[해동 패키징 포럼]김성주 한밭대 교수 “HBM 고적층 시대, 냉각 기술도 진화”

김성주 국립한밭대 교수는 첨단 반도체 패키징의 열관리 기술이 외부 냉각장치 중심에서 칩과 패키지 내부에 냉각 구조를 직접 통합하는 방향으로 발전하고 있다고 강조했다.

김 교수는 20일 열린 '2026 해동 패키징 기술 포럼'에서 '첨단 패키징 열관리 기술 동향'을 주제로 발표하며 이같이 밝혔다.

그는 최근 냉각 기술이 열전도소재(TIM) 층을 최소화하고 냉각 유로를 발열 칩에 직접 연결해 열전달 경로와 열저항을 줄이는 방향으로 진화하고 있다고 설명했다. 실제 세계 반도체 연구기관 아이멕(imec)과 산업계의 TSMC 모두 칩 직접 냉각과 패키지 통합을 주요 기술 방향으로 제시하고 있는 것을 예로 들었다.

imec은 냉각수가 칩 표면에 직접 충돌하는 '제트 임핑지먼트' 냉각 기술을 연구하고 있다. 유로와 노즐 구조를 최적화해 열성능을 23% 개선하면서 압력 강하는 30% 줄인 결과가 소개됐다. TSMC는 실리콘에 냉각 구조를 직접 형성하는 기술을 고도화해 5㎾가 넘는 발열을 처리하는 방안을 제시했다.

고대역폭메모리(HBM)에서도 내부 열경로 확보가 핵심 과제로 떠올랐다. 각 열관리 방식인 삼성전자 HPB와 SK하이닉스 iHBM이 서로 다른 구조지만 다이 투 다이(D2D)와 베이스다이에서 발생한 열을 별도 경로로 외부에 전달한다는 공통점을 제시했다.

인공지능(AI)을 활용해 3차원 온도장과 반도체 칩이나 패키지 안에서 특정 부분의 온도가 높아지는 부분을 빠르게 예측하는 열분석 연구도 확대되고 있다. 김 교수는 “시뮬레이션을 완전히 대체하기보다 설계 후보를 빠르게 선별하는 모델로 AI를 활용할 수 있다”며 “AI를 활용한 열분석 기술이 학계에서도 지속 확대되고 있는 추세”라고 강조했다.

박유민 기자 newmin@etnews.com