생성형 AI, 고대역폭 메모리, 칩렛, 2.5D·3D 패키징 기술이 발전하면서 반도체 패키지의 크기와 배선 밀도는 빠르게 증가하고 있다.

여러 개의 고성능 칩과 메모리를 하나의 패키지 안에 집적하려면 기존 패키지 기판보다 더 큰 면적, 더 미세한 배선, 높은 치수 안정성과 정밀한 수직 연결 구조가 필요하다.

이러한 요구에 대응하는 차세대 소재 가운데 하나가 글라스 코어 기판이다.

유리는 높은 치수 안정성, 우수한 표면 평탄성, 낮은 전기적 손실 특성과 대면적 패널 가공 가능성 때문에 AI 반도체와 첨단 패키징용 차세대 기판 소재로 검토되고 있다.

그러나 유리 소재 자체가 우수하다고 해서 바로 반도체 패키지용 기판으로 사용할 수 있는 것은 아니다.

실제 양산에서는 다음 항목을 동시에 관리해야 한다.

대면적 평탄도
전체 기판 휨
두께 균일도
미세 비아 형상
비아 측벽 품질
미세균열
금속 시드층
구리 충진
표면 거칠기
금속과 유리의 계면 신뢰성

특히 기판 크기가 커질수록 작은 치수 변화와 국부적인 결함도 후속 패키징 공정의 수율에 영향을 줄 수 있다.

따라서 AI 반도체용 글라스 코어 기판은 단순한 유리 가공품이 아니라 정밀가공·금속화·계면제어·검사를 통합적으로 관리해야 하는 첨단 패키징 소재로 접근해야 한다.

1. 왜 AI 반도체에서 글라스 코어가 주목받는가?

AI 가속기와 고성능 서버용 반도체는 여러 개의 칩과 고대역폭 메모리를 하나의 패키지에 집적하는 방향으로 발전하고 있다.

이에 따라 패키지 기판에는 다음과 같은 요구가 커지고 있다.

대면적화

여러 개의 칩과 메모리를 동시에 탑재하기 위해 더 넓은 패키지 면적이 필요하다.

미세배선

칩 사이에서 대량의 데이터를 빠르게 전달하려면 높은 배선 밀도가 요구된다.

치수 안정성

기판이 공정 중 팽창하거나 변형되면 미세배선과 범프의 정렬 오차가 증가할 수 있다.

휨 제어

대형 패키지에서는 휨이 커질수록 칩 접합, 노광, 조립과 검사 공정의 난이도가 증가한다.

고밀도 수직 연결

기판의 앞면과 뒷면을 연결하기 위해 많은 수의 미세 비아가 필요하다.

유리는 이러한 요구를 대응할 수 있는 소재적 장점을 갖고 있어 차세대 패키지 기판 후보로 주목받고 있다.

2. 대면적 평탄도가 중요한 이유

AI 반도체용 기판에서는 단순히 기판 전체가 평평해 보이는 것만으로는 충분하지 않다.

실제 패키징 공정에서는 매우 작은 국부적인 높이 차이도 문제가 될 수 있다.

예를 들어 다음 공정은 기판 평탄도의 영향을 받을 수 있다.

포토리소그래피
미세회로 형성
범프 접합
칩 본딩
재배선층 형성
웨이퍼 또는 패널 핸들링

기판 표면의 높이가 위치에 따라 크게 달라지면 포토 공정에서 초점 편차가 발생할 수 있다.

또한 칩을 접합할 때 일부 영역은 충분히 접촉하지만 다른 영역은 접촉 압력이 부족할 수도 있다.

따라서 글라스 코어 기판에서는 전체 평탄도뿐 아니라 국부 평탄도도 함께 평가할 필요가 있다.

평탄도 검사에서 확인할 항목

전체 기판 평탄도
중앙부 평탄도
가장자리 영역
코너 영역
국부 높이 편차
가공 전·후 평탄도 변화

특히 대형 사각 패널에서는 네 모서리와 중앙 영역의 높이 차이를 별도로 확인하는 것이 좋다.

