미세먼지보다 얇은 접착? HBM 하이브리드 본딩, 상상 초월 극한 기술의 세계

 

서론: 반도체 산업의 새로운 전환점, 하이브리드 본딩의 등장

인공지능 시대가 본격화되면서 반도체 시장에서는 고성능 메모리인 HBM(High Bandwidth Memory)의 중요성이 날로 커지고 있습니다. 2025년 현재, 삼성전자와 SK하이닉스가 AI 반도체 시장을 선도하기 위한 차세대 HBM 개발에 박차를 가하고 있습니다. 특히 두 기업은 HBM4부터 '하이브리드 본딩' 기술을 도입하려는 움직임을 보이고 있어 업계의 관심이 집중되고 있습니다. 이는 단순한 기술 변화를 넘어 반도체 장비 공급망에 큰 변화를 가져올 것으로 예상됩니다.

 

이런 변화는 현재 국내 장비 기업들이 주도하던 HBM 적층 장비 시장에 큰 영향을 미칠 전망입니다. 본 글에서는 하이브리드 본딩 기술의 등장과 그로 인한 반도체 장비 시장의 변화, 그리고 이에 대응하는 국내외 기업들의 전략을 살펴보겠습니다.

본론

1. HBM과 하이브리드 본딩 기술의 이해

HBM은 대역폭을 극대화한 고성능 메모리로, 여러 층의 D램 칩을 적층하여 만드는 것이 특징입니다. 현재 시장에서는 HBM3E(5세대)가 최신 제품으로 공급되고 있습니다. 하이브리드 본딩은 기존의 범프(Bump) 연결 방식을 사용하지 않고 구리를 통해 직접 칩을 연결하는 기술입니다. 이 기술이 적용되면 칩 크기를 줄이면서도 성능은 최소 2배 이상 향상시킬 수 있습니다.

 

현재의 HBM 제조 공정에서는 TC 본더(Thermal Compression Bonder)라는 장비가 사용됩니다. 이 장비는 열과 압력을 가해 범프로 연결된 개별 D램 칩을 적층하는 역할을 합니다. 국내 기업인 한미반도체, 세메스, 한화세미텍 등이 이 시장을 주도하고 있습니다.

 

하이브리드 본딩과 기존 방식의 차이는 다음과 같습니다:

구분	기존 범프(Bump) 방식	하이브리드 본딩 방식
연결 방식	범프를 통한 간접 연결	구리를 통한 직접 연결
칩 크기	상대적으로 큼	더 작게 제작 가능
성능 향상	기준점	최소 2배 이상
전력 효율	표준	크게 향상
기술 난이도	중간	매우 높음

 

한미반도체

 

2. 국내외 장비 업체들의 경쟁 현황

현재 HBM 적층 장비 시장은 한국 기업들이 80% 이상을 점유하고 있습니다. 특히 한미반도체는 HBM3E용 TC 본더 시장을 사실상 독점하고 있으며, 한화세미텍은 SK하이닉스의 HBM3E 12단 양산에 주요 장비를 공급할 예정입니다. 그러나 하이브리드 본딩 기술이 도입되면서 장비 시장의 판도가 바뀔 가능성이 높아졌습니다.

 

미국의 어플라이드 머티어리얼즈(Applied Materials)는 이미 하이브리드 본딩 장비 시장에 진출을 선언했습니다. 이 회사는 하이브리드 본딩에 필요한 첨단 접착 장비를 생산하는 베시(BESI)의 지분 9%를 매입하는 등 공격적인 행보를 보이고 있습니다. 특히 시스템 반도체 시장에는 이미 하이브리드 본딩 장비를 선제적으로 공급하고 있어 기술력을 입증한 상태입니다.

반면, 국내 장비 업체들은 아직 하이브리드 본딩 장비의 양산 기술력을 입증하지 못했습니다. 하지만 한미반도체와 한화세미텍 등은 차세대 적층 장비 개발에 박차를 가하고 있으며, 하이브리드 본딩뿐만 아니라 '플럭스리스 본딩' 장비도 개발 중입니다.

 

플럭스리스 본딩은 하이브리드 본딩보다 기술 난이도는 낮지만, 칩 크기를 줄일 수 있는 장점이 있어 마이크론 등이 차세대 HBM 적층에 활용을 검토 중인 것으로 알려졌습니다.

 

한화세미텍

 

3. 반도체 공급망에 미치는 영향과 전망

삼성전자는 이르면 2026년에 출시될 HBM4(6세대 HBM)에, SK하이닉스는 7세대 HBM(HBM4E)에 하이브리드 본딩 기술을 적용할 것으로 예상됩니다. 이러한 기술 전환은 반도체 장비 공급망에 큰 변화를 가져올 것으로 보입니다.

 

현재 HBM 수요는 예상보다 가파르게 증가하고 있습니다. 엔비디아, AMD 등 AI 반도체 기업들의 수요가 급증하면서 안정적인 공급 능력이 중요해지고 있습니다. 하이브리드 본딩 기술이 도입되면 기존 TC 본더 장비 시장의 판도가 바뀔 수 있으며, 이는 국내 장비 업체들에게 위기이자 기회로 작용할 수 있습니다.

 

하이브리드 본딩 기술은 초기에는 시스템 반도체에 적용되었으나, HBM에도 도입되면서 시장 확대가 예상됩니다. 전문가들은 이 기술이 향후 메모리 반도체의 주류 제조 방식으로 자리 잡을 가능성이 높다고 전망하고 있습니다.

 

 

Applied Materials Korea | Semiconductor, Display and Solar

 

주요 반도체 장비 관련 사이트:

회사명	주요 제품	공식 사이트
한미반도체	TC 본더, 테스트 핸들러	[공식홈페이지 바로가기]
한화세미텍	TC 본더, 어셈블리 장비	[공식홈페이지 바로가기]
어플라이드 머티어리얼즈	하이브리드 본딩 장비	[공식홈페이지 바로가기]
세메스	세정장비, TC 본더	[공식홈페이지 바로가기]

 

SEMES

 

결론: 차세대 HBM 경쟁에서 한국 기업의 과제와 기회

삼성전자와 SK하이닉스가 하이브리드 본딩 기술을 차세대 HBM에 도입하게 되면, 국내 반도체 산업 생태계에 중요한 변화가 찾아올 것입니다. 국내 장비 업체들은 하이브리드 본딩 기술 개발에 성공하지 못할 경우, 지금까지 주도해 온 HBM 적층 장비 시장에서 어플라이드 머티어리얼즈와 같은 해외 기업에 주도권을 빼앗길 수 있습니다.

 

하지만 이는 위기이자 기회가 될 수 있습니다. 한미반도체, 한화세미텍 등 국내 기업들은 이미 TC 본더 시장에서 글로벌 경쟁력을 갖추고 있으며, 이를 바탕으로 하이브리드 본딩과 플럭스리스 본딩 등 차세대 기술 개발에 속도를 내고 있습니다.

 

하이브리드 본딩 기술은 AI 시대의 핵심 부품인 HBM의 성능을 획기적으로 향상시키는 기술로, 향후 반도체 산업의 경쟁력을 좌우할 중요한 요소가 될 것입니다. 국내 반도체 산업이 메모리 반도체 생산뿐만 아니라 장비 분야에서도 글로벌 경쟁력을 유지하기 위해서는 이 기술 전환에 빠르게 대응해야 할 것입니다.

 

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