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日, 반도체 패키징 경쟁력 확보 시동…30여개 기업 손 잡았다

일본 OSAT(반도체외주패키징테스트) 기업들이 시장 경쟁력 강화를 위해 뜻을 모았다. 데이터 공유, 보조금 확보 등을 공동으로 추진해 반도체 패키징 시장의 경쟁력을 빠르게 끌어 올리겠다는 전략이다. 11일 닛케이아시아는 일본 후공정 업계 최초로 결성된 'J-OSAT' 연합회에 약 30여개의 기업이 참여하고 있다고 보도했다. OSAT는 반도체 후공정을 담당하는 기업이다. 종합반도체기업(IDM), 파운드리 등이 전공정 처리를 끝낸 반도체를 수주받아 패키징, 테스트 등을 대신 수행해주는 업무를 맡고 있다. 후공정은 반도체 업계에서 점차 중요성이 높아지는 추세다. 기존 업계는 전공정 영역에서 회로의 선폭을 줄여 반도체 성능을 끌여 올렸으나, 선폭이 10나노미터(nm) 이하까지 좁아지면서 기술적 진보에 많은 어려움을 겪어 왔다. 후공정은 이를 대신해 칩 성능을 높일 기술로 각광받고 있다. 2.5D나 3D 패키징, 칩렛 등 최첨단 패키징이 대표적인 사례다. 다만 OSAT 업계는 미국 앰코(Amkor), 중국 JCET, 대만 ASE 3개 기업이 사실상 시장을 주도하고 있다. 일본 기업은 상위 10대 기업 중 한 곳도 없다. 이에 일본 산업계는 지난 4월 J-OSAT 협회를 결성하고, 약 30여개 회원사와 본격적인 협업을 추진하기 시작했다. 닛케아시아는 "J-OSAT 설립 이전에는 정보 공유의 장이 없어, 관련 기업의 80%가 중소기업인 일본 후공정 업계에 대한 기본적인 정보가 알려지지 않았다"며 "이제 일본 후공정 생산능력이 월 11억 대를 넘는다는 것이 명확해졌고, 공급량의 40%는 자동차, 40%는 기계산업, 20%는 소비재 부문이 차지하고 있다"고 설명했다. J-OSAT는 자동화, 생산 데이터 공유, 인력 개발 등 총 5개 분야에 초점을 맞춰 활동을 펼칠 계획이다. 또한 고성능 장비 교체를 위해 일본 정부에 보조금을 요청하는 방안도 고려하고 있다. J-OSAT의 초대 회장인 마코토 스미타는 "반도체 전공정에는 약 1조엔(한화 약 9조3천억원)의 투자가 필요하지만, 후공정에는 100억엔 혹은 200억엔으로도 많은 것을 할 수 있다"며 "일본 기업들이 최첨단 장비를 도입하면 생산비용을 20%까지 절감할 수 있다"고 말했다.

2025.07.12 14:52장경윤

TSMC, AI칩 수요 견조 재확인…삼성·SK, HBM 사업 성장세 '쾌청'

대만 파운드리 업체 TSMC가 최근 높아진 거시경제 불확실성 속에서도 당초 계획한 첨단 패키징 투자를 유지했다. AI 반도체 수요가 중장기적으로 견조할 것이라는 전망에 따른 전략이다. 주요 메모리 기업들의 HBM(고대역폭메모리) 사업도 공급 과잉 우려를 덜었다는 평가와 전망이 제기된다. 21일 업계에 따르면 글로벌 빅테크의 지속적인 AI 가속기 투자에 따라 올해 삼성전자, SK하이닉스 등의 HBM 수요도 견조할 것으로 관측된다. AI 가속기 수요 굳건…TSMC, 2.5D 패키징 생산능력 2배 확대 앞서 TSMC는 지난 17일 1분기 실적발표 컨퍼런스콜에서 올해 설비투자(CapEx) 규모를 380억~420억 달러를 제시했다. 최근 중국 딥시크와 같은 저비용·고효율 AI 모델의 등장, 미국의 관세 압박 등으로 AI 인프라 투자에 대한 불확실성이 높아졌으나, 지난해 발표한 계획을 그대로 유지했다. TSMC는 "이전보다는 상황이 개선됐으나, AI 수요가 여전히 공급을 초과하는 상황으로 많은 설비능력 확장이 필요하다"며 "관제 및 지정학적 이슈에 대해 고객사의 행동 변화가 관찰되지 않아 기존 수요를 유지한다"고 설명했다. TSMC가 전망하는 2024~2029년 AI 가속기 관련 매출의 연평균 성장률은 45%에 달한다. 올해 매출액도 전년 대비 2배 성장할 전망이다. 이에 TSMC는 'CoWoS' 생산능력을 2배(월 7만장)로 확장할 계획이다. CoWoS는 TSMC가 자체 개발한 2.5D 패키징으로, 칩과 기판 사이에 인터포저라는 얇은 막을 삽입해 반도체 성능을 높이는 기술이다. 특히 고성능 시스템반도체와 HBM 등을 함께 집적하는 AI 가속기의 필수 요소로 각광받고 있다. HBM 수요 불확실성 걷어…삼성·SK·마이크론 등 대응 분주 최첨단 패키징 투자 확대는 HBM을 공급하는 메모리 업계에도 수혜로 작용한다. 특히 SK하이닉스는 AI 산업을 주도하는 엔비디아는 물론, 구글·AWS(아마존웹서비스) 등 CSP(클라우드서비스제공자) 기업들의 ASIC(주문형반도체)에 최신형 HBM을 공급하고 있다. 일례로 엔비디아는 올 1분기 '블랙웰' 시리즈의 최신 칩인 'GB200'를 출시했다. 구글의 경우 올해 7세대 TPU(텐서처리장치)인 '아이언우드'를 올 하반기 출시할 예정이다. 두 제품 모두 HBM3E(5세대 HBM)이 탑재된다. 나아가 엔비디아는 올해 하반기 HBM4를 탑재한 '루빈' 칩을 출시한다. SK하이닉스도 이에 맞춰 올 상반기 고부가 HBM 생산 비중을 확대하고 있다. 올 상반기 전체 HBM3E의 출하량에서 12단 제품의 비중을 절반 이상으로 확대하는 것이 목표다. 실제로 SK하이닉스 내부에서는 최선단 제품의 생산능력을 확대하기 위한 준비에 적극 나서고 있는 것으로 알려졌다. 김운호 IBK투자증권 연구원은 "SK하이닉스의 HBM 입지는 올해에도 유지될 것으로 예상되며, 생산 능력도 글로벌 최대 규모 수준일 것"이라며 "올 하반기는 HBM3E 12단이 주력 제품이 될 것으로 기대된다"고 밝혔다. 한편 삼성전자·마이크론도 HBM 사업 확대에 매진하고 있다. 삼성전자는 HBM3E 개선품을 개발해 엔비디아와 재공급을 위한 퀄(품질) 테스트를 거치고 있다. 올 2분기 중 결과가 나올 전망이다. 마이크론 역시 HBM3E 12단까지 개발을 완료해, 엔비디아향 공급을 추진 중이다.

