왜 지금 글래스 기판이 중요한가
AI 가속기의 패키지 면적이 한계에 부딪히고 있다. TSMC CoWoS-L 기준으로 reticle 면적의 3배가 넘는 인터포저가 이미 양산되었고, 차세대 노드에서는 4-6배, 일부 로드맵은 8x reticle을 언급한다. 인터포저 위에 올라가는 패키지 substrate — 흔히 ABF(Ajinomoto Build-up Film) 기반 organic substrate — 도 함께 커진다. 100×100mm 급 패키지가 새로운 베이스라인이 되고 있다.
문제는 organic substrate가 이 크기에서 한계를 드러낸다는 점이다. CTE(열 팽창 계수)가 실리콘과 5-7배 차이 나서 reflow·burn-in 사이클에서 워페이지(warpage)가 누적된다. ABF 자체의 dielectric loss tangent는 224Gbps SerDes나 차세대 NVLink 같은 신호 속도에서 무시할 수 없는 수준이다. 패널 평탄도가 micro-roughness 단위로 흔들려서 fine-pitch RDL 수율을 떨어뜨린다. 이 세 축 — 워페이지, 손실, 평탄도 — 이 패키지가 커질수록 비선형으로 악화된다.
글래스 코어 기판(glass core substrate)은 정확히 이 세 축에서 organic 대비 우월한 후보로 거론된다. Intel은 2023년 발표에서 2030년 양산을 공식화했고, Samsung은 보도 기준 2027-2028년 사이 시범 양산, SKC/Absolics는 Applied Materials와 합작한 미국 조지아 공장에서 2026년 전후 가동을 목표로 한다. 단순히 차세대 옵션이라기보다, organic substrate가 더 이상 답이 아닌 슈퍼 패키지 영역에서의 사실상 유일한 후보로 좁혀지고 있다는 평가가 많다.
글래스 코어 기판의 동작 원리
글래스 코어 기판은 이름 그대로 글래스(주로 borosilicate, aluminosilicate, 일부 fused silica 계열) 박판을 코어로 두고, 양면에 RDL(redistribution layer)을 빌드업한 구조다. organic substrate가 ABF + Cu 박막을 다층 라미네이트하는 방식이라면, 글래스 substrate는 하중·치수 안정성을 글래스 코어가 담당하고, 신호 라우팅은 RDL이 담당한다.
핵심 구성 요소는 세 가지다.
- 글래스 코어: 두께 0.4-1.0mm 수준의 박판. CTE는 약 3-4 ppm/°C 부근으로 실리콘(약 2.6 ppm/°C)에 매우 가깝고, organic(15-20 ppm/°C)보다 훨씬 낮다. Young's modulus는 70 GPa 이상으로 organic 대비 한 자릿수 배 단단하며, 평탄도 또한 폴리싱으로 sub-micron 수준까지 끌어내릴 수 있다.
- TGV(Through-Glass Via): 글래스 코어를 관통해 양면 RDL을 연결하는 비아. 레이저 ablation 또는 레이저 변성 후 wet etch로 hole을 만든 뒤 Cu 도금으로 채운다. 공개된 자료 기준 피치는 100-200μm 부근에서 시작해 이후 더 좁혀지고 있고, AR(aspect ratio)은 10:1 이상이 일반적이다.
- 양면 RDL: 글래스 코어 양쪽에 절연층과 Cu 라우팅을 빌드업. line/space 5/5μm 이하가 현 세대 타깃이며, 차세대는 2/2μm 영역까지 거론된다. 글래스 코어의 평탄도 덕분에 organic ABF RDL보다 dimensional accuracy가 우수하다.
패널 사이즈는 510×515mm(이른바 M3 panel)에서 600×600mm 급까지 확장되고 있다. wafer-level processing이 아닌 panel-level processing이라는 점에서 디스플레이 산업 인프라와 닮았다. 면적 측면에서 wafer 대비 압도적이라 단가 경제성을 노릴 수 있지만, 그만큼 lithography·inspection 장비 자체가 panel-level 사양이어야 한다.
왜 어려운가 — 야심과 양산 사이의 거리
글래스 substrate가 매력적인 이유는 명확하지만, 양산 난이도는 별개의 이야기다. 트레이드오프가 최소 다섯 군데에 걸쳐 있다.
- TGV 형성 수율: 레이저로 글래스를 정확하게 관통하면서 micro-crack을 남기지 않아야 한다. 깊이가 깊고 AR이 높을수록 어렵고, hole sidewall에서 chipping이 발생하면 이후 Cu 도금 적용성이 떨어진다. 한 패널에 수십만~수백만 개 TGV가 들어가는데, 그중 ppm 단위 결함도 패키지 yield를 갉아먹는다.
