삼성전자 유리기판 사업 진출 소식에 관련株 '급등'

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삼성전자 유리기판 사업 진출 소식에 관련株 '급등'

정진한 2025. 2. 7. 09:17

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삼성전자 유리기판 사업 진출 소식에 관련株 '급등'

[서울=뉴시스]SKC 미국 자회사 앱솔릭스의 반도체용 유리 기판. (사진=SKC) 2024.09.05 photo@newsis.com *재판매 및 DB 금지[서울=뉴시스] 배요한 기자 = 삼성전자의 반도체 유리기판 시장 진출 소식에 전날 유리기판 관련주들이 일제히 급등했다. 유리기판은 전기 신호 전달 속도와 전력 소비 효율 등에서 기존 기판 대비 우수한 성능을 보여 '꿈의 기판'으로 불린다. 글로벌 인공지능(AI) 열풍으로 고성능 AI 반도체 기술 경쟁에 불이 붙으면서 글로벌 반도체 기업들은 앞다퉈 유리기판 개발에 나서고 있다.

7일 한국거래소에 따르면 전날 유리기판주로 분류되는 와이씨켐은 가격제한폭(29.80%)까지 급등했다. 와이씨켐은 반도체 공정재료 개발 기업으로, 지난해 하반기 국내 고객사의 양산 평가를 통과하며 유리기판 전용 핵심 소재인 포토레지스트를 공급하고 있다.

이외에도 필옵틱스(24.96%), 씨앤지하이테크(21.68%), 켐트로닉스(17.18%), HB테크놀러지(14.57%), 제이앤티씨(13.76%), 에프엔에스테크(8.81%), 기가비스(7.93%), SKC(6.47%), 태성(5.66%), 삼성전기(2.75%) 등 유리기판 관련주들은 일제히 강세를 보였다.

유리기판 관련주들의 주가가 급등한 배경에는 삼성전자가 반도체 유리기판 시장에 진출한다는 소식이 전해졌기 때문이다.

전날 한 언론사 보도에 따르면 삼성전자는 반도체 유리기판을 생산하기 위해 복수의 소재·부품·장비(소부장)사들과 협력을 추진하는 것으로 알려졌다. 삼성 반도체 사업부(DS) 내 구매팀 주도로 논의가 진행 중이며, 삼성만의 독자적인 공급망 구축을 계획한 것으로 전해졌다.

삼성전자의 유리기판 사업 추진이 확인된 것은 이번이 처음이다. 유리기판 개발 사업은 글로벌 빅테크 기업과 국내 소수 기업들이 추진 중인 것으로 알려졌다. 미국 반도체 기업인 인텔 등도 관련 기술을 연구 중이며, AMD는 유리기판을 공급받아 자사 반도체 칩에 적용하는 방안을 추진하고 있다.

SKC는 이번 CES 2024를 통해 유리기판을 선보였으며, 자회사 앱솔릭스를 통해 오는 2026년 양산을 목표로 상용화를 준비 중이다. 삼성전기는 세종사업장에 파일럿(시범생산) 라인을 구축한 데 이어, 올해 고객사 샘플 프로모션을 통해 오는 2027년 이후 양산에 나설 계획이다. LG이노텍도 시제품 양산을 예고한 상황이다.

업계 관계자는 "유리기판의 반도체 패키징 적용은 이미 20년 가까이 연구가 진행되고 있는 기술이지만, 그동안 오랜 기간 상용화되지 못했다"며 "고성능 컴퓨팅 기업들은 이르면 2026년부터는 유리기판을 채용할 것으로 전망되며, AI 가속기와 서버 CPU 등 하이엔드 제품에 선제적으로 탑재한 후 점차 채용 제품군이 확대될 것"이라고 전망했다.

박주영 KB증권 연구원은 "향후 AI의 데이터 처리량은 기하급수적으로 늘어날 것으로 전망되는데, 현재 추세라면 2030년부터 유기 소재 기판이 2.5D·3D 패키징(중앙에 연산을 담당하는 로직 반도체를 두고 주변에 고대역폭메모리 등을 배치·상호 연결하는데 필수인 기술)을 통한 트랜지스터 수의 확장세를 감당하기 어려울 것"이라고 분석했다.

한편 유리기판은 플라스틱 기판(FC-BGA 등)의 유기 소재 대신 유리 코어층을 채용한 기판이다. 기존 소재보다 더 딱딱해 세밀한 회로 형성이 가능하고, 열과 휘어짐에 강해 대면적화에 유리하다는 장점이 있다. 또 얇게 만들 수 있어 전기신호 손실과 신호 전달 속도 측면에서도 기존 기판보다 더 낫다는 평가를 받는다. 전력 소비도 우수하다는 강점도 있다.

