글로벌 인공지능(AI) 열풍으로 고성능 AI 반도체 공정에 차세대 ‘유리기판’을 적용할 것이라는 기대감이 확대되면서 관련주들의 주가가 들썩이고 있다.

유리기판은 전기신호와 신호전달 속도, 전력소비 등에서 기존 기판 대비 우수한 성능을 보유한 것으로 알려졌다. 이에 따라 투자자들도 차세대 기판으로 떠오르는 유리기판 수혜주 찾기에 나섬 자금이 쏠리는 모습이다.

8일 한국거래소에 따르면 유리기판 대장주로 알려진 SKC는 이날 오후 1시14분 현재 전 거래일대비 4.63% 오른 144,500원에 거래되며 3거래일 연속 상승흐름을 이어가고 있다. 앞서 직전 거래일이었던 4일과 5일엔 각각 16.09%, 5.74% 상승마감 해 불과 2거래일동안 무려 21.83% 폭등했다.

같은 시간 또 다른 유리기판 관련주로 꼽히는 HB테크놀러지는 2.01% 오른 3,810원을 형성하고 있다.

다만 삼성전기는 0.50% 내린 157,900원을 기록 중이며 필옵틱스(-0.46%), 와이씨켐(-5.67%) 등은 하락세를 나타내고 있으나 이는 그동안 주가 상승에 따른 차익 실현 매물이 쏟아지고 있기 때문으로 풀이된다. 특히 필옵틱스와 와이씨켐의 주가는 직전 거래일까지 8거래일 만에 2배 넘게 급등하면서 투자자들의 매수세가 집중 유입됐었다.

IT 업계에 따르면 그동안 디스플레이 시장에서 사용돼 왔던 유리기판이 반도체 패키징 공정에 적용될 가능성이 높아지고 있다. 이는 고성능 AI 반도체를 개발하는 과정에서 기존 유기소재 기판의 기술적 한계가 드러나면서 이를 극복하기 위해 유리기판으로 대체하려는 움직임이 커지고 있기 때문이다.

그동안 디스플레이 시장에서 사용돼왔던 유리기판은 플라스틱기판(FC-BGA 등)의 유기소재 코어층 대신 유리 코어층을 채용한 기판으로, 유기소재보다 더 딱딱해 세밀한 회로 형성이 가능하다. 또한 열과 휘어짐에 강해서 대면적화에 유리할 뿐 아니라 더 얇게 채용할 수 있는 것도 장점이다. 이 외에도 전기신호 손실과 신호전달 속도 측면에서도 강점이 있으며, 전력소비도 우수해 ‘꿈의 기판’이라 불리고 있다.

유리기판과 기존 기판의 특성 비교

특히 인터포저 없이 MLCC 등 수동 소자를 유리에 내장시켜 제한된 표면에 더 많은 트랜지스터를 집적시키는 것이 가능하기 때문에 유리기판을 채용할 경우 실질적으로 반도체 미세공정을 두 세대 이상 앞당기는 효과가 있는 것으로 파악된다.

박주영 KB증권 연구원은 “향후 AI의 데이터 처리량은 기하급수적으로 늘어날 것으로 전망되는데, 현재 추세라면 2030년부터 유기소재 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.

이어 “AI 반도체용 칩은 면적이 크고, 미세회로를 커버할 수 있는 고집적 패키지 기판이 필요하다”며 “유리기판을 채용할 경우 실질적으로 반도체 미세공정을 두 세대 이상 앞당기는 효과가 있다”고 설명했다.

기술적 어려움에 그동안 반도체 패키징 적용 못했던 유리기판

유리기판의 반도체 패키징 적용은 이미 20년 가까이 연구가 진행되고 있는 기술이었으나 기술적 한계에 부딪혀 오랜 기간 상용화되지 못했었다. 유리 특성상 외부의 강한 충격이나 누적압력에 취약해 제조 시 수율을 높이기가 어렵고 가격이 비싸다는 게 단점으로 작용했기 때문이다.

유리기판 구조

기판은 위층과 아래층에 전기가 통해야 하기 때문에 표면을 드릴로 뚫고, 구리로 땜을 해 위층의 회로선과 아래층의 회로선이 만날 수 있게 만들어야 된다. 유리기판 역시 기존 유기 소재 기판과 마찬가지로 ABF(Ajinomoto Build-up Film)와 절연층을 채우는 과정이 필요하다.

하지만 과거에는 드릴 기술이 고도화되지 않았기 때문에 유리기판을 만드는 과정에서 구멍을 뚫을 때 유리에 가해지는 압력을 견디지 못해 유리 코어층이 깨져 수율이 크게 하락하는 문제를 해결하지 못했었다.

수율이 낮으면 판가는 비쌀 수밖에 없고, 이에 더해 유리의 특성상 유기 소재 기판 대비 내구성이 약해 상용화가 쉽지 않았다. 최근 들어서야 드릴기술과 제조기술이 발전해 상용화 레벨에 가까워지고 있는 상황이다. 그럼에도 유리의 취약한 특성으로 인해 수율은 굉장히 낮을 수밖에 없으며, 이러한 이슈를 해결하기 위한 다양한 방안들이 시도되고 있다.

AI 반도체 경쟁 심화에 유리기판 채용 글로벌 기업들 짓혹 확대 전망

유리기판의 높은 단가와 낮은 수율 극복을 위한 기술력이 높아지고 있는 가운데 고성능 AI 반도체 경쟁이 심화되고 있는 만큼 글로벌 반도체 기업들은 기술 개발을 통해 유리기판을 채용을 확대할 것이라는 관측이 나온다.

인텔에 따르면 유리기판을 적용할 경우 2030년까지 단일 패키지 내에서 1조개의 트랜지스터를 집적시킬 수 있을 것으로 전망된다. 본격적인 양산을 위해 넘어야 할 장벽들이 많지만 HPC업체들 (인텔·엔비디아·AMD 등)은 이르면 2026년부터는 유리기판을 채용할 것으로 예상된다. 특히 AI 가속기와 서버 CPU 등 하이엔드 제품에 우선적으로 탑재된 후 점차 채용 제품군이 확대될 전망이다.

증권가에선 국내 유리기판 관련주에는 삼성전기, SKC, 기가비스, 주성엔지니어링, 이오테크닉스, 필옵틱스, HB테크놀러지, 와이씨켐, 켐트로닉스 등을 주목하고 있다.

이 중 가장 발 빠르게 움직이는 기업은 SKC다. SKC는 자회사 엡솔릭스를 통해 올해 하반기부터 반도체용 유리기판 양산에 나서는 한편 글로벌 반도체 공급 논의를 진행 중인 것으로 알려졌다.

앱솔릭스 반도체 유리기판

삼성전기는 삼성전자·삼성디스플레이 등과 연합전선을 구축하고 2026년부터 유리기판 양산에 나설 계획이다.

코스닥 상장사 기가비스는 고객사의 유리기판 검사장비 테스트를 완료하고, 내년에는 양산용 장비 공급이 시작될 것으로 전망됐다. 필옵틱스는 OLED 레이저 가공 기술을 유리 기판 제조에 적용했으며, HB테크놀로지는 유리기판 검사 장비를 개발했다. 와이씨켐은 최근 반도체용 유리기판 핵심 소재 3종을 개발하는데 성공했다.