[딜사이트 김가영 기자] 메모리 반도체 개발을 넘어 반도체 패키징에 집중하고 반도체 후공정까지 지속적으로 주도할 컨트롤타워가 필요하다는 지적이 나왔다. 

손호영 SK하이닉스 어드밴스드 패키징(AVP) 팀장은 8일 서울 강남구 SC컨벤션센터에서 열린 '반도체 패키징 발전전략 심포지엄'에 참석해 "패키징이 제대로 되지 않을 경우 반도체 기술 전체를 무너뜨릴 수 있고, 기능의 성공률을 좌우하는 핵심 기술이 되고 있다"라고 강조했다.

◆ 미세화 환계...패키징이 기술력 좌우 

손 팀장은 현재 SK하이닉스에서 패키지 기술 전반을 이끌고 있는 어드밴스드 패키징(Advanced Packaging) 분야 최고 기술 전문가다. SK하이닉스의 고대역폭 메모리(HBM) 제품 개발에 주도적인 역할을 하기도 했다.

손 팀장은 무어의 법칙을 제시하며 반도체 패키징의 부상을 강조했다. 무어의 법칙이란 마이크로칩 기술 발전속도를 설명한 것으로 반도체 집적도가 2년마다 두 배씩 증가한다는 법칙이다. 하지만 최근 점차 반도체 미세화가 한계에 이르렀다는 주장도 힘을 싣고 있다. 이에 따라 반도체 패키징을 비롯한 후공정 중요성이 부각되고 있다. 패키징 공정에 신기술을 도입하면 미세화 한계를 해결하고 성능과 효율, 용량 등을 개선할 수 있기 때문이다.

손 팀장은 "무어의 법칙은 지난 30년간 반도체 시장 전반을 이끈 철학이다. 그러나 단순히 트랜지스터 소형화만이 아니라 반도체 분업화와 전문화도 의미한다고 이해할 수 있다"라고 말했다.

◆반도체 주요 기업 패키징 기술 현황은

현재 SK하이닉스를 비롯해 삼성전자와 TSMC, 인텔 등 주요 반도체 기업들은 패키징 사업을 확대하고 있다.

현재 SK하이닉스는 HBM 시장점유율 1위다. 최근에는 전세계 최초로 12단 적층 HBM3를 개발하기도 했다. 이처럼 개발에 성공할 수 있었던 비결은 TSV 본딩(Through Silicon Via Bonding) 패키징 기술에 있다. TSV는 D램 칩에 수천개 미세한 구멍을 뚫어 상층과 하층 칩의 구멍을 수직으로 관통하는 전극으로 연결하는 기술이다. 이 TSV 기술을 활용해 D램을 수직으로 적층해 데이터 전송률을 대폭 향상한 게 HBM이다. SK하이닉스는 기존 TSV에 MR-MUF라는 공정을 적용해 적층 과정에서 생겨난 방열 문제를 해결했다.

SK하이닉스는 타 파운드리 기업들과 달리 따로 브랜딩한 패키징 기술은 없지만, TSV처럼 기존에 있던 기술을 고도화하는 방식으로 HBM에 적용했다.

삼성전자는 지난해 어드밴스드패키징팀(AVP)사업팀을 신설하고 패키징 솔루션을 개발하고 있다. 대표적인 기술은 2.5D 패키징 아이큐브(I-Cube), 3D 스태킹 패키징 엑스큐브(X-Cube) 등이다. 아이큐브는 HBM 모듈을 몇 개 탑재하느냐에 따라 아이큐브2(HBM 2개 탑재), 아이큐브4(HBM 4개 탑재) 등으로 발전해오고 있다.

현재는 기판 한 개에 8개 HBM을 올리는 아이큐브8의 내년 양산을 목표로 개발 중이다. 12개 HBM을 탑재하는 아이큐브12는 내년 4분기 고객 승인(퀄) 완료를 계획하고 있다. 업계 내 최신 HPC(고성능컴퓨팅) 가속기인 엔비디아 'GH100', AMD 'MI300' 등이 HBM을 6~8개 탑재하고 있어 HBM 공급 물량 확대를 위해서는 패키징 기술이 중요하다.

TSMC도 2D패키징 기술인 InFO(Integrated Fan-Out), 2.5D 패키징인 CoWoS(Chip on Wafer on Substrate), 3D 패키징인 SoIC(System of Integrated Chips) 등 패키징 솔루션을 고객사에 제공하고 있다. 특히 CoWoS는 2012~2015년에 선보인 기술로 지금까지 꾸준히 고도화를 진행했다. 가장 압도적인 기술이라고 알려져 있으며, 현재는 HBM에 들어가는 SiP(System in Package) 플랫폼에서 대세를 이루고 있다. 그 외에 OSAT(반도체 조립-테스트 아웃소싱 업체)이나 파운드리 회사들의 기술개발을 유도했던 촉매제 역할을 했다.

이외에도 인텔은 Foveros, EMID라는 패키징 기술을 보유 중이다.

손 팀장은 "파운드리 기업들을 통해 첨단 패키징에 변화가 일어나고 있다"라며 "특히 HBM은 유례없는 패키지 형태다. 칩이 발전할수록 그 안에 있는 작은 기술도 진화한다"라고 설명했다.

◆패키징 뜨지만…한국은 아직 경쟁력 부족

이처럼 주요 반도체 기업들이 패키징에 집중하고 있지만 대만 등 해외 기업에 비해 한 발 늦은 상태다. 특히 반도체 후공정을 지속적으로 성장시킬 여력이 부족하다는 게 손 팀장의 지적이다.

손 팀장은 "한국은 메모리반도체 중심으로 성장했기 때문에 OSAT 및 후공정 생태계가 취약하다"라며 "대만의 경우 ITRI(공업기술연구원)이 중심이 돼 수십년 전부터 생태계를 잘 만들었다. 한국은 삼성과 SK하이닉스는 메모리 IDM(종합 반도체 기업)이다보니 비즈니스를 오픈하는데 더 소극적이다"라고 밝혔다.

또한 "반도체 후공정 생태계까지 주도할 컨트롤타워가 부족하다. 산학연 통합 연구개발을 체계적 지속적으로 주도할 컨트롤타워가 필요하다"라고 강조했다. 그리고 "어드밴스드 패키징은 기술이 너무 발전한 상태라서 대학 연구소들이 주도할 수 있는 분야는 제한적이다. 따라서 산업체가 주도하는 게 효율적일 것"이라고 덧붙였다.

국내 OSAT들에게 필요한 전략도 설명했다. 현재 여러 국내 OSAT들 역시 패키징 기술을 개발해 사업화하고 있다. 대표적으로 ASE, SPIL, Amkor 등이다. 그러나 이와 같은 기술들은 기업별로 큰 차별성이 없어 타 반도체 기업과의 파트너십이 성공의 열쇠가 될 것이라는 설명이다.

손 팀장은 "어드밴스드 패키징은 투자하기가 어려운 분야다. 따라서 모든 비즈니스를 OSAT가 자체적으로 해결할 것인지, 파운드리 회사와 상생을 통해 일부분만 당당할 것인지 결정하는 것이 핵심이다"라며 "후자의 경우 어떤 파트너를 만나고, 고객이 원하는 시점에 어떻게 기술을 준비할지가 핵심"이라고 전했다.

다만 "동시에 OSAT은 가장 뒷단에서 수주를 받고, 짧은 기간 내에 기술을 개발해야 해서 한다는 어려움이 있다. 메이저 기업에게도 어려운 일이기 때문에, 국내 OSAT이 이와 같은 부분을 잘 준비해야 하는 것이 숙제"라고 진단했다.