"주가 2배 뛰었다"…반도체 '꿈의 기판' 뛰어든 기업들 벌써 들썩

[테크노마켓]반도체용 유리기판 기대감 증폭

인텔이 2023년 9월 공개한 반도체 유리기판 패널. /사진제공=인텔.

'꿈의 기판'으로 불리는 반도체용 유리기판을 향한 투자자들의 기대가 부풀고 있다. 주요 반도체 기업들이 본격적인 양산 준비에 돌입하면서 관련주의 상승세가 이어진다. 인공지능(AI) 시대 도래로 고성능 반도체 수요가 폭증할 수밖에 없다. 반도체 유리기판 채택은 필수불가결하다는 분석이 나온다. 다만 실제 상용화 시점을 추정하기 어렵고, 수익화 여부는 또 다른 문제라는 불안 요소도 존재한다.

3월 중순부터 상승세 탄 유리기판 관련주

대표적인 유리기판 관련주인 삼성전기 는 올해 3월 들어 주가가 13% 올랐다. 삼성전기의 상승세는 지난달 12일부터 시작됐다. 삼성그룹 계열사들이 유리기판 상용화를 위한 공동 연구개발(R&D)에 돌입했다는 보도가 나온 시점이다. 삼성전기는 1월 'CES 2024'에서 2026년에 유리기판을 본격 양산하겠다고 밝혔다.

장덕현 삼성전기 사장은 전날 "고객들과 협의 중이다. 내년 정도에 시제품을 한 번 낼 것"이라며 "수주 사업이다 보니 고객들과도 정리가 돼야 할 것 같은데, 올해 세종에다가 파일럿(시범) 생산 라인을 만들고 2026~2027년에 양산을 고려하고 있다"고 말했다.

SKC 는 자회사 앱솔릭스 효과에 힘입어 3월 이후 주가가 54% 올랐다. 앱솔릭스는 2억4000만달러(약 3300억원)를 투자해 미국 조지아주에 유리기판 생산공장을 세웠다. 올 상반기 중 제품 생산에 돌입한다. 앱솔릭스는 SKC가 세계 최대 반도체 디스플레이 장비 기업인 미국 어플라이드 머티어리얼즈와 함께 설립한 기판 전문 업체다.

반도체 유리기판 관련주 주가 추이. /그래픽=윤선정 기자.

LG이노텍 역시 반도체 유리기판 사업에 나선다. 문혁수 LG이노텍 대표는 지난달 21일 주주총회 직후 "주요 고객이 미국의 큰 반도체 회사인데 유리기판에 관심이 많다"며 "당연히 준비하고 있다"고 밝혔다.

코스닥 반도체 소부장(소재·부품·장비) 종목들도 들썩였다. 올 들어 와이씨켐 과 필옵틱스 (28,100원 0.00%), HB테크놀러지 등 유리기판 관련주로 분류된 상장사들의 주가가 대부분 올랐다. 최근 유리기판 핵심 소재 3종에 대한 양산 테스트에 착수한 와이씨켐은 3월 이후에만 주가가 2배 넘게 올랐다.

AI 시대에 커지는 유리기판 가치… 유기기판 대체 수순

반도체 기판은 칩과 컴퓨터 메인보드를 연결하는 부품이다. 현재 플라스틱과 같은 유기 소재가 널리 쓰이고 있다. 여러 개의 칩이 하나의 반도체처럼 동작하는 이종집적을 위해선 칩과 유기기판 사이에 인터포저(중간 기판)가 필요하다.

고집적 패키지 기판이 필요한 AI용 반도체는 실리콘으로 만든 인터포저를 활용한다. 문제는 실리콘 인터포저 공정이 반도체 전 공정이 준할 정도로 복잡해 상당한 비용이 들어가는 점이다. 반도체 업계에서는 AI 반도체 발전 속도를 감안하면 조만간 유기기판에 기반한 성능 향상은 한계에 도달할 것으로 본다.

유기기판(위)와 유리기판(아래) 비교. 유리기판은 실리콘 인터포저 없이 칩 탑재가 가능하다. /사진=앱솔릭스.

유기기판의 대안으로 부상한 게 바로 유리기판이다. 유리기판은 명칭 그대로 유리로 만든다. 휘어짐에 강하고 평탄도가 높은 유리기판은 인터포저를 탑재하지 않아도 된다. 유기기판보다 더 많은 트랜지스터 집적이 가능해, 이론상 유리기판이 유기기판보다 데이터 처리량이 8배 많고 전력 소비는 절반에 불과한 것으로 알려졌다.

그로쓰리서치는 "기존 유기기판은 미세공정에 이용되는 열과 휘어짐에 약해 최근 유리기판이 대체재로 주목받고 있다"며 "유리기판은 유기기판과 달리 기판 위가 아닌 내부에 MLCC(적층세라믹콘덴서)를 심을 수 있어 효율성 측면에서도 우위에 있다. 유기기판과 비교해 동일 규격에서 50% 많은 칩을 탑재할 수 있다고 알려져 있다"고 했다.

수율 저하, 고가 문제 풀어야… 상용화 시점 단정 어려워

단점도 있다. 유리 특성상 누적 압력이나 외부 충격에 쉽게 깨져 수율(결함 없는 합격품 비율)이 떨어진다. 수율 저하는 필연적으로 제품 가격 상승을 가져올 수밖에 없다. 디스플레이 시장에서 널리 쓰이는 유리기판이 반도체 시장으로 진입하지 못한 결정적 이유다. 유리기판이 대세로 자리 잡기 위해선 관련 기술 개발과 공정 최적화가 이뤄져야 한다.

고성능 반도체 수요 폭증에 발맞춘 유리기판으로 전환은 가속화할 전망이다. 다만 상용화 시점을 예단하기 어렵다. 아직 주요 반도체 기업들이 유리기판 공급망을 완전히 구축하지 못했기 때문이다. 유리기판 관련주 상승세가 다소 이르다는 우려가 나오는 이유다.

인텔이 2023년 9월 공개한 유리기판 테스트 칩. /사진제공=인텔.

유리기판 채택에 가장 적극적인 인텔은 10년 전부터 유리기판 상용화를 준비했다. 지난해 9월에는 유리기판을 적용한 반도체 시제품을 공개했다. 본격적인 양산 목표 시점은 2030년 전으로 최대 6년이나 남았다. AMD는 여러 기판 업체들과 유리기판 성능 평가를 진행하는 단계다.

반도체 기판 세계 1위인 일본 이비덴은 지난해 10월부터 본격적인 유리기판 R&D에 착수했다. 최근 국내 유리기판 관련주가 급등한 것과 달리 이비덴은 3월 이후 주가가 11% 빠졌다.

고의영 하이투자증권 연구원은 "주요 반도체 업체가 2026~2027년 이후 도입을 계획하고 있으므로 관련 공급망의 이익 기여를 논하기 이른 시점이고, 따라서 뉴스에 따라 주가 변동성도 클 수 있다"며 "다만 역사적으로 기판 소재는 변화해왔고, 새로운 변곡점이 가까워졌다는 방향성에 주목한다"고 밝혔다.