2.5D 패키징 수요 증가로 반도체 장비 투자 청신호

[테크월드=이나리 기자] 삼성, TSMC, 인텔이 선두로 2.5D 패키지를 채택하면서 반도체 메모리 비즈니스의 구조가 변화되고 있다. 로직 반도체와 메모리 반도체의 대등했던 위치가 이제는 로직 반도체가 갑으로 올라서게 되는 것이다.

최근 삼성전자, TSMC, 인텔은 2.5D 패키지 기술을 접목시키면서 반도체 패키지 시장의 변화를 이끌고 있다. 삼성전자와 TSMC은 2.5D 패키지에 투자하고 있고, 인텔은 2.5D 패키지와 유사한 EMIB라는 기술을 채택하고 있다. 2.5D 패키지와 EMIB는 각각 장단점이 존재하지만 메모리로 HBM을 사용한다는 방식은 같다. 

반도체는 그동안 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU) 등 로직 반도체와 메모리를 따로 패키징해서 만들었지만 2.5D 패키징은 이들을 모두 1개의 패키지 안에 집어넣어 성능을 끌어올리는 기술을 말한다.

2.5D패키지에서는 메모리 칩들을 와이어 없이 칩 중간에 구멍을 뚫어 배선물질로 칩들을 연결시키는 실리콘관통전극(TSV) 공정이 중요하다. 또 로직반도체와 D램을 올려놓는 PCB 대체 기판으로 고대역을 구현하는 실리콘 인터포저(PCB 기판을 대체하는 새로운 부품) 기술도 핵심으로 꼽힌다.

자일링스는 2.5D 패키지의 시리콘 인터포저 기술을 사용해 대용량 장치를 구축했다. (자료: 자일링스)

일례로 FPGA 업체인 자일링스는 실리콘 인터포저 기술을 사용해 최신 세대의 대용량 장치를 구축했다. 또 TSMC는 4개의 금속 상호 연결 레이어가 있는 65나노 공정으로 제작 된 실리콘 인터 포저 기술을 제공한다.

이처럼 대세로 떠오른 2.5D 패키지로 인해 메모리 반도체 시장은 비즈니스 구조 변화가 예고된다. 기존에는 CPU, GPU 등 로직 반도체와 메모리 반도체 업체의 위치가 대등했었다. 그러나 2.5D 패키지는 로직 반도체 업체가 메모리 칩을 구입한 후 패키지를 제조하기 때문에 메모리 업체들의 고객은 PC, 서버 업체에서 로직반도체로 바뀌게 된다. 즉, 로직 반도체 업체가 ‘갑’, 메모리 반도체 업체가 ‘을’로 위치할 가능성이 높다.

2.5D 패키지 개발로 메모리 비즈니스 구조 변화 (자료: 미래에셋대우)

도현우 미래에셋대우 반도체 전문 연구원은 “2.5D 패키지 시대에는 삼성전자와 같이 로직과 메모리를 모두 생산 가능한 업체가 가장 유리하다. 로직과 메모리 담당 부문에서 설계를 공유해 최적의 성능과 최소의 비용을 구현할 수 있기 때문”이라며 “로직만 제조하는 퀄컴, AMD, 엔비디아 같은 업체들이 그 다음으로 유리한 위치고, 반면 SK하이닉스와 마이크론처럼 메모리만 제조하는 업체들은 현재보다 위치가 불리해질 것”이라고 설명했다.

뿐만 아니라 2.5D 패키지 수요 증가에 대응하기 위한 전략으로 앞으로 관련 반도체 장비 투자가 늘어날 것으로 전망되면서 장비 업계는 청신호다. 일례로 2.5D 패키지의 TSV 공정을 위해 일본의 TEL과 SAMCO 등이 장비 개발에 적극적이고, 실리콘 인터포저 기술은 TSMC, Allvia, ASE, DNP, 무라타, 삼성전기 등이 기술 개발 중에 있다.

2.5D 패키지는 향후 머신러닝, 사물인터넷 등에 요구되는 프로세서의 필수 공정이 될 것으로 전망되면서 앞으로 반도체 장비 투자 증가, 패키징 산업의 부가가치 상승, 메모리 비즈니스 구조를 변화시킬 것으로 기대된다.

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