📌 유리기판(Glass Substrate) 산업 개요
유리기판은 디스플레이, 반도체, 전자부품 제조에 사용되는 핵심 소재입니다. 특히 LCD, OLED, 반도체용 패키지 기판(FC-BGA용) 등에 필수적으로 들어갑니다.
🔍 주요 시장 및 용도
구분설명
| 디스플레이용 | LCD/OLED TV, 스마트폰, 모니터 등에서 TFT 기판, 컬러필터용 기판으로 사용 |
| 반도체용 | Fan-out WLP, FC-BGA 등 고부가 반도체 패키징용 Glass Substrate로 개발 중 (기존 BT 소재 대체 움직임) |
| 첨단 응용 | 차량용 HUD, AR/VR용 고해상도 디스플레이, 미세가공 및 센서용 기판 |
📊 시장 동향
- 디스플레이: 중국의 LCD 과잉 생산, OLED 전환 가속화 → 대형 유리기판 수요 감소, 중소형 OLED 중심 전환
- 반도체: 글로벌 AI·HPC(고성능 컴퓨팅) 붐 → 차세대 패키징 수요 증가, Glass Substrate로의 전환 가능성 주목
- 경쟁 구도: 일본 아사히글라스, 코닝, NEG 등이 상위, 한국은 삼성디스플레이·LG디스플레이 계열 및 SKC(패키지용 진입) 주목
🏭 국내 주요 업체
회사주요 사업 내용
| 삼성디스플레이 | OLED, LCD용 유리기판 내부 조달 |
| LG디스플레이 | OLED 중심, OLED용 유리기판 및 대형 OLED 유리 사용 확대 |
| SKC | 반도체용 Glass Substrate 개발 중, 글로벌 시장 진출 모색 |
| 한국유리, KC글라스 | 전통 유리·산업용 유리 주력, 디스플레이 직접 진입은 제한적 |
🔧 기술 트렌드 및 과제
✅ 초박형·대면적화 → OLED, 대형 디스플레이용
✅ 고강도·내열성 → 반도체용 패키징용 Glass Substrate
✅ 광투과율, 표면 균일성 → AR/VR 및 광학용
📌 과제:
- 반도체용 Glass Substrate는 대량 생산성, Warpage(뒤틀림) 문제, 미세 가공 정밀성 확보가 중요
- 디스플레이용은 OLED 시장 확대에 따라 고부가 제품 개발 필수
📈 투자 및 전망
- 디스플레이: OLED 전환 수혜, 중국산 저가 공세로 한국 업체 경쟁력 약화 우려
- 반도체: AI·고성능 컴퓨팅, 전장용 패키지 확대에 따라 Glass Substrate 신시장 개척 기대
- 장기 전망: Glass Substrate는 반도체용에서 BT 기판을 대체할 전략적 소재로 주목, 중장기 투자 매력 상승
✅ 유리기판의 장점
구분상세 내용
| 1. 치수 안정성 | 열팽창 계수가 낮아 온도 변화에도 치수가 안정적, 미세회로 패턴 정밀 가공 가능 |
| 2. 전기적 특성 우수 | 유전체 손실(Df)이 낮고 절연성이 우수하여 고주파/고속 신호 전송에 적합 |
| 3. 표면 평탄성 | 표면 거칠기가 매우 낮아 미세 패턴 공정 및 고집적화에 유리 |
| 4. 내화학성 | 화학적 내성이 강해 각종 공정(예: 세정, 박막 공정)에서 변질·부식 우려가 적음 |
| 5. 대면적화 용이 | 다른 소재(BT, ABF 등)에 비해 초대형 판형 생산이 가능, 대형 패널 및 대면적 패키지 구현에 강점 |
⚠ 유리기판의 단점
구분상세 내용
| 1. 취성(Brittleness) | 유리는 깨지기 쉬운 특성이 있어 기계적 강도가 낮고, 취급·가공 시 파손 위험 |
| 2. 가공 난이도 | 구멍 뚫기, 절단, 미세 패턴 형성 등에서 고난도 장비·공정 필요 → 가공 비용 상승 |
| 3. 비용 문제 | BT, ABF 기판 대비 소재 단가 및 가공 비용이 높아, 초기 도입 비용 부담 |
| 4. 무게 | 동일 두께 기준으로 플라스틱 소재보다 무겁고, 시스템 경량화에는 불리 |
| 5. 생산성 | 아직 대량 양산 공정 안정화 단계에 있으며, 대량 생산에서의 수율 확보가 과제 |
📌 결론적 분석
- 디스플레이용에서는 이미 대형화·초박형 기술이 상용화됐지만,
- 반도체용 Glass Substrate는 아직 초기 도입 단계로
▶ 수율 안정화, 비용 절감, 기계적 강도 보완이 관건입니다.
