12단 3D-TSV 기술 최초 개발

최신16GB D램칩에 기술적용땐

24GB급 고용량메모리 양산 가능

"초격차 기술 리더십 이어갈것"

기존 와이어본딩 반도체 패키징 기술과 삼성전자가 적용한 3D-TSV 기술 비교 이미지. <삼성전자 제공>

기존 8단 3D-TSV 패키징 기술과 삼성전자가 이번에 개발한 12단 패키징 기술 비교 이미지. <삼성전자 제공>

[디지털타임스 박정일 기자] 삼성전자가 이번엔 반도체 칩을 연결해 성능을 강화하는 패키징 기술에서 '초격차' 경쟁력을 보여줬다. 반도체 기술의 핵심이 단위면적 당 더 강력한 성능을 구현하도록 한다는 점에서, 패키징 역시 미세공정만큼 중요한 기술로 꼽힌다.

삼성전자는 최첨단 반도체 패키징 기술인 '12단 3차원 실리콘 관통전극(3D-TSV)' 기술을 업계 최초로 개발하는 데 성공했다고 7일 밝혔다. 패키징은 반도체 칩을 기판이나 전자기기에 장착하는 과정에서 칩이 외부와 신호를 주고 받을 수 있도록 길을 만들어주고 외부 충격으로부터 칩을 보호하는 일종의 포장 공정이다.

이 기술은 와이어를 이용해 칩을 연결하는 기존 방식(와이어 본딩)과는 달리 반도체 칩 상단과 하단에 머리카락 굵기의 20분의 1 수준에 불과한 미세한 전자 이동통로 6만개를 만들어 연결하는 방식이다.

종이(100㎛)의 절반 이하 두께로 가공한 D램 칩 12개를 쌓아 수직으로 연결하는 고도의 정밀성이 필요하기 때문에 반도체 패키징 기술 가운데 가장 어려운 것으로 평가된다.

특히 '와이어 본딩' 방식보다 칩 사이에 신호를 주고받는 시간이 짧아져 속도와 소비전력을 획기적으로 개선하는 장점도 있다.

이번 기술 개발에 따라 기존 8단 적층 제품(HBM2)과 같은 패키지 두께(720㎛)를 유지하면서도 12개의 D램 칩을 적층할 수 있게 돼 고객사들은 별도의 시스템 디자인 변경 없이도 고성능의 차세대 고용량 제품을 출시할 수 있을 것이라고 회사 측은 설명했다.

또 고대역폭 메모리에 이 기술을 적용할 경우 기존 8단에서 12단으로 높임으로써 용량도 1.5배 늘릴 수 있다고 덧붙였다.

이 기술에 최신 16기가비트(Gb) D램 칩을 적용하면 업계 최대 용량인 24기가바이트(GB)급 고대역폭 메모리(HBM) 제품도 구현할 수 있다. 이는 현재 주력 제품으로 양산 중인 8단 8GB 제품보다 용량이 3배 수준이다.

백홍주 삼성전자 디바이스솔루션(DS) 부문 부사장은 "인공지능(AI), 자율주행 등 다양한 응용처에서 고성능을 구현할 수 있는 최첨단 패키징 기술이 중요해지고 있다"며 "기술 한계를 극복한 이번 기술을 통해 이 분야에서도 초격차 기술 리더십을 이어갈 것"이라고 말했다.

삼성전자는 고객 수요에 따라 '12단 3D-TSV' 기술을 적용한 업계 최대 용량의 24GB급 고용량 HBM 제품의 양산에 돌입할 예정이다.

업계에서는 삼성전자가 최근 반도체 패키징 사업의 역량 강화에 각별히 공을 들이고 있는 점에 주목하고 있다. AI, 자율주행, 모바일 등 다양한 분야에서 사용되는 반도체 제품의 성능이 빠른 속도로 향상되는 동시에 크기는 작아지는 등 기술 난도가 높아지면서 패키징 분야에서도 경쟁력 확보에 선제적으로 나설 필요가 있다는 판단에서다.

지난해말 패키지 제조와 연구 조직을 통합한 'TSP(테스트&시스템 패키지) 총괄' 조직을 신설한 데 이어 올 6월 삼성전기의 PLP(패널레벨패키징) 사업을 인수한 것도 이런 전략에서다.특히 이재용 부회장이 지난 8월 반도체 패키징 기술 개발과 검사 등 '후공정'을 주로 담당하는 온양·천안 사업장을 직접 찾아 임원진과 위기대응 회의를 주재하면서 패키징 사업에 힘을 실었다는 평가가 나오기도 했다.

박정일기자 comja77@dt.co.kr 

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