삼성전자, 'HBM4E 16단'서 하이브리드 본딩 도입 검토…샘플 평가 中

하이브리드 본딩 상용화에 주력…사업성·투자비용 등이 변수

삼성전자가 이르면 HBM4E(7세대 고대역폭메모리) 16단부터 하이브리드 본딩 기술을 적용하겠다는 계획을 밝혔다. 이를 위해 샘플 테스트를 진행 중인 상황으로, 사업성과 투자 비용 등이 상용화의 주요 관건이 될 것으로 관측된다.

김대우 삼성전자 상무는 22일 '2025 상용반도체개발 기술워크숍'에서 차세대 반도체를 위한 패키징 기술 로드맵에 대해 소개했다. 

김대우 삼성전자 상무가 'AI 시대 어드밴스드 패키지의 중요성과 기술 개발'을 주제로 발표를 진행하는 모습(사진=장경윤 기자)

HBM은 복수의 D램을 수직으로 적층한 뒤, TSV(실리콘관통전극)으로 연결해 데이터 처리 성능을 끌어올린 메모리다. 기존 HBM 제조에는 각 D램 사이에 미세한 범프(Bump)를 집어넣어 열압착(TC) 방식으로 연결하는 방식이 사용됐다.

다만 HBM의 D램 적층 수가 16단·20단 등으로 점점 많아질수록 기존 TC 본딩도 적용이 어려워질 것으로 관측된다. HBM 패키지 두께가 최대 775마이크로미터(μm)로 제한돼 있기 때문이다. 각 D램을 더 얇게 갈아내거나, D램 사이를 좁히는 대응법도 한계가 있다는 분석이다.

때문에 업계는 칩과 웨이퍼의 구리 배선을 직접 붙이는 하이브리드 본딩을 대안 기술로 개발해 왔다. 해당 기술은 범프를 쓰지 않기 때문에, HBM의 패키지 두께를 크게 줄일 수 있다는 이점이 있다. I/O(입출력단자)를 더 밀도 있게 집적하고, 방열 특성도 높일 수 있다.

다만 하이브리드 본딩은 높은 기술적 난이도, 기존 TC본딩에서의 전환 투자에 따른 비용 상승 압박 등을 이유로 도입 시점이 불투명했다. 삼성전자 역시 하이브리드 본딩의 구체적인 도입 시점을 확정하지 않고 상당한 고심을 거듭하고 있는 것으로 알려졌다.

삼성전자의 HBM 본딩 기술 로드맵. 하이브리드 본딩 도입 시 D램 적층 수 향상, 방열 특성 개선 등에서 효과를 볼 수 있다(자료=삼성전자)

이날 공개된 로드맵에 따르면, 삼성전자는 이르면 HBM4E(7세대)부터 하이브리드 본딩을 도입할 계획이다. 이를 위해 삼성전자는 하이브리드 본딩 기반의 16단 HBM 샘플을 개발해 평가를 거치고 있는 것으로 알려졌다.

김 상무는 "HBM이 16단 적층만 돼도 발열을 잡기가 어려워, 여기에서부터 하이브리드 본딩을 조금씩 써보려는 준비를 하고 있다"며 "HBM4E에서 하이브리드 본딩이 상용화될 지는 시장적인 부분과 투자비 등을 생각해야 된다"고 설명했다.

차후 수요가 증가할 것으로 예상되는 커스텀(맞춤형) HBM 사업도 준비하고 있다. 현재 구글, 엔비디아, AMD 등 복수의 글로벌 빅테크 기업들은 자신들의 AI 반도체에 특화된 성능을 갖춘 HBM을 요구하고 있다.

김 상무는 "커스텀 HBM에 대한 문의가 많이 오고 있어, 베이스 다이에 연산 기능을 집어넣는 등 삼성전자만의 특별한 커스텀 HBM을 만들기 위한 준비를 하고 있다"고 말했다.