[비즈니스포스트] 차세대 고대역폭메모리(HBM) 시장에서 반도체 패키징 기술의 중요성이 부각되면서, 곽노정 SK하이닉스 대표이사 사장이 관련 기술 확보에 총력을 기울이고 있다.

특히 차기 HBM4 시장에서 삼성전자가 종합반도체기업(IDM) 역량을 살려 빠르게 추격할 것으로 예상되자, 곽 사장은 국내외 반도체 패키징 기술 기업들과 잇따른 협력을 발표하며 HBM 선두 수성을 위해 바쁘게 움직이고 있다.

17일 반도체 업계 취재를 종합하면 SK하이닉스는 국내 반도체 장비 제조사 제네셈으로부터 차세대 패키징 기술인 ‘하이브리드 본딩’ 관련 테스트 장비 2대를 구매했다.

회사는 또 지난 16일 세계 2위 반도체 OSAT(패키징 및 테스트) 기업인 미국 앰코테크놀로지와 협력키로 했다고 밝혔다.

곽 사장은 차세대 반도체 패키징 기술 확보를 위해 지난 16일 미국을 방문해 HBM 등 반도체 사업과 패키징 공장 추진 현황을 살펴보기도 했다.

SK하이닉스의 이같은 움직임은 HDM 시장에서 빠르게 추격해 오는 삼성전자를 견제하기 위한 것으로 풀이된다.

삼성전자는 HBM3에선 SK하이닉스에 밀려 부진을 맛봤지만, 메모리 기술력에 더해 파운드리 공정 기술력까지 요구되는 차기 HBM4 시장에서 권토중래를 노리고 있다. 게다가 삼성전자는 자체 반도체 패키징 기술 ‘아이큐브’를 보유하고 있다.

회사는 늘어나는 기업별 맞춤형 AI 반도체 수요에 맞춰 HBM 로직다이 설계부터 메모리 제조, 패키징까지 원스톱으로 처리할 수 있는 세계 유일한 회사라는 장점을 바탕으로 HBM4 이후 시장에선 다시 세계 1위 기업 타이틀을 되찾겠다고 벼르고 있다.

이에 비해 메모리 반도체만 다루는 SK하이닉스는 HBM 로직다이 설계와 제조를 위해 대만 TSMC와 연합을 구축한 데 이어 차세대 2.5차원(D) 패키징 기업들과 협력해 HBM4 시장에서도 1위를 지키겠다는 전략을 추진하고 있다.

특히 차세대 패키징 기술 가운데 하나인 ‘하이브리드 본딩’과 급격히 성장하는 ‘인터포저’ 기술 확보를 통해 내년 이후 HBM 시장에 대비한다는 계획이다. 
 

먼저 ‘하이브리드 본딩’은 HBM4 칩의 상당한 성능 향상을 이끌 수 있는 패키징 기술로, 최근 중요성이 부각되고 있다. 심지어 SK하이닉스 측은 “하이브리드 본딩 기술은 전기 신호 밀도를 높일 수 있는 궁극의 기술”이라고 소개하기도 했다.

하이브리드 본딩은 수직으로 적층하는 HBM의 D램 칩들을 구리 필러 등을 이용해 직접 붙이는 기술이다. 이전 세대 기술에선 수직으로 적층하는 칩을 연결하기 위해 주로 솔더볼이라는 ‘범프’를 중간에 넣었는데, 하이브리드 본딩은 범프 없이 바로 D램 칩들을 접합해 전기 신호 전송을 빠르게 하고 공간 효율을 높인다.

실제 삼성전자가 진행한 실험에 따르면 이전 본딩 기술을 적용했을 때보다 하이브리드 본딩을 사용했을 때 D램 칩 공간을 33% 더 확보할 수 있었고 열 저항 효율은 20% 개선됐다.

SK하이닉스가 제네셈으로부터 ‘하이브리드 본딩’ 패키징 공정 관련 테스트 장비 2대를 공급받아 본딩 기술 완성도를 높이려는 것은 2026년 하이브리드 본딩을 적용한 HBM4를 생산하기 위한 것으로 해석된다. 

회사는 ‘인터포저’ 기술 확보도 추진하고 있다. AI 반도체에서 보면 인터포저는 반도체 기판과 적층 본딩된 HBM 칩을 비롯해 엔비디아의 GPU 등의 사이에 위치해 이들을 효과적으로 연결해주는 매개체 역할을 한다. 

인터포저는 반도체 연결을 위해 전기신호의 효율적 전달이 중요하기 때문에 최근엔 실리콘으로 제작되고 있으며, 엔비디아의 H100, H200 등 AI 가속기에 필수로 포함된다. 

다만 인터포저를 제작하는 기술은 삼성, TSMC, 인텔, UMC 정도만 보유하고 있다. 현재 엔비디아에 인터포저를 공급하는 TSMC는 넘쳐나는 수요를 맞추지 못하고 있을 정도로 공급이 부족한 상황이다.

인터포저 시장 규모는 2030년까지 약 1조900억 원에 달하며, 연간 20%가 넘는 성장세를 기록할 것으로 전망되고 있다.

SK하이닉스와 협력을 논의하는 앰코테크놀로지는 인터포저에서 최우수 기술력을 지닌 기업이다. 대만 디지타임스는 “SK하이닉스는 HBM과 인터포저를 앰코로 보내 앰코가 GPU와 함께 조립해 AI 반도체를 생산할 것”이라고 예측했다.

다만 곽 사장의 이같은 노력에도 삼성전자의 추격은 매섭다. 

삼성전자는 하이브리드 본딩 기술을 활용한 HBM4를 SK하이닉스보다 1년 빠른 2025년 양산에 들어갈 목표를 세웠다. 또 삼성전자는 아직 엔비디아에 HBM3E 공급을 못하고 있지만, 엔비디아에 실리콘 인터포저와 자체 패키징 기술인 ‘아이큐브’를 제공하고 있다.

업계 관계자는 “삼성전자는 HBM 제조와 파운드리 모두 가능해 시간이 지나면 AI 반도체 수요증가로 자연스럽게 수혜를 볼 수 있을 것”이라고 말했다.