시장조사업체 마켓앤마켓에 따르면 전세계 유리기판 시장 규모는 2023년 71억 달러(10조 4400억원)에서 오는 2028년 84억 달러(12조 3500억원)로 18% 가량 확대될 전망이다．

1. 반도체 기판 소재의 변화

반도체 기판의 소재는 15~20년 주기로 변화해왔다.
1970년대는 리드프레임이 주류/1990년대에는 세라믹 소재 기판이 도입/2000년 이후 현재까지 유기 기판이 주로 활용.

기판 소재의 변화는 트랜지스터 집적도 향상 -> 더 많은 시그널 처리의 필요성 -> 더 많은 입출력 단자 라우팅 혹은 비트당 전송률을 높이는 방향의 고민을 해결하는 과정에서 발생.
현재의 유기 기판은 미세회로 및 대면적화의 한계에 봉착했다. 이에 대한 해결책으로 실리콘 인터포저가 활용되고 있으나 비싼 가격이 문제이다.
유리기판은 유기 기판보다 회로가 미세하고 크기가 크면서도, 실리콘 인터포저 대비로는 덜 미세하나 면적당 가격이 저렴하다는 점에서 대안으로 떠오른 상황이다. 기본적인 아이디어는 LCD에 TFT와 회로층을 구현하듯, PCB에도 동일한 접근이 유효하다는 것.

2. Glass Core Substrate, 유리기판이란 무엇인가? 장단점은?

유리 기판이라고 불리는 Glass Core Substrate(GCS)는 Core 기판의 원재료를 플라스틱 기판의 유기 소재 코어층 대신 유리 코어층을 채용한 기판이다.
유리 기판은 완전히 새로운 기술은 아니다. 이미 디스플레이 시장에서 널리 사용되고 있는 아이템으로 디스플레이 제조 공정에서 TFT를 형성하고 RGB 픽셀을 증착하는데 사용된다. 유리이기 때문에 투명도가 높고 내구성/내열성이 높으며, 금속 기판 대비 가벼운 특징을 지고 있어 OLED와 LCD 제조에 필수적인 부품이다. 이와 같이 본래 디스플레이 시장에서 사용되고 있는 유리 기판을 반도체 패키징 공정에 적용하고자 하는 움직임들이 나타나고 있다.

이러한 움직임이 나타나는 이유는 최근 서버, AI 가속기 등 데이터 처리량이 많은 어플리케이션에서 기판이 대형화되면서 열에 취약한 유기 기판이 휘는 Warpage 현상이 발생한다는 점이 가장 큰 문제. 그뿐만 아니라 평탄도도 고르지 못해 회로 설계 미세화에도 한계가 있는 상황이다.
반면 유리 기판은 열에 강해 휘어짐이 거의 없을 뿐만 아니라 회로 패턴 왜곡이 50% 감소하고, 평탄도가 매우 낮아 노광 공정에서 초점심도를 개선할 수 있으며, 같은 면적에서도 최대 10배 많은 전기적 신호를 전달하면서 대면적 기판 양산 수율을 크게 높일 수 있는 장점이 존재한다.

특히 중간 기판인 인터포저 없이 MLCC 등 수동소자를 유리에 내장시켜 제한된 표면에 더 많은 트랜지스터를 집적시키는 것이 가능하기 때문에 유리 기판을 채용할 경우 실질적으로 반도체 미세공정을 두 세대 이상 앞당기는 효과가 있는 것으로 파악된다.

* TSMC의 2.5D 패키징 기술인 CoWoS의 경우 반도체 전공정에 준하는 공정을 요구하는 후공정이기 때문에 비싸다는 단점이 부각되고 있는데, 유리 기판을 적용하는 경우 실리콘 인터포저를 생략할 수 있어 패키징 비용을 낮출 수도 있을 것으로 전망.