2025.04.21 13:41장경윤

"원자현미경(AFM)으로 글로벌 계측장비 기업 도약"

"파크시스템스의 AFM 장비는 기존 반도체 전공정에 이어 첨단 패키징으로 영역을 확장하고 있습니다. 대만 T사에 장비를 공급했고, 국내 기업과도 협업이 진행되고 있죠. 광학 기술 강화를 위한 M&A 등도 준비하고 있습니다." 박상일 파크시스템스 대표는 최근 경기 수원에 위치한 본사에서 기자들과 만나 회사의 향후 사업 전략에 대해 이같이 밝혔다. AFM 후공정 시장 진출…"대만 T사 이어 국내 기업과도 협업" 파크시스템스는 국내 유일의 AFM(원자현미경) 제조 기업이다. AFM은 미세한 크기의 탐침을 시료 표면에 원자 단위까지 근접시킨 뒤, 탐침과 표면 간의 상호작용으로 시료의 구조를 측정하는 장비다. 전자현미경(SEM) 대비 더 정밀한 나노미터(nm) 수준의 계측이 가능하고, 시료의 전자기적·기계적 특성 등을 확인할 수 있다는 장점이 있다. 덕분에 AFM은 EUV(극자외선)와 같은 최첨단 반도체 공정에서 수요가 꾸준히 증가해 왔다. 최근에는 반도체 후공정 산업에서도 기회를 잡았다. 현재 글로벌 빅테크들이 설계하는 AI·HPC(고성능컴퓨팅)용 반도체에는 2.5D와 같은 최첨단 패키징 기술이 필수적이다. 2.5D는 칩과 기판 사이에 얇은 인터포저를 삽입하는 기술로, 회로의 집적도가 높아 AFM의 필요성이 높아지고 있다. 실제로 파크시스템스는 대만 T사의 요청에 따라, 최첨단 패키징 공정향으로 복수의 AFM 장비를 공급한 것으로 알려졌다. 박 대표는 "매우 정밀한 수준의 계측이 필요한 첨단 패키징에서 현재 AFM이 유일한 솔루션으로 주목받고 있다. 파크시스템스 입장에서는 새로운 블루오션 시장이 열리는 것"이라며 "국내 기업들과도 협업이 진행되고 있다"고 말했다. 기술 저변 확대 위해 적극 투자…"추가 M&A 준비" 파크시스템스의 또다른 성장동력은 '제품 다변화'다. AFM에 다양한 광학 기술을 결합해, 각 수요에 따라 유연한 대응을 펼치겠다는 전략이다. AFM은 계측 성능이 뛰어나지만 기존 계측 기술들에 비해 생산성(쓰루풋)이 낮다. 이에 파크시스템스는 AFM의 속도를 높이는 한편, AFM에 WLI(백색광 간섭계)를 접목한 'NX-Hybrid WLI' 장비를 개발해냈다. WLI는 넓은 영역을 빠르게 계측할 수 있는 광학 기술로, AFM의 단점을 보완할 수 있다. 적극적인 M&A(인수합병)도 진행 중이다. 파크시스템스는 지난 2022년에는 이미징 분광 타원계측기(ISE) 및 제진대(AVI) 기술을 보유한 독일 '아큐리온'을 인수했으며, 올해 1월에는 디지털 홀로그래픽 현미경(DHM) 선도기업인 스위스 '린시테크'를 인수했다. DHM은 홀로그램으로 활용해 시료를 3D 스캔하지 않고도 다각도에서 스캔할 수 있는 기술이다. 기존 간섭계 광학 프로파일링 대비 이미징 속도가 100배 이상 빠르다. 박 대표는 "지속적으로 연관 기업을 인수할 예정으로, 현재도 활발하게 논의하고 있는 회사가 국내외에서 5개가 넘는다"며 "이외에도 광학 검사의 핵심인 광원 개발 기업에 지분 투자를 진행하고, 리니어 모터 기업과도 투자를 추진하는 등 협업을 강화하고 있다"고 강조했다. "글로벌 계측장비 기업으로 거듭날 것" 파크시스템스의 지난해 매출은 1천751억원, 영업이익은 385억원으로 집계됐다. 전년 대비 각각 20%, 39% 증가했다. 반도체를 비롯한 산업 전반의 설비투자가 위축된 상황에서도 매출액이 꾸준히 상승하고 있다. 나아가 박 대표는 파크시스템스를 글로벌 계측장비 기업으로 성장시키겠다는 포부를 드러냈다. 박 대표는 "계측장비의 수요가 한정돼 있다는 인식 때문에 대기업으로 성장할 수 없다는 인식이 깔려있는 것 같다"며 "그러나 써모피셔 사이언티픽, 칼 자이스, KLA 등 주요 기업들이 조 단위의 매출을 기록하고 있어, 이들과 같은 글로벌 기업으로 성장하는 것이 목표"라고 밝혔다. 회사의 성장을 위한 신사옥도 과천지식정보타운 내에 건설되고 있다. 총 641억원이 투입됐으며, 연먼적 5만4천173㎡ 규모에 지상 15층 및 지하 5층으로 지어진다. 올해 말 완공을 목표로 하고 있다.

2025.04.14 12:00장경윤

TSMC, CoWoS에 '플럭스리스 본딩' 적용 추진…AI칩 대형화에 대응

대만 주요 파운드리 TSMC가 첨단 패키징 기술인 '플럭스리스(Fluxless)' 본딩을 적용하는 방안을 추진 중이다. 지난해부터 관련 장비를 도입해 평가를 진행해 온 것으로 파악됐다. AI 산업의 발달로 패키징 크기가 점차 확대되면서, 기술 전환의 필요성이 높아졌다는 분석이 제기된다. 6일 업계에 따르면 TSMC는 2.5D 패키징에 플럭스리스 본딩을 적용하기 위한 공정 평가를 진행하고 있다. 그간 TSMC는 2.5D 패키징을 'CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)'라는 브랜드명으로 자체 개발해 왔다. TSMC는 지난해 2곳 이상의 해외 주요 반도체 장비업체로부터 플럭스리스 본딩 장비를 들여와, CoWos에 양산 적용하기 위한 평가를 진행하고 있다. 나아가 올 상반기에도 또 다른 협력사와 추가적인 평가를 시작할 예정인 것으로 파악됐다. 2.5D 패키징은 칩과 기판 사이에 넓다란 실리콘 인터포저 위에 반도체 다이(Die)를 수평 배치하는 기술이다. 기판만을 활용하는 기존 2D 패키징에 비해 회로를 더 밀도있게 연결할 수 있다. 특히 HBM과 고성능 GPU를 연결하는 데이터센터용 AI 가속기 분야에서 CoWoS에 대한 수요가 높다. TSMC는 그간 CoWoS에 플럭스(Flux)를 활용해 왔다. 플럭스는 칩과 인터포저를 연결하는 미세한 범프의 접착력을 높이고, 접합 품질을 떨어트리는 산화막을 방지하는 역할을 맡고 있다. 그러나 CoWoS는 점차 플럭스를 쓰기 어려워지는 환경으로 진화하고 있다. 플럭스는 범프의 접합이 끝난 뒤 제거(세정)돼야 하는데, 인터포저 크기가 커지면 가운데에 묻은 플럭스를 완전히 제거하기가 어렵기 때문이다. 플럭스가 잔존하면 칩 신뢰성이 저해될 수 있다. 실제로 TSMC의 CoWoS 패키징 내 인터포저 크기는 지난 2023년 기준 80x80mm 수준이었다. 레티클(포토마스크; 반도체 회로를 새기기 위한 원판) 대비 약 3.3배 크다. TSMC는 이를 오는 2026년 100x100mm(레티클 대비 5.5배)까지 확대할 계획이다. 2027년에는 120x120mm(레티클 대비 8배) 수준으로 커진다. AI 가속기에 요구되는 컴퓨팅 성능이 높아질수록 더 많은 칩을 내장해야 하기 때문에, 인터포저의 크기도 덩달아 커지는 추세다. 플럭스리스 본딩은 이 문제를 해결할 수 있는 대안으로 꼽힌다. 플럭스리스는 플럭스를 사용하지 않고 범프의 산화막을 제거하는 기술이다. 때문에 해외 주요 반도체 장비기업들이 관련 기술 개발에 주력하고 있다. TSMC도 향후 CoWoS에 플럭스리스 본딩을 적용하는 방안을 적극 검토하는 분위기다. 특히 TSMC는 지난해 CoWoS 수율 향상에 난항을 겪은 바 있어, 플럭스리스를 비롯한 대안 기술에 관심을 기울일 수 밖에 없다는 게 업계의 전언이다. 반도체 업계 관계자는 "현재 TSMC는 플럭스리스 본더를 소량 들여와 연구개발(R&D) 단계에서 평가를 진행하는 중"이라며 "올해까지 테스트가 마무리 될 것으로 보고 있다"고 설명했다.

