한화에 LG도 참전···HBM용 '하이브리드 본더'가 뭐길래

LG전자 생산기술원, '하이브리드 본더' 개발 착수

정렬·접합, 전기 연결 한 번에···'초정밀 공정' 지원

한미반도체·한화세미텍과 기술 선점 경쟁 막 오를 듯

그래픽=이찬희 기자

LG전자가 '꿈의 장비'로 불리는 HBM(고대역폭메모리)용 '하이브리드 본더' 개발에 본격 착수했다. 전세계적 AI(인공지능) 열풍과 맞물려 반도체 장비 수요 역시 빠르게 커지는 가운데 고부가 기술을 확보해 시장을 선점하려는 포석이다. 한화에 이어 LG까지 사업에 뛰어들면서 선두 기업 한미반도체와의 경쟁이 한층 가열될 것으로 보인다.

14일 관련 업계에 따르면 LG전자는 생산기술원 주도로 '하이브리드 본더'를 개발하고 있다. 기존에 보유한 반도체 기판 패키징·검사 장비 기술력을 활용해 포트폴리오를 확장함으로써 사업을 고도화하기 위함이다.

시장에선 LG전자가 2028년 양산에 돌입할 것으로 예상하고 있는데, 아직 출시 일정은 결정되지 않았다고 회사 측은 설명했다.

이와 관련 LG전자 측은 "생산기술원 차원에서 반도체 관련 기기를 만들면서 기술력을 쌓아왔고, 이번에 새로운 기회를 모색하는 차원에서 연구개발을 시작했다"면서도 "구체적으로 사업을 어떻게 추진할지 정해놓은 것은 아니다"라고 말했다.

LG전자가 '하이브리드 본더'에 눈독을 들이는 배경은 높은 사업성에 있다. 현재 통용되는 열압착(TC) 본더 대비 높은 정밀도와 생산 효율의 구현이 가능해 HBM3E와 HBM4 등 차세대 제품 공정에서 필수 설비로 떠올랐기 때문이다. 무엇보다 이 장비는 아직 상용화되지 않아 개발에 성공하기만 한다면 시장 선점 효과도 기대할 수 있다.

하이브리드 본더는 복수의 칩을 수직으로 적층하는 데 쓰이며, 정렬·접합과 전기 연결까지 한 번에 수행하는 강점을 지닌다. TC본더가 열과 압력을 이용한 물리적 결합에 초점을 맞췄다면, 하이브리드 본더는 기계적 정렬에 전도성 접합을 병행해 초정밀 공정을 지원한다.

특히 HBM은 여러 개의 D램 칩을 수직으로 연결하는 구조인데, 정렬이 1μm(마이크로미터, 0.001mm)만 어긋나도 불량률이 크게 치솟는다. 하이브리드 본더는 오차를 1μm 이하로 낮춰 공정 안정성과 수율을 눈에 띄게 개선할 수 있다는 평가를 받는다.

또한 이 방식은 범프 없이 칩끼리 직접 접합하는 터라 전체 패키지 두께를 줄이고 발열도 낮춘다는 구조적 이점을 갖는다. 칩과 칩 사이에 미세한 돌기를 만들어 연결하는 과정이 생략되는 데 기인한다. 결과적으로 하이브리드 본더는 고성능·고집적·저전력을 동시에 요구하는 차세대 반도체에 최적화된 장비라고 볼 수 있다. 시장의 중심이 TC본더에서 이 쪽으로 이동할 수밖에 없는 이유다.

업계에선 LG전자의 가세로 관련 시장이 한층 활기를 띨 것으로 내다보고 있다. 현재 국내에서는 삼성전자 자회사 세메스를 비롯해 한미반도체, 한화세미텍 등도 하이브리드 본더 개발에 뛰어든 상태다.

먼저 '반도체 장비 1위' 한미반도체는 지난달 총 285억원을 투자해 하이브리드 본더 전용 공장을 설립하겠다고 공시했으며, 제품 상용화를 목표로 연구개발을 가속화하고 있다. 한화세미텍 역시 SK하이닉스로 TC본더를 공급하며 AI 반도체 밸류체인에 합류한 데 이어 여세를 몰아 하이브리드 본더 개발을 예고한 상태다.

시장조사업체 베리파이드마켓리서치는 하이브리드 본딩 기술 시장은 2023년 52억6000만달러(약 7조2500억원)에서 2033년 2033년 140억2000만 달러(약 19조3400억원)까지 확대될 것으로 내다봤다.