삼성전자, 반도체 패키지 ‘초격차’ 승부수

[헤럴드경제=김성미 기자] 삼성전자 파운드리사업부가 반도체 패키지 솔루션에서 '초격차 전략' 강화에 나섰다. 파운드리(반도체 수탁생산) 사업이 초미세공정 경쟁을 넘어 패키징 서비스로 넘어감에 따라 기술 경쟁력 강화에 속도를 내는 모습이다.

삼성전자는 로직 칩과 4개의 HBM(High Bandwidth Memory·속도가 빠른 고대역폭 메모리반도체) 칩을 하나의 패키지로 구현한 독자 구조의 2.5D 패키지 기술 ‘아이큐브4(I-Cube4)’를 개발했다고 6일 밝혔다. ▶관련기사 3면

2018년 로직과 2개의 HBM을 집적한 I-Cube2를 선보인지 약 3년 만에 로직과 4개의 HBM을 집적한 I-Cube4를 선보인 것이다. 삼성전자는 2019년 중국 인터넷 검색엔진 기업 바이두에 공급한 인공지능(AI) 칩 ‘쿤룬’에 I-Cube2 솔루션을 적용한 바 있다.

삼성전자 파운드리사업부가 패키지 서비스 강화에 나선 것은 파운드리 세계 1위 TSMC를 따라잡기 위해 초미세공정 경쟁과 별도로 다양한 패키징 서비스로 기술 차별화에 나선다는 전략이다.

I-Cube4는 고성능컴퓨터(HPC·High Performance Computing), 인공지능(AI)·클라우드 서비스, 데이터센터 등 고대역폭 데이터 전송과 고성능 시스템반도체가 필요한 곳에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

삼성전자 I-Cube는 실리콘 인터포저(데이터 송수신용) 위에 CPU, GPU 등의 로직과 HBM을 배치해 하나의 반도체처럼 동작하도록 하는 이종 집적화(Heterogeneous Integration) 패키지 기술이다.

여러 개의 칩을 1개의 패키지 안에 배치, 데이터 전송 속도는 빨라지고 효율이 높아지는 특징이 있다. 아울러 최종 칩 패키지 크기는 줄어드는 효과가 있다. 삼성전자는 I-Cube4에 실리콘 인터포저를 적용해 초미세 배선을 구현했으며, 반도체 구동에 필요한 전력도 안정적으로 공급할 수 있도록 만들었다.

일반적으로 패키지 안에 실장하는 반도체 칩이 많아질수록 인터포저의 면적도 함께 증가해 공정상의 어려움도 커진다. 삼성전자는 100㎛(마이크로미터) 수준의 매우 얇은 인터포저가 변형되지 않도록 재료, 두께 등 다양한 측면에서 반도체 공정·제조 노하우를 적용했다.

또한, I-Cube4에 몰드를 사용하지 않는 독자적인 구조를 적용해 열이 효율적으로 방출되는 것도 강점이다. 삼성전자는 패키지 공정 중간 단계에서 동작 테스트를 진행해 불량을 사전에 걸러내고, 전체 공정 단계를 줄여 생산 기간도 단축했다.

강문수 삼성전자 파운드리사업부 마켓전략팀 전무는 “고성능 컴퓨팅 분야를 중심으로 차세대 패키지 기술의 중요성이 높아지고 있다”며 “I-Cube2 양산 경험과 차별화된 I-Cube4 상용화 기술을 기반으로 HBM을 6개, 8개 탑재하는 신기술도 개발할 것”이라고 밝혔다.