SK하이닉스 이규제 부사장 “차세대 패키지 기술로 HBM 1등 신화 이어간다”

▲SK하이닉스 PKG제품개발 담당 이규제 부사장 (사진제공-SK하이닉스 뉴스룸)

SK하이닉스가 주력 제품인 고대역폭메모리(HBM)과 관련해 “차세대 패키징 기술로 HBM 1등 성공신화 이어가겠다”고 밝혔다.

SK하이닉스는 5일 뉴스룸을 통해 패키징(PKG) 제품개발 담당인 이규제 부사장의 인터뷰를 공개했다.

이 부사장은 “SK하이닉스도 처음에는 망설이는 회사 중 하나였다”며 “미래 시장에 대비하기 위해 고성능과 고용량을 동시에 구현할 수 있는 TSV 기술과 적층(Stacking)을 포함한 WLP 기술을 동시에 확보해야 한다고 판단하고, 2000년대 초반부터 적극적인 연구에 들어갔다”고 밝혔다.

TSV 기술은 여러 개의 D램 칩에 수천 개의 구멍을 뚫고 이를 수직 관통 전극으로 연결해 HBM의 초고속 성능을 구현해 주는 핵심 기술이다. WLP 기술은 웨이퍼를 칩 단위로 잘라 칩을 패키징하는 기존의 컨벤셔널 패키지에서 한 단계 발전한 방식이다.

2010년대로 접어들며 고성능 GPU(그래픽 연산장치) 컴퓨팅 시장의 성장과 함께 이를 지원할 수 있는 ‘고대역폭 니어 메모리’가 필요하다는 목소리가 시장에서 나오기 시작했다.

SK하이닉스는 이러한 요구에 부응하기 위해 TSV와 WLP 기술을 접목한 새로운 제품 개발에 착수했다. 기존 최고속 그래픽 D램 제품인 GDDR5보다 4배 이상 빠르다. 전력 소모량은 40% 낮고 칩 적층을 통해 제품 면적을 획기적으로 줄인 최초의 HBM을 탄생시키기에 이르렀다.

이 부사장은 “HBM을 최초로 개발하는 데는 성공했지만, 이어서 시장과 고객이 만족할 만한 수준 이상으로 품질과 양산 역량을 끌어 올려야 했다”며 “이를 위해 소재 적용의 안정성, 기술 구현의 난이도 측면에서 기존 대비 더 우수할 것으로 예상되는 새로운 패키징 기술을 개발하게 됐다”고 말했다.

▲SK하이닉스의 주요 HBM 패키징 기술 (사진제공-SK하이닉스 뉴스룸)

이에 따라 SK하이닉스는 MR-MUF 기술에 집중했다. 반도체 칩을 쌓아 올린 뒤 칩과 칩 사이 회로를 보호하기 위해 공간 사이에 액체 형태의 보호재를 주입하고, 굳히는 공정이다. 기술 관련 데이터와 시뮬레이션 결과를 분석해 MR-MUF의 안정성을 검증해 냈고 3세대 HBM2E에 적용할 수 있었다.

MR-MUF가 적용된 HBM2E는 HBM 시장의 판을 바꾸기 시작했고, 결국 MR-MUF는 SK하이닉스의 ‘HBM 성공신화’를 가능하게 만든 주역이 됐다.

이 부사장은 “12단 HBM3부터는 기존보다 칩의 적층을 늘렸기 때문에, 방열 성능을 더욱 강화해야 했다”며 “기존 MR-MUF 방식으로는 12단 HBM3의 더 얇아진 칩들이 휘어지는 현상 등을 다루기 쉽지 않았다”고 전했다.

SK하이닉스는 이러한 한계를 극복하기 위해 회사는 기존의 MR-MUF 기술을 개선한 '어드밴스드 MR-MUF' 기술을 개발했다. 지난해 세계 최초로 12단 HBM3 개발과 양산에 성공했고 올해 3월 세계 최고 성능의 HBM3E를 양산했다.

이 부사장은 “이 기술은 하반기부터 AI 빅테크 기업들에 공급될 12단 HBM3E에도 적용되고 있고 이후 활용 범위가 더 넓어지면서 SK하이닉스의 HBM 1등 기술력을 더 공고히 하는 데 힘이 되어줄 것”이라고 말했다.

최근에는 하이브리드 본딩 등 차세대 패키지 기술이 주목받고 있다. 칩을 적층할 때, 칩과 칩 사이에 범프를 형성하지 않고 직접 접합시키는 기술로 16단 이상의 HBM 제품에서 필요성이 거론된다.

이 부사장은 “위아래 칩 간 간격이 좁아져 생기는 발열 문제는 여전히 해결해야 할 과제이지만, 점점 더 다양해지는 고객의 성능 요구를 충족시킬 솔루션으로 기대를 모으고 있다”며 “SK하이닉스도 방열 성능이 우수한 기존 어드밴스드 MR-MUF를 지속적으로 고도화하겠다”고 밝혔다.