반도체 하이브리드본딩 AI시대 핵심 기술이 뜬다!

AI시대가 도래하면서 상상도 못할 데이터가 오고 갑니다. 기존 포스팅에서 반도체 핵심은 수율이라 말씀드렸는데 기존에 많이 사용하던 방법은 전공정 기술을 이용해 한 칩에 배선하는 SOC(시스템 온 칩) 이였습니다. 문제는 이렇게 만들면 다이를 크게 만들어야 합니다.

*다이 – 집적 회로에서 다이(Die)는 반도체 물질의 자그마한 사각형 조각을 말하며, 여기에 회로가 제작되어 있다. 일반적으로 하나의 웨이퍼에 여러 개의 집적 회로가 생산된다. 웨이퍼는 절단을 통해 여러 개의 조각으로 나뉘는데 각 조각에는 한 개의 집적 회로가 담겨있다. 이러한 각 조각들을 다이라고 부른다.

반도체 제조에서 다이의 크기가 커진다는 것은 한 웨이퍼에 만들 수 있는 반도체 칩의 수가 줄어들기 때문에 수율이 낮아진다. 최대한 웨이퍼 한장당 많은 반도체 칩을 생산하는게 반도체 기업들은 핵심이라 생각하면 됩니다. 그래야 마진을 많이 남길 수 있습니다.

하이브리드 본딩(Hybird Bonding), 다이렉트 본딩(Direct Bonding), 카파 투 카파(Capper to Capper)

→ 세가지 단어 똑같은 의미입니다. 신기술이고 패키징 공법이라 생각하시면 됩니다.

하이브리드 본딩(Hybird Bonding)이란?

전 공정 기술이 연계가 요구되어 OSAT 업체들이 할 수 있는 기존 본딩방식과 근본적으로 기술이 상이합니다.

* OSAT : 패키징&테스트를 전문으로 하는 기업.(앰코, 칩팩, ASE, SPIL 등 대표적인 OSAT)

본딩은 “붙인다”는 의미이고 패키징은 “포장”의 의미입니다. 과거 패키징 역할은 칩 다이를 보호만 했지만 칩 성능이 향상 될 수록 인풋과 아웃풋의 수가 기하급수적으로 늘어나게 됬고 전공정의 기술 한계점을 후공정의 새로운 기술 등으로 한계를 극복하고 있는 상황입니다.

칩이 고성능화 되고, 미세화 될수록 많은 I/O수가 필요하지만, 한계점 도달 이를 해결하기 위해 범프(Bump)를 이용하지 않고, Waffer 위에다가 칩(Chip Die)을 구리 컨택을 만들어 놓고 그대로 붙이는 방식입니다. 쉽게 말해 Capper 와 Capper를 직접적으로 연결하는 방식 입니다.

앞으로 AI시대가 다가온 만큼 방대한 데이터 처리 속도가 빨라야 하기 때문에 이렇게 새로운 기술들이 나오고 있는 상황으로 이런 기술에 주목하면 큰 수익을 얻을 수 있으리라 생각해 봅니다.

기존 본딩 기술

와이어 본딩(Wire Bonding) – 전기적 신호를 연결을 위해 금 및 구리선 등으로 칩(Chip)과 기판(PCB & Substrate)을 연결하는 기술입니다.

플립칩 본딩(Flip Chip Bonding) – 칩(Chip) 위에 솔더볼을 올린 뒤 칩을 뒤집어 기판(PCB&Substrate)과 연결합니다.

OSAT 업체가 하이브리드 본딩 하기 어려운 이유

CMP(연마) 작업 – 평탄화, Capper to Capper전용 본딩장비 – 미세함, 진공 플라즈마 작업 – 공유결합 & 접착 본딩(열&접착제)로 붙이는 방식이 아닌 CMP 및 진공 플라즈마등 이용해 패키징 하는 방법입니다. OSAT 업체는 전 공정 장비 및 기술 노하우가 부재입니다. 사실 현재로서는 하기 힘든 기술입니다.

​IDM 및 파운드업체 등 전 공정 장비 및 기술등을 확보 한 업체들만이 가능한 패키징 기법 입니다. 결국 삼성전자나 SK하이닉스가 할 수 밖에 없습니다.​

* IDM 및 파운드리 : 종합반도체 및 위탁생산 전문 기업. OSAT과 다르게 전 공정장비도 보유. (대표적으로 SK하이닉스, 삼성전자, TSMC, 인텔, Unimicro 등)

하이브리드 본딩 장비 대표기업

어플라이드머티어리얼즈(세계 1위) 해외

CMP장비 & 플라즈마 챔버 제조기업 입니다. (TSMC 공급)

네덜란드 베시(Besi) 해외

Capper To Capper전용 본딩장비 공급 글로벌 유일합니다.

HPSP(403870) 국내

수소 고압 어닐링 장비가 주력입니다. ‘어닐링’이라는게 있는데 ‘HPSP’가 바로 어닐링장비 업체입니다. 어닐링은 열처리 인데 여기서 구리의 본딩이 일어나게 됩니다. 당연히 고온 보다는 저온기술이 중요한데 HPSP가 바로 저온 기술을 보유하고 있습니다. 저온이라고는 하지만 상대적인 것으로 450도로 사용하는 공정장비 입니다.

인텍플러스(064290) 국내

하이브리드 본딩으로 진화 할 수록 검사장비의 중요성이 커지게 됩니다. 인텍플러스는 TSMC에 COWOS용 FC-BGA 범프 검사장비 테스트중이며 하이브리드 본딩용 장비을 연구개발 하고 있습니다.

파크시스템즈(140860) 국내

원자현미경 세계적인 기업 미세화 테스트 과정에서 필수입니다.