◆…사진:화합물반도체 차이나중국이 인공지능(AI) 반도체 패키징 기술의 핵심 소재로 주목받는 '유리 기판(Glass Substrate)' 상용화를 위한 대형 생산라인 구축을 서두르고 있다.반도체 업계에서는 유리 기판이 차세대 고성능 칩 패키징의 핵심 기술로 평가되는 만큼 이번 프로젝트가 중국의 첨단 패키징 경쟁력을 끌어올리는 계기는 물론 첨단 소재 분야에서 기선을 잡을 수 있다는 분석이다.시안 전자과학기술대학교 항저우 연구소가 아시아 최초의 대형 유리 웨이퍼 시범 생산라인 구축에 속도를 내는 것은 AI 반도체용 XPU와 HBM의 고밀도 집적은 물론 광전자 통합까지 가능한 기술을 앞세워 발열·신호손실·연결밀도 한계를 줄이고 차세대 첨단 패키징 주도권을 확보하려는 움직임으로 해석된다.유리 기판은 기존 유기기판이나 실리콘 기판을 대체할 차세대 반도체 패키징 소재로 평가되고 있으며 각국은 기술개발에 한창이다. AI 반도체처럼 연산 성능과 데이터 처리량이 크게 증가하는 환경에서 칩과 메모리를 촘촘하게 연결하는 역할을 수행할 수 있다는 점에서 주목받고 있다.연구팀은 유리 기판이 고밀도 로직 칩(XPU)과 고대역폭 메모리(HBM)를 함께 집적하는 데 유리해 AI 컴퓨팅 성능을 제한하는 병목 문제를 해결하는 것은 물론 유리의 투명성으로 인해 광전자 집적 기술에도 활용할 수 있을 것으로 전망했다.칩 내부 또는 칩 간 데이터 전송을 전기 신호가 아닌 광신호로 처리할 수 있는 기반이 되기 때문에 향후 초고속 컴퓨팅 환경에서 중요한 역할을 할 수 있다는 설명이다. 연구팀은 소재 조성을 정밀하게 조절해 유리 기판의 열팽창 계수를 3~5ppm/℃ 수준으로 낮추는 기술을 확보했다고 밝혔다.반도체 패키징에서 칩 수명과 성능을 좌우하는 핵심 요소인 열 안정성이 실리콘 칩과 거의 유사한 수준으로 칩의 발열과 냉각이 반복되는 과정에서 발생하는 기판 변형을 70% 이상 줄일 수 있는 효과가 있다.또한 초고속 인터커넥트와 100GHz급 초고주파 RF 신호 전송 과정에서도 유리 기판은 기존 실리콘 기반 소재보다 전송 손실을 2~3배 줄일 수 있는 것으로 나타나 AI 서버와 고성능 컴퓨팅(HPC) 시스템에서 요구되는 대용량 데이터 전송 환경에서 중요한 장점으로 평가된다.이와 함께 연구팀은 마이크론 수준의 비아 구조와 초미세 배선을 구현해 기존 유기기판 대비 10배 이상 높은 상호 연결 밀도를 달성했다고 밝힘으로써 초저손실 광도파관과 커플러 제작이 가능해 향후 광 기반 칩 연결 기술에도 활용 가능성이 높아 보인다.기술 신뢰성을 확인하기 위해 연구팀은 열 순환 시험과 고온·고습 환경 테스트를 포함한 다양한 신뢰성을 검증한 결과 유리 기판 패키징 샘플은 구조적 안정성과 광전자 성능 모두에서 높은 수준의 성능을 유지한 것으로 나타났다.연구팀은 현재 유리 기판 기술을 차세대 초고속 광 모듈의 광학 소자 공동 패키징에 적용하는 연구도 진행 중으로 AI 칩과 컴퓨팅 카드 사이의 데이터 연결을 보다 낮은 지연과 전력 소비로 구현하는 것이 목표라고 밝혔다.
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