LGエレクトロニクスが半導体用ガラス基板の商用化で最大の難題とされるガラス貫通電極（TGV）工程技術を高度化したことが分かった。ガラス基板を次世代の収益源と位置づけて商用化を進めるLGイノテックと、当該技術の適用方案を協議していると伝えられている。業界では、LGエレクトロニクスが商用化水準に近い装置技術を実装しただけに、後発とされるLGイノテックが競合との格差を相当程度縮められるとの分析が出ている。
ガラス基板は、従来のプラスチック材（有機）の半導体用基板が抱える反りや電力供給・微細回路形成の限界を補完する次世代パッケージング素材とされる。人工知能（AI）半導体の大型化に伴い、基板で発生する問題を解決すると期待され、業界では「ゲームチェンジャー」と呼ばれている。
13日、業界によるとLGエレクトロニクス生産技術院（PRI）は最近、ガラス基板用TGVレーザーシステム「AVEX-P500」を開発した。この工程を適用し、グラスコア（ガラス基板の中央で形状を支持するガラス層）にTGVを形成した実物サンプルも外部に公開した。基板1枚に545万個のホールを加工し、エッチング前に不良を検査して選択的に補正する工程まで実装したことが確認された。
◇ 545万個のホール加工・補正…量産を考慮した工程技術
LGエレクトロニクス生産技術院は自社開発のTGVレーザーシステムで、厚さ0.5㎜のガラスサンプル（BF33）にアスペクト比1対10のホールを実現した。厚さ1.1㎜のガラスではアスペクト比1対20の微細孔を開けた。アスペクト比は孔の深さを直径で割った値で、TGVではガラスの厚さがホールの深さに相当する。数値が高いほど、より厚いガラスに狭く深い孔を加工したことを意味する。ホール形状が円にどれだけ近いかを示す円形度は97%、上下部の直径比率は98〜99%と示された。位置精度は±3㎛、側壁粗さは約0.5㎛水準である。
ホールの上下の直径差が小さいということは、内部が過度にくびれたり一方に傾く現象を抑制したことを意味する。これは後続工程で銅を隙間なく充填し、各TGVで一定の電気的特性を確保するために必要な条件である。
LGエレクトロニクスが開発したTGV工程を活用すれば、設計条件に応じて約90分で基板1枚に545万個のホールを加工できる。エッチング前にパネル全体を検査し、レーザー改質状態が不良な部分を見つけて選択的に再処理するには約15分がかかる。
業界では、LGエレクトロニクスが数百万個のホールを実際のパネル単位で処理できる生産性と、検査・補正体制を提示した点に注目している。ガラス基板の量産では、ホールの最小サイズそのものよりも、パネル全体で直径・位置・形状をどれだけ均一に維持できるかが歩留まり（良品比率）を左右するためだ。
半導体業界の関係者は「LGエレクトロニクスはホールの形状・位置・処理時間・エッチング前検査条件などを通じ、ガラス基板に適用可能なTGV技術の商用化水準を示した」と述べ、「工程所要時間や実際の量産環境での歩留まり確保など追加検証は必要だが、相当な技術的前進を成し遂げた」と語った。
◇ レーザーでガラスの物性を変えてからエッチング…微細クラックを低減
TGVは電気が通らないガラスの上下回路を接続する技術である。ガラス内部に数十万〜数百万個の微細孔を形成し、銅などの導電性物質を充填して垂直の電気経路を形成する。
ガラスは硬く表面が平滑で、基板のサイズを安定的に拡大できる素材と評価される。一方、衝撃で割れやすい脆性を持ち、微細孔の加工過程でクラックや破損が発生し得る。TGVがガラス基板商用化の核心難題とされる理由である。
特にAI向け半導体基板として用いるには、ホールの位置が表面回路と精密に一致しなければならない。孔の中央がくびれたり壁面が粗いと、銅の充填過程で空隙が生じて電気的不良につながり得るため、高い加工精度が求められる。
LGエレクトロニクスはこうした問題を解決するため、レーザーでガラスを直接えぐるのではなく、孔を形成する部分の内部物性を先に変えてからエッチングする方式を適用した。検査と補正工程もエッチング前に配置した。全体の流れは「レーザー改質→検査→補正→エッチング→銅充填→回路形成」の順で進む。改質は材料内部の性質を選択的に変え、後続工程で当該部分を容易に除去できるようにする技術である。
レーザーでガラスを直接除去すると、加工部位に熱が集中して微細クラックや破片が発生し得る。改質とエッチングを組み合わせれば、直接穿孔方式より熱影響を抑え、厚いガラスに比較的まっすぐなホールを形成するのに有利だ。
◇ 合弁を設立したサムスン電機、顧客評価に入ったSKC…TGV技術はLGイノテックの「逆転カード」となるか
LGイノテックは、ガラス基板の商用化競争を繰り広げるインテル・SKC・サムスン電機より事業化段階が遅れているとの評価を受ける。LGイノテックは2024年にガラス基板の商用化開発を開始し、昨年クミ事業場に試験生産ラインを構築した。商用化の目標時期は2027〜2028年である。
一方、インテルは10年超にわたり関連技術を研究してきた。2023年に先端パッケージング用ガラス基板技術を公開し、素材・装置・化学企業と関連サプライチェーンを構築している。SKCは子会社アブソリクスを通じて米国ジョージア州に生産拠点を整えた。現在、顧客企業に試作品を供給して信頼性評価を進める段階だ。サムスン電機もセジョン事業場のパイロットラインでガラス基板の試作品を製造している。2日には日本の住友化学子会社であるドンウファインケムと、核心素材であるグラスコアを生産する合弁会社の設立を決定した。
市場では、LGイノテックがLGエレクトロニクスと協業してTGV実装の難題を解けば、競合と開いた技術格差を相当程度縮められるとの分析が出ている。LGエレクトロニクスはLGイノテックとTGVをはじめとする半導体後工程装置の適用方案を協議中と伝えられている。
業界関係者は「LGイノテックの基板技術にLGエレクトロニクスのレーザー・検査装置を組み合わせ、開発スピードを高めようとする戦略とみられる」と述べ、「LGエレクトロニクスが商用化に近いTGV装置技術を確保しただけに、LGイノテックの工程適用スピードも速まる可能性がある」と語った。さらに「LGイノテックはガラス精密加工企業UTIとも協業中で、ここにLGエレクトロニクスの装置・工程技術まで加わる構図だ」と付け加えた。
LGエレクトロニクスはTGV以外にも、ガラス基板表面に微細回路を作るレーザー直接イミージング（LDI・Laser Direct Imaging）装置を開発している。LDIはフォトマスクを使用せず、設計データに基づいてレーザーを基板に直接照射し、回路パターンを形成する設備である。また、▲ガラスとプリント配線板（PCB）に微細孔を形成するレーザードリリング ▲グラスコアを個別基板に切断するレーザー切断 ▲TGV自動光学検査と超音波内部欠陥検査装置なども開発している。
市場調査会社カウンターポイントリサーチは、ファンアウト・パネルレベル・パッケージング（FO-PLP）とガラス基板市場を合わせた規模が、2024年の6億5,000万ドル（約9,800億ウォン）から2030年には81億ドル（約12兆2,150億ウォン）以上に拡大すると予測した。