2025.03.06 14:16장경윤

"韓 고객사 관심 많다"…K&S, HBM4용 '플럭스리스' TC 본더 장비 파란 예고

차세대 HBM(고대역폭메모리) 제조용으로 플럭스리스(Fluxless) TC(열압착) 본딩이 각광받는 가운데, 글로벌 장비 기업 쿨리케앤소파(K&S)가 한국 메모리 시장을 공략한다. 업계 최초로 도입한 '포름산' 기반의 플럭스리스 본딩이 무기다. 해당 기술은 본딩과 동시에 세정을 진행한다. 덕분에 주요 경쟁사들이 채택한 플라즈마 방식에 비해 생산성 및 신뢰성이 높다는 게 쿨리케앤소파의 설명이다. 국내 두 잠재 고객사들의 반응에 대해서도 "관심이 굉장히 높다. 양사 모두 당사의 기술력을 인지한 바 있고, 전 세계적으로 플럭스리스 TC 본딩에 대한 레퍼런스가 쌓이고 있어 많은 관심을 두고 있다"고 자신했다. 찬핀 총 쿨리케앤소파 총괄부사장은 지난 18일 서울 잠실 시그니엘에서 기자와 만나 회사의 차세대 주력 사업인 플럭스리스 TC 본더에 대해 소개했다. ■ 차세대 HBM 시장 겨냥해 '플럭스리스' 본딩 선제 개발 쿨리케앤소파는 미국과 싱가포르에 본사를 둔 반도체·디스플레이 장비기업이다. 반도체 분야에서는 기존 전통적인 패키징 방식인 와이어 본딩에 주력해 왔으나, 최근에는 웨이퍼 레벨 패키지(WLP), 열압착 본딩(TCB) 등 첨단 패키징 영역으로도 시장을 적극 확대하고 있다. 특히 쿨리케앤소파가 주목하는 기술은 플럭스리스 본딩이다. 국내외 주요 메모리 기업들을 중심으로 차세대 HBM에 플럭스리스 본딩 기술을 적용하는 방안이 활발히 논의되고 있기 때문이다. 현재 HBM은 여러 개의 D램을 수직으로 적층해 미세한 솔더 범프로 연결하는 과정을 거친다. 이 때 범프에 산화막이 남게 되면 접합 품질에 문제가 생긴다. 산화막을 제거하기 위해서는 플럭스라는 물질을 도포한 뒤 씻어내야 한다. 그러나 HBM이 HBM4, 16단 등으로 나아가게 되면 플럭스 사용에 한계가 생긴다. D램 사이의 간격이 줄어들고, I/O(입출력단자) 수가 2배로 늘어 범프가 더 촘촘히 들어서기 때문이다. 이 경우, 세정 후에도 범프에 플럭스 잔여물이 남아 HBM의 신뢰성을 떨어뜨릴 가능성이 높아진다. 이에 쿨리케앤소파는 플럭스를 사용하지 않고도 산화막을 제거하는 플럭스리스 본딩 장비를 선제 개발했다. 찬핀 총 부사장은 "회사는 플럭스리스 TC 본더 장비를 로직 반도체 분야에 상용화한 바 있고, 이를 기반으로 HBM 시장에도 진출을 추진하고 있다"며 "한국을 비롯한 여러 메모리 제조사에 독보적인 가치를 제안할 수 있을 것"이라고 밝혔다. ■ 韓 고객사 관심 높아…업계 최초 '포름산' 기반 본딩이 핵심 쿨리케앤소파가 개발한 플럭스리스 TC 본딩의 핵심 요소는 포름산이다. 본딩 헤드 주변에 포름산을 증기 형태로 분사해 산화막을 제거하는 원리로, 본딩과 동시에 산화막을 제거할 수 있다는 장점이 있다. 때문에 쿨리케앤소파에서는 이를 '인 시츄(In-Situ)' 방식이라고 부른다. TC 본딩에 포름산을 적용한 사례는 쿨리케앤소파가 유일한 것으로 알려져 있다. 전세계 주요 경쟁사들은 현재 플라즈마 기반의 플럭스리스 본딩을 주로 채택하고 있다. 플라즈마 방식은 가스 물질을 사용하지 않고도 플럭스를 제거하지만, 본딩과 세정을 동시에 진행할 수 없다. 찬핀 총 부사장은 "포름산 기반의 플럭스리스 본딩은 쿨리케앤소파가 지난 2017년부터 개발하기 시작한 기술로, 경쟁사들도 발을 들일 수는 있으나 결코 쉽지 않을 것"이라며 "본딩과 세정을 같이 진행하기 때문에 플라즈마 대비 생산성이 뛰어나고, 재산화(산화막이 다시 생겨나는 현상) 방지 측면에서도 유리하다"고 강조했다. 쿨리케앤소파는 이러한 장점을 무기로 국내외 주요 메모리 제조사에 HBM용 플럭스리스 본더 공급을 추진하고 있다. 찬핀 총 부사장은 "HBM 시장에서 플럭스리스 본더가 언제 테스트가 진행될 수 있을 지 정확히 말씀드릴 수는 없으나 곧 이뤄질 것"이라며 "국내 잠재 고객사들도 분명히 쿨리케앤소파의 기술력을 인지하고 있고, 관심이 굉장히 높다"고 말했다. ■ "2.5D·CPO 등 첨단 패키징 외연 넓힐 것" 플럭스리스 TC 본딩은 AI 반도체 수요 확대로 각광받는 2.5D 패키징에도 용이하다. 2.5D 패키징은 넓은 기판 모양의 실리콘 인터포저 위에 반도체 다이(Die)를 수평 배치하는 기술이다. 대만 주요 파운드리 TSMC가 'CoWoS'라는 브랜드로 시장을 선도하고 있다. 다만 2.5D 패키징은 세대를 거듭할수록 다이(Die) 크기가 커지고 있어, 여러 문제점을 일으키고 있다. 다이가 커지면 내부 깊은 곳까지 세정이 불가능해 플럭스를 제대로 제거하기 어렵다. 이로 인해 2.5D 패키징 시장에서도 플럭스리스가 대안점으로 떠오르고 있다. CPO(광모듈 패키징) 기술도 이와 비슷하다. CPO는 데이터 통신에 쓰이던 별도의 광트랜시버를 칩 내부에 설치해, 데이터 처리 성능 및 효율을 크게 끌어올리는 차세대 반도체 기술이다. 찬핀 총 부사장은 "CPO를 구현하려면 정밀한 온도 조절이 필요하고, 플럭스 잔류물 문제가 없어야 하기 때문에 플럭스리스가 필요해질 것"이라며 "쿨리케앤소파는 이미 관련 기술을 6년 전 개발 완료해 미국 등에서 평가를 받았다. 시장이 개화하게 되면 빠르게 진출할 수 있을 것"이라고 말했다.

