Glass-Core Substrate Packaging

개요

반도체 소자의 고성능화와 집적도가 급격히 증가함에 따라, 칩 패키징 기술의 중요성이 날로 커지고 있습니다. 그중에서도 Glass-Core Substrate Packaging(글래스 코어 기판 패키징)은 고집적, 저전력, 고신뢰성 요구를 충족하는 차세대 패키징 솔루션으로 주목받고 있습니다. 유리(glass)를 코어로 사용하는 이 방식은 기존 유기물(Organic) 기반이나 세라믹 기반 패키징 대비 우수한 전기적·기계적 특성을 제공합니다.

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1. 개념 및 정의

Glass-Core Substrate Packaging은 반도체 패키지의 중심 기판(core substrate)을 유리(glass) 재질로 대체한 고밀도 인터커넥트 패키징 기술입니다. 전통적으로는 BT(비스말레이드 트리아진)와 같은 유기기판이 사용되어 왔으나, 유리는 저유전율, 높은 열안정성, 우수한 표면 평탄도 등에서 탁월한 성능을 보여줍니다. 이를 통해 더 정밀한 회로 패턴 형성과 패키지의 소형화 및 다층화가 가능해집니다.

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2. 특징

항목	Glass-Core Substrate	Organic Substrate	Ceramic Substrate
유전율 (Dk)	매우 낮음 (4 이하)	중간 (4~6)	높음 (7 이상)
열팽창계수 (CTE)	낮음 (실리콘과 유사)	높음	매우 낮음
표면 평탄도	매우 우수	보통	우수
미세 패터닝 가능성	매우 우수	제한적	제한적

Glass는 전기적 손실을 줄이면서 고속 신호 처리를 가능하게 하며, 미세 회로 구현에 최적화되어 있습니다.

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3. 구성 요소

구성 요소	설명	역할
Glass Core	유리 기반 기판 중앙층	저유전 손실 및 정밀 패터닝 기반 제공
Redistribution Layer (RDL)	상부 회로 재배치 층	전기 신호 재정렬 및 연결 경로 형성
Through-Glass Via (TGV)	유리 기판을 관통하는 도전로	상하층 전기적 연결 제공
Underfill / EMC	충진재 및 몰딩	기계적 안정성 및 보호 제공

특히 TGV(Through-Glass Via)는 유리를 활용한 핵심 기술로서, 고밀도 연결 구조를 가능하게 합니다.

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4. 기술 요소

기술	설명	적용 역할
TGV 기술	유리에 미세 구멍을 가공하고 금속을 충진	수직 전기 연결 경로 형성
레이저 드릴링	정밀한 구멍 가공 기술	TGV 형성을 위한 핵심 기술
Cu 필 플래이팅	전기도금 기반 금속충전	고신뢰성 전기 연결 확보
Fan-Out 구조	기판 외연 확장 설계	고입출력 핀수 구현 및 저비용 패키징

Glass-Core 기판은 기존 기판 대비 다층화와 I/O 확장성이 뛰어나며, 고속 신호 및 전력 전송에 유리합니다.

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5. 장점 및 이점

장점	설명	기대 효과
저유전 손실	고속 신호에서도 손실 최소화	데이터 전송 효율 극대화
정밀 패터닝	2~5μm 수준의 미세 회로 가능	칩 크기 축소 및 고집적화
열팽창 정합성	실리콘과 유사한 CTE	패키지 신뢰성 향상
고집적 I/O	수천 개 이상의 비아 및 배선 가능	AI 및 고성능 칩 지원

Glass는 차세대 AI, 5G, HPC 칩 패키징에서 우수한 전기적 성능과 열관리 특성을 동시에 제공합니다.

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6. 주요 활용 사례 및 고려사항

활용 분야	적용 예시	고려사항
AI/HPC 프로세서	GPU, AI SoC 패키징	고속 신호 간섭 최소화 필요
모바일 AP	고밀도 저전력 칩 패키징	박형화 및 경량화 요구 충족 필요
통신 인프라	5G 통신칩, 네트워크 칩	고주파 특성과 내환경성 고려

Glass는 생산 공정의 난이도가 높은 편이므로, 대량 생산성과 수율 확보가 상용화의 주요 과제입니다.

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7. 결론

Glass-Core Substrate Packaging은 기존 패키징의 한계를 극복할 수 있는 차세대 솔루션으로, 특히 고속, 고주파, 고집적 환경에서 뛰어난 성능을 제공합니다. 미세 가공 기술과 TGV 기반의 수직 연결은 AI, 5G, 데이터센터 등의 차세대 전자기기에서 핵심 역할을 할 것입니다. 다만, 공정 기술 고도화 및 생산 수율 향상이 상용화를 위한 관건으로 남아 있습니다.