하지만 치명적인 단점도 존재한다. 유리 특성상 외부의 강한 충격이나 누적 압력에 취약해 제조 시 수율을 높이기가 어렵다. 유리 기판도 기존 유기 기판과 마찬가지로 ABF와 절연층을 채우는 과정이 필요한데, 이러한 과정에서 가해지는 압력을 유리가 견디는 과정에서 수율이 크게 하락할 수밖에 없기 때문, 따라서 단기적으로는 낮은 수율 및 양산성에 따른 높은 가격과 글로벌 서플라이 체인 구축이 더디기 때문에 시장 확대에 시간이 필요할 것으로 예상된다.
이러한 단점에도 유리 기판으로 유리기판의 장점은 1) 높은 영률로 Warpage 문제 해결 가능, 2) 평탄도가 높아 미세화 회로 구현이 가능, 2) 표면조도가 낮아 유기기판 대비 표면이 매끄럽다는 것.

3. 유리기판 제조 공정

유리 기판의 반도체 패키징 적용은 오랜 연구가 진행되고 있는 기술이지만 그동안 상용화되지 못한 이유는 드릴 기술이 고도화되지 않았기 때문에 유리 기판을 만드는 과정에서 구멍을 뚫을 때 유리 코어층이 깨지는 문제를 해결하지 못했었다. 최근 들어서야 드릴 기술과 제조 기술이 발전해 상용화 레벨에 가까워지고 있으나 그럼에도 유리의 취약한 특성으로 인해 수율이 낮을 수밖에 없다.
유리 기판을 제조하는 방식 중 가장 메이저한 공정은 TGV(Through Glass Via)이다. TSV와 유사한 공정으로 레이저를 이용해 유리 기판을 뚫는 공정이다. TGV 공정을 제외하고 나머지는 기존 기판과 유사하다.
공정상 어렵거나 검증이 필요한 부분은,

1. TGV 형성을 위한 제시되는 3가지 기술적 방식

- 레이저 : 펄스가 짧고 고에너지 레이저를 방출하여 TGV를 형성한다.

- HF 에칭 : 불소산으로 화학적으로 TGV를 형성. 일반적으로 먼저 레이저로 작은 구멍을 뚫고 그 구멍을 넓히기 위해 화학적 식각 공정을 추가 진행

- PNL 가공 : 미세한 연마제를 유리 표면에 고속으로 분사하여 물리적으로 TGV를 형성하는 방식. 상대적으로 정밀함은 떨어지나 두꺼운 유리를 가공할 수 있음

2. 형성된 TGV에 전도성 소재를 균일하게 충진하는 것이 쉽지 않다. 동도금 공정의 난이도가 높다.

3. 유기 소재 대비 투명하기 때문에 정해진 반사지수에 의존하는 기존 광학 계측 시스템으로 검사에 한계가 있을 수 있음.

4. 내충격성을 감안하여 회로층을 몇 층까지 쌓을 수 있는지 연구가 필요. 회로층 간 연결도 어려운데, 예를 들어 20um 미만의 ABF 수지를 정확하고 균일하게 뚫기 어렵다.

4. 주요 업체들의 개발 현황

인텔 : 인텔은 반도체 후공정단에서 유리 기판 채용을 공개적으로 가장 적극적으로 추진 중인 업체이다. 이미 10년 전부터 유리 기판 상용화를 준비, 애리조나에 10억 달러를 투자해 유리 기판 제조설비를 확보하고 있다. 23년 9월에는 유리 기판을 적용한 반도체 시제품까지 공개해 이미 기술 개발이 상당 수준에 이르렀음을 과시. 2030년 이전에 양산하는 것을 목표로 잡고, 서버와 HPC 등 고성능 제품부터 순차 적용 예정.

삼성그룹 : 전자 계열사들은 유리 기판 상용화를 앞당기기 위해 공동 연구에 착수한 것으로 파악. CES 202에서 미래 신사업 중 하나로 유리 기판 사업 추진을 발표, 실물을 공개. 올해 중 세종 파일럿 라인 가동을 시작으로 25년에는 시제품 생산, 26년에는 본격 양산에 착수할 것으로 예상된다. SK하이닉스와의 HBM 경쟁에서 밀린 삼성전자가 이를 만회하기 위해 유리 기판 등 도전적이고, 혁신적인 기술/공정을 적극적으로 도입할 가능성이 높으며 이에 따른 결과로 삼성전기 유리 기판의 빠른 채용 및 대규모 수요 확보가 가능할 전망.