2025.02.23 08:49장경윤

韓 소부장, 엔비디아·TSMC 기술혁신 발맞춰 신시장 개척

엔비디아·TSMC 등 글로벌 빅테크 기업들이 AI 산업의 주도권을 유지하기 위한 기술 변혁을 지속하고 있다. 이에 국내 소부장 기업들도 차세대 제품 양산화를 위한 테스트를 진행하고 있는 것으로 파악됐다. 30일 업계에 따르면 국내 소부장 기업들은 엔비디아 및 TSMC의 차세대 기술 도입에 맞춰 신제품 양산을 추진하고 있다. 엔비디아는 내년 출시할 차세대 AI 가속기인 'B300'부터 소켓 방식을 적용하는 방안을 검토 중이다. B300은 엔비디아가 지난 3월 공개한 AI 반도체 '블랙웰' 시리즈 중 가장 성능이 높은 제품으로, HBM3E(5세대 고대역폭메모리) 12단을 탑재한다. 그간 엔비디아의 AI 가속기는 고성능 GPU와 HBM, 인터페이스 등을 메인 기판에 모두 집적하는 온-보드(on-board) 형식으로 제작돼 왔다. 반면 소켓은 GPU를 기판에 실장하지 않고, 별도로 탈부착하는 방식이다. AI 가속기를 소켓 방식으로 변경하는 경우 GPU 불량에 따른 문제에 효율적으로 대응할 수 있게 된다. GPU 및 기판의 제조 안정성도 높일 수 있다. 다만 GPU와 기판을 안정적으로 연결해야 하는 것이 과제로 꼽힌다. 현재 엔비디아향 소켓은 한국 및 대만의 후공정 부품업체가 주력으로 공급하고 있다. 이들 기업은 올 4분기 AI 가속기용 소켓 샘플을 공급한 것으로 알려졌다. 실제 양산에 돌입하는 경우 내년 중반부터 출하량을 늘릴 수 있을 것으로 관측된다. 엔비디아의 핵심 파트너인 대만 TSMC도 자체 개발한 'CoWoS' 기술을 고도화하고 있다. CoWoS는 넓은 기판 모양의 실리콘 인터포저 위에 반도체 다이(Die)를 수평 배치하는 첨단 패키징이다. 특히, TSMC는 기존 대비 소형화된 인터포저를 사용하는 CoWoS-L을 최신형 HBM에 적용하고 있다. 이러한 기조에 따라 계측 분야에서도 변화가 감지되고 있다. 기존 CoWoS-L에 구현된 회로의 배선폭은 2마이크로미터 이상이다. 그러나 CoWoS-L의 집적도가 높아지면서, 배선폭 역시 더 좁은 1마이크로미터 내외가 요구되고 있다. 기존 CoWoS의 회로 계측은 3D 광학 검사를 활용해 왔다. 그러나 배선폭이 1마이크로미터로 줄어들게 되면 성능의 한계로 계측이 힘들어진다. 이에 TSMC는 AFM(원자현미경) 기술을 CoWoS에 적용하는 방안을 추진 중이다. 국내 장비업체도 복수의 AFM 장비를 공급해 품질 테스트를 거치고 있는 것으로 파악된다. AFM은 탐침을 시료 표면에 원자 단위까지 접근시켜, 탐침과 표면 간의 상호작용을 통해 시료를 계측하는 장비다. 기존 광학식 대비 속도는 느리지만, 매우 미세한 수준까지 계측이 가능하다. 때문에 기존 AFM은 주로 초미세 공정과 직결된 전공정 영역에서 활용돼 왔다. TSMC가 CoWoS 패키징에 AFM을 양산 도입하는 경우, AFM의 적용처가 최첨단 패키징 분야로도 확장될 수 있을 것으로 전망된다.

2024.12.30 11:22장경윤

TSMC, 앰코와 손잡고 美 파운드리 사업 힘준다

대만 주요 파운드리 TSMC가 미국 파운드리 시장 공략에 속도를 낸다. 미국 주요 OSAT(외주반도체패키지테스트) 기업 앰코와 협력해 고성능 칩 제조를 위한 첨단 패키징 기술을 강화할 예정이다. 6일 업계에 따르면 TSMC는 앰코와 첨단 패키징 분야 협력을 위한 업무협약(MOU)을 체결했다. 이번 협약에 따라 TSMC는 미국 애리조나주 팹에 앰코가 피오리아에 건설 중인 첨단 패키징 및 테스트 서비스를 적용할 계획이다. 이를 통해 파운드리 사업 전반에 필요한 전공정·후공정 기술을 동시에 강화하겠다는 게 TSMC의 전략이다. 특히 양사 협업은 TSMC의 팬아웃 기술인 'InFO', 'CoWoS(칩-온-웨이퍼)' 등에 초점을 맞춘다. 팬아웃은 데이터를 주고받는 입출력단자(I/O)를 칩 외부로 빼는 기술이다. 기존 방식 대비 더 많은 I/O를 배치할 수 있고, 반도체와 기판 사이의 배선 길이가 줄어들어 칩의 성능 및 효율을 높일 수 있다. CoWoS는 TSMC의 2.5D 패키징 기술 브랜드명이다. 2.5D 패키징은 넓은 기판 모양의 실리콘 인터포저 위에 반도체 다이(Die)를 수평 배치하는 기술로, 회로를 더 밀도있게 연결할 수 있다. 현재 IT 업계에서 각광받는 AI 가속기도 시스템반도체와 HBM(고대역폭메모리)를 2.5D 패키징으로 엮어 만든다. 앰코는 "이번 협약은 전공정 및 후공정에서 고객사의 요구 사항을 지원하고 미국 내 포괄적인 반도체 제조 생태계를 조성하기 위한 것"이라고 밝혔다. TSMC는 "고객사들은 AI, 모바일, 고성능 컴퓨팅 분야에서 점점 더 많이 첨단 패키징 기술에 의존하고 있다"며 "앰코와의 협력으로 TSMC 파운드리 팹의 가치를 극대화하고, 미국 내 고객사에게 더 넓은 서비스를 제공할 수 있기를 기대한다"고 강조했다. 한편 TSMC는 미국 애리조나주 피닉스에 약 400억 달러를 들여 첨단 파운드리 공장 2곳을 건설하고 있다. 또한 2나노미터(nm) 이하의 최선단 파운드리 공장도 추가로 지을 계획이다. 이에 미국 정부는 TSMC에 66억달러 규모의 보조금을 지원하고, 50억달러 규모의 저리 대출을 제공하기로 하는 등 막대한 지원책을 펼치고 있다.

2024.10.06 09:28장경윤

SK하이닉스, "16단 HBM에도 '어드밴스드 MR-MUF' 적용 가능성 확인"

