SK하이닉스 "MR-MUF 패키징, 일괄 열처리 등 생산성 측면서 유리"

"HBM, 2022~2025년 연평균 109% 성장세"
"내년 HBM4 12단 제품에 어드밴스드 MR-MUF 적용"

이강욱 SK하이닉스 PKG개발 담당(부사장)ⓒSK하이닉스 뉴스룸

MR-MUF(매스 리플로우 몰디드 언더필) 패키징 기술이 낮은 본딩(칩 접합) 압력·온도 적용과 함께 일괄 열처리가 가능해 생산성과 신뢰성 측면에서 다른 공정 보다 유리하다는 주장이 나왔다.

이강욱 SK하이닉스 PKG개발 담당(부사장)은 대만 타이베이에서 열린 ‘세미콘 타이완 2024’에서 'AI 시대를 대비하는 HBM과 어드밴스드 패키징 기술' 발표를 통해 이같이 말했다.

이 담당은 "AI와 고성능 컴퓨팅(HPC) 시대에는 데이터 트래픽(Traffic)이 급증하며 메모리 대역폭 향상에 대한 요구가 커지고 있다"면서 "메모리 성능에서 오는 시스템 병목 현상을 극복하기 위한 현존 최고 사양의 D램은 HBM(고대역폭메모리)이며, 이는 AI 시스템의 훈련과 추론에도 최적의 제품"이라고 말했다.

HBM은 AI 서버와 고성능 컴퓨팅용 메모리로 광범위하게 채택되고 있다. 응용 제품(Application)에 따라 다르지만 HBM 세대가 발전하며 훈련, 추론 AI 서버에 탑재되는 평균 채택 숫자도 더 늘어날 전망이다.

현재의 8단, 12단 HBM3E(5세대 HBM)는 초당 1.18TB(테라바이트) 이상의 데이터를 처리하며 최대 36GB(기가바이트)의 용량을 지원하는데, HBM4(6세대 HBM)는 12, 16단으로 공급되며 용량은 최대 48GB까지, 데이터 처리 속도는 초당 1.65TB 이상으로 성능이 발전했다. HBM4부터는 베이스 다이에 로직 공정을 적용함으로써, 성능 및 에너지 효율 향상을 기대하고 있다.

이러한 HBM 성능 발전에 따라 HBM에 대한 수요도 AI 시장에서 더 늘어날 것으로 이 담당은 전망했다. 2023년부터 2032년까지 생성형 AI 시장은 연평균 27% 성장할 것으로 예상되는데, HBM 시장은 2022년부터 2025년까지 이미 연평균 109%의 성장이 전망된다.

SK하이닉스는 2015년 업계 최초로 HBM 제품을 양산 한 후, 연이어 최고 성능의 HBM 제품들을 세계 최초로 출시하면서 업계를 선도하고 있다고 이 담당은 설명했다.

특히 SK하이닉스는 독자적으로 개발한 혁신적인 패키징 기술을 통해 HBM 제품의 에너지 효율 및 열 방출(방열 성능) 측면에서 압도적인 제품 경쟁력을 갖추고 있다고 강조했다.

이 담당은 "SK하이닉스가 HBM 제품에 적용한 MR-MUF 패키징 기술은, 낮은 본딩(칩 접합) 압력/온도 적용과 일괄 열처리가 가능해 생산성과 신뢰성 측면에서 타 공정 대비 유리하다"면서 "높은 열전도 특성을 갖는 Gap-Fill 물질(빈 공간을 채우는 물질) 및 높은 밀도의 메탈 범프(HBM D램을 수직으로 적층할 때 회로 연결 역할을 하는 초소형 돌기 형태의 소재) 형성이 가능해 타 공정 대비 열 방출 면에서 30% 이상의 성능 장점을 가진다"고 말했다.

SK하이닉스는 HBM3와 3E 8단 제품에 MR-MUF, 12단 제품에 어드밴스드 MR-MUF기술을 적용해 양산을 하고 있으며, 내년 하반기 출하 예정인 HBM4 12단 제품에도 어드밴스드 MR-MUF를 적용해 양산할 계획이다.

16단 제품을 위해 어드밴스드 MR-MUF와 하이브리드 본딩 방식 모두에 대한 준비를 하고 있으며, 고객 니즈에 부합하는 최적의 방식을 선택할 방침이다.

이 담당은 "SK하이닉스는 16단 제품 대응을 위한 기술을 개발 중인데, 최근 연구에서 16단 제품에 대한 어드밴스드 MR-MUF 기술 적용 가능성을 확인했다"면서 "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"고 말했다.

그러면서 두 가지 방식에 대한 기술 완성도를 빠르게 높여, 메모리 고용량화에 대한 고객 니즈에 선제적으로 대응하겠다고 했다.

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

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