장기적으로 AI, 고성능 컴퓨팅, 전장용 패키지에서 Glass Substrate 채택이 늘어나면 고부가 시장이 열릴 가능성이 높습니다.
📌 Glass Substrate vs. FC-BGA(BT·ABF 기판) 비교
구분Glass SubstrateBT/ABF Substrate (현재 FC-BGA용 주류)
| 주요 소재 | 알칼리-프리 유리 | BT(Bismaleimide Triazine) / ABF(Ajinomoto Build-up Film) 고분자 수지 |
| 열전도성 | 약 1 W/m·K → BT·ABF보다 높음, 금속·세라믹보단 낮음 | 약 0.3~0.5 W/m·K → 열전도성이 낮아 열 분산 효율 제한 |
| 열 안정성 | 낮은 열팽창 계수(CTE), 열 충격 약함 | 높은 열팽창 계수, 고온에서 뒤틀림·변형 우려 |
| 내열성 | 유리 특성상 고온에서도 변형 적음, 단 열 충격 깨짐 주의 | 고온 공정에서 열팽창 문제, 열 충격에 상대적으로 강함 |
| 열 관리 방식 | 자체 열 분산 성능은 중간, 금속 히트싱크·열전도층 필요 | 열전도성 낮아 패키지 내 메탈층, TIM 등으로 열 관리 필요 |
| 전기적 특성 | 낮은 유전손실, 고절연성 → 고주파 신호 전송에 유리 | 상대적으로 유전손실 높음, 고주파에서 신호 손실 발생 가능 |
| 가공성 | 깨지기 쉽고 가공 난이도 높음 → 비용 상승 | 비교적 가공 용이, 고도화된 공정 이미 확보 |
| 대형화·고밀도화 | 대면적·고밀도 설계 용이 | 층별 적층 공정, 대면적화는 제한적 |
| 비용 | 소재·공정비용 높음, 아직 대량 양산 초기 단계 | 양산 공정 확립, 상대적으로 낮은 비용 |
| 도입 단계 | 초기, 차세대용 시제품·시험 단계 | 성숙기, 주류 양산 공정 |
🔍 발열 관점 핵심 비교
✅ Glass Substrate
- BT/ABF보다 약 2~3배 높은 열전도성으로 칩 발열을 더 잘 퍼뜨릴 수 있음
- 하지만 금속·세라믹처럼 자체적으로 발열을 강하게 흡수·방출하지 못하므로 → 보조 열 관리 설계 필요
- 열팽창 계수가 낮아 고온 공정·동작에서 뒤틀림 방지가 가능, 고밀도/고주파용 설계에 유리
✅ BT/ABF Substrate
- 열전도성이 낮아 메탈층, 히트싱크, TIM 등에 의존해야 열 분산 가능
- 열팽창으로 인한 변형·뒤틀림 우려, 특히 고온 고출력 환경에서 한계 발생
📊 FC-BGA용 Glass Substrate 도입 의미
현재 문제Glass Substrate 채택 시 기대 효과
| 고밀도·고주파 동작에서 신호 손실, 열 축적 문제 발생 | 낮은 유전손실, 상대적 열전도 개선으로 고성능 신호 전송 가능 |
| 고온 환경에서 BT·ABF 기판 뒤틀림 문제 | 낮은 CTE로 고온 안정성 향상 |
| AI·HPC·전장용 등 고출력 패키지 수요 급증 | 차세대 패키징으로 Glass Substrate가 주목, 고부가 시장 공략 가능 |
⚠ 남은 과제
- 가공 난이도: 유리의 취성 때문에 정밀한 구멍, 미세 회로 형성 공정 난이도 높음
- 생산성·수율: Glass Substrate 양산 수율 확보 및 비용 절감 필요
- 열 관리 설계: 기판 자체로는 금속만큼의 방열 성능이 부족, 메탈 히트싱크·열전도층 등과 결합 설계 필요
🔍 1️⃣ 기본 발열 특성
유리기판은 본질적으로 전기 절연체로서,
- 전류가 흐르지 않아 전류로 인한 발열(Joule heating) 은 거의 발생하지 않습니다.
- 그러나 반도체 패키징이나 디스플레이 모듈에 쓰일 때는
→ 패키지 내부 또는 장착된 칩, 회로에서 발생하는 열을 효과적으로 분산할 수 있는지가 중요합니다.
🔥 2️⃣ 열 전도성 분석
구분수치 및 설명
| 유리의 열전도율 | 약 1 W/m·K (일반 소다석회 유리 기준, 알칼리-프리 특수유리는 약간 상향) |
| BT·ABF 기판 | |
| 금속 (예: 구리) | 400 W/m·K 이상 |
→ 유리기판은 금속이나 세라믹에 비해 열전도성이 낮지만,
기존 BT·ABF 같은 고분자 기판보다는 높은 수준으로,
패키지에서 발생한 열을 기판을 통해 분산하는 데 일정한 기여를 할 수 있습니다.