3. 휨은 왜 대형 패키지에서 더 중요해지는가?

기판 크기가 커지면 동일한 수준의 잔류응력도 전체 구조에서 더 큰 변형으로 나타날 수 있다.

글라스 코어 자체는 치수 안정성이 우수하지만 실제 패키지 구조에서는 유리만 존재하는 것이 아니다.

유리 위에 다음과 같은 서로 다른 재료가 형성된다.

구리
절연층
재배선층
솔더
칩
몰딩 소재

각 소재의 열팽창계수가 다르기 때문에 온도가 변하면 서로 다른 속도로 팽창하거나 수축한다.

이 차이가 반복되면 기판 전체에 응력이 형성되고 휨이 발생할 수 있다.

따라서 글라스 코어의 초기 휨만 측정해서는 충분하지 않다.

가능한 경우 다음 단계에서의 변화를 함께 평가하는 것이 좋다.

원재료 → 비아 가공 → 금속화 → 적층 → 열처리 → 최종 패키지

4. 유리 두께와 두께 균일도

글라스 코어의 두께는 기계적 강도와 비아 가공, 패키지 전체 두께에 직접적인 영향을 준다.

얇은 유리는 패키지 박형화에 유리하지만 가공과 핸들링 과정에서 파손 위험이 높아질 수 있다.

반대로 너무 두꺼우면 미세 비아의 종횡비가 증가하고 금속화 및 구리 충진 난이도가 높아질 수 있다.

따라서 설계 단계에서는 단순히 얇은 유리를 선택하는 것보다 다음 항목을 함께 고려해야 한다.

전체 기판 크기
유리 두께
비아 직경
비아 종횡비
기계적 강도
패널 핸들링 방식
후속 금속화 공정
최종 패키지 두께

두께 자체뿐 아니라 두께 균일도 역시 중요하다.

대면적 기판의 중심과 가장자리에서 두께 차이가 발생하면 이후 평탄도와 회로 형성에도 영향을 줄 수 있다.

5. TGV가 글라스 코어의 핵심인 이유

글라스 코어 기판의 핵심 구조 중 하나는 **유리 관통 비아(TGV)**다.

TGV는 글라스 기판의 앞면과 뒷면을 전기적으로 연결하는 수직 통로다.

하지만 유리는 단단하면서도 취성이 높은 소재이기 때문에 단순히 구멍을 만드는 것만으로는 충분하지 않다.

비아 가공 후 반드시 다음 품질을 확인해야 한다.

입구 직경
출구 직경
테이퍼 각도
원형도
위치 정밀도
비아 간 피치
측벽 거칠기
치핑
미세균열
잔류물

최근 TGV 공정 연구에서도 비아 직경, 테이퍼, 측벽 거칠기, 미세균열과 잔류물이 후속 금속화 및 신뢰성에 직접적인 영향을 주는 핵심 변수로 평가되고 있다.

6. TGV는 어떻게 가공하는가?

TGV를 형성하는 방법은 여러 가지가 있다.

대표적으로 다음 기술이 검토된다.

초단펄스 레이저 가공

레이저 에너지를 이용해 유리에 직접 미세 구멍을 형성한다.

생산성이 높고 설계 변경에 유연하다는 장점이 있지만 공정조건에 따라 미세균열, 테이퍼, 열영향 및 잔류물이 발생할 수 있다.

레이저 변성 후 화학식각

레이저로 유리 내부의 특정 영역을 변성한 뒤 화학적으로 선택 식각하는 방식이다.

비교적 높은 종횡비와 우수한 측벽 품질을 구현할 수 있어 미세 TGV 제조에 활용된다.

습식·건식 식각

마스크를 이용해 원하는 위치를 선택적으로 가공할 수 있다.

다만 유리 조성, 식각 속도와 공정시간 등을 함께 고려해야 한다.

감광성 유리 공정

감광성 유리에 노광과 열처리, 선택식각을 적용해 미세 구조를 형성할 수 있다.

어떤 공정이 가장 적합한지는 비아 직경 하나로 결정되지 않는다.

