SK하이닉스, 하이브리드 본딩 조기 도입…HBM5 2029년 출시

(서울=뉴스1) 원태성 기자 = SK하이닉스(000660)가 2029년 차세대 고대역폭 메모리인 HBM5를 출시하고 이 과정에서 하이브리드 본딩을 조기 도입할 것이라는 전망이 나왔다. 인공지능(AI) 수요 확대로 메모리 성능 한계가 빠르게 드러나면서 기존 패키징 기술을 대체할 핵심 공정 전환이 본격화되는 흐름이다.

6일 카운터포인트리서치의 생성형 AI용 메모리 설루션 보고서에 따르면 SK하이닉스는 20단 이상 적층이 요구되는 HBM5 시대에 맞춰 어플라이드 머티리얼즈(AMAT)와 베시(BESI)의 통합 하이브리드 본딩 설루션을 선제적으로 도입할 전망이다.

HBM은 다수의 D램 다이를 적층해 대역폭과 효율을 높이는 구조로 현재는 마이크로 범프 기반의 TC-NCF(열압착 본딩)와 MR-MUF(몰디드 언더필 기반 대량 리플로우) 방식이 주로 활용된다. 다만 적층 수가 20단 이상으로 확대되면서 신호 무결성 저하, 전력 효율 감소, 발열 문제 등 구조적 한계가 부각되고 있다.

하이브리드 본딩은 이러한 한계를 극복하기 위한 대안으로 꼽힌다. 인터커넥트 피치를 대폭 줄이고 다이 간 간격을 축소해 더 높은 대역폭과 전력 효율을 구현할 수 있다. 적층 높이 감소를 통해 패키지 집적도 개선도 가능하다.

SK하이닉스는 HBM5 개발 과정에서 하이브리드 본딩을 조기에 적용해 성능 경쟁력을 확보한다는 전략이다. 이를 위해 어플라이드 머티리얼즈와 BESI의 통합 공정 설루션을 도입해 CMP(화학적 기계적 평탄화)와 본딩 기술을 결합하는 방향으로 준비 중이다.

CMP는 하이브리드 본딩의 핵심 공정으로 다이 표면을 원자 수준으로 평탄화해 결함 없는 접합을 가능하게 한다. 기존 마이크로 범프 방식에서는 보조적 역할에 그쳤지만 하이브리드 본딩에서는 수율과 신뢰성을 좌우하는 핵심 변수로 작용한다.

특히 구리 디싱, 표면 오염, 미세 결함 등은 저항 증가와 수율 저하로 직결되기 때문에 공정 정밀도가 중요하다. SK하이닉스는 통합 장비 도입을 통해 공정 변동성과 결함 리스크를 줄이고 양산 안정성을 확보한다는 계획이다.

HBM5는 하이브리드 본딩 전환의 분기점이 될 전망이다. 20단 이상 적층과 미세 피치 구현을 위해서는 기존 방식으로는 한계가 명확하기 때문이다. AI 서버용 GPU 성능 요구가 높아질수록 메모리 대역폭과 전력 효율 개선 필요성도 커지고 있다.

다만 단기적으로는 도입 시점이 변수다. 국제 반도체 표준화 기구(JEDEC)가 HBM 높이 기준을 완화하면서 기존 TCB 공정 활용 기간이 일부 연장될 가능성이 있다. 이에 따라 투자 부담 완화와 수율 안정성 확보 측면에서는 기존 공정이 병행될 수 있다는 분석이다.

그럼에도 AI 인프라 확장과 함께 고성능 메모리 수요가 급증하면서 장기적으로는 하이브리드 본딩 전환이 불가피하다는 평가가 지배적이다. 특히 GPU 업체들의 성능 요구가 커질수록 메모리 업체들의 공정 전환 속도도 빨라질 것으로 예상된다.

카운터포인트리서치는 "SK하이닉스가 HBM 분야에서 기술 리더십을 유지하고 있다"며 "HBM5와 하이브리드 본딩 조기 도입을 통해 성능과 생산성 측면에서 우위를 확보할 것"이라고 분석했다. 이는 향후 시장 점유율 확대와 매출 성장으로 이어질 가능성이 크다는 전망이다.

khan@news1.kr