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[IT뉴스]AI 반도체 따라 기판도 재설계…삼성전기, MLC 복합화 방향 제시

온카뱅크관리자

2026-09-10 17:07:25

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 SLC 한계에 PPG 적층·CCL 2장 구조 제시…강성·배선 자유도 동시 확보 [반도체레이다]
 범프 피치 80㎛ 안팎 한계 거론…메탈 범프·유리기판 차세대 선택지로
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 [디지털데일리 고성현기자] 삼성전기가 인공지능(AI)용 반도체 패키지 기판의 대형·고다층화에 대응하기 위한 멀티레이어코어(MLC) 기술 방향을 제시했다. 기존 동박적층판(CCL) 한 장의 두께를 늘리는 방식에서 벗어나 CCL과 프리프레그(PPG)를 여러 층으로 구성하고, CCL을 복수로 활용하는 하이브리드 구조까지 고도화하는 방식이다.
 김상훈 삼성전기 패키지사업부 파트장은 10일 인천 송도컨벤시아에서 열린 'KPCA 쇼 국제심포지엄(INSIGHT 2026)'에서 "예전에는 CPU가 얼마나 빨라지느냐가 중요했다면, 지금은 AI로 생성되는 많은 데이터를 얼마나 빨리 처리하고 저장·분석하느냐가 핵심이 됐다"며 "기판 역시 이에 따라 신호 무결성(SI: Signal Integrity), 전력 무결성(PI: Power Integrity), 기계적 무결성(MI: Mechanical Integrity) 등 세 가지 축이 중요해진 상황"이라고 말했다.
 최근 반도체 기판 시장에서는 AI와 고성능컴퓨팅(HPC) 확산으로 칩 미세화만으로 성능을 끌어올리기 어려워지면서 첨단 패키징을 통해 한계를 넘으려는 움직임이 빨라지고 있다. 이에 따라 기판 회로와 배선은 더욱 촘촘해지는 반면, 여러 칩을 한데 묶기 위한 기판은 오히려 대형·고다층화하는 추세다.
 기판이 커지고 층수가 늘면서 휨(Warpage)을 제어하는 기술도 중요해지고 있다. 특히 고성능 칩의 발열과 적층 구조가 복잡해질수록 기판 변형 가능성이 커지는 만큼, 코어 강성을 높여 이를 억제하려는 시도가 이어지고 있다.
 김 파트장은 "고성능 패키지 기판은 층수가 높은 만큼 휨 현상에 많이 취약해진다. 이로인해 최근 코어 두께를 계속 늘리려는 트렌드가 지속되고 있다"며 "예전에는 약 20층, 90㎜급이던 영역이 지금은 120㎜급으로 커지고 앞으로는 40층 이상으로 더 올라가게 될 것"이라고 설명했다.
 패키지 기판은 가운데 코어를 두고 양쪽에 ABF 등 절연층과 구리 배선을 반복적으로 쌓는 구조다. 코어에 주로 쓰이는 CCL은 유리섬유와 수지, 동박으로 구성돼 기판의 중심을 잡고 강성을 확보하는 역할을 한다.
 기존 범용 기판은 상대적으로 면적과 층수가 작아 CCL 한 장의 두께를 조절하는 방식으로도 필요한 강성을 확보할 수 있었다. 하지만 AI용 패키지는 탑재되는 칩이 늘면서 기판 면적과 층수가 함께 커지고 있어 휨과 평탄도 관리가 한층 까다로워지고 있다.
 이에 따라 코어 자체의 강성을 높이는 방식도 다양해지는 추세다. CCL 한 장의 두께를 늘리는 싱글레이어코어(SLC)와 함께, PPG 등을 추가 적층해 코어 자체를 여러 층으로 구성하는 멀티레이어코어(MLC)가 대안으로 거론되고 있다.
