인공지능(AI) 기술이 산업 전반에 혁신을 가져오면서, AI 반도체 시장은 폭발적인 성장을 거듭하고 있다. 이러한 변화의 중심에서 반도체 성능을 좌우하는 '후공정 패키징' 기술이 부상하며, 관련 소재·부품·장비(소부장) 기업들은 새로운 '텐배거' 기회를 맞이하고 있다. 과거 단순 조립 공정으로 여겨지던 후공정은 이제 반도체 성능 향상의 게임체인저로 자리매김하고 있다.

 

▲ AI 반도체 성능 혁신의 핵심, 첨단 패키징의 부상
AI, 고성능 컴퓨팅(HPC) 수요 폭증으로 반도체 성능 향상이 필수적이다. 전공정 미세화의 물리적 한계에 직면하며, 칩을 효율적으로 연결하고 통합하는 후공정 패키징 기술이 핵심 요소로 부상했다. 특히 HBM(고대역폭 메모리)과 GPU(그래픽처리장치)를 수직으로 쌓아 연결하는 2.5D 및 3D 패키징 기술은 AI 반도체 시대의 필수이며, 칩 사이에 수천 개의 구멍을 뚫어 연결하는 TSV(Through-Silicon Via, 실리콘 관통 전극) 공정이 핵심 역할을 한다.

▲ '게임체인저' 기술: 하이브리드 본딩과 칩렛의 독점적 해자
AI 반도체 시대의 진정한 '게임체인저'는 '하이브리드 본딩'과 '칩렛'이다.
하이브리드 본딩(Hybrid Bonding)은 16단 이상의 초고적층 HBM 생산에 필수 기술이다. 이 기술은 기존 범프(작은 금속 구슬) 없이 칩의 구리 단자끼리 직접 맞붙여 전기 신호 손실을 최소화하고 반도체 성능 및 패키지 두께를 개선한다. 공정 안정성과 수율 개선에도 유리하다. 삼성전자, SK하이닉스 등 주요 기업들이 도입을 검토 중이며, 국내 소부장 기업들도 하이브리드 본더 개발에 박차를 가하고 있다. 나노미터 단위의 초정밀 평탄화 공정이 필수적이며, 이는 기술 독점적 해자를 구축한다.

칩렛(Chiplet) 기술은 하나의 큰 반도체를 여러 개의 작은 조각(칩렛)으로 나눠 만든 후, 이를 조합해 하나의 패키지로 만드는 방식이다. 각 칩렛에 최적화된 공정을 적용하여 제조 비용 절감, 성능 유연성 및 수율 개선이 가능하다. 인텔, AMD 등 주요 기업들이 이미 칩렛 구조를 설계하고 있으며, 차량용 반도체(ADAS) 분야에서도 도입이 확대되고 있다. 칩렛 기술은 반도체 설계 및 제조 효율성을 극대화하며, 특정 기능에 특화된 칩렛 개발을 통해 소부장 기업들에게 새로운 성장 기회를 제공한다.

▲ 차세대 패키징의 지평, 유리 기판 기술
기존 플라스틱(유기) 기판의 한계를 극복할 차세대 '게임체인저'로 '유리 기판(Glass Substrate)' 기술이 주목받고 있다. 플라스틱 기판은 AI 반도체 고성능화로 칩 크기가 커질수록 열에 의한 휘어짐(Warpage) 현상이 심화되어 고집적화에 어려움이 있었다. 유리는 열에 강하고 열팽창 계수가 낮아 휘어짐이 거의 없으며, 매끄러운 표면으로 미세 회로 구현에 최적이다. 이는 칩을 더 얇고 촘촘하게 배열하여 반도체 성능을 끌어올리고, 데이터 전송 효율 및 전력 소모를 절감한다.
인텔이 유리 기판 로드맵을 주도하며 2026년 상용화 시점을 앞당겼고, 일본 기업들이 정밀 가공 기술로 공급망에 합류했다. 국내에서는 SKC(앱솔릭스), 삼성전기, LG이노텍 등이 유리 기판 상용화에 적극적이며, 2028년까지 약 11조 6,000억 원 규모의 시장을 형성할 전망이다. 유리 기판 기술은 Through Glass Via(TGV)와 같은 핵심 공정 기술과 함께 밸류체인 변화를 가져오며 독점적 해자를 구축할 것으로 예상된다.

결론: ▲ 소부장 기업, '텐배거'를 위한 생존 전략과 미래 제언
AI 반도체 시대는 후공정 패키징 소부장 기업들에게 전례 없는 성장 기회를 제공한다. 2027년 약 155조 원 규모로 성장할 AI 반도체 시장과 225조 원 규모의 반도체 제조 장비 시장 속에서, 소부장 기업이 '텐배거' 반열에 오르기 위해서는 '하이브리드 본딩', '칩렛', '유리 기판'과 같은 '게임체인저급' 기술력을 선제적으로 확보하고 독점적 해자를 구축해야 한다.
핵심 기술 R&D 투자와 특허 확보로 기술 격차를 벌리고, 대형 반도체 제조사와의 긴밀한 공동 연구개발 및 전략적 파트너십을 강화해야 한다. 또한, 안정적인 수율과 비용 효율성 확보에 주력하며, 글로벌 공급망 변화에 대응하는 유연한 전략이 필요하다. 선제적인 기술 투자와 전략적 협력을 통해 독점적 기술 해자를 구축하는 소부장 기업만이 AI 반도체 시대의 진정한 승자가 될 것이다.