“HBM 후공정 병목은 열”…쿨스, 본딩 시간 51% 줄이는 기술 개발

[이데일리 윤정훈 기자]인공지능(AI) 반도체 시장의 경쟁 무대가 첨단 후공정(패키징)으로 이동하는 가운데, 반도체 접합·열제어 전문기업 쿨스가 HBM(고대역폭메모리) 공정의 고질적 병목으로 지목되어 온 ‘열 문제’ 해결책을 내놓았다.

(사진=챗GPT)

쿨스는 내달 4일 부산 파라다이스호텔에서 열리는 ‘국제 마이크로전자 패키징 심포지엄(ISMP 2026)’에서 ‘선택적 에너지 결합 플랫폼’을 주제로 구두 발표에 나선다고 13일 밝혔다.

이 플랫폼은 HBM 열압착 본딩과 차세대 CPO(광공동패키징) 접합에 공통 적용되는 기술이다. 열을 패키지 전체가 아닌 ‘접합 계면’에만 필요한 순간에 전달함으로써, 공정 속도를 획기적으로 올리는 동시에 주변 구조물의 열 손상을 최소화하는 것이 핵심이다.

현재 HBM 시장은 후공정 처리 능력이 전체 공급량을 좌우하는 단계에 접어들었다. SK하이닉스가 청주에 첨단 패키징 팹(P&T7)을 신설하고, 삼성전자와 SK하이닉스가 사내 후공정 라인을 HBM에 우선 배정하는 이유다.

그러나 HBM을 한 단씩 쌓을 때마다 가열과 냉각을 반복해야 해, 냉각 시간이 본딩 장비의 생산성을 제약하는 최대 걸림돌로 작용해 왔다. 반복되는 열 자극은 하부 층의 응력 누적 및 손상 원인이 되기도 한다.

쿨스는 이 같은 한계를 극복하기 위해 HBM용 ‘서멀클러치’ 기술을 개발했다. 접합 직후 고열전도 열수용체를 이용해 고체 전도로 열을 즉시 빼내고, 다음 칩을 정렬하는 동안 이를 재생해 냉각 시간을 공정 주기에서 사실상 배제하는 방식이다.

양산용 열압착 본딩 히터를 개조해 테스트한 결과, 11×11mm HBM3E 칩 기준 본딩 사이클 시간이 기존 7.0초에서 3.4초로 51%나 단축됐다.

아울러 CPO 접합용 ‘옵티컬클러치’는 동일한 원리를 레이저 파장 기반으로 구현했다. 실리콘 광집적회로를 통과한 특정 파장의 빛이 접합 계면에서만 흡수되어, 주변으로 열이 확산하기 전에 빠른 가열과 접합을 완료한다.

조진현 대표는 “접합에 필요한 것은 계면의 열이지 패키지 전체의 열이 아니다”라며 “후공정 경쟁은 같은 장비로 얼마나 많이, 덜 손상시키며 붙이느냐의 싸움”이라고 말했다.