"오는 2025년 양산 예정인 HBM4는 이전 세대 대비 성능 및 에너지 효율이 높을 것으로 기대하고 있다. 특히 16단 제품의 경우, 어드밴스드(Advanced) MR-MUF 기술의 적용 가능성을 확인했다." SK하이닉스 이강욱 부사장(PKG개발 담당)은 3일 '세미콘 타이완'에서 회사의 HBM 경쟁력에 대해 이같이 말했다. 이날 'AI 시대를 대비하는 HBM과 어드밴스드 패키징 기술'을 주제로 세션 발표를 진행한 이 부사장은 HBM 시장의 가파른 성장세를 예견했다. HBM은 여러 개의 D램을 수직으로 적층한 메모리로, 기존 D램에 비해 데이터 처리 성능이 뛰어나다. HBM은 현재 5세대 제품인 HBM3E까지 상용화에 성공했다. 8단, 12단 HBM3E는 초당 1.18TB 이상의 데이터를 처리하며 최대 36GB 용량을 지원한다. HBM4는 12, 16단으로 공급되며 용량은 최대 48GB까지, 데이터 처리 속도는 초당 1.65TB 이상으로 성능이 발전한다. HBM4부터는 베이스 다이에 로직 공정을 적용함으로써, 성능 및 에너지 효율 향상을 기대하고 있다. 이와 같은 시장 성장세에 맞춰 HBM 분야 리더인 SK하이닉스는 2015년 업계 최초로 HBM 제품을 양산한 후, 연이어 최고 성능의 HBM 제품들을 세계 최초로 출시하면서 업계를 선도하고 있다. 오는 2025년에는 HBM4 12단 제품도 출시할 예정이다. 특히 SK하이닉스는 독자적으로 개발한 혁신적인 패키징 기술을 통해 HBM 제품의 에너지 효율 및 열 방출(방열 성능) 측면에서 경쟁력을 갖추고 있다. SK하이닉스가 HBM 제품에 적용한 MR-MUF 패키징 기술은 낮은 본딩(칩 접합) 압력, 온도 적용과 일괄 열처리가 가능해 생산성과 신뢰성 측면에서 다른 공정보다 유리하다. 또한 높은 열전도 특성을 갖는 Gap-Fill 물질(빈 공간을 채우는 물질) 및 높은 밀도의 메탈 범프 형성이 가능해. 타 공정 대비 열 방출 면에서 30% 이상의 성능 장점을 가진다. SK하이닉스는 HBM3와 3E 8단 제품에 MR-MUF, 12단 제품에 Advanced MR-MUF기술을 적용해 양산을 하고 있으며, 내년 하반기 출하 예정인 HBM4 12단 제품에도 Advanced MR-MUF를 적용해 양산할 계획이다. 16단 제품을 위해서는 Advanced MR-MUF와 하이브리드 본딩 방식 모두에 대한 준비를 하고 있으며, 고객 니즈에 부합하는 최적의 방식을 선택할 계획이다. 특히 SK하이닉스는 16단 제품 대응을 위한 기술을 개발 중인데, 최근 연구에서 16단 제품에 대한 Advanced MR-MUF 기술 적용 가능성을 확인했다. 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. 두 가지 방식에 대한 기술 완성도를 빠르게 높여, 메모리 고용량화에 대한 고객 니즈에 선제적으로 대응하겠다는 전략으로 풀이된다. SK하이닉스는 HBM4 및 이후 세대 제품 개발을 준비하고 있으며, 대역폭, 용량, 에너지 효율 측면에서의 기술적 난제들을 해결하기 위해 2.5D 및 3D SiP(시스템 인 패키지) 패키징 등을 포함 다양한 대응 방안을 검토하고 있다. 또한 HBM4E 부터는 커스텀(Custom) 성격이 강해질 것으로 예상돼, SK하이닉스는 다양한 고객 요구에 효율적으로 대응하기 위한 생태계 구축 관점에서도 글로벌 파트너들과의 협력을 강화해 가고 있다.

2024.09.03 14:36장경윤

'12단 HBM3E' 수급 다급해진 엔비디아…삼성·SK 대응 분주

엔비디아가 최근 생산 차질 논란이 불거진 최신형 AI 반도체 '블랙웰'을 당초 일정대로 양산하겠다고 밝혔다. 칩 재설계를 통한 대체품을 내놓는 것으로, HBM(고대역폭메모리) 역시 더 높은 용량의 제품을 탑재하기로 했다. 이에 따라 삼성전자, SK하이닉스 등 주요 메모리 기업도 최선단 HBM의 인증을 서두르기 위한 대응에 나선 것으로 파악됐다. 29일 업계에 따르면 삼성전자·SK하이닉스 등 주요 메모리 제조업체는 엔비디아의 최신 GPU '블랙웰' 칩 설계 변경에 따라 HBM3E 12단 인증을 서두르고 있다. 블랙웰은 엔비디아가 지난 3월 공개한 최신형 AI 반도체다. TSMC의 4나노미터(nm) 공정을 기반으로, 총 2천80억개의 트랜지스터를 집적했다. 이는 기존 GPU 대비 2배가량 많은 것으로, 2개의 GPU 다이(Die)를 10TB(테라바이트)/s의 빠른 데이터 전송 속도로 연결했기 때문에 가능한 수치다. 세부적으로 블랙웰 GPU는 전력소모량에 따라 700W급인 B100, 최대 1200W급인 B200으로 나뉜다. 당초 엔비디아는 B100 GPU 2개와 '그레이스' CPU 1개를 결합한 구조의 AI 가속기 'GB200'을 회사 회계연도 기준 2025년 4분기(2024년 11월~2025년 1월) 출시할 예정이었다. ■ SoC 재설계로 HBM3E도 8단→ 12단 변경 그러나 최근 GB200의 양산 일정에 차질이 생겼다. 업계에서 분석하는 원인은 크게 두 가지다. 하나는 B100 칩 설계의 문제, 또 하나는 GB200에 필요한 TSMC의 최첨단 패키징 'CoWoS-L'의 용량 부족이다. CoWoS는 엔비디아가 자체 개발한 2.5D 패키징 기술로, 로직반도체와 HBM을 SiP(시스템 인 패키지) 형태로 묶는 것을 뜻한다. 2.5D 패키징은 넓은 기판 모양의 실리콘 인터포저 위에 반도체 다이(Die)를 수평 배치하는 기술이다. 활용되는 소재에 따라 종류가 나뉘며, CoWoS-L의 경우 로컬실리콘인터커넥트(LSI)라는 소형 인터포저를 채용한다. 이에 엔비디아는 즉각 대응책을 수립했다. 기존 B100을 개량한 'B102'를 대체품으로 재설계하고, 이를 기반으로 'GB200A'를 제작하기로 했다. A는 공랭(Air Cooling)의 의미다. 패키징 구조 역시 변경된다. GB200은 GPU 2개를 묶어 한 칩처럼 동작하게 하고, 주변에 HBM3E 8단(24GB)을 8개 집적하는 형태다. 반면 GB200A는 GPU를 묶지 않고 B102 칩 하나에 HBM3E 12단(36GB)를 4개 집적한다. 내장된 GPU 2개가 총 HBM 8개를 운용하는 것보다 효율이 떨어지기 때문에, 단일 HBM의 용량을 높이고자 12단을 채용한 것으로 분석된다. 엔비디아는 이 같은 칩 재설계를 통해 어제(29일 한국시간) 2분기 실적발표 컨퍼런스콜에서 "당초 계획대로 블랙웰 GPU 양산 공급을 연말에 진행하겠다"는 뜻을 밝혔다. ■ HBM3E 12단 공급 빨라져야…삼성·SK 대응 분주 엔비디아가 블랙웰 GPU의 양산 일정을 고수하면서, 삼성전자·SK하이닉스·마이크론 등 메모리 제조업체들의 대응 또한 분주해지고 있다. 당초보다 빨리 HBM3E 12단 제품을 엔비디아에 공급해야 하는 상황에 놓였기 때문이다. HBM3E는 5세대 HBM으로, 올해 상반기 8단 제품부터 상용화에 들어갔다. 더 많은 D램을 적층하는 12단 제품은 주요 메모리 3사 모두 고객사와의 퀄(품질) 테스트를 거치고 있으며, 아직까지 공식 승인을 받은 기업은 없다. 이에 엔비디아도 주요 메모리 제조사에 HBM3E 12단 승인을 앞당기기 위한 논의를 진행한 것으로 알려졌다. 반도체 업계 관계자는 "엔비디아의 요청에 따라 메모리 제조사들도 HBM3E 12단 물량을 급하게 늘리려는 움직임을 보이고 있다"며 "HBM3E 12단의 수율이 상대적으로 낮고, 긴급한 주문이기 때문에 메모리 제조사 입장에서도 더 높은 가격을 책정받을 수 있다는 이점을 누릴 수 있다"고 설명했다.