⚠ 3️⃣ 발열 관련 문제점
문제설명
| 기판 내열성 제한 | 열팽창 계수(CTE)는 낮지만, 높은 열을 받으면 열 충격에 의한 깨짐 위험 존재 |
| 열 확산 한계 | 열전도성이 낮아 고발열 칩 주변의 열을 빠르게 퍼뜨리는 데 한계, 열 집중 발생 가능 |
| 열 관리 필요성 | 고밀도 패키징에서 Glass Substrate 단독으로는 열 방출 성능이 부족할 수 있음 |
✅ 4️⃣ 발열 해결 방안
- 열 전도층 추가 → Glass Substrate 위에 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속 배선·히트싱크 구성
- 열전도성 필름, 패드 적용 → 열방출 패드(TIM, Thermal Interface Material) 등으로 보완
- 패키지 설계 최적화 → Glass Substrate 사용 시 열 분산 경로를 고려한 설계 필요
📊 5️⃣ 다른 소재 대비 비교
비교항목Glass SubstrateBT/ABF Substrate세라믹 기판 (AlN, Al₂O₃ 등)
| 열전도성 | 중간 (~1 W/m·K) | 낮음 ( |
높음 (AlN ~150-200 W/m·K) |
| 내열성 | 중간, 열충격 약함 | 낮음 | 높음, 열충격 강함 |
| 열 관리 용이성 | 보조 장치 필요 | 보조 장치 필요 | 고발열 환경에서도 강점 |
🔔 결론적 요약
- 유리기판은 전류 발열을 일으키지 않고, 고분자 기판(BT, ABF)보다 약간 더 나은 열전도성을 가짐
- 하지만 금속·세라믹에 비해 낮은 수준으로, 패키징에서 별도의 열 관리 설계가 필수
- 고밀도·고출력 반도체용으로 적용될 경우 열 분산 경로 설계와 히트싱크, 열방출 재료 적용이 반드시 필요함
📌 왜 유리기판을 써야 하는가? (Why Glass Substrate?)
🔍 1️⃣ 기술적 이유
항목기존 BT·ABF 기판의 한계Glass Substrate의 강점
| 열팽창 계수(CTE) | 고온에서 팽창 → 뒤틀림, 변형 → 신뢰성 저하 | 낮은 CTE → 열 안정성, 형태 안정성 확보 |
| 전기적 특성 | 높은 유전손실 → 고주파, 고속 신호에서 손실 발생 | 낮은 유전손실 → AI·HPC용 고속 신호 전송에 적합 |
| 평탄성·미세공정 | 표면 거칠기 상대적으로 높음 → 극미세 회로에 한계 | nm 단위 초평탄성 → 미세패턴·고밀도화 가능 |
| 대면적화·고집적화 | 적층 공정 의존, 대형화에는 물리적 한계 | 대형 판형, 고집적 설계 용이 |
| 열 분산 | 열전도성 낮아 별도 열 관리 필요 | BT·ABF보단 높은 열전도성, 열 분산 성능 상대적 개선 |
🔍 2️⃣ 시장·산업적 이유
✅ AI·고성능 컴퓨팅(HPC)
- AI 서버, 데이터센터 등 고주파·고속·고밀도 패키징 수요 폭증
- Glass Substrate는 이러한 고성능 시장 요구에 맞춘 최적 소재
✅ 전장용 패키지
- 자율주행, 전기차용 전장부품에서 신뢰성 높은 패키징 필요
- 열·기계적 안정성이 뛰어난 Glass Substrate 적합
✅ 차세대 성장 시장 선점
- BT·ABF 기판 시장은 성숙, 경쟁 심화
- Glass Substrate는 아직 초기 시장 → 선도업체에 높은 성장 기회
🔍 3️⃣ 미래 경쟁력 관점
관점Glass Substrate 도입 기대 효과
| 고성능 설계 | AI·HPC·전장용 차세대 설계에서 BT/ABF의 물리적 한계를 돌파 |
| 고부가가치 제품 | 기존 대비 고가·고부가 시장 → 기업 이익률 개선 가능 |
| 산업 지배력 | 초기 시장 선점으로 글로벌 시장 영향력 확보 |
⚠ 도전 과제
- 비용: 소재·가공비 비싸고, 양산성 확보가 아직 과제
- 기계적 강도: 유리의 깨짐(취성) 문제 해결 필요
- 생산 공정: 대량 생산 시 수율·품질 안정화 필요
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