- 글래스 자체의 취성: 글래스는 본질적으로 brittle material이다. 패널 운반·로드/언로드·핸들링에서 micro-chip이 발생할 수 있고, 이는 후공정 stress 집중으로 이어져 크랙으로 자란다. 챔퍼링, edge polishing, carrier panel 사용 같은 핸들링 노하우가 별도로 필요하다.
- RDL adhesion: 글래스 표면에 Cu RDL을 올리려면 BEOL과 비슷한 시드 메탈 증착·표면 활성화 단계를 거쳐야 한다. organic substrate가 가진 polymer-Cu adhesion 노하우가 그대로 적용되지 않아서, 박리(delamination) 리스크를 별도 모델로 관리해야 한다.
- 비대칭 stress와 warpage: 글래스 코어 자체는 단단해 warpage가 적지만, 양면에 다른 패턴이 올라가면 비대칭 stress가 누적된다. 특히 reflow 사이클에서 RDL 두께·패턴 밀도 차이가 곧장 패널 휨으로 나타난다.
- EDA·SI 모델 공백: 글래스 substrate에 대한 transmission line 모델, RC 추출 모델, EM·thermal co-simulation 플로우가 표준화되어 있지 않다. 각 회사가 in-house 모델로 sign-off를 진행 중이며, 외부 EDA tool 지원은 organic 대비 한참 늦다.
여기에 하나 더 — capex. panel-level lithography, panel-level inspection, panel-level Cu plating 라인은 신규 투자가 거의 필수다. 평가 라인에서 데모 quality 패널을 만드는 것과, 매월 수만 panel을 안정적인 yield로 찍어 내는 것 사이의 거리가 매우 크다. Intel이 2030년을 잡은 이유, Samsung·SKC가 2026-2028년 사이를 흩뿌려 놓은 이유가 모두 이 거리감과 무관하지 않다.
누가 잘하고 있나 — Intel·SKC·Samsung·일본 4파전
공개 자료 기준으로 글래스 substrate 양산 경쟁은 4개 진영으로 정리된다.
- Intel: 2023년 글래스 substrate 로드맵을 공개하며 2030년 양산을 명시했다. 애리조나 Chandler 캠퍼스에 글래스 substrate 라인을 자체 구축 중이며, 18A 이후 노드의 차세대 패키지 — Foveros 후속 — 와 함께 도입할 가능성이 높다. IDM 입장이라 substrate sourcing을 자체적으로 맞출 수 있다는 점이 차별화 포인트다.
- SKC / Absolics + Applied Materials: SKC 자회사 Absolics가 미국 조지아주 코빙턴에 panel-level 글래스 substrate 공장을 구축했다. AMAT가 TGV·RDL process equipment 공급으로 합작했고, 미국 CHIPS Act 보조금 일부도 받은 것으로 보도되었다. 양산 진입 시점과 첫 commercial customer가 어디부터 붙을지가 가장 큰 관전 포인트다.
- Samsung: 삼성전기와 삼성전자 패키지 사업이 함께 글래스 substrate R&D를 진행 중이다. 보도에 따르면 2027-2028년 시범 양산 진입을 목표로 한다. 자체 메모리·로직 패키지 수요(HBM4·HBM4E 베이스 다이, 자체 AI 가속기 등)가 있어 captive market 규모가 작지 않다.
- 일본 진영(DNP·Toppan·NEG·AGC 등): 글래스 원장(코닝·AGC·NEG)과 기판 가공(DNP·Toppan)이 분리된 구조다. 글래스 자체와 박판 핸들링은 일본이 강하지만, 패키지 substrate 사업으로의 통합 속도는 한국·미국 진영 대비 보수적이라는 평가가 많다.
TSMC는 글래스 substrate를 평가 단계에서 다루고 있지만, CoWoS RDL과 organic substrate 조합으로 당분간 buy time을 한다는 입장으로 알려져 있다. AMD·Nvidia 같은 fabless 입장에서는 substrate 선택이 패키지 파트너 — TSMC, Intel Foundry, Samsung Foundry, OSAT — 의 결정에 종속되므로, 결국 양산 차이는 IDM·OSAT·substrate maker 진영의 손에 달려 있다.
한국 산업 시각 — SKC·Samsung·LG의 위치
글래스 substrate는 한국 입장에서 양면적이다.
강점부터 보면 — SKC Absolics는 사실상 미국 진영의 가장 빠른 양산 후보 중 하나다. 미국 조지아 공장이 본격 가동되면 미국 IDM(특히 Intel) 또는 미국 fabless 패키지 수요와 직접 결합할 수 있는 위치에 있다. Samsung은 captive 메모리·로직 수요라는 무기를, LG Innotek은 FCBGA·SLP 시절 축적한 기판 노하우와 디스플레이 글래스 핸들링 인프라를 활용할 수 있다. 디스플레이 강국답게 panel-level processing 자체가 이질적이지 않은 인프라가 깔려 있다는 점도 누적된 자산이다.
