기술 난이도 높음, 초기 비용
실리콘 인터포저기존 기술과의 호환성열 저항성 및 물리적 강도 제한

  • 유리기판과 실리콘 인터포저의 주요 특성 비교입니다.

4. 주요 기업 분석

  • 4-1. 에프앤에스전자의 유리기판 제조 및 공급

  • 에프앤에스전자는 반도체 유리기판 제조에서 중요한 역할을 하고 있습니다. 2021년에 설립된 이 회사는 경북 구미의 연구개발(R&D) 센터에서 핵심 기술을 개발했으며, 최근 인천 송도 본사에서 첫 유리기판을 출하하였습니다. 이 기판은 미국 조지아주 코빙턴에 위치한 앱솔릭스 공장에 납품되며, 이는 유리기판 제조 기술의 높은 기술력과 생산 능력을 입증하는 사례입니다.

  • 최병철 대표이사는 에프앤에스전자의 유리기판 기술이 반도체 패키징의 판도를 바꿀 잠재력이 있으며, 이번 첫 수출이 회사의 핵심 기술 역량을 인정받았음을 강조합니다.

  • 4-2. 필옵틱스의 TGV 장비 개발 및 공급

  • 필옵틱스는 반도체 유리기판 양산에 필요한 TGV(Through-Glass Via) 장비를 개발하고 공급하는 중요한 기업 중 하나입니다. 필옵틱스는 2019년부터 TGV 장비를 개발해왔으며, 2021년에 시제품을 공급했습니다. 최근에는 앱솔릭스 쪽에 TGV 장비를 납품하며 양산 준비를 마쳤습니다.

연도주요 성과
2019TGV 장비 개발 시작
2021TGV 시제품 공급
2023TGV 양산 장비 출하

  • 필옵틱스의 TGV 장비 개발 주요 연혁을 요약한 표입니다.

  • 4-3. 삼성전기와 SKC의 유리기판 전략

  • 삼성전기와 SKC는 유리기판 양산에 박차를 가하고 있습니다. SKC의 자회사인 앱솔릭스는 2분기 시험 생산을 목표로 핵심 설비를 구축 중이며, 삼성전기는 3분기 파일럿 라인 구축을 추진 중입니다. 이들은 반도체 유리기판 제조에서 중요한 소부장 공급망을 형성하고 있습니다.

  • SKC 관계자는 앱솔릭스가 반도체 유리기판 양산을 위한 핵심 설비를 도입하고 있음을 언급하며, 시험 생산 목표를 강조합니다.

5. CoWoS와 유리기판의 관계

  • 5-1. CoWoS 개요 및 유리기판의 역할

  • CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)는 칩을 서로 겹쳐 공간을 절약하고 소비 전력을 줄이면서 처리능력을 높이는 2.5차원 패키징 기술입니다. TSMC가 개발해 특허권을 보유하고 있으며 대부분의 CoWoS 패키징은 현재 대만에서 이뤄지고 있습니다. 유리기판은 초미세 선폭 반도체 패키징 구현에 적합한 소재로, 기존의 실리콘 인터포저를 대체함으로써 두께와 소비 전력 면에서도 효과적입니다.

  • 5-2. TSMC와 삼성전자의 CoWoS 기술 활용 사례

  • TSMC는 CoWoS 기술을 엔비디아와 애플 등 주요 고객들에게 제공하고 있으며, 해당 기술을 생산하기 위해 일본에 첨단 패키징 공장 추가 건설을 검토 중입니다. TSMC는 올해 CoWoS 생산량을 두 배로 늘릴 계획이며, 일본 정부로부터 대규모 보조금을 받아 구마모토에 공장을 개설했습니다.

  • 이 인용문은 TSMC가 일본에 CoWoS 패키징 공장을 추가로 구축할 가능성을 논의하는 내용입니다.

  • 이 인용문은 TSMC의 일본 공장 구축 계획에 대한 업계 전문가의 전망을 나타냅니다.

  • 5-3. 유리기판 적용 시 성능 향상 효과

  • 유리기판은 반도체 칩과 메인보드를 직접 연결할 수 있는 혁신적인 기판 소재로서, 기존 실리콘 인터포저를 대체하여 두께를 25% 줄이고 소비 전력을 30% 이상 절감할 수 있습니다. 에프앤에스전자는 글라스관통전극(TGV) 및 메탈라이징 기술을 적용한 고성능 유리기판을 양산하고 있으며, 이 제품을 앱솔릭스에 수출하고 있습니다.

