AI 칩에 대한 강력한 수요에 대응하기 위해 TSMC는 ‘유리기판’ 기술 활용에 속도를 내고 있다. 또한 차세대 첨단 패키징 경쟁 구도가 CoWoS(칩 온 웨이퍼 온 기판)에서 CoPoS(칩 온 패널 온 기판)로 점차 이동하고 있다고 강조한다.
16일 글로벌 IT·반도체 전문매체 디지타임즈(DIGITIMES)에 따르면 TSMC는 최근 협력업체에 ‘CoWoS용 유리기판 개발’ 계획을 발표했다.
TSMC는 ABF 기판 제조업체인 이비덴(Ibiden) 및 패널 제조업체인 이노룩스(Innolux)와 협력해 차세대 CoWoS 첨단 패키징 기술을 유리기판에 도입하는 가능성을 공동으로 검증하겠다는 입장이다. 이를 통해 미래 대형 AI 칩 패키징에서 발생하는 휜 현상, 열 관리, 신호 전송 및 전원 공급 관련 문제를 해결하겠다는 방침이다.
유리기판은 낮은 휜 정도, 낮은 열팽창률, 높은 강성, 우수한 신호 및 전원 공급 특성으로 인해 ‘포스트 CoWoS 시대’의 핵심 기술로 평가된다.
공급망 소식통에 따르면 TSMC, 이비덴, 이노룩스 간의 협력 및 시뮬레이션 검증을 통해 유리기판은 COP(칩 온 패키지)와 같은 패키지 휜 정도 관련 지표를 16% 향상시키고, 유효 열팽창 계수(CTE)를 19% 감소시키며, 유효 탄성 계수를 31% 증가시킬 수 있는 것으로 나타났다.
전력 안정성 측면에서도 저항은 27%, 인덕턴스는 42% 감소한다. 전반적으로 유리기판의 도입은 패키지 성능(PKG)을 크게 향상시키는 것으로 알려졌다.
TSMC는 유리 두께 및 대형 CoWoS 레이아웃에 대한 연구 및 검증을 계속 진행해야 한다고 강조한다. 본격적인 양산까지는 아직 갈 길이 먼 상황이지만 이번 발표는 TSMC가 이비덴, 이노룩스와 공동으로 진행한 유리 기판 검증 결과를 공개한 첫 사례이며, 이는 유리기판이 공식적으로 산업화 검증 단계에 진입했음을 의미한다.
업계 전문가들은 COP가 16% 향상된 것은 패키지 휜 현상을 효과적으로 제어했음을 의미한다고 지적했다.
NVIDIA GB200, GB300 그리고 현재 양산 중인 루빈(Rubin) 플랫폼을 포함해 AI GPU의 크기가 점점 커짐에 따라 패키지 평탄도 및 휜 현상 제어의 중요성이 크게 증가하고 있다. 휜 현상을 줄이는 데 있어 유리기판의 성능은 대형 패키지의 수율과 신뢰성을 향상시키는 데 도움이 될 것으로 보인다.
이비덴은 현재 엔비디아와 AMD에 AI 칩을 공급하는 주요 업체이며, 유리기판 대량 생산 분야의 주요 기업으로 꼽힌다. 이비덴은 앞서 기후현 오노시에 AI 서버용 고급 패키징 기판 전문 신규 공장 확장을 위해 5000억엔(약 4조7200억원)을 투자한다고 발표하며 첨단 AI 패키징 시장에 대한 강한 의지를 보여준 바 있다. 이노룩스의 협력사 명단 합류는 차세대 유리기판 시장 진출에 있어 중요한 발걸음으로 평가된다.
업계 전문가들은 유리기판의 가장 큰 과제는 유리 자체가 아니라 TGV(Through-Glass Via) 기술이라고 언급한다. 유리는 본질적으로 절연체이기 때문에 신호와 전력 전송을 위해서는 TGV 기술을 통해 수만 개의 수직 전도성 비아를 만들어야 한다.
한편 삼성전기는 지난해 세종 사업장에 유리기판 파일럿 라인을 구축했으며, 현재 가동중인 것으로 파악된다. AMD, 엔비디아 등 글로벌 빅테크 기업들과 시제품 평가도 진행하고 있는 것으로 알려졌다.
또한 삼성전기는 일본 스미모토화학그룹 및 동우화인켐과 합작법인을 설립해 유리기판 핵심 소재인 '글라스 코어' 조달에 대한 공급망을 구축했다.
SKC는 미국 자회사 앱솔릭스를 통해 유리기판 공장 구축을 진행하고 있다. 회사는 올해 내 양산 체제를 구축할 계획이며, 글로벌 대형 팹리스 기업들과 시제품 테스트를 진행하고 있는 것으로 알려졌다.
앞으로 삼성전기, SKC가 삼성전자, SK하이닉스의 HBM 생태계와 유리기판 기반 사업협력을 이어갈 경우 폭발적인 패키징 경쟁력을 보유할 것으로 예상된다.
