SK하이닉스, "16단 HBM에도 '어드밴스드 MR-MUF' 적용 가능성 확인"

HBM4E 등 차세대 제품 개발도 준비

"오는 2025년 양산 예정인 HBM4는 이전 세대 대비 성능 및 에너지 효율이 높을 것으로 기대하고 있다. 특히 16단 제품의 경우, 어드밴스드(Advanced) MR-MUF 기술의 적용 가능성을 확인했다."

SK하이닉스 이강욱 부사장(PKG개발 담당)은 3일 '세미콘 타이완'에서 회사의 HBM 경쟁력에 대해 이같이 말했다.

SK하이닉스 이강욱 부사장이 지난 5월 ‘전기전자공학자협회(IEEE) 전자패키징학회(EPS) 어워드 2024’에서 한국인 최초로 ‘전자제조기술상’을 수상하는 모습(사진=SK하이닉스)

이날 'AI 시대를 대비하는 HBM과 어드밴스드 패키징 기술'을 주제로 세션 발표를 진행한 이 부사장은 HBM 시장의 가파른 성장세를 예견했다. HBM은 여러 개의 D램을 수직으로 적층한 메모리로, 기존 D램에 비해 데이터 처리 성능이 뛰어나다.

HBM은 현재 5세대 제품인 HBM3E까지 상용화에 성공했다. 8단, 12단 HBM3E는 초당 1.18TB 이상의 데이터를 처리하며 최대 36GB 용량을 지원한다. 

HBM4는 12, 16단으로 공급되며 용량은 최대 48GB까지, 데이터 처리 속도는 초당 1.65TB 이상으로 성능이 발전한다. HBM4부터는 베이스 다이에 로직 공정을 적용함으로써, 성능 및 에너지 효율 향상을 기대하고 있다.

이와 같은 시장 성장세에 맞춰 HBM 분야 리더인 SK하이닉스는 2015년 업계 최초로 HBM 제품을 양산한 후, 연이어 최고 성능의 HBM 제품들을 세계 최초로 출시하면서 업계를 선도하고 있다. 

오는 2025년에는 HBM4 12단 제품도 출시할 예정이다. 특히 SK하이닉스는 독자적으로 개발한 혁신적인 패키징 기술을 통해 HBM 제품의 에너지 효율 및 열 방출(방열 성능) 측면에서 경쟁력을 갖추고 있다.

SK하이닉스가 HBM 제품에 적용한 MR-MUF 패키징 기술은 낮은 본딩(칩 접합) 압력, 온도 적용과 일괄 열처리가 가능해 생산성과 신뢰성 측면에서 다른 공정보다 유리하다. 또한 높은 열전도 특성을 갖는 Gap-Fill 물질(빈 공간을 채우는 물질) 및 높은 밀도의 메탈 범프 형성이 가능해. 타 공정 대비 열 방출 면에서 30% 이상의 성능 장점을 가진다.

SK하이닉스는 HBM3와 3E 8단 제품에 MR-MUF, 12단 제품에 Advanced MR-MUF기술을 적용해 양산을 하고 있으며, 내년 하반기 출하 예정인 HBM4 12단 제품에도 Advanced MR-MUF를 적용해 양산할 계획이다. 16단 제품을 위해서는 Advanced MR-MUF와 하이브리드 본딩 방식 모두에 대한 준비를 하고 있으며, 고객 니즈에 부합하는 최적의 방식을 선택할 계획이다.

특히 SK하이닉스는 16단 제품 대응을 위한 기술을 개발 중인데, 최근 연구에서 16단 제품에 대한 Advanced MR-MUF 기술 적용 가능성을 확인했다. 

하이브리드 본딩 기술을 적용할 경우 제품 성능, 용량 증가 및 열 방출 측면에서 장점이 있으나, 기술 완성도 및 양산 인프라 준비 측면에서 해결해야 할 여러 선결 과제들이 있다. 두 가지 방식에 대한 기술 완성도를 빠르게 높여, 메모리 고용량화에 대한 고객 니즈에 선제적으로 대응하겠다는 전략으로 풀이된다.

SK하이닉스는 HBM4 및 이후 세대 제품 개발을 준비하고 있으며, 대역폭, 용량, 에너지 효율 측면에서의 기술적 난제들을 해결하기 위해 2.5D 및 3D SiP(시스템 인 패키지) 패키징 등을 포함 다양한 대응 방안을 검토하고 있다.

또한 HBM4E 부터는 커스텀(Custom) 성격이 강해질 것으로 예상돼, SK하이닉스는 다양한 고객 요구에 효율적으로 대응하기 위한 생태계 구축 관점에서도 글로벌 파트너들과의 협력을 강화해 가고 있다.