2024.08.30 10:04장경윤

마이크론 HBM 불량 이슈, 사실은..."성능 우수" vs "수율 불안" 엇갈려

올해 HBM(고대역폭메모리) 시장 진입을 본격화한 미국 마이크론에 국내 메모리 업계의 시선이 쏠리고 있다. 주요 경쟁사 대비 전력 소모량 등 특성이 우수하다는 긍정적인 평가와 수율 문제가 발생하는 등 안정성을 지켜볼 필요가 있다는 지적이 동시에 제기된다. 12일 업계에 따르면 마이크론은 지난달 HBM3E(5세대 HBM) 8단 제품의 불량 이슈가 발생해 문제 해결에 나서고 있다. 마이크론은 미국 주요 메모리 반도체 제조업체로, 지난 2월 24GB(기가바이트) 8단 HBM3E D램 양산을 공식 발표한 바 있다. HBM은 여러 개의 D램을 수직으로 적층한 메모리로, HBM3E는 가장 최신 제품에 해당한다. 마이크론의 HBM3E는 엔비디아가 올해 중반 상용화하는 고성능 GPU H200과 결합된다. 이를 위해 마이크론은 지난 2분기부터 HBM3E의 양산을 본격화한 바 있다. 그러나 마이크론은 지난달 HBM3E의 패키징 과정에서 불량 문제가 발생한 것으로 알려졌다. 이 사안에 정통한 관계자는 "마이크론의 HBM3E 제품이 발열 등에서 문제를 일으켜 지난달 양산에 큰 차질을 겪게 됐다"며 "패키징 단의 문제로, 현재 대응에 총력을 기울이고 있는 것으로 안다"고 밝혔다. 다만 이번 불량이 HBM 제품 자체가 아닌 패키징 단에서 발생한 만큼, 마이크론의 책임은 훨씬 덜할 것이라는 시각도 있다. 엔비디아의 AI 가속기는 HBM과 GPU 등의 시스템반도체를 TSMC의 2.5D 패키징 기술인 'CoWos'로 연결해 만들어진다. 2.5D 패키징은 넓은 기판 모양의 실리콘 인터포저 위에 반도체 다이(Die)를 수평 배치하는 기술이다. 또 다른 관계자는 "여전히 문제를 파악하고 있으나, TSMC 패키징 공정에서 활용된 소재 일부가 오류를 일으킨 것이라는 분석이 나오고 있다"며 "마이크론 측이 우려 대비 빨리 제품 인증을 받을 가능성도 있다"고 설명했다. 마이크론의 HBM3E 사업 확대는 삼성전자, SK하이닉스 등 국내 주요 경쟁사에게는 경계 1호로 작용한다. 특히 마이크론은 경쟁사 대비 전력소모량이 적다는 점을 무기로 적극 내세우고 있다. 업계 관계자는 "최근 평가 기준으로 마이크론의 HBM3E 제품이 경쟁사 대비 전력소모량이 20% 가량 적은 것으로 기록됐다"며 "당장 마이크론의 HBM 생산능력이 적기는 하지만, HBM3E 상용화 초입부터 공급망에 발빠르게 진입할 수 있다는 점에서는 큰 의미"라고 평가했다. 한편 마이크론은 지난달 27일 회계연도 2024년 3분기(2024년 3~5월) 실적을 발표하면서 처음으로 HBM 매출을 별도로 집계했다. 당시 마이크론은 "해당 분기 HBM3E 매출이 1억 달러 이상 발생했다"며 "회계연도 2024년에는 HBM에서 수억 달러의 매출을 일으킬 것"이라고 발표했다.

2024.07.12 14:10장경윤

삼성전자, 2026년 HBM 12개 이상 집적 '2.xD 패키징' 개발 목표

삼성전자가 더 많은 HBM을 집적하기 위한 차세대 패키징 기술 개발에 주력한다. 올해 HBM을 8개까지 수용할 수 있는 2.5D 패키징 기술을 개발하고, 2026년에는 12개 이상을 수용할 수 있는 2.xD를 개발한다는 계획이다. 전희정 삼성전자 파운드리사업부 사업개발팀 상무는 9일 서울 코엑스에서 열린 '삼성 파운드리 포럼'에서 회사의 최첨단 패키징 로드맵에 대해 이같이 밝혔다. 전희정 상무는 "현재 삼성전자는 HBM을 8개 수용할 수 있는 실리콘 인터포저 기반의 아이큐브-S 플랫폼을 개발하고 있다"며 "현존하는 칩 대비 대역폭은 2배(6.6TB/s), 메모리 용량은 2.5배(192GB)로 제공할 수 있다"고 밝혔다. 아이큐브는 삼성전자가 개발 중인 2.5D 패키징의 브랜드명이다. 2.5D 패키징은 넓은 기판 모양의 실리콘 인터포저 위에 시스템반도체와 HBM을 집적하는 기술을 뜻한다. 나아가 삼성전자는 오는 2026년 2.5xD 패키징 기술 개발을 목표로 하고 있다. 2.5xD 패키징은 12개 이상의 HBM을 탑재 가능한 기술로 대역폭이 9배(30.7TB/s), 메모리 용량이 7배(576GB) 높다. 2.xD 기술은 RDL(재배선)이라 불리는 미세한 회로 패턴을 기판에 삽입하거나, 실리콘 인터포저를 기판에 내장하는 '실리콘 브릿지'를 탑재하는 기술이다. 2027년에는 2.xD와 3D 집적 기술을 결합한 패키징을 개발할 계획이다. 해당 기술은 로직과 로직, 혹은 로직과 메모리를 수직으로 적층하는 개념이다. 이를 적용하면 대역폭은 21배(70.5TB/s)까지 높아질 전망이다.

2024.07.09 17:34장경윤

中 화웨이, HBM도 '공급망 자립화' 시도…美 제재 정면돌파

중국 화웨이가 현지 파운드리인 XMC(우한신신)과 협력해 HBM(고대역폭메모리)를 개발하고 있다고 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)가 1일 보도했다. HBM은 여러 개의 D램을 수직으로 적층해 데이터 처리 성능을 획기적으로 끌어올린 메모리다. 방대한 양의 데이터 처리가 필요한 AI 산업에서 필수적인 요소로 자리잡고 있다. 다만 기술적 난이도가 높아 현재까지 국내 기업인 삼성전자와 SK하이닉스, 미국 마이크론만이 양산 가능하다. SCMP는 익명의 소식통을 인용해 "화웨이와 우한신신 외에도 현지 패키징 기업인 장전과기(JCET), 통푸마이크로일렉트로닉스도 HBM 개발 협력체에 참여했다"며 "이들은 GPU와 HBM을 단일 패키지로 집적하는, 소위 'CoWoS' 패키징을 개발하도록 지시받았다"고 설명했다. CoWoS는 대만 주요 파운드리 TSMC가 자체 개발한 2.5D 패키징 기술이다. CoWoS는 칩과 기판 사이에 인터포저라는 얇은 막을 삽입해, 패키징 면적을 줄이고 칩 간 연결성을 높인다. 화웨이는 지난 2019년부터 미국의 무역 블랙리스트 명단에 이름을 올리고 있다. SMIC도 지난 2022년 미국의 수출 규제로 첨단 반도체 장비에 대한 수입이 사실상 불가능해졌다. 그럼에도 화웨이와 SMIC는 지난해 하반기 출시한 플래그십 스마트폰 '메이트 60 프로'에 자체 개발한 고성능 모바일 AP(애플리케이션 프로세서)를 탑재하는 등 반도체 공급망 자립화를 지속하고 있다. 해당 AP는 선단 공정에 해당하는 7나노미터(nm)를 기반으로 한다. 미국은 지난 2019년 국가 안보상의 이유로 화웨이를 무역 블랙리스트에 올린 바 있다. 또한 지난 2022년에는 중국에 대한 첨단 반도체 장비 수출을 금지하면서, SMIC 등 화웨이의 주요 제조 파트너들에 대해서도 지속적인 압박을 펼쳐왔다.

