2일 소재업계에 따르면 TSMC가 소재·장비 협력사에 5마이크로미터(μm)급 접합과 언더필 개발을 요청한 것으로 파악됐다. 지금 첨단 패키징에 쓰는 마이크로범프를 더 낮추라는 주문이다. 한국과 일본 공급망이 개발에 들어갔으며, 5μm급 범프 양산은 내후년 하반기로 추정된다.
현재 범프 높이는 3세대 확장형(HBM3E)이 15~25μm급, 4세대(HBM4)는 약 10μm에 인접한 상태다. 일본 재료업체들은 15μm보다 낮은 구간은 품질 보증이 어렵다고 밝혀 왔다. 5μm는 그 보증선보다도 낮다.
범프를 낮추고 가늘게 하는 이유는 HBM 큐브 높이 상한과 접점 밀도 때문이다. 국제반도체표준협의기구(JEDEC) 규격상 큐브 높이는 775μm다. 입출력 접점은 늘어나는데 이 높이를 넘기면 안 된다.
TSMC 첨단 패키징(CoWoS)은 그래픽칩(GPU)과, 메모리 업체가 이미 쌓아 보낸 HBM을 실리콘 중개기판(인터포저) 위에 마이크로범프로 붙인다. 16장 적층 자체는 TSMC가 아니라 하이닉스·삼성이 HBM 안에서 한다. 다만 가속기 쪽 접점이 늘면 CoWoS에 올리는 범프도 더 낮고 촘촘해야 한다.
HBM 1세대·2세대는 비교적 큰 솔더 범프로 붙였다. 단수와 입출력이 늘면서 3세대 전후부터 마이크로범프가 주력이 됐다. SK하이닉스는 매스 리플로 뒤 액상 언더필을 넣는 MR-MUF, 삼성전자는 필름형 언더필을 끼우고 열압착하는 TC-NCF를 써 왔다.
다음 카드로 거론된 것이 하이브리드 본딩이다. 범프를 없애고 구리 패드를 직접 붙이면 더 얇고 촘촘해진다. TSMC는 로직 칩을 쌓을 때 이미 이 기술(SoIC)을 쓴다. HBM을 중개기판에 붙이는 쪽은 아직 마이크로범프다. 수율·검사·양산에서 검증된 방식을 쉽게 버리지 못해서다.
5μm급은 보이드 없는 언더필, 잔류 플럭스, 접합 정렬을 동시에 잡아야 한다. 난도가 높아 TSMC가 소재·장비 협력사에 개발을 나눈 것으로 보인다.
HBM 스택 쪽 기조도 같다. 지난달 ‘핫칩스 2026’에서 SK하이닉스는 HBM4·HBM4E까지 하이브리드 본딩을 쓰지 않고 마이크로범프 기반 MR-MUF를 가져가겠다는 로드맵을 내비쳤다. 직접 접합은 5세대(HBM5)와 20단 이후 과제로 제시됐다. JEDEC이 스택 높이 상한을 720μm에서 775μm로 올린 것이 이 연장에 공간을 줬다는 분석이다.
재료업계 관계자는 “TSMC의 마이크로범프 개발 요청은 이번 턴은 직접 접합이 아니라 더 낮은 마이크로범프로 가겠다는 의도로 해석된다”며 “현재도 15μm 이하 범프 개발은 되어있지만 보증이 어려운 상태, 관건은 범프보다 이를 보증할 언더필의 개발”이라고 설명했다.
이형두 기자 dudu@etnews.com