 김 파트장은 "싱글레이어코어 방식은 코어 두께를 늘릴수록 내부 비아(Via)와 회로를 가공하는 난도가 높아진다"며 "특히 코어가 두꺼워지면 비아 홀 크기를 줄이는 데도 제약이 커질 수 있다"고 설명했다.
 MLC는 코어 강성을 높이면서 배선 설계의 자유도를 확보할 수 있다는 점이 장점으로 꼽힌다. 추가 적층한 PPG 층에 그라운드나 신호 배선을 배치할 수 있어 기판 구조를 보다 유연하게 설계할 수 있다.
 김 파트장은 기존 방식에서 한 단계 더 나아가 CCL 자체를 두 장 활용하는 하이브리드 구조도 제시했다. 하나의 CCL을 중심으로 PPG를 추가 적층하는 기존 MLC와 달리, 두 장의 CCL을 나눠 배치하고 그 사이에 접합층을 두는 방식이다. 코어를 복수로 구성해 기판 전체의 강성을 높이면서 내부에 추가 배선층을 확보할 수 있는 구조다. CCL은 PPG보다 유리섬유 함량이 높아 기판을 지지하는 힘이 크다. 이를 한곳에 두는 대신 두 장으로 나눠 배치하면 기판을 보다 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
 김 파트장은 "CCL을 두 장 사용하는 구조는 한 장을 쓰는 것보다 강성 측면에서 유리하다"며 "CCL을 중심부 한 곳에 두는 것보다 양쪽으로 나눠 배치하는 구조가 기판의 강성을 높이는 데 도움이 될 수 있다"고 설명했다.
 다만 CCL이 한 장 더 들어가는 만큼 구조와 제조 공정은 복잡해진다. 두 CCL 사이를 연결하기 위한 접합층이 추가되고, 각 층을 어떻게 연결할지도 함께 고려해야 하는 점이 과제로 꼽힌다 김 파트장은 "층이 많아지는 만큼 소재가 더 들어가고 접합층도 필요하다"며 "정량적으로 강성이 몇 배 좋아지는지는 소재와 기판 구조에 따라 달라질 수 있다"고 말했다.
 데이터 이동 확대로 늘어나는 입출력(I/O)에 대응하기 위한 기판 미세화도 과제로 꼽힌다. 칩과 기판을 연결하는 범프 수가 많아지면서 범프 사이 간격은 좁아지고, 기존 미세 솔더볼 방식의 공정 난도도 함께 높아지고 있다.
 김 파트장은 "현재 기판에서 양산으로 많이 쓰이는 것은 90㎛ 이상 피치"라며 "85㎛ 정도가 프린팅 방식의 미세 솔더볼에서 다른 방식으로 넘어가는 변곡점이 될 수 있다고 보고 있다"고 말했다.
 이어 그는 "80㎛ 안팎부터는 기존 미세 솔더볼 방식의 공정 난도가 크게 높아질 수 있다"며 "범프 피치가 55~45㎛ 수준까지 좁아지면 메탈 범프를 적용하는 방향이 유력해질 것으로 보고 있다"고 설명했다.
 코어 강성을 높이는 또 다른 방향으로는 유리 기판(Glass Core)이 거론됐다. MLC가 기존 CCL 기반 코어의 구조를 바꾸는 방식이라면 글라스코어는 코어 소재 자체를 유리로 대체하는 접근이다. 유리는 CCL보다 강성이 높고 열팽창계수(CTE)가 낮아 대형 패키지에서 휨을 줄이는 데 유리하다. 온도 변화에 따른 변형도 상대적으로 작아 인터포저 등 상부 구조와의 정합성도 높일 수 있다.
 김 파트장은 "글라스코어는 유리 특성상 깨지기 쉬워 핸들링이 중요하고, 코어에 미세 구멍을 뚫은 뒤 내부를 도금하는 기술도 중요한 과제"라며 "기존 CCL과는 다른 가공 기술을 함께 확보해야 한다"고 설명했다.
 김상훈 파트장은 "2.5D 패키징 자체도 큰 변화였지만 앞으로 검토되는 패키징을 보면 더 많은 변화가 있을 것으로 기대된다"며 "반도체 성능의 한계를 극단적으로 끌어올리는 기술이 결국 패키징이고, 이에 맞춰 기판 기술도 계속 변화해야 할 것"이라고 말했다.
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