약점은 구조적이다. 글래스 원장(borosilicate / aluminosilicate 박판) 자체는 코닝·AGC·NEG 등 미국·일본 의존도가 높다. 즉, 한국 기업이 substrate maker로 선두를 잡더라도 핵심 원자재 supply chain은 외부에 의존한다. 또 panel-level packaging 시뮬레이션·EDA 지원은 한국 EDA 인프라가 약한 영역이며, SI/PI 팀이 in-house tool과 모델을 직접 만들어야 한다. 양산 yield 데이터가 외부에 거의 공개되지 않은 상황이라, 평가 라인 데모 결과와 매월 수만 패널 출하 사이의 거리감이 가장 크다.
인력 측면에서 한 가지 더 — 패키지 엔지니어, 디스플레이 글래스 엔지니어, 박판 핸들링 노하우, 그리고 SI/PI/Thermal 팀이 한 프로젝트 안에서 협업해야 한다. 기존 organic substrate 패키지 조직 구조와 다른 인터페이스가 필요하다는 의미다. 채용 시장에서 글래스 substrate 경험자는 아직 드물고, 디스플레이 출신·OSAT 출신·foundry 패키지 출신을 묶어 팀을 짜는 형태가 당분간 이어질 가능성이 높다.
6-12개월 내 watch points
글래스 substrate가 evergreen 토픽이긴 하지만, 단기 신호는 이미 여러 개 도출 가능하다.
- SKC/Absolics 조지아 공장 양산 가동 시점과 첫 commercial customer: 양산 진입을 가장 먼저 발표하는 substrate maker가 될 가능성이 높다. 첫 customer가 공개되는 시점이 시장의 사실상 신호 신호탄.
- Intel 글래스 substrate 평가 결과 발표: IEDM·ECTC 같은 학회 또는 IR 자료에서 평가 데이터(yield, warpage, TGV 결함률)가 어디까지 공개되는지가 다음 가시 포인트다.
- Samsung 시범 라인 가동 보도: 삼성전기·삼성전자 패키지 라인의 글래스 substrate evaluation 라인 가동 보도가 언제 나오는지. 2026-2027년 사이 신호가 예상된다는 평이 많다.
- 첫 글래스 substrate 채택 AI 가속기 발표: Nvidia post-Rubin 세대, AMD MI-Next, Google TPU 차차세대, Meta·Microsoft 자체 ASIC 중 어느 SKU가 글래스 substrate를 명시적으로 채택하는지. 이 발표가 사실상 글래스 substrate commercialization의 trigger 역할을 한다.
- 패널 표준화 동향: 510×515mm M3 vs 600×600mm 급 중 어떤 사이즈가 사실상 표준으로 굳어지는지. 이는 향후 substrate maker 간 capex 호환성과 직결된다.
특히 마지막 — AI 가속기 SKU 채택 — 이 가장 결정적이다. organic에서 글래스로 substrate를 갈아탄다는 결정은 패키지 파트너, substrate maker, OSAT, EDA, SI/PI 팀을 동시에 움직여야 하는 큰 결정이라, 첫 commercial 제품 announcement가 시장 신뢰를 한 번에 옮긴다.
자주 묻는 질문 — 글래스 substrate 개념 정리
- 글래스 substrate가 인터포저를 대체하는가? 아니다. 글래스 코어 기판은 인터포저 아래의 패키지 substrate 자리를 대체한다. 인터포저(silicon interposer, RDL interposer, glass interposer) 자체는 별도 trade-off 영역이고, 일부 회사는 glass interposer 도 평가 중이지만 본문에서 다룬 글래스 substrate와는 다른 레이어다.
- organic substrate가 곧 사라지는가? 아니다. 클라이언트·모바일·일반 SoC 패키지에서는 organic substrate가 여전히 압도적으로 경제적이다. 글래스는 100×100mm 이상 슈퍼 패키지(주로 AI 가속기·다수 HBM stack 탑재)에서 우선 채택될 가능성이 높다.
- HBM4·HBM4E와의 관계는? HBM 자체는 logic die 위 stacked memory다. 글래스 substrate는 그 HBM stack과 GPU/AI ASIC을 함께 올리는 패키지의 베이스 substrate 후보다. HBM4 세대 패키지가 organic으로도 충분할 수 있지만, HBM4E·HBM5와 8x reticle 인터포저가 결합되는 단계에서 글래스가 자연스러운 후보가 된다.