AI 칩의 한계를 넘다: 차세대 반도체 패키징의 핵심 '유리 기판' 기술

섹션별 상세

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기존 유기 기판(Organic Substrate)은 AI 칩의 높은 열로 인해 물리적으로 휘어지는 워페이지(Warpage) 현상이 발생하여 부품 정렬 오류와 냉각 효율 저하를 초래한다.

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유리 기판은 열 안정성이 우수하여 기존 대비 mm당 연결 밀도를 10배 높일 수 있으며, 동일 면적에 50% 더 많은 실리콘 칩을 실장할 수 있게 해준다.

인텔 시설에서 테스트 중인 유리 기판 유닛의 근접 사진이다. — Photo실제 제조된 유리 기판의 격자 구조와 형태를 보여준다. 이는 본문에서 설명한 유리 기판의 실물화 단계와 인텔의 연구 성과를 시각적으로 증명하며, 기존 유기 기판과는 다른 물리적 특성을 짐작하게 한다.

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유리의 표면은 유기 기판보다 5,000배 더 매끄러워 금속 층 형성 시 결함을 획기적으로 줄이고 칩의 신뢰성을 높이는 데 기여한다.

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유리는 빛을 유도하는 성질이 있어 향후 구리 배선 대신 빛을 이용한 신호 전달 경로를 기판에 직접 구축함으로써 에너지 소모를 크게 낮출 수 있는 잠재력을 가졌다.

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앱솔릭스는 미국 조지아주에 공장을 완공하고 올해 상업 생산을 시작할 예정이며, 인텔과 삼성 등 주요 기업들도 유리 기판 생태계 구축을 위한 투자를 가속화하고 있다.

앱솔릭스 직원이 초기 버전의 유리 기판 생산 과정을 모니터링하고 있다. — Photo실제 상업 생산 라인에서 유리 기판이 제조되고 있는 현장을 보여준다. 이는 기술이 연구실 단계를 넘어 실제 산업 현장에 적용되고 상용화 단계에 진입했음을 강조한다.

용어 해설

기판(Substrate): — 반도체 칩이 실장되고 전기적으로 연결되는 기초 층이다. 칩과 외부 회로 사이의 신호를 전달하고 물리적으로 지지하는 역할을 하며, 최근에는 여러 칩을 하나로 묶는 패키징 기술의 핵심 요소로 주목받고 있다.
패키징(Packaging): — 제조된 반도체 칩을 보호하고 외부 기기와 신호를 주고받을 수 있도록 전기적으로 연결하는 공정이다. 최근에는 개별 칩의 성능 한계를 극복하기 위해 여러 기능을 가진 칩들을 하나의 패키지에 통합하는 기술이 중요해졌다.
워페이지(Warpage): — 열 팽창 계수의 차이로 인해 기판이나 칩이 물리적으로 휘어지거나 뒤틀리는 현상이다. AI 칩처럼 고온에서 작동하는 환경에서는 이 현상으로 인해 미세한 연결 부위가 어긋나거나 냉각 효율이 떨어지는 문제가 발생한다.
유기 기판(Organic Substrate): — 에폭시 수지와 유리 섬유 등을 결합해 만든 기존의 반도체 기판 소재이다. 제조 비용이 저렴하지만 열에 취약하여 고성능 칩에서 발생하는 열로 인한 변형에 약하고, 미세한 회로 연결 밀도를 높이는 데 한계가 있다.
인터커넥트(Interconnect): — 반도체 칩 내부 또는 칩과 기판 사이를 연결하는 미세한 전기적 통로이다. 데이터 전송 속도와 전력 효율을 결정하는 핵심 요소로, 연결 밀도가 높을수록 더 많은 데이터를 더 빠르게 처리할 수 있다.

기술

Glass Substrate
Copper Interconnect
Optical Signaling
Advanced Packaging

활용 사례

AI 데이터센터 고성능 칩
고성능 컴퓨팅(HPC) 서버
저전력 소비자용 노트북 및 모바일 기기