[서울=뉴스핌] 서영욱 기자 = 인공지능(AI) 확산으로 고대역폭메모리(HBM) 수요가 급증하면서, 반도체 업계 경쟁 축이 D램 적층에서 접합 기술로 이동하고 있다.

기존 마이크로범프 방식이 성능과 전력, 발열 측면에서 한계를 드러내면서 하이브리드 본딩이 차세대 해법으로 부상하는 흐름이다. 삼성전자와 SK하이닉스를 비롯한 주요 업체들은 HBM4 이후 기술 전환을 본격 검토하며 주도권 경쟁에 나서고 있다.

6일 반도체업계와 카운터포인트리서치에 따르면 SK하이닉스는 오는 2029~2030년 하이브리드 본딩 방식의 HBM5를 출시할 전망이다.

SK하이닉스는 이를 위해 반도체 장비기업 어플라이드 머티리얼즈(AMAT)와 패키징 전문회사 BE 세미컨덕터 인더스트리즈(BESI)의 통합 장비를 선제 도입하며 공정 전환 속도를 높이고 있다.

SK하이닉스와 AMAT는 지난달 차세대 D램과 HBM 개발을 위한 장기 협력 계약을 체결한 바 있다.

하이브리드 본딩은 칩을 직접 접합해 칩 간 간격을 획기적으로 줄이고, 더 높은 대역폭과 낮은 전력 소모를 구현할 수 있는 기술이다.

하이브리드 본딩에서는 화학적 기계적 평탄화(CMP) 공정이 핵심 변수다. 기존 마이크로범프 방식과 달리 원자 수준의 평탄도가 요구되면서, 미세한 결함이 수율과 전기적 성능에 직접 영향을 미친다.

디싱(연마 과정에서 움푹 파이는 현상)과 침식, 오염 등 공정 리스크를 얼마나 제어하느냐가 경쟁력을 좌우하는 구조다.

현재는 MR-MUF(몰디드 언더필 기반 대량 리플로우), TC-NCF(비전도성 필름 기반 열압착 본딩) 기반 마이크로범프 방식을 사용한다.

칩과 칩 사이를 미세한 금속 돌기(범프)로 연결하는 방식으로, 일종의 '작은 납땜점'을 촘촘히 찍어 전기 신호를 전달하는 구조다.

하지만 이 방식은 신호 전달 품질 저하와 전력 소모 증가, 발열 확대 등의 한계를 안고 있다. 층을 더 쌓을수록 두께가 두꺼워지면서 공간 활용에도 제약이 커진다.

이에 따라 SK하이닉스를 비롯해 삼성전자와 마이크론을 비롯한 주요 업체들은 HBM4 이후를 하이브리드 본딩 도입 시점으로 검토하고 있다.

카운터포인트리서치는 하이브리드 본딩 전환의 분기점이 HBM5가 될 것이라고 전망했다. 특히 AI 수요 확대가 기술 전환을 앞당기고 있다고 설명했다.

엔비디아 중심의 AI 수요가 더 높은 대역폭과 전력 효율을 요구하면서, 하이브리드 본딩 도입 시점이 예상보다 빨라질 수 밖에 없다는 설명이다.

카운터포인트리서치는 "SK하이닉스의 AMAT·BESI 통합 하이브리드 본딩 장비 도입은 HBM 제조의 핵심 과제를 해결하는 동시에 차세대 성능 요구에 대응할 수 있는 기반"이라며 "시장 리더십 유지와 함께 매출 성장 및 점유율 확대에도 긍정적인 영향을 미칠 것"이라고 내다봤다.

syu@newspim.com