반도체 HBM패키징 TSV 실리콘관통 전극 공정기술

반도체 업계의 경쟁이 기존의 '나노 경쟁'에서 '패키징 경쟁'으로 빠르게 전환되고 있습니다.

• 회로 폭을 1나노미터까지 줄이는 미세 공정 기술이 한계에 도달
• 칩을 얼마나 정밀하게 조립하고 적층하느냐가 핵심 과제로 부상
• 글로벌 반도체 기업들은 첨단 패키징 기술 개발에 수조 원 투자

특히 미국 정부는 삼성전자와 SK하이닉스의 첨단 패키징 시설 유치를 위해 보조금을 지원하며 반도체 공급망을 강화하고 있습니다.  지나 러몬도 미국 상무부 장관은 삼성전자의 텍사스 투자 발표 직후, "TSMC 중심의 반도체 패키징에서 벗어나 미국 내 생산 역량을 키우는 변화가 시작됐다"고 평가했습니다.

1. 첨단 패키징 기술의 필요성

반도체 공정은 크게 다음과 같이 나뉩니다.

1. 전 공정: 웨이퍼에 회로를 형성하는 과정
2. 후공정: 웨이퍼에서 칩을 분리해 포장 및 조립하는 과정

최근 AI(Artificial Intelligence, 인공지능) 기술 발전으로 첨단 패키징 수요가 증가하고 있습니다.

✅ AI(Artificial Intelligence, 인공지능) 반도체: 대량의 데이터를 신속히 처리해야 함

✅ HBM(High Bandwidth Memory, 고대역폭 메모리): 데이터를 빠르게 처리하기 위해 D램 적층 필요

✅ 기존 방식 한계: 와이어 연결 방식으로 인한 신호 간섭 및 속도 저하

2. TSV 기술과 패키징 혁신

TSV(Through-Silicon Via, 실리콘 관통전극) 기술이 이러한 한계를 해결하는 핵심 기술로 주목받고 있습니다.

TSV 실리콘관통 전극 패키징 공정

 

패키지 기판위에 베이스 다이 붙이고 DRAM 을 TSV 기술로 적층하는 그림

 

기존 HBM과 HBM4 패키지 구조 비교

 

• TSV란? D램에 미세한 구멍을 뚫고 전도성 물질을 채워 신호 전달
• 기존 방식과 차이점: 케이블카 방식에서 엘리베이터 방식으로 발전
• HBM 발전: 12단까지 적층 가능 → 차세대 HBM4에서는 16단까지 확장 예정

2.5D 패키징 vs 3D 패키징

✅ 2.5D 패키징: GPU 옆에 HBM을 배치하는 방식
✅ 3D 패키징: GPU 위에 HBM을 적층하여 공간 활용도 증가, 데이터 처리 속도 향상

삼성전자와 SK하이닉스는 2026년 3D 패키징 기술을 적용한 HBM4 양산을 계획 중입니다.

3. 글로벌 반도체 기업들의 투자 경쟁

세계적인 반도체 기업들은 첨단 패키징 기술 개발을 위해 적극적으로 투자하고 있습니다.

• 삼성전자: 미국 텍사스에 반도체 패키징 공장 건설 중
• TSMC: 엔비디아, AMD 등과 협력해 2.5D 및 3D 패키징 기술 개발
• SK하이닉스: 차세대 HBM4 개발을 위해 TSMC와 공동 협력
• 미국 정부: 반도체 공급망 강화를 위한 보조금 지원 확대

4. 패키징 기술이 반도체 시장의 미래를 좌우한다

미세 공정의 한계로 인해 반도체 업계는 패키징 기술을 통한 성능 개선에 집중하고 있습니다.

특히 AI(Artificial Intelligence, 인공지능) 및 고성능 컴퓨팅(HPC(High-Performance Computing, 고성능 컴퓨팅)) 시장이 성장하면서 HBM과 같은 첨단 메모리 패키징 기술의 중요성이 더욱 커질 전망입니다.

향후 반도체 패키징 기술을 선도하는 기업이 글로벌 반도체 시장에서 주도권을 확보할 가능성이 높아지고 있습니다.