유리 두께 + 비아 직경 + 종횡비 + 피치 + 생산량 + 측벽 품질 + 비용

을 함께 검토해야 한다.

7. 미세균열은 작은 외관 불량이 아니다

TGV 레이저 가공에서 특히 주의해야 하는 것이 미세균열이다.

눈으로 거의 보이지 않는 균열이라도 이후 공정에서 문제가 될 수 있다.

예를 들어 다음 과정에서 균열이 성장할 가능성이 있다.

세정
금속 증착
전기도금
열처리
칩 접합
온도 사이클
기계적 조립

특히 구리와 유리는 열팽창 특성이 다르기 때문에 반복적인 온도 변화가 발생하면 TGV 주변에 열기계적 응력이 집중될 수 있다.

따라서 TGV 품질검사에서는 단순히 “구멍이 뚫렸는가”를 보는 것이 아니라 비아 주변의 미세균열과 열영향 영역을 함께 확인해야 한다.

8. 비아 측벽 거칠기가 금속화에 미치는 영향

TGV 측벽은 후속 금속화 공정에서 매우 중요하다.

측벽이 지나치게 거칠거나 국부적인 돌출 구조가 존재하면 시드층이 균일하게 형성되지 않을 수 있다.

반대로 특정 수준의 표면 상태는 금속층과 유리 사이의 접착력을 확보하는 데 영향을 줄 수 있다.

따라서 가장 낮은 Ra 값만 추구하는 것이 항상 정답은 아니다.

중요한 것은 이후 금속화 방식과 필요한 접착력을 고려해 적절한 표면 상태를 만드는 것이다.

TGV 측벽 품질에서는 다음 항목을 함께 평가하는 것이 좋다.

Ra + 테이퍼 + 치핑 + 미세균열 + 잔류물 + 시드층 연속성

9. 금속화의 첫 단계는 시드층이다

유리에 구멍을 만든 뒤 바로 구리를 채울 수 있는 것은 아니다.

먼저 TGV 내부 측벽에 전도성이 있는 연속적인 금속층을 형성해야 한다.

이를 위해 여러 방식이 사용될 수 있다.

스퍼터링
무전해 도금
원자층 증착
화학기상증착
복합 공정

특히 높은 종횡비의 미세 비아에서는 단순한 물리증착 방식만 사용했을 때 비아 깊은 영역의 금속층이 충분히 형성되지 않을 수 있다.

시드층이 중간에서 끊기면 이후 전기도금 과정에서 구리 성장이 불균일해지고 빈 공간이 발생할 가능성이 커진다.

따라서 시드층에서는 다음을 확인해야 한다.

연속성
두께 균일도
측벽 피복률
유리와의 접착력
비아 내부 깊은 영역의 피복

10. 구리 충진에서 가장 중요한 결함

TGV 내부 금속으로는 구리가 널리 검토된다.

그러나 미세하고 깊은 비아 내부를 완전히 균일하게 채우는 것은 간단하지 않다.

대표적인 불량은 다음과 같다.

보이드

구리 내부에 빈 공간이 남는 현상이다.

전기저항 증가와 신뢰성 저하로 연결될 수 있다.

심

양쪽에서 성장한 구리가 중앙에서 불완전하게 만나 선 형태의 결함을 만드는 현상이다.

핀치오프

비아 입구가 먼저 막히면서 내부가 충분히 채워지지 않는 현상이다.

시드층 단절

초기 시드층이 연속적이지 않아 특정 영역에서 정상적인 구리 성장이 어려워지는 문제다.

따라서 TGV 금속화에서는 단순히 외관상 비아가 채워졌는지 확인하는 것보다 단면검사를 통해 내부 충진상태를 확인해야 한다.

11. 고종횡비 TGV가 어려운 이유

비아가 깊고 직경이 작아질수록 종횡비가 증가한다.

높은 종횡비에서는 다음과 같은 문제가 더 커질 수 있다.

