유리 코어 기판(Glass Core Substrate)란?

유리 섬유로 강화한 수지 대신 유리판을 코어로 쓰는 패키지 기판. 유리는 평탄하고 치수가 안정되어 있으므로, 대형 패키지에서도 미세한 배선과 고밀도 관통 비아를 형성하기 위해 개발이 진행되고 있다.

일본어 명칭: ガラスコア基板

코어를 유리로 바꾸는 이유

고성능 프로세서의 패키지에는 주로 빌드업 기판이 사용되며, 이는 수지를 함침한 유리 섬유로 된 코어의 양면에 수지 절연층과 구리 배선을 쌓은 것입니다. 여러 칩과 AI용 HBM을 탑재하기 위해 기판이 커지면 온도에 의한 휨과 공정 중의 수축·팽창이 문제가 되고, 배선이 미세해질수록 위치 맞춤이 어려워집니다. 유리 코어 기판은 이 코어를 얇은 유리판으로 바꾸어, 유리의 매우 평탄한 표면, 강성, 열에 대한 치수 안정성을 이용해 미세 배선과 큰 기판 크기를 양립시키려는 것입니다.

유리의 성질과 TGV

유리는 조성을 조정하여 열팽창 계수를 고를 수 있으므로, 위에 탑재하는 칩이나 아래의 기판과의 팽창 차이로 생기는 휨과 응력을 관리하기 쉬워집니다. 양면은 레이저 등으로 뚫은 구멍에 구리를 채운 유리 관통 비아(TGV)로 연결되며, 유기 코어에 드릴로 뚫는 구멍보다 미세하고 고밀도로 만드는 것을 목표로 합니다. 유리는 일반적으로 손실이 적은 유전체이기도 하여 고속 신호 전송에 적합합니다.

깨지기 쉬움과 신뢰성

유리는 취성 재료여서 취급이나 가공 중에 이가 빠지거나 금이 갈 수 있습니다. 특히 구리를 채운 TGV 주위에서는 온도가 바뀔 때마다 구리와 유리의 팽창 차이로 응력이 생겨 미세 크랙의 시작점이 될 수 있습니다. 양면에 쌓는 배선층의 응력도 균열의 원인이 됩니다. 유리에 대한 구리와 수지의 밀착성, 비아 충전의 균일성, 유리의 낮은 열전도율, 장기 신뢰성 데이터가 아직 적다는 점도 과제입니다.

개발 현황

Intel은 2023년 9월에 차세대 첨단 패키징용 유리 기판을 발표하고, 2020년대 후반의 시장 투입을 목표로 한다고 밝혔습니다. 유기 기판보다 평탄성과 열적·기계적 안정성이 뛰어나 기판 안의 배선 밀도를 크게 높일 수 있다는 점을 들었습니다. 그 밖의 기판 제조사와 유리 제조사도 개발을 진행하고 있으며, 깨지기 쉬움에 대한 대책과 양산에서의 수율 확보가 실용화의 열쇠입니다.

자주 묻는 질문

유리 코어 기판과 유리 인터포저는 무엇이 다른가요?

유리 코어 기판은 패키지 기판의 코어에 유리를 쓰고 위아래에 배선층을 쌓아, 칩과 인쇄 회로 기판을 연결합니다. 유리 인터포저는 실리콘 인터포저 대신 유리를 써서 칩끼리를 고밀도로 연결하는 중간층입니다. 역할은 다르지만, 둘 다 TGV로 양면을 연결합니다.

유리 코어 기판은 유기 기판보다 어떤 점이 유리한가요?

평탄하고 치수가 안정되어 있어 휨에 강하므로, 큰 기판에서도 미세 배선과 고밀도 관통 비아를 만들기 쉽습니다. 열팽창을 조성으로 조정할 수 있고, 유전 손실이 작아 고속 신호에도 적합합니다.

유리 코어 기판의 주요 과제는 무엇인가요?

유리는 깨지기 쉽습니다. 구리를 채운 TGV 주위에 팽창 차이로 인한 응력이 집중되어 크랙의 시작점이 될 수 있고, 가공이나 취급 중에 이가 빠질 수도 있으므로, 응력 관리, 밀착성, 장기 신뢰성을 해결해야 합니다.