美 마이크론, HBM용 '플럭스리스 본딩' 도입 준비…TC본더 업계 격돌 예고

미국 메모리업체 마이크론이 차세대 HBM(고대역폭메모리) 본딩 기술인 '플럭스리스'(Fluxless) 도입을 검토 중이다. 해당 기술은 주요 경쟁사인 삼성전자도 올 1분기부터 평가에 들어간 기술이다. 국내 및 해외 주요 본더들과 두루 평가를 거칠 예정으로, 본더 기업 간 치열한 수주전이 펼쳐질 것으로 전망된다. 16일 업계에 따르면 마이크론은 올 2분기부터 주요 후공정 장비업체와 플럭스리스 장비에 대한 품질(퀄) 테스트에 돌입한다. 현재 마이크론은 HBM 제조에 NCF(비전도성 접착 필름) 공법을 활용하고 있다. 이 공법은 각 D램을 쌓을 때마다 NCF라는 물질을 넣은 뒤, TC 본더로 열압착을 가해 연결한다. NCF가 열에 의해 녹으면서 D램 사이의 범프와 범프를 이어주고, 칩 전체를 고정해주는 원리다. 그러나 마이크론이 내년부터 양산할 예정인 HBM4(6세대)에서는 플럭스리스 본딩을 적용할 가능성이 높아지고 있다. 올 2~3분기께 플럭스리스 본더를 도입해, 퀄 테스트에 들어갈 것으로 파악됐다. 해당 테스트에는 세계 각국의 주요 본더 업체들이 참여할 계획이다. 국내 한미반도체를 비롯해 미국과 싱가포르에 본사를 둔 쿨리케앤소파(K&S), 싱가포르에 본사를 둔 ASMPT 등이 대응에 나선 것으로 알려졌다. 반도체 업계 관계자는 "마이크론은 최대한 다양한 공급망을 염두에 두는 기업으로, 이번 플럭스리스 본더도 각 협력사별로 순차적인 테스트가 진행될 예정"이라며 "NCF 기술이 HBM4에서 여러 기술적인 한계에 부딪히고 있어 교체 수요가 있는 것으로 안다"고 설명했다. 또 다른 관계자는 "HBM 적층 수가 12단으로 증가하게 되면, NCF를 D램 사이의 좁은 틈으로 완벽히 도포할 수 없거나 압착 시 NCF 소재가 D램 가장자리로 삐져나오는 등의 과제가 발생하게 된다"며 "HBM4, HBM4E 등에서 플럭스리스가 유력한 대안으로 떠오른 이유"라고 말했다. 현재 플럭스리스는 MR-MUF(매스리플로우-몰디드언더필) 공법 중 가장 진보된 기술이다. MR-MUF는 각 D램을 임시 접합한 뒤, D램이 모두 적층된 상태에서 열을 가해(리플로우) 완전히 접합하는 방식을 뜻한다. 이후 필름이 아닌 액체 형태의 'EMC(에폭시 고분자와 무기 실리카를 혼합한 몰딩 소재)'를 활용해 D램 사이를 채워준다. 기존 MR-MUF는 각 D램을 접합할 때 플럭스라는 물질을 사용한 뒤 씻어내는 과정을 거쳤다. D램 사이의 범프에 묻을 수 있는 산화막을 제거하기 위해서다. 그러나 HBM의 입출력단자(I/O) 수가 HBM4에서 이전 대비 2배인 2024개로 늘어나고, D램의 적층 수가 많아지면 범프 사이의 간격도 줄어들게 된다. 이 경우 플럭스가 제대로 세정되지 않아 칩 신뢰성에 손상이 갈 수 있다. 이에 반도체 업계는 플럭스를 쓰지 않고 범프의 산화막을 제거하는 플럭스리스 본더를 개발해 왔다. 장비 업체에 따라 플라즈마, 포름산 등 다양한 공법을 활용하고 있다. 삼성전자 역시 지난 1분기 해외 주요 장비기업들과 플럭스리스 본딩에 대한 테스트에 들어갔다. 마이크론과 마찬가지로 HBM4 적용이 목표인데, 이르면 올 연말까지 평가를 마무리할 예정이다. 다만 삼성전자는 기존 NCF와 차세대 본딩 기술인 '하이브리드 본딩' 등 다각적인 방안을 모두 검토 중인 것으로 알려졌다.