2024.07.02 10:35장경윤

[단독] LX세미콘, 반도체 '꿈의 기판' 유리기판 신사업 진출 추진

LX세미콘이 회사의 신(新)성장동력으로 반도체 업계에서 '꿈의 기판'이라고 불리는 유리기판에 주목하고 있다. 현재 회사 내부적으로 유리기판 사업 진출을 검토하는 단계로, 이를 위해 최근 주요 협력사들과 접촉한 것으로 확인됐다. 1일 업계에 따르면 LX세미콘은 최근 신사업으로 유리기판 분야에 진출하는 방안을 추진하고 있다. 현재 AI 반도체와 HBM(고대역폭메모리)을 연결하는 2.5D 패키징 공정에는 '인터포저' 라는 기판이 활용되고 있다. 인터포저는 칩과 인쇄회로기판(PCB) 사이에 삽입돼 물리적으로 이어주는 역할을 맡고 있다. 기존 인터포저의 주 소재로는 실리콘과 유기(Organic)가 쓰였다. 실리콘은 특성이 좋으나 가격이 너무 비싸다는 단점이 있다. 비교적 가격이 저렴한 유기 인터포저는 열에 약하고 표면이 거칠어 미세 회로 구현에 적합하지 않다. 반면 유리 인터포저는 표면이 매끄럽기 때문에 세밀한 회로를 만들 수 있고, 고온에 대한 내구성 및 전력효율성이 뛰어나다. 동시에 제조 비용은 실리콘 대비 상대적으로 낮다. 이에 삼성전자, TSMC, 인텔 등 주요 반도체 기업들도 유리기판의 도입을 추진하고 있다. LX세미콘은 올해 상반기부터 유리 인터포저를 신사업으로 추진하는 방안을 검토하기 시작했다. 이를 위해 TGV(유리관통전극)를 비롯한 유리 인터포저 제조의 핵심 공정 기술을 보유한 복수의 기업들과 접촉하고 있는 것으로 파악됐다. TGV는 유리기판에 미세한 구멍을 뚫고, 그 속을 구리로 도금하는 기술이다. 이 TGV 공정을 거쳐야만 반도체 칩과 유리 인터포저 간의 회로 연결이 가능해진다. 향후 LX세미콘이 유리기판 사업 진출을 확정짓는 경우, 회사의 사업 구조는 크게 재편될 것으로 전망된다. LX세미콘은 디스플레이구동칩(DDI), 타이밍컨트롤러(T-Con), 전력관리반도체(PMIC) 등을 전문으로 개발해 온 팹리스 기업이다. 특히 LG디스플레이에 납품하는 DDI가 차지하는 매출 비중이 90%에 달할 정도로 높다. LX세미콘은 이 같은 사업구조 편중화를 해소하고자 그동안 다양한 신사업을 추진해 왔다. 차세대 전력반도체 소재로 꼽히는 SiC(실리콘카바이드)와 반도체에서 발생하는 열을 외부로 방출시키는 방열기판 등이 대표적인 사례다. 이 중 방열기판은 자동차 시장을 겨냥해 제조공장을 완공하고, 시제품을 생산하는 등 적극적인 준비에 나서고 있다. 다만 SiC는 최근까지 사업화에 난항을 겪고 있는 것으로 알려졌다. 이러한 상황에서 LX세미콘이 회사의 새로운 먹거리 발견에 분주해질 수 밖에 없다는 게 업계의 전언이다. 이와 관련해 LX세미콘은 "사업 진출 계획은 없다"고 밝혔다.

2024.07.01 14:30장경윤

TSMC, 첨단 패키징 생산능력 내년까지 폭증…수요 절반이 엔비디아

대만 주요 파운드리 TSMC의 최첨단 패키징 생산능력이 첨단 AI 반도체 호황으로 내년까지 큰 성장세를 나타낼 것으로 예상된다. 31일 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 TSMC의 CoWoS 생산능력은 올해 150%, 내년 70% 이상 증가할 전망이다. CoWoS는 TSMC가 자체 개발한 2.5D 패키징이다. 칩과 기판 사이에 인터포저라는 얇은 막을 삽입해, 패키징 면적을 줄이고 칩 간 연결성을 높인 것이 특징이다. 현재 CoWoS와 같은 2.5D 패키징이 가장 각광받는 산업은 AI다. AI 가속기에는 고성능 시스템반도체와 HBM(고대역폭메모리)를 함께 집적해야 하는데, 여기에 2.5D 패키징이 쓰인다. 트렌드포스는 "엔비디아 블랙웰 플랫폼의 칩 다이(Die) 크기는 이전 세대 대비 2배"라며 "블랙웰이 주력 제품으로 떠오르면서 엔비디아가 TSMC의 CoWoS 수요의 거의 절반을 차지할 것"이라고 밝혔다. 블랙웰은 TSMC의 4나노 공정 기반의 최신형 고성능 GPU다. 반도체 다이 2개를 연결해 2천80억 개의 트랜지스터를 집적했다. 블랙웰은 올해 3분기 출시를 시작해 4분기부터 본격적으로 출하량이 확대될 것으로 예상된다. HBM 시장 역시 올해 큰 변곡점을 앞두고 있다. 현재 엔비디아 GPU 시리즈의 주류인 H100은 주로 80GB(기가바이트)의 HBM3(4세대 HBM)을 탑재한다. 반면 블랙웰은 288GB의 HBM3E(5세대 HBM)을 채택해, 용량을 이전 대비 3~4배가량 늘렸다. 트렌드포스는 "삼성전자, SK하이닉스, 마이크론 등 주요 메모리3사의 계획에 따르면 HBM 생산량은 내년까지 2배로 늘어날 것으로 예상된다"고 설명했다.

2024.05.31 09:04장경윤

네패스, AI 반도체용 패키징 기술 'PoP' 상용화 추진

네패스는 인공지능(AI) 및 첨단 반도체에 필요한 차세대 패키징 기술 PoP(Package on Package)를 국내외 칩 제조사들과의 협력으로 개발하고 있다고 20일 밝혔다. 최근 AI용 패키지 시장은 대만 기업들의 과점으로 공급이 여유롭지 않은 상황이다. 네패스는 2.5D 패키징의 기반 기술인 PoP 기술을 자사의 강점인 재배선(RDL) 기술을 활용해 상용화를 추진하고 있다. 2.5D 패키징은 넓은 기판 모양의 인터포저 위에 반도체 다이(Die)를 수평 매치하는 기술이다. AI 반도체와 HBM(고대역폭메모리)을 하나의 패키지로 집적하는데 주로 사용된다. 네패스가 개발 중인 2.5D 패키징은 고가의 실리콘(Si) 인터포저 대신, 팬아웃 공정을 활용한 재배선(RDL) 인터포저를 구현했다. 이를 통해 가격 경쟁력과 소형화에 강점을 가지고 있다. 특히 이번에 개발한 PoP 기술은 반도체 소자 내장 기술, 양면 재배선(RDL)기술, 수직신호연결 등의 요소 기술을 포함하고 있다. 스마트폰 및 자동차용 AP(애플리케이션프로세서), 웨어러블 센서, AI 반도체 등으로 사용처를 확장해 나갈 수 있는 첨단 패키징의 기본 플랫폼 기술이다. 김종헌 네패스 최고기술책임자(CTO)는 "자율주행 자동차 핵심기술인 라이다(LiDAR) 센서 제조업체인 일본의 글로벌 반도체 업체로부터 우수한 성능을 인증받아 제품 적용을 협의중에 있다"며 "미국 및 유럽 고객의 의료 장비 및 보청기용으로도 사업화를 활발하게 논의 중"이라고 말했다. 그는 이어 "이번에 개발한 PoP 기술을 기반으로 AI 반도체용 2.5D 패키징 기술에 집중해 내년 상반기에는 고객과 함께 개발을 완료하고, 같은해 하반기부터는 양산을 목표로 하고 있다고 밝혔다.

