#036 차세대 HBM하이브리드 본딩,그다음 기술은 누가 선두인가?

<차세대 HBM 핵심 '하이브리드 본딩' 기술 현황 그리고 그다음 기술 >

 

 

 

    AI 시대의 핵심인 HBM은 성능 향상을 위해 더 높은 적층 기술이 요구됩니다.

차세대 HBM의 필수 기술인 하이브리드 본딩은 범프 없이 직접 연결하여 고용량, 고성능

구현을 가능하게 합니다. SK하이닉스와 삼성전자는 이 기술로 HBM 리더십을 강화하려

하며, 중국도 관련 기술을 추격 중입니다. 하이브리드 본딩 경쟁이 향후 HBM 시장 구도를

결정할 핵심 요소가 되고 있습니다.

 

    HSM(Hybrid Sequential Molding) 또는 Hybrid Bonding 기술은 기존 TSV(Through

Silicon Via) 방식보다 더 높은 연결 밀도와 신호 품질, 낮은 전력 소비를 제공하는 고급 칩

연결 기술입니다.

 

        a) 기존 TSV 방식은 실리콘에 미세한 구멍을 뚫고 전극을 통해 수직으로 연결

        b) 하이브리드 본딩은  TSV보다 더 얇고, 빠르고, 전력 효율적인 3D 적층이 가능

        c) 특히 HBM4와 같은 차세대 메모리에서 대역폭 확장과 발열 문제 해결에 필수

 

 

<1>현재 기술 선두는 누구일까?

    고대역폭 메모리(HBM)의 차세대 기술로 주목받는 하이브리드 본딩(Hybrid Bonding)은

기존 열압착(TC) 본딩 방식을 넘어선 혁신 기술입니다. 마이크로 범프 없이 웨이퍼 또는 칩을

직접 구리-구리 및 유전체 간 접합을 통해 연결하여, 칩 간 간격을 대폭 줄이고 적층 수를 늘릴

수 있습니다. 이는 HBM의 성능, 용량, 전력 효율을 획기적으로 향상할 수 있는 핵심 기술로

평가받고 있습니다.

 

 

                         .. 차세대 HBM 하이브리드 본딩 기술 현황 비교..

 

                                            기  술                SK하이닉스               삼성전자                    중국기업

        

기술 정의	마이크로 범프 없이 웨이퍼/칩을 직접 구리-구리 및 유전체 접합으로 연결하는 기술	상동	상동	상동 (NAND 분야에서 Xtacking 기술로 상용화 경험 보유)
핵심 특징	- 범프리스 구조 - 고적층 구현 용이 - 성능 및 전력 효율 향상 - 열 방출 개선	MR-MUF 기반 기술력 활용	TC NCF 기반 기술력 활용	NAND 분야 하이브리드 본딩 기술 선행 (HBM 적용은 추격 단계)
HBM 적용 계획	HBM4 이후 세대부터 본격화 (특히 16단 이상 고적층)	HBM4E부터 적용, HBM5부터 주력 기술화 (20단이상 초고적층 중점)	HBM4부터 순차적 적용 (12단 이상 고적층 중점)	HBM 시장 진입 및 기술 확보 노력 중 (HBM2 등 초기 세대부터 시작 가능성)
기술 개발 단계	연구 개발 및 초기 양산 준비 단계	샘플 개발 및 고객사 테스트진행 중, 양산 준비 가속화	샘플 개발 및 고객사 테스트  진행 중, 양산 준비 가속화 (자회사 세메스와 협력)	NAND 분야는 상용화, HBM은 기술 확보 및 양산 역량 구축 단계
주요 장비 협력사	어플라이드 머티어리얼즈, BESI, EV Group 등	한미반도체, 한화정밀기계 등	세메스, 신카와 등	자체 개발 및 해외 장비 의존 가능성
기술적 난제	고정밀 정렬, 파티클 제어, 높은 수율 확보, 열 관리 최적화 등	상동	상동	상동 (특히 HBM 적용시 추가적인 난이도 존재)
현재 HBM 시장 점유율	-	약 70% (1위)	약 30% (2위)	미미 (HBM 시장 후발주자)
하이브리드 본딩 도입 영향	- HBM 성능 및 용량    한계극복 - HBM 시장 규모 확대 및   고부가가치화 - 패키징 기술 경쟁 심화	HBM 리더십 강화 및 초고적층 HBM 시장 선도 기대	HBM 시장 점유율 확대 및 기술 리더십 확보 노력	HBM 시장 진입 발판 마련 및 기술 격차 축소 시도
시장 잠식 전망	기존 HBM 시장을 즉시 대체하기보다, 전체 HBM 시장 성장을 견인하며 고성능/ 고적층 시장 중심 확대	고성능 HBM 시장 수요 증가에 따른 점유율 유지 및 확대 기대	고성능 HBM 시장 공략 가속화로 점유율 확대 기대	단기간 내 한국 기업 점유율 대폭 잠식 어렵지만, 장기적 경쟁 구도 변화 가능성
전환 예상 시점	HBM4 일부 적용 시작, HBM5부터 주류 기술화 (2020년대 후반)	HBM4E부터 부분 적용, HBM5 (2027년 이후)부터 본격화	HBM4 (2025년 예상)부터 순차적 적용 확대	시점 불확실, 한국 대비 다소 늦어질 전망

 

<2>HBM 하이브리드 본딩, 다음 기술은 어떤 게 있을까?

    하이브리드 본딩(Hybrid Bonding) 이후를 대비한 차세대 HBM 연결 및 패키징 기술에

대해 일부 기업과 연구기관들이 이미 연구를 진행 중입니다.

 

               ..아직 상용화 단계는 아니지만, 주요 후보 기술은 다음과 같습니다..

 

                     a) 패널레벨 패키징 (PLP: Panel Level Packaging)

                     b) SoIC (System on Integrated Chips) – TSMC 기술

                     c) 광인터커넥트 (Optical Interconnects)

                     d) 3D Monolithic Integration (단일 웨이퍼 적층)

                     e) HBM + Logic 통합 패키지 (AI용 Custom 패키지)

 

 

              기술명                                  설명                                   상용화 전망

PLP	대형 패널 기반 저비용 패키징 웨이퍼 대신 대형 패널(기판) 단위로 HBM 패키징을 하는 기술	2~3년 내 일부 HBM 적용 가능
SoIC	"다이 간 직접 본딩", 초고속 통합 HBM 같은 고속 메모리와 CPU/ GPU를 마치 하나의 시스템처럼 수직 적층.	2~5년 내 고급 AI칩용으로 가능성
광인터커넥트	"레이저 기반 초고속 연결" 전기 신호 대신 레이저 광신호로 칩과 메모리를 연결하는 방식	5~10년 이상 후 예상
3D Monolithic	"한 웨이퍼에 3D 적층" TSV나 본딩 없이, 같은 웨이퍼 위에 여러 층을 직접 형성하는 방식.	10년 이상 필요
HBM+Logic 통합	"HBM과 GPU/ASIC 통합" AI 가속기용으로 HBM을 GPU/ASIC과 밀착 결합하는 Fan-Out RDL, CoWoS-L/Cube 등 고급 패키징 기술.	현재 진행형, AI칩용 핵심

 

 

                            .. 미래 기술은 어디로 갈까요? 확실한 건 좀 더 좋아진다는 게 맞는 말 같음..