삼성전자, 미세공정 이어 패키징 기술 고도화…TSMC 추격 '잰걸음'(종합)

김도현 2021.05.06 17:12:36

- 'CPU 1개+HBM 4개' 1개 패키지로…아이큐브4 개발
- 패키징 기술, 고객 주문 유연성 대응력 밀접


[디지털데일리 윤상호 김도현 기자] 삼성전자가 반도체 패키징 기술을 강화하고 있다. 반도체 수탁생산(파운드리) 경쟁력을 높이기 위해서다.

6일 삼성전자는 2.5차원(D) 패키지 기술 ‘아이큐브(I-Cube)4’를 개발했다고 밝혔다.

아이큐브는 1개 패키지로 중앙처리장치(CPU) 및 그래픽처리장치(GPU) 같은 로직반도체와 고대역폭 메모리(HBM: High Bandwidth Memory)를 묶은 제품이다. 몰드를 사용하지 않아 열 배출 효율을 높였다.

실리콘 인터포저를 활용한다. 인터포저는 반도체와 인쇄회로기판(PCB) 상호 간의 회로 폭 차이를 완충하는 역할을 한다. 패키지 안의 반도체가 많아지면 인터포저 면적도 증가한다. 삼성전자가 사용한 인터포저 두께는 100마이크로미터 수준이다. 변형을 막기 위해 다양한 측면 반도체 공정 제조 노하우를 적용했다.

아이큐브 뒤에 붙은 숫자는 HBM 개수다. 복수의 칩을 1개 패키지 안에 넣으면 속도 향상과 소형화를 기대할 수 있다. 삼성전자는 지난 2018년 '아이큐브2'를 처음 선보였다. 삼성전자는 '아이큐브6'도 개발 중이다.

삼성전자가 파운드리에서 TSMC를 따라잡기 위해서는 패키징 기술 보완이 필수다. 고객사에 유연성을 제공하기 위해서다. 삼성전자는 2021년 1분기 컨퍼런스콜을 통해 “차세대 2.5D 반도체 집적화 기술 개발을 완료했고 5nm 기반 3D 패키징 개발에 착수하는 등 차별화된 고성능 솔루션을 준비해 기술 리더십을 강화할 계획”이라고 설명했다.

패키징은 반도체를 포장하는 작업이다. 반도체가 외부와 신호를 주고받도록 길을 만들고 외부환경으로부터 보호한다. 그동안 전체 공정 중 중요도가 떨어졌다. 하지만 시스템반도체 ▲고성능 ▲저전력 ▲소형화 등이 강조되며 파운드리 차별화 포인트로 부상했다. 소재는 물론 시스템온칩(SoC)으로 구성하는 능력까지 확장했다.

삼성전자가 패키징 기술 확보에 본격적으로 나선 것은 2015년이 기점이다. 당시 애플은 TSMC와 삼성전자에 배분했던 애플리케이션프로세서(AP)를 TSMC로 일원화했다. 업계는 삼성전자 주문 중단은 삼성전자와 애플이 스마트폰 경쟁자라는 점뿐 아니라 삼성전자 파운드리 패키징 기술력이 영향을 미친 것으로 파악했다.

삼성전자는 삼성전기와 2018년 팬아웃(FO)-패널레벨패키지(PLP)를 엑시노스 AP에 적용했다. 2019년에는 삼성전기 PLP 사업을 삼성전자가 인수했다. 2020년에는 7나노미터(nm) 극자외선(EUV) 기반 시스템반도체 3D 적층 패키지 '엑스큐브(X-Cube: eXtended-Cube)’를 개발했다. 로직 칩과 S램을 단독으로 설계·생산해 위로 쌓는다. 또 실리콘관통전극(TSV) 기술도 갖췄다. TSV는 칩에 미세한 구멍을 뚫어 상단 칩과 하단 칩을 전극으로 연결하는 기술이다. 칩 간격을 줄여 데이터 처리속도를 높인다.

한편 파운드리 선두 TSMC는 자체 기술은 물론 ▲SPIL ▲KYEC 등 후공정 생태계 경쟁력도 선두권이다. TSMC가 대형 거래선을 지키고 있는 비결 중 하나다.

<김도현 기자>dobest@ddaily.co.kr