첨단 반도체 패키징 분야에서 서로 다른 반도체를 연결하는 이종집적 연구개발(R&D) 빠르게 진행되면서 하이브리드 본딩 기술 상용화가 임박했다. 업계가 시장 개화에 총력을 기울이는 차세대 패키징 기술로, 반도체 칩 간 고속·고밀도 연결을 가능해 시장 판도를 바꿀 것으로 전망된다.
김성동 서울과학기술대 29일 서울 강남구 과학기술컨벤션센터에서 열린 '해동 패키징 기술 포럼'을 통해 “하이브리드 본딩 피치(pitch)가 2마이크로미터(㎛)까지 내려왔다”며 “기술이 축적됨에 따라 머지 않은 시점에 상용화에 들어갈 것”으로 예상했다. 본딩 피치는 하이브리드 본딩의 연결점 간격으로, 간격이 짧아야 실제 공정에서 생산성을 확보할 수 있다.
김 교수는 전자부품기술학회(ECTC) 2024~2025년 논문을 분석한 결과, 이종집적 논문 수가 2년 연속 38편, 43편으로 가장 많았고 그중에서도 하이브리드 본딩 연구(18·23편)가 활발했다고 소개했다.
하이브리드 본딩은 반도체와 반도체(D2D), 반도체와 웨이퍼(D2W), 웨이퍼와 웨이퍼(W2W)를 접합할 때 전기 신호가 흐르는 금속(구리) 면이 직접 맞닿는 방식이다. 기존에 사용되던 마이크로 범프가 사라지면서 전기적 연결 통로를 더 많이 확보할 수 있다. 이를 통해 칩을 더욱 얇게 제작할 수 있고, 고속 신호 전송도 가능해진다.
김 교수는 올해 들어 하이브리드 본딩 기술 연구가 소자·공정 레벨을 넘어 시스템 단계에서 이뤄지는 경향을 보인다고 평가했다. 실제 TSMC·인텔 사례를 들어 열 관리와 설계 자유도를 넓히는 방향으로 기술을 개발하고 있다고 전했다.
김 교수는 “국내에서는 삼성전자와 SK하이닉스가 연구를 진행하고 있고, 한미반도체·한화세미텍·LG전자가 본더 장비 시장에 뛰어들며 네덜란드 장비 업체 베시를 제치기 위해 노력하고 있다”고 말했다.
이외에도 공동패키징광학(CPO), 패널레벨패키지(PLP) 기술 분야가 주목받고 있다고 소개했다. CPO는 실리콘 소재를 활용해 광학 부품을 만드는 '실리콘 포토닉스' 연구가, PLP는 파인 피치 재배선(RDL)과 다층 RDL 연구가 활발히 이뤄지고 있다고 설명했다.
김 교수는 “국내는 해외보다 뒤처졌지만 올해 500억원 규모의 과제가 꾸려지면서 내년부터 광 패키지 연구결과들이 나올 수 있을 것”이라며 “PLP는 하나마이크론, 네패스, 앰코 등 외주패키징·테스트(OSAT) 업체를 중심으로 기술 진전이 이뤄지고 있다”고 덧붙였다.
박진형 기자 jin@etnews.com