Apple : 차세대 반도체 기판을 유리 기판으로 낙점, 삼성전자 밸류체인과 협력하겠다는 내용이 언론에 보도됨. 어떤 반도체와 어플리케이션에 적용할지는 미지수이나 향후 관련 시장을 가속화시킬 것으로 기대.
AMD : 복수의 업체들과 동시다발적인 샘플 테스트에 착수한 것으로 예상, 양산을 준비하기 위해 핵심 공급 업체를 가리는 과정에 있는 것으로 추정. 현재 AMD향 유리 기판의 샘플 테스트를 진행 중인 업체로는 삼성전기/앱솔릭스/신코덴키/유니마이크론/AT&S 등이 거론.
앱솔릭스 : SKC의 자회사, AMAT의 투자를 받은 반도체 기판 업체. 21년에 유리 기판 시제품을 완성했다고 밝힌 바 있으며, 올해 하반기부터 조지아주 코빙턴에 위치한 공장에서 유리 기판 양산을 시작할 계획. 초기 고객사는 협력 관계에 있는 AMD로 추정, 인텔과도 논의를 진행 중인 것으로 파악.

5. 유리 기판 수혜주

앞에서 소개된 기업들을 제외하고 리포트들에서 언급된 국내 기업 중 유리 기판 상용화 및 수요 증대에 의한 수혜 기업들은 아래와 같다.

1) 기가비스 : 고객사의 유리 기판 검사장비(2X2 AOI) 테스트를 성공적으로 완료한 것으로 파악되며, 이에 따라 올해 9월 데모 장비 출하, 내년에는 양산용 장비 공ㄱ브이 시작될 것으로 추정. 현재는 특정 고객사 한 곳으로 유기 기판 검사장비를 준비하고 있지만, 다른 고객사로의 확장 가능성이 클 것으로 전앙된다.

2) 주성엔지니어링 : TGV 장비를 준비하고 있으며, 올해 상반기 말에 개발 현황이 가시화 될 전망, 해당 기술은 반도체와 디스플레이 분야의 기술을 동시에 보유하고 있는 주성엔지니어링과 AMAT만이 진입 가능한 것으로 추장.

3) 이오테크닉스 : 유리 기판의 홀을 뚫는 TGV용 장비인 UV 드릴러를 복수의 고객사와 테스트하고 있다. 이오테크닉스는 빠른 속도와 높은 정밀도를 기반으로 10um 이하까지 홀을 뚫을 수 있는 UV 드릴러 기술을 보유하고 있기 때문에 유리 기판 시장 개화 시 수혜가 전망된다.

4) 필옵틱스 : 레이저 기반 설비 레퍼런스를 보유하고 있는 필옵틱스는 OLED 제조 공정에서 활용되는 레이저 가공 기술 노하루를 유리 기판 제조에 적용해 지난 21년부터 TGV 장비를 개발한 바 있다. TGV 설비와 DI(Direct Imaging) 노광기 및 ABF 드릴링 등을 국내 복수의 고객사에 공급할 것으로 예상된다.

5) HB테크놀로지 : 유리 기판 검사 장비를 기판 제조업체에게 공금중인 것으로 파악된다.

6) 와이씨켐 : 언론 보도에 따르면 반도체용 유리 기판의 핵심 소재 3종을 개발했다. 유리 기판을 균열로부터 보호하는 특수 폴리머 유리 코팅제와 구리 도금용 포토레지스트 등을 개발한 것으로 파악되며, 기존에 디스플레이용 유리 코팅제 기술을 보유하고 있던 기업이다.

7) 켐트로닉스 : 레이저와 식각을 결합해 유리를 가공, 기판에 미세 구멍을 만드는 기술을 개발한 것으로 파악.

8) 에프엔에스테크 : TGV 홀 가공 이후 필요한 에칭 공정 장비 개발. 언론에 따르면 앱솔릭스 공급망 진입이 목표.

생각보다는 양산 시점이 빠르고 많은 기업들이 발 빠르게 대응하고 있는 상황으로 보인다. 최근 유리 기판 테마로 관련 기업들의 주가 등락이 심하게 발생되었지만 단순 테마로 끝날 것 같진 않다는 생각. 장점들이 극명하기 때문에 단점들을 보완하고 수율을 높여나가지 않을까라는 생각이 든다. 분명 드러나지 않은 흙속의 진주 같은 기업들이 있을텐데 부지런히 뒤져보도록 하자.

※ 참고 자료

유리기판은 무엇이 다를까, 하이투자증권

유리 기판, 첨단 패키징의 미래, NH투자증권(240408)

유리 기판이 주목받는 이유, KB증권(240405)

강혜령의 하이엔드 테크

1) https://n.news.naver.com/article/011/0004292408?sid=101

2) https://n.news.naver.com/mnews/hotissue/article/011/0004292409?type=series&cid=1088367

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[출처] 유리 기판 기초 공부|작성자 이지