시드층 도달성 저하
전해액 침투 어려움
내부 기포
구리 이온 공급 불균일
전류밀도 차이
보이드
심
불균일한 금속 성장

2026년 발표된 고종횡비 TGV 연구에서는 단순 스퍼터 시드층의 측벽 피복 부족이 보이드 발생과 연결될 수 있으며, 균일한 시드층과 비아 내부 젖음성 관리가 무결함 구리 충진에 중요하다는 결과가 보고됐다.

따라서 비아 직경을 무조건 작게 설계하기보다 유리 두께와 목표 종횡비를 함께 설계하는 것이 중요하다.

12. 구리와 유리의 열팽창 차이

구리를 성공적으로 채웠다고 해서 TGV 공정이 끝나는 것은 아니다.

구리와 유리는 서로 다른 열팽창 특성을 갖는다.

온도가 반복적으로 올라가고 내려가면 구리가 유리보다 더 크게 팽창하거나 수축하면서 계면에 응력이 발생할 수 있다.

이러한 응력은 장기간 반복될 경우 다음과 같은 문제로 연결될 수 있다.

유리 균열
금속층 박리
계면 손상
Cu 돌출
전기저항 변화

따라서 AI 서버처럼 장기간 높은 열부하를 받는 제품에서는 초기 전기저항뿐 아니라 열사이클 이후의 구조 안정성도 중요하다.

13. 표면 거칠기는 미세회로와 직접 연결된다

글라스 코어의 장점 중 하나는 매우 매끄러운 표면을 구현할 수 있다는 것이다.

매끄러운 표면은 미세회로 형성과 고밀도 패키징에 유리하다.

하지만 실제 제품에서는 단순히 가장 낮은 Ra 값을 만드는 것이 목표가 아니다.

중요한 것은 전체 패널에서 일정한 표면 품질을 유지하는 것이다.

예를 들어 중앙부는 매우 매끄럽지만 가장자리에서는 거칠기가 크게 증가한다면 후속 공정 균일성이 떨어질 수 있다.

따라서 표면 품질에서는 다음 항목을 확인하는 것이 좋다.

Ra
국부 스크래치
피트
치핑
잔류 입자
오염
연마 흔적
가장자리 상태

특히 미세배선이 형성되는 기능면에서는 표면 결함과 파티클 관리가 중요하다.

14. 가장자리 품질도 양산수율에 영향을 준다

대형 글라스 기판에서 자주 간과되는 부분이 가장자리다.

유리는 취성 소재이기 때문에 절단과 연삭 과정에서 가장자리에 미세 치핑이나 균열이 발생할 수 있다.

작은 가장자리 균열도 후속 열처리, 운반 또는 장비 핸들링 과정에서 성장할 가능성이 있다.

따라서 대형 글라스 코어에서는 다음 항목을 관리하는 것이 좋다.

에지 치핑
미세균열
모서리 형상
에지 라운딩
절단면 거칠기
코너 손상

사각 패널에서는 특히 네 개의 코너가 충격에 취약하기 때문에 별도 검사 기준을 설정할 수 있다.

15. 대면적 글라스 코어에서는 측정 위치가 중요하다

작은 샘플의 품질이 좋다고 해서 대면적 패널 전체가 동일한 품질을 갖는 것은 아니다.

대면적 기판에서는 최소한 다음 영역을 나누어 검사하는 것이 좋다.

중앙부

공정의 기준점 역할을 한다.

중간 영역

중앙과 가장자리 사이의 균일성을 평가한다.

가장자리 영역

절단, 연마, 코팅과 공정 균일성의 영향을 확인한다.

코너

대형 사각 패널에서 특히 중요한 기계적 취약 영역이다.

평탄도, 두께와 표면 거칠기도 한 지점만 측정하기보다 다점 측정을 통해 맵 형태로 관리하는 것이 유리하다.

16. 글라스 코어 입고검사에서 확인할 항목

AI 반도체용 글라스 기판을 구매할 경우 다음과 같은 검사 항목을 설정할 수 있다.

