SK하이닉스, 'HBM 성공'은 계속된다… 이규제 부사장 "차세대 패키징 기술 개발"

[이코노믹데일리] 2000년대 초반 SK하이닉스를 ‘커다란 호수 주변에서 누가 먼저 물에 뛰어들지 서로 눈치를 보며 기다리는 아이'로 비유했다. 모두가 눈치 볼 때 과감히 뛰어든 덕에 지금은 선도하게 됐다는 자신감도 드러났다.

SK하이닉스가 5일 자사 뉴스룸에 공개한 인터뷰에서 이규제 PKG제품개발 담당 부사장이 한 말이다. 그는 고대역폭메모리(HBM) 성공 신화를 일구기까지 시간을 떠올린 뒤  6세대 제품인 HBM4에 맞춰 차세대 패키징 기술 개발에 속도를 내겠다는 계획을 밝혔다.

이 부사장은 이날 인터뷰에서 “SK하이닉스도 처음에는 망설이는 회사들 중 하나였지만 미래 시장에 대비하기 위해서는 고성능과 고용량을 동시에 구현할 수 있는 기술을 동시에 확보해야 한다고 판단했다"며 "2000년대 초반부터 적극적인 연구에 들어갔다"고 전했다.

당시 SK하이닉스는 실리콘관통전극(TSV) 기술에 주목해 HBM 개발 착수했고, 4년 뒤인 2013년 12월 첫 HBM을 내놓았다.

이 부사장은 "고성능 그래픽처리장치(GPU) 컴퓨팅 시장의 성장과 함께 이를 지원할 고대역폭의 처리장치와 해당 장치에 가깝게 붙은 메모리 필요성이 제기됐다"며 "(SK하이닉스는) 기존 초고속 그래픽 D램 제품인 GDDR5보다 4배 이상 빠르고 전력 소모량은 40% 낮으며 칩 적층을 통해 제품 면적을 획기적으로 줄인 최초의 HBM을 탄생시키게 됐다"고 HBM 탄생 배경을 설명했다.

SK하이닉스가 HBM시장 주도권을 잡았다고 판단한 때는 3세대인 HBM2E를 개발한 2019년이다. 이는 패키징 기술인 MR-MUF(매스리플로우 몰디드언더필·Mass Reflow Molded Underfill)의 개발이 있었기에 가능했다.

HBM은 D램 여러 개를 쌓아 만든다. 적층 수가 많아질수록 방열, 휨 현상 등이 발생해 이를 해결할 패키징 기술이 필수적이다.

MR-MUF는 반도체 칩을 쌓아 올린 뒤 칩과 칩 사이 회로를 보호하기 위해 공간 사이에 액체 형태의 보호재를 주입하고, 굳히는 공정이다. 칩을 하나 씩 쌓을 때마다 필름형 소재를 깔아주는 기존 방식보다 공정이 효율적이고, 열 방출에도 효과적이라는 평가를 받았다.

그리고 MR-MUF 기술은 어드밴스드 MR-MUF로 진화하면서 지난해 4세대 12단 HBM3와 5세대 HBM3E 개발까지 이끌었다.
 
SK하이닉스는 16단 이상 HBM 제품 개발에 나서면서 새로운 시도에도 나섰다. 하이브리드 본딩 기술 개발이다. 

하이브리드 본딩은 칩을 적층할 때 칩과 칩을 직접 접합시킨다. 이 기술을 활용하면 칩 전체 두께가 얇아져 단을 더 높이 쌓을 수 있다.

이 부사장은 "표준 규격에 따라 제품 두께는 유지하면서도 성능과 용량을 높이기 위한 칩의 고단 적층의 방편으로 최근 하이브리드 본딩 등 차세대 패키징 기술이 주목받고 있다"며 "위·아래 칩 간격이 좁아져 생기는 발열 문제는 해결해야 할 과제지만, 다양해지는 고객의 성능 요구를 충족시킬 솔루션으로 기대를 모으고 있다"고 강조했다.

이에 따라 HBM4 16단부터는 어드밴스드 MR-MUF, 하이브리드 본딩 기술을 모두 검토해 고객 니즈에 부합하는 최적의 방식을 쓰겠다는 게 SK하이닉스의 계획이다.

우선 어드밴스드 MR-MUF 기술을 적용한 HBM4 12단 제품을 내년 하반기 출하하면 시장 수요에 맞춰 오는 2026년 HBM4 16단 제품 출시에 들어갈 예정이다.