항목기술효과
TGV유리에 미세한 구멍을 뚫어 전기적 신호 전달효과적인 전기적 연결 및 신호 전달
메탈라이징유리 기판에 금속 박막 형성우수한 접착력 및 면밀한 전기적 접속 가능
소비 전력 절감기존 소재 대비 30% 소비 전력 절감에너지 효율 개선 및 전력 소비 감소

  • 이 표는 유리기판이 CoWoS 기술 적용 시 얻을 수 있는 주요 성능 향상 효과를 요약합니다.

6. 시장 전망 및 투자 포인트

  • 6-1. 유리기판 시장 성장 전망

  • 유리기판은 기존의 실리콘 및 플라스틱 기판을 대체하며 반도체 패키징 기술에 중요한 역할을 하고 있습니다. TSMC, 삼성전자, 인텔 등 주요 파운드리 업체들은 패키징 기술을 통해 성능 향상을 이끌어내고 있으며, 유리기판의 도입은 그 가능성을 대폭 확대합니다. 특히 유리기판은 반도체 패키지의 두께를 얇게 하고 전력 사용량을 절반으로 줄이며 데이터 처리량을 획기적으로 개선합니다.

  • 6-2. 주요 투자 포인트 및 리스크 요인

  • 삼성전기는 유리기판 기술의 상용화를 위해 대규모 설비 투자를 지속하고 있습니다. 삼성전기의 설비투자금액은 2021년 8442억원에서 2022년 1조2965억원, 2023년에도 1조2097억원으로 증가하였으며, 이는 주로 반도체 기판을 만드는 패키지솔루션 사업부에 집행되고 있습니다. 반면, 초기 투자 비용이 큰 만큼 리스크 요인으로는 설비 투자 지속 필요성과 외부 경제 환경의 불확실성이 있습니다.

  • 장덕현 삼성전기 사장은 2023년 주주총회에서 경제적 불확실성에도 불구하고 강건한 사업 체질을 구축하겠다고 강조했습니다.

년도설비투자금액 (억원)
2021년8442
2022년1조2965
2023년1조2097

  • 삼성전기의 설비투자금액 변화를 보여주는 표입니다.

  • 6-3. 향후 기술 개발 및 상용화 전략

  • 에프앤에스전자는 반도체 유리기판을 양산하고 있으며, 앱솔릭스에 첫 출하를 성공적으로 완료하였습니다. 경북 구미 연구개발센터에서 개발한 TGV 및 메탈라이징 기술을 통해 고성능 유리기판을 구현하였으며, 이는 향후 상용화의 중요한 기반이 될 것입니다.

  • 최병철 에프앤에스전자 대표는 첫 출하 기념식에서 유리기판의 시장 선도 의지를 표명하였습니다.

회사명주요 기술기술적 이점
에프앤에스전자TGV 장비유리기판의 고성능 구현
삼성전기유리기판두께 감소, 전력 소비 감소

  • 주요 회사들이 사용하고 있는 기술과 그 이점을 비교하는 표입니다.

7. 결론

  • 유리기판 기술은 차세대 반도체 패키징에서 필수적인 역할을 수행하고 있으며, 여러 주요 기업들이 이 분야에서 혁신적인 솔루션을 제공하고 있습니다. 기술적 어려움과 초기 투자 비용을 극복하기 위한 전략적 노력이 필요하며, 향후 시장의 성장 가능성은 매우 큽니다.

8. 용어집

  • 8-1. 유리기판 [기술]

  • 유리기판은 유기 및 실리콘 기판을 대체하는 고성능 반도체 패키징 기판으로, 높은 평탄성과 낮은 열팽창계수를 제공합니다. 고속 데이터 전송 및 전력 효율성을 극대화합니다.

  • 8-2. TGV (Through Glass Via) [기술]

  • TGV는 유리기판에 미세한 구멍을 뚫어 전기적 신호를 전달하는 기술입니다. 유리기판의 핵심 제조 공정 중 하나로, 필옵틱스와 에프앤에스전자가 관련 기술을 개발 중입니다.

  • 8-3. CoWoS (Chip on Wafer on Substrate) [기술]

  • CoWoS는 웨이퍼 위에 여러 반도체 칩을 부착한 후 다시 기판에 결합하는 2.5D 패키징 기술로, 주로 고성능 반도체에서 사용됩니다. 유리기판과의 결합을 통해 공정 효율성을 높일 수 있습니다.

  • 8-4. 에프앤에스전자 [회사]

  • 에프앤에스전자는 유리기판 제조 및 TGV 공정을 통해 반도체 패키징 분야에서 중요한 역할을 하고 있으며, 앱솔릭스와 협력하여 유리기판 양산을 선도하고 있습니다.

  • 8-5. 필옵틱스 [회사]

  • 필옵틱스는 TGV 장비 및 레이저 드릴링 기술을 개발하여 유리기판 제조에 필수적인 장비를 공급하고 있습니다.

9. 출처 문서