2023년 2차 전지에 이어 2024년에는 AI 섹터가 강세를 보이고 있습니다. 전 세계적으로 AI 산업에 대규모 투자가 이어지고, 전력 관련주, 반도체, 데이터 센터 등 관련 사업도 주목받고 있습니다. 오늘은 AI 반도체 관련 핫한 테마 중 하나인 유리기판 소재에 대해 알아보겠습니다.
유리기판이란?
유리기판(글라스기판)은 매우 얇고 투명한 유리 판입니다. 다양한 전자 제품의 핵심 부품으로 사용됩니다. 특히 LCD(액정 디스플레이), OLED(유기 발광 다이오드) 디스플레이, 태양광 패널 등 제품에는 필수로 들어갑니다.
디스플레이용 유리는 특수 화학 처리를 통해 강화되며, 높은 투명도와 일정한 두께, 내구성 테스트를 거쳐서 양산됩니다. 요새 시장의 관심이 높은 AI 관련 반도체용 유리기판은 유리기판에 전자 회로를 새기는 소재를 의미합니다.
반도체용의 경우 장점이 많지만, 가격이 비싸 대중성이 떨어졌습니다. 하지만 AI 데이터 처리량이 기하급수적으로 늘어날 것으로 전망하여 시장의 관심을 받고 있습니다. 기존 소재보다 더 딱딱하여 세밀한 회로 형성이 가능하고, 열과 휘어짐에 강해 대면적화에 유리합니다. 또한, 얇게 성형이 가능해, 전기신호 손실을 줄이고, 신호 전달 속도도 빠릅니다. 전력 소비도 우수하다는 장점도 있습니다.
제조과정
유리기판의 제조 과정은 매우 정밀하며 첨단 기술이 필요합니다. 제조 과정은 크게 용해, 성형, 냉각, 후처리 단계로 나뉩니다.
용해 단계
규사, 소다회, 석회석 등의 원재료를 혼합하여 약 1,500도 이상의 고온에서 완전히 녹입니다. 이때 모든 재료가 균일하게 섞여야 하며, 이 과정에서 불순물이 제거됩니다.
성형 단계
녹은 유리를 특수한 기계로 원하는 두께로 성형합니다. 이 단계에서 가장 흔하게 사용하는 기법은 ‘플로트 공정’으로 녹은 유리를 주석의 평평한 표면에 부어, 펼쳐서 매끄럽게 만드는 방식입니다.
냉각 단계
모양이 잡힌 유리를 천천히 냉각시킵니다. 냉각 과정을 거쳐야 유리 내부 응력을 최소화할 수 있으며, 균열이나 변형을 방지할 수 있습니다.
후처리 단계
냉각된 유리는 절단, 연마, 세척 및 기타 화학 처리를 거쳐 최종 제품으로 완성합니다. 마무리로 표면에 기능성 코팅으로 마감하여 추가적인 성능을 더하기도 합니다.
사용분야
디스플레이
[출처: 삼성디스플레이]
유리기판은 LCD, OLED 등 디스플레이 전자기기 관련 핵심 부품입니다. 유리기판을 기반으로 디스플레이 부품이 만들어지며, 해당 부품은 텔레비전, 스마트폰, 태블릿, 노트북 등 다양한 전자기기에 사용됩니다.
태양광 패널
태양광 패널의 효율성을 극대화하기 위해 고도로 투명한 유리기판이 사용됩니다. 이 유리는 빛을 최대한 효과적으로 흡수하여 전기로 전환 성능을 결정짓는 요소 중 하나입니다.
반도체 산업
[출처: SKC]
[출처: 앱솔릭스]
반도체에서도 유리기판이 사용됩니다. 반도체 칩을 패키징 기판 대비, 보다 정밀하게 세길 수 있으며, 두께도 더욱 얇고 전력 소비도 덜합니다. 제조비용이 증가하여 시장에서 외면되어 왔으나, AI 시대를 맞이하여 고성능 컴퓨팅 장치의 핵심 부품 중 하나로 여겨지고 있습니다.
장점
1. 높은 투명성과 광학적 특성
유리기판은 투명성이 높아, 디스플레이 전자 기기에서 선명한 이미지를 제공합니다. 광학적 특성이 뛰어나 빛의 왜곡 없이 더욱 정확한 색상과 이미지를 전달할 수 있습니다.
2. 열 안정성과 내구성
유리는 고온에 강한 소재입니다. 다양한 온도에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있습니다. 이 때문에 열에 의한 손상이나 변형이 작아 장기간 안정적인 제품 품질을 제공합니다.
3. 화학 저항성
유리 특성상 대부분의 화학 물질에 대한 저항성이 높습니다. 산성이 높거나 알칼리성이 있는 화학제품 등에 오염되지 않지 않습니다. 화학적 공정이 필요한 환경에서도 제 몫을 다할 수 있습니다.
4. 재활용 가능
재활용이 가능한 소재입니다. 폐기 후 재활용 공정을 거쳐 다시 다른 제품의 원료로 활용될 수 있습니다.
단점
1. 취약성
유리는 충격에 약하고 쉽게 깨질 수 있는 재료입니다. 제조, 운송, 설치 과정에서 파손의 위험성이 크며 취급 시 주의가 필요합니다.
2. 무게
두께가 두꺼워질수록 무게가 많이 증가합니다. 두께가 커질수록 휴대성이 떨어져서 제품 사용에 제한될 수 있습니다.
3. 제조 단가
반도체용의 경우, 기존 패키징 기판 대비 제조 비용이 비쌉니다. 유리 특성상 외부의 강한 충격이나 압력에 약하고, 제조 시 수율을 높이기 어렵습니다. 제조 공정 난도가 높다는 단점이 있습니다.
4. 열 확장
유리는 온도 변화에 따라 수축과 확장을 반복합니다. 극단적인 온도 변화는 제품의 성능을 저하할 수 있습니다.
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마치며
오늘은 AI 반도체 관련, 시장 주목도가 높은 소재인 유리기판에 대해 알아보았습니다. 이미 20년 가까이 연구가 진행되어온 기술과 소재이지만, 제작 난이도와 가격 때문에 대중화를 하지 못하였습니다. 업계 관계자가 발표한 바로는 마이크로소프트, 애플, 메타, 구글을 선두로 고성능 컴퓨팅 기업들은 빠르면 2026년부터 유리기판을 채용할 것이라고 전망하고 있습니다.
현재 국내 유리기판의 대장주는 SKC이며 관련주로는 삼성전기, 필옵틱스, 와이씨켐, 기가비스, 주성엔지니어링, 에오테크닉스, HB테크놀로지, 켐트로닉스 등이 있습니다.