SK하이닉스, 美에 첫 2.5D 패키징 '양산 라인' 구축 추진

HBM·고성능 시스템반도체 집적 핵심 공정...AI반도체 공급망 지각변동 예고

SK하이닉스가 HBM을 넘어 최첨단 패키징 기술력 전반을 확보하기 위한 투자를 계획 중이다. 미국 신규 패키징 공장에 첫 2.5D 패키징 양산 라인을 마련하기 위한 준비에 나선 것으로 파악됐다.

2.5D 패키징은 HBM과 고성능 시스템반도체를 집적하기 위한 핵심 공정이다. SK하이닉스가 2.5D 패키징 기술력 및 양산 능력을 확보하는 경우, AI반도체 공급망에 상당한 변화를 일으킬 수 있을 것으로 예상된다.

29일 지디넷코리아 취재에 따르면 SK하이닉스는 미국 인디애나주 라스트웨피엣 소재의 신규 패키징 공장에 2.5D 제조라인을 구축하는 방안을 논의 중이다.

미국 인디애나주 라스트웨피엣 SK하이닉스 사무소 조감도(사진=SK하이닉스)

2.5D 패키징 양산라인 첫 구축 추진

라스트웨피엣 패키징 공장은 SK하이닉스의 첫 미국 내 공장으로서, AI 메모리용 최첨단 패키징 생산기지로 조성될 예정이다. 목표 가동 시기는 오는 2028년 하반기다. 이를 위해 SK하이닉스는 현지에 38억7천만 달러(한화 약 5조4천억원)를 투자하겠다고 밝힌 바 있다.

SK하이닉스가 미국 웨스트라피엣에 신규 패키징 라인을 구축하는 주 요인은 HBM(고대역폭메모리)에 있다. HBM은 AI반도체의 핵심 요소 중 하나로, 현재 미국 정부는 자국 내 최첨단 반도체 공급망 강화를 위해 SK하이닉스를 비롯한 주요 반도체 기업의 현지 투자를 적극 유치해 왔다.

나아가 SK하이닉스는 해당 공장에 2.5D 패키징 양산 라인을 구축하는 방안을 추진하고 있다. 2.5D 패키징은 반도체와 기판 사이에 실리콘 인터포저라는 얇은 막을 삽입해, 칩 성능 및 전력효율성을 높이는 기술이다. 글로벌 빅테크인 엔비디아의 고성능 AI가속기도 HBM과 고성능 GPU·CPU 등을 2.5D 패키징으로 집적해 만들어진다.

SK하이닉스는 2.5D 양산 라인 구축으로 HBM을 비롯한 AI 반도체 패키징 능력 전반을 강화하려는 것으로 풀이된다.

HBM은 최종 고객사인 엔비디아의 사용 승인을 받기 위해 HBM 자체만이 아닌, 2.5D 패키징에서도 퀄(품질) 테스트를 거친다. HBM에서 신뢰성을 확보하더라도 2.5D 패키징 테스트에서 불량이 발생하면 일정에 차질이 생길 수 밖에 없는 구조다. 2.5D 패키징 내에서 책임 소재를 정확히 찾아내는 작업 또한 어렵다.

어떤 의미?...HBM 넘어 최첨단 패키징 전반 기술력 강화 전략

때문에 SK하이닉스는 그동안 자체적으로 2.5D 패키징에 대한 연구개발을 진행해 왔다. 다만 국내에서는 모든 2.5D 패키징 과정을 양산 수준으로 진행할 만큼의 설비가 갖춰지지 않았다는 평가다.

사안에 정통한 관계자는 "SK하이닉스의 경우 2.5D 패키징에 대한 기본적인 기술력 및 설비는 갖추고 있으나, HBM이 집적된 AI가속기에 대응할 만큼 대형 SiP(시스템인패키지) 설비에는 대응하기에 무리가 있다"며 "이에 미국 웨스트라피엣에 최초로 정식 2.5D 패키징 양산라인을 구축하는 방안을 패키징 협력사들과 진지하게 논의 중"이라고 설명했다.

이 같은 관점에서 SK하이닉스가 2.5D 패키징 양산 라인을 구축하는 경우 차세대 HBM 공급에서 안정성을 확보할 수 있을 것으로 관측된다. 또한 기술력을 한층 고도화해 고객사에 HBM과 패키징을 동시에 제공하는 턴키(Turn-Key) 사업도 구상할 수 있게 된다. 현재 AI가속기용 2.5D 패키징은 대만 주요 파운드리인 TSMC가 사실상 독점하고 있다.

반도체 업계 관계자는 "현재 SK하이닉스는 자사 HBM을 직접 2.5D 패키징까지 진행할 수 있는 설비를 갖추는 것을 매우 중요한 과제로 인식하고 있다"며 "기술이 안정화 및 고도화되는 경우에는 단순한 연구개발을 넘어 사업 진출도 추진할 수 있을 것"이라고 말했다.

또 다른 관계자는 "SK하이닉스 내부에서 2.5D 패키징 샘플 제조 및 테스트를 적극 진행하는 등 관련 사업 확장에 대한 의지는 명확하다"며 "다만 미국 웨스트라피엣 공장 완공 시점이 아직 시간적으로 많이 남아 있는 만큼, 계획이 수정될 가능성은 있다"고 밝혔다.

이와 관련해 SK하이닉스는 "인디애나 팹 활용 방안과 관련해 다양한 방안을 검토 중이나, 구체적으로 확정된 바는 없다"고 답변했다.