2024.05.20 09:00장경윤

삼성전자 "올 하반기 2.5D 패키징 본격 상용화"

삼성전자가 첨단 패키징 기술인 2.5D를 본격 상용화할 계획이다. 2.5D 패키징은 AI 반도체 제조의 핵심 요소 중 하나로, 삼성전자는 올 하반기 해당 사업에서 1천300억 원 이상의 매출을 올릴 수 있을 것으로 내다봤다. 20일 삼성전자는 경기 수원 컨벤션센터에서 '제55기 정기주주총회'를 열고 사업부문별 올해 경영전략에 대해 설명했다. 이날 경계현 삼성전자 DS부문 대표이사 사장은 첨단 패키징 사업과 관련한 질문에 대해 "삼성전자는 지난해 처음으로 AVP(어드밴스드 패키징) 사업팀을 만들어 운영을 시작했다"며 "투자 결과가 본격적으로 나오면서 올 하반기 2.5D 패키징에서 1억 달러 이상의 매출이 일어날 것"이라고 답했다. 2.5D 패키징은 넓은 기판 모양의 실리콘 인터포저 위에 반도체 다이(Die)를 수평 배치하는 기술이다. 기판만을 활용하는 기존 2D 패키징에 비해 회로를 더 밀도있게 연결할 수 있어, AI 가속기나 HPC(고성능컴퓨팅) 구현에 유리하다. 삼성전자는 이 2.5D 패키징에 '큐브'라는 자체 브랜드명을 붙이고 관련 기술을 개발해 왔다. 이외에도 삼성전자는 2.3D, 2.1D, 3D와 같은 첨단 패키징 기술도 개발하고 있다. AI 시대를 대비한 패널레벨패키지(PLP) 기술도 적용을 고려하고 있다. PLP는 원형 모양의 기존 웨이퍼보다 넓은 사각형 패널을 사용하는 기술이다. 더 넓은 다이의 칩을 생산하거나, 동일한 크기의 칩을 더 많이 생산하는 데 유리하다. 경계현 사장은 "AI 반도체 다이가 보통 600mm x 600mm이나 800mm x 800mm으로 크기 때문에, 패널레벨패키지와 같은 기술이 필요할 것이라고 생각하고 있다"며 "삼성전자도 개발 중이고, 고객사들과 협력도 하고 있다"고 설명했다.

2024.03.20 12:52장경윤

네패스, 칩렛 기반 AI반도체 개발에 지멘스 솔루션 도입

지멘스EDA 사업부는 국내 OSAT(반도체외주패키징테스트) 기업인 네패스가 첨단 3D-IC 패키지 개발과 관련한 자사의 솔루션을 활용했다고 7일 밝혔다. 네패스는 과학기술정통부 국책과제인 '칩렛 이종 집적 초고성능 인공지능(AI) 반도체 개발'을 위해 AI반도체 설계기업 사피온 등과 컨소시엄을 구성해 개발을 추진하고 있다. 사피온이 AI용 신경망처리장치(NPU)를 개발하고 다수 소자를 네패스가 칩렛 패키지로 구현한다. 서웅 사피온코리아 부사장은 "네패스는 가장 포괄적인 반도체 패키징 설계 및 제조 서비스 포트폴리오를 제공해 고성능과 소형 폼팩터가 중요한 시장에서 혁신과 성공을 이룰 수 있도록 최선을 다하고 있다"며 "네패스가 첨단 패키징을 위한 지멘스의 EDA 기술 도입과 사용을 확대함으로써 성장에 필요한 혁신적인 기술을 확보할 수 있을 것"이라고 말했다. 네패스는 지멘스의 '캘리버' 3DSTACK 소프트웨어, 전기적인 룰 검증을 위한 PCB 설계 검증 솔루션 '하이퍼링스' 소프트웨어 등 지멘스EDA의 광범위한 첨단 기술을 활용해 패키징 혁신을 주도하고 있다. 이러한 지멘스의 기술을 활용해 네패스는 급증하는 글로벌 IC 고객을 위한 2.5D/3D 기반 칩렛 설계를 포함한 빠르고 안정적인 설계 서비스를 제공할 수 있게 됐다.

2024.03.07 15:21장경윤

삼성, TSMC 제치고 日서 2나노 AI 반도체 수주

삼성전자가 지난달 컨퍼런스콜에서 수주를 공식화한 2나노미터(mn) 파운드리 고객사는 일본 주요 인공지능(AI) 기업인 것으로 파악됐다. 이는 경쟁사인 TSMC를 제치고 거둔 성과다. 삼성전자는 HBM(고대역폭메모리)과 첨단 패키징 기술을 턴키 솔루션으로 제공할 수 있다는 점을 적극 내세운 것으로 알려졌다. 15일 업계에 따르면 삼성전자는 최근 일본 PFN(Preferred Networks)의 2나노 공정 기반 AI 가속기 칩을 수주했다. 지난 2014년 설립된 PFN은 일본의 주요 AI 딥러닝 전문 개발업체다. 자체 개발한 딥러닝 프레임워크인 '체이너(Chainer)'를 기반으로 다양한 산업에 AI 솔루션을 공급하고 있다. 자동차 제조업체 도요타, 통신업체 NTT, 로봇 업체 화낙(Fanuc) 등 현지 여러 대기업으로부터 투자를 유치할 만큼 기술력이 뛰어나다는 평가를 받는다. 또한 PFN은 슈퍼컴퓨터용 AI 칩을 자체 개발해 왔다. PFN이 삼성전자에 생산을 맡긴 공정은 2나노로, 삼성전자·TSMC 등 주요 파운드리가 오는 2025년부터 양산화를 목표로 하고 있는 최선단 기술에 해당한다. 업계는 이번 삼성전자의 2나노 수주가 의미있다는 평가를 내리고 있다. 최선단 파운드리 분야의 고객사를 확보했다는 점도 긍정적이지만, 주요 경쟁사인 TSMC와의 경합에서 승기를 잡았기 때문이다. 그간 PFN은 자사의 AI칩인 'MN-코어' 시리즈 제조에 TSMC를 활용하다 2나노에서 삼성전자와 삼성전자의 DSP(디자인솔루션파트너)에 파운드리와 설계를 맡기기로 했다. PFN이 삼성전자를 채택한 주요 배경은 HBM 및 첨단 패키징 기술의 턴키(일괄)에 대한 장점 때문으로 알려진다. 반도체 업계 관계자는 "삼성전자가 이번 수주전에서 2나노 공정과 HBM3, 2.5D 패키징 등을 연계해 시너지 효과를 낼 수 있다는 점을 강조한 것으로 안다"며 "공격적인 마케팅으로 이뤄낸 성과"라고 밝혔다. 삼성전자는 메모리 및 파운드리 사업을 동시에 영위하는 기업이다. 덕분에 AI 칩 제작과 HBM 공급, 그리고 이들 칩을 하나로 집적하기 위한 2.5D 패키징 등을 모두 다룰 수 있다. HBM은 여러 개의 D램을 수직으로 적층해 데이터 처리 성능을 크게 끌어올린 메모리다. AI 산업의 필수 요소로 자리잡고 있으나, 고난이도의 첨단 패키징 기술을 요구하기 때문에 수요 과잉이 지속되고 있다. 2.5D 패키징은 넓은 기판 모양의 실리콘 인터포저로 반도체 다이(Die)를 연결하는 기술이다. HBM 및 고성능 AI 칩은 데이터를 주고받는 I/O(입출력 단자) 수가 너무 많기 때문에, 기존 2D 패키징이 아닌 2.5D 패키징을 활용해야 한다. 삼성전자의 경우 자체 개발 중인 2.5D 패키징에 '아이큐브'라는 브랜드를 붙이고 있다. 다만 삼성전자의 PFN 수주가 2나노 파운드리 공정 자체의 경쟁력 강화를 의미하지는 않는다는 지적도 제기된다. 파운드리 업계 관계자는 "PFN을 비롯한 팹리스 입장에서 아직 상용화도 되지 않은 삼성전자, TSMC의 각 2나노 공정 성능을 평가하기엔 변수가 너무 많다"며 "공정 상 이점보다는 HBM의 원활한 수급과 TSMC에 대한 의존도 탈피 등 공급망 측면에 방점을 뒀을 가능성이 높다"고 설명했다.

2024.02.15 14:46장경윤

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