검사 항목	주요 확인 내용
기판 크기	길이·폭·직경
두께	목표 두께와 허용오차
두께 균일도	중심·가장자리 편차
평탄도	전체 및 국부 평탄도
휨	초기 및 공정 후 변화
표면 거칠기	기능면 Ra
TGV 직경	입구·출구 크기
TGV 피치	홀 간 거리
테이퍼	측벽 형상
위치 정밀도	설계 좌표와 실제 위치
미세균열	비아 및 가장자리
금속화	시드층 연속성
Cu 충진	보이드·심·핀치오프
표면 결함	스크래치·피트·파티클
가장자리	치핑·균열
청정도	입자와 오염

17. RFQ 작성 시 반드시 제공해야 할 정보

글라스 코어 또는 TGV 가공 견적을 요청할 때 단순히

“Glass substrate with TGV”

라고 요청하면 정확한 견적을 받기 어렵다.

다음 정보를 함께 제공하는 것이 좋다.

기판

유리 종류
전체 크기
두께
두께 허용오차
평탄도
휨 기준
표면 거칠기

TGV

비아 직경
입구와 출구 직경
비아 깊이
피치
종횡비
홀 개수
위치공차
테이퍼 요구사항
측벽 품질

금속화

시드층 구조
구리 도금 여부
완전 충진 또는 측벽 금속화
목표 Cu 두께
허용 가능한 보이드 기준

표면

연마면
표면 거칠기
스크래치 기준
치핑 기준
세정 요구사항

검사

치수검사
평탄도 맵
TGV 현미경 검사
단면검사
금속화 검사
표면 거칠기
결함 맵

수량

연구개발 샘플
파일럿 수량
양산 예상 수량

도면과 함께 이러한 정보를 제공하면 공급업체가 실제 제조 가능성과 공정비용을 훨씬 정확하게 판단할 수 있다.

18. 양산에서는 단일 샘플보다 공정 재현성이 중요하다

연구개발 단계에서는 몇 장의 고품질 샘플을 만드는 것이 중요하다.

하지만 양산에서는 기준이 달라진다.

매번 동일한 품질의 글라스 코어를 반복적으로 제조할 수 있어야 한다.

따라서 실제 공급업체 평가에서는 다음 항목을 확인해야 한다.

패널 간 평탄도 편차
로트 간 두께 편차
TGV 직경 분포
비아 위치 정확도
미세균열 발생률
금속화 불량률
보이드 발생률
표면 결함 밀도
공정 추적성
검사 데이터 제공 능력

결국 중요한 것은 가장 좋은 한 장이 아니라 수백 장 또는 수천 장에서도 동일한 품질을 유지할 수 있는가이다.

결론

AI 반도체용 글라스 코어 기판의 경쟁력은 단순히 유리 소재 자체의 특성으로 결정되지 않는다.

실제 패키징 공정에서는

대면적 평탄도 → 휨 → TGV 가공 → 측벽 품질 → 시드층 → 구리 충진 → 표면 품질 → 열기계적 신뢰성

이 하나의 연속된 공정으로 연결된다.

특히 TGV에서는 초기 비아 형상이 이후 모든 공정에 영향을 줄 수 있다.

테이퍼가 불균일하거나 측벽이 지나치게 거칠고 미세균열이 존재하면 시드층 피복이 불균일해지고, 이는 다시 구리 충진 과정의 보이드와 심 발생 가능성을 높일 수 있다.

따라서 AI·HBM·칩렛용 글라스 코어 기판을 선정할 때는 단순히 “TGV 직경이 몇 μm인가?”만 확인해서는 충분하지 않다.

다음 항목을 하나의 품질체계로 평가해야 한다.

Glass Material → Flatness → Warpage → TGV Geometry → Microcrack → Metallization → Cu Filling → Surface Quality → Reliability

대형 AI 패키지와 고밀도 인터커넥트가 발전할수록 글라스 코어 기판에서는 더 작은 비아뿐 아니라 더 넓은 면적에서 얼마나 균일하고 반복 가능한 품질을 구현할 수 있는가가 핵심 경쟁력이 될 것이다.

AI 반도체용 글라스 코어 기판 정밀가공: 대면적 평탄도·휨·미세 비아·금속화와 표면 품질 요구사항