삼성전자 ‘유리기판’으로 AI 반도체 패키징 새판 짠다

유기소재 단점, 발열·전력소모 해결
디스플레이 등 계열사와 생태계 구축
풀스택 AI 반도체 솔루션 전략 가속

반도체 전 공장을 다 소화하는 삼성이 차세대 반도체 패키징에서 유리기판 상용화를 통해 판 뒤엎기에 나선다. 기존 유기소재 기판의 한계를 넘어 AI 반도체 시대에 적합한 고성능·고집적 패키징 기술로 경쟁력을 끌어올리겠다는 각오다.

1일 업계에 따르면 삼성전자는 오는 2028년부터 첨단 반도체 패키징에 유리기판을 본격 적용할 계획이다. 이를 위해 삼성디스플레이·삼성전기 등 그룹 내 계열사와의 협업을 강화하고 있으며 현재 유리기판 시제품 생산과 공정 검증이 진행 중인 것으로 알려졌다.

유리기판은 AI 반도체 패키징의 고질적 문제였던 발열과 전력 소모를 해결할 수 있는 신소재다. 기존 유기소재나 실리콘 인터포저 대비 열 팽창 계수가 낮고 휨(Warpage) 현상에 강하다. 동일 면적에서 신호 전송 밀도를 최대 10배까지 높일 수 있어 고집적 AI 반도체에 유리하다. 엔비디아의 차세대 GPU인 '블랙웰'의 발열 이슈가 제기되며 방열 특성을 갖춘 유리기판의 수요는 더욱 부각된 바 있다.

삼성의 전략은 기존 실리콘 인터포저 기반의 2.5D 구조를 유리 인터포저로 대체하거나 유기소재 기반 코어층을 유리로 바꾸는 GCS(Glass Core Substrate) 방식도 포괄한다. 이러한 전환은 발열 문제와 신호 손실을 줄이면서 고밀도 회로 구현이 가능한 유리기판 특성을 극대화하기 위한 것이다.

삼성디스플레이는 디스플레이 유리 가공과 TGV(Through Glass Via) 공정 등 고정밀 가공 노하우를 제공하고 삼성전기는 세종 사업장을 중심으로 유리기판 시제품 생산과 회로 형성 기술을 담당한다. 삼성전자는 AI 반도체 설계와 결합 구조 최적화를 통해 패키지 설계 통합을 총괄하고 있다. 이처럼 유리기판 생태계 전 과정을 삼성 계열사 내부에서 구현하려는 점은 TSMC, 인텔 등 경쟁사와의 주요 차별점으로 꼽힌다.

삼성전자는 현재 게이트올어라운드(GAA), 고대역폭메모리(HBM), 고성능 패키징을 아우르는 '풀스택 AI 반도체 솔루션'을 추진 중이며 유리기판은 그 중심 축이 될 전망이다.

자체적으로 설계부터 생산(Fab), 패키징까지 전공정·후공정을 모두 보유한 만큼 유리기판을 패키징 공정 전반에 통합할 수 있는 역량 면에서도 경쟁 우위가 있다는 평가다.

실제 실행 단계도 빠르게 진행되고 있다. 삼성전기는 최근 수원 본사에서 국내외 소부장 기업 27곳이 참여한 세미나를 열었다. 또 올 2분기 중 세종 사업장에서 파일럿 라인을 가동할 계획이라고 알려졌다. 2027년 양산을 목표로 하고 있으며 연내 미국 빅테크 고객사에 유리기판 샘플을 공급할 예정이다.

이와 함께 삼성전자는 충남 천안에 패키징 전용 센터를 구축 중이다. 이 센터에서는 유리기판을 포함한 차세대 패키징 공정의 양산 가능성과 수율 안정성 검증이 집중적으로 이뤄질 전망이다. 이를 통해 단순한 부품 채택을 넘어 패키지 전체 구조의 패러다임 전환을 꾀하고 있다는 분석이다.

이종환 상명대 시스템반도체학과 교수는 "유리기판이 대량 생산 단계에 진입하고 기존 기판을 대체하게 되면 시장 규모는 크게 확대될 것"이라며 "삼성은 디스플레이와 소재 가공 기술을 두루 보유하고 있어 양산 준비에 강점이 있고, 상용화 기반도 빠르게 구축할 수 있을 것"이라고 내다봤다.