"삼성 '필름'이냐, 하이닉스 '액체'냐"…치열해진 '패키징 경쟁'

삼성전자 36GB HBM3E 12H 개발 개요/그래픽=이지혜

HBM(고대역폭메모리) 시장 주도권을 쥐기 위한 '패키징 기술 경쟁'이 격화하고 있다. SK하이닉스가 독자 개발한 패키징 기술을 기반으로 4세대 HBM 시장을 선도하는 가운데 삼성전자는 SK하이닉스와 다른 패키징 공정을 고도화해 5세대 시장에 뛰어들었다. 6세대 HBM 시장에선 누가 먼저 칩과 칩을 바로 붙이는 '하이브리드 본딩' 공정 적용에 성공하느냐를 두고 치열한 경쟁이 벌어질 전망이다.

4일 업계에 따르면 삼성전자는 최근 개발한 12단 HBM3E(5세대)에 '어드밴스드(Advanced) TC-NCF' 공정을 적용했다.

TC-NCF는 반도체 칩 사이에 NCF라는 필름을 덧대고 열과 압력을 가해 칩을 결합하는 공정이다. 삼성전자는 어드밴스드 기술을 적용해 얇은 반도체 칩을 많이 쌓을 때 발생하는 '휘어짐'을 최소화했다. 종전보다 얇은 필름(NCF)을 사용해 칩 사이 간격을 줄였고, 크기가 다른 범프(칩을 전기적으로 연결하는 돌기)를 적용해 열 방출 성능과 수율을 높였다.

업계는 삼성전자의 어드밴스드 TC-NCF 기술 개발을 의미 있게 평가했다. 기존 TC-NCF는 SK하이닉스가 적용한 MR-MUF 공정 대비 낮은 열 방출 성능 및 수율 등 단점이 지적됐는데 이를 삼성전자가 보완한 것이기 때문이다.

MR-MUF는 반도체 칩 사이 회로를 보호하기 위해 액체 형태의 보호재를 주입해 굳히는 공정이다. SK하이닉스도 과거에는 TC-NCF를 적용했지만 HBM2E(3세대)부터 독자 개발한 MR-MUF 공정을 채택했다. HBM3(4세대) 생산에는 어드밴스드 MR-MUF 기술을 적용해 공정 효율과 제품 성능 안정성을 높였다. SK하이닉스가 HBM 시장 1위를 유지하는 비결 중 하나로 MR-MUF 공정 도입이 꼽힌다.

(서울=뉴스1) = 최태원 SK그룹 회장이 4일 경기도 SK하이닉스 이천캠퍼스 R&D센터에서 경영진에게 HBM웨이퍼와 패키지에 대한 설명을 듣고 있다. 왼쪽부터 최태원 회장, 곽노정 SK하이닉스 대표이사 사장, 최우진 SK하이닉스 P&T 담당. (SK 제공) 2024.1.4/뉴스1 Copyright (C) 뉴스1. All rights reserved. 무단 전재 및 재배포, AI학습 이용 금지. /사진=(서울=뉴스1)

일각에선 향후 삼성전자도 SK하이닉스처럼 MR-MUF 공정으로 전환할 것이란 전망이 나온다. 다만 삼성전자가 이번 어드밴스드 TC-NCF 기술 개발에 성공했고, 그동안 대규모 투자로 구축한 TC-NCF 라인을 전면 전환하는 것이 쉽지 않은 점 등을 고려할 때 TC-NCF를 고수할 것이란 관측도 동시에 나온다. 최근 HBM3E(5세대) 양산을 시작한 미국 마이크론도 TC-NCF를 적용한 것으로 알려졌다.

HBM4(6세대)부터는 하이브리드 본딩 적용 경쟁이 본격화할 것으로 보인다. 하이브리드 본딩은 범프 없이 구리로 반도체 칩을 직접 연결하는 방식이다. 제품 두께는 줄이고 신호 전송 속도를 높일 수 있는 게 특징이다.


황상준 삼성전자 메모리사업부 D램 개발실장(부사장)은 지난해 10월 "HBM4 제품에 적용하기 위한 고온 열특성에 최적화된 NCF 조립 기술과 하이브리드 본딩 기술도 준비 중"이라고 밝혔다. 문기일 SK하이닉스 부사장도 지난해 8월 "12단 적층 HBM의 다음 제품인 고용량, 고적층 HBM에 하이브리드 본딩을 적용할 계획으로 기술을 개발하고 있다"고 했다.

반도체 업계 관계자는 "TC-NCF와 MR-MUF는 각각 장단점이 있어 어떤 공정이 명확히 더 낫다고 말하기 어렵다"며 "삼성전자와 SK하이닉스 모두 궁극적으로는 하이브리드 본딩 적용을 위해 패키징 사업 역량을 모으고 있을 것"이라고 말했다.