HBM은 무엇으로 붙일까? TC-NCF, MR-MUF, 하이브리드 본딩

HBM은 칩을 높이 제한 안에서 더 많이 쌓아야 하므로 칩을 얇게 갈고, 칩 사이 틈을 어떻게 메울지가 핵심 과제가 됩니다. 미리 깔아 붙이는 TC-NCF, 다 쌓은 뒤 녹여 붙이고 액체 보호재를 채우는 MR-MUF, 범프 없이 구리로 직접 잇는 하이브리드 본딩을 비교하며 도입 흐름을 정리합니다.

⏱ 00:00같은 HBM이라도 SK 하이닉스와 삼성전자는 칩 사이의 틈을 서로 다른 방식으로 메웁니다. 삼성전자는 필름을 미리 깔고 눌러 붙이는 방식을, SK 하이닉스는 다 쌓은 뒤 액체 보호재를 채우는 방식을 씁니다.

이 영상은 왜 방식이 갈렸는지, 그리고 다음 방향이 어디인지를 따져봅니다.

⏱ 00:24HBM은 D램을 층층이 쌓은 메모리이며, 전체 높이에는 업계 표준 제한이 있습니다. 자막에서는 HBM3 기준 약 720μm, HBM4에서는 약 775μm로 보도되었다고 소개합니다. 제한은 거의 그대로인데 층은 8단에서 12단, 16단으로 늘어나므로 칩 하나하나를 얇게 갈아야 합니다.

SK 하이닉스는 2021년 12단 HBM3를 발표하며 칩을 약 30μm까지 갈았다고 밝혔습니다. 그러나 얇은 칩은 열을 받으면 실리콘, 배선, 접착 수지의 팽창 차이 때문에 접시처럼 휘고, 휜 칩에서는 범프가 닿지 않아 끊기거나 옆 범프와 합선될 수 있습니다.

필름이 눌려 칩 밖으로 밀려 나와 위를 덮으면 다음 칩을 쌓을 때 깨질 위험이 생기고, 틈에 공기 방울이 남거나 층 사이가 떨어지는 박리로 이어지기도 합니다. 얇은 웨이퍼는 스스로 모양을 지키지 못해 받침 웨이퍼에 임시로 붙여 가공합니다.

⏱ 02:24칩 사이에는 범프만 있고 나머지는 빈틈입니다. 이 틈을 언더필이라는 절연 수지로 채워야 범프가 온도 변화에서 받는 힘이 줄어듭니다. 채우는 방법은 붙이기 전에 미리 깔아두는지, 다 붙인 뒤 흘려 넣는지로 나뉘며, 미리 까는 방식이 TC-NCF입니다.

TC-NCF는 열압착과 비전도성 필름을 합친 이름입니다. 범프가 솟은 웨이퍼에 얇은 필름을 진공으로 덮고 칩 단위로 자른 뒤, 칩을 아래 칩에 맞춰 수백 도의 열과 압력으로 짧게 누릅니다. 범프는 녹아 붙고 필름 수지는 흘러 틈을 메운 뒤 굳습니다. 보통은 이 과정을 칩마다 되풀이하는 방식으로 설명됩니다.

삼성전자는 2024년 2월 12단 HBM 제품에서 필름을 더 얇게 해 칩 사이 간격을 7μm로 줄이고 층 사이 공기 방호를 없앴다고 발표했습니다. 신호가 지나는 곳에는 작은 범프를, 열을 빼야 하는 곳에는 큰 범프를 섞어 썼다고 소개되었습니다.

⏱ 03:57MR-MUF는 한꺼번에 녹여 붙이기와 액체 보호재로 채우기를 합친 이름입니다. 칩을 먼저 모두 쌓은 뒤 전체를 한 번에 가열해 모든 층의 범프를 동시에 녹여 붙이고, 마지막으로 에폭시 몰딩 컴파운드라는 액체 보호재를 틈에 밀어 넣어 굳힙니다.

SK 하이닉스는 12단 HBM3에서 칩을 8단보다 약 40% 얇게 만들어야 했고, 그만큼 휨 문제가 커졌다고 설명했습니다. 그래서 쌓을 때마다 순간적으로 강한 열을 가해 칩을 살짝 붙여 고정하는 방식을 넣었고, 진공 상태에서 새 보호재를 약 70톤 압력으로 밀어 넣었다고 밝혔습니다.

이 방식은 HBM3에 이어 HBM4에도 적용했다고 2025년 9월 발표되었습니다. SK 하이닉스는 2019년부터 MR-MUF를 써왔다고 소개되었습니다.

⏱ 05:14TC-NCF와 MR-MUF는 공통적으로 범프와 그 사이 틈이라는 두께가 층마다 남습니다. 하이브리드 본딩은 범프 없이 칩과 칩을 바로 맞붙이는 방식입니다. 맞닿는 면에는 구리 패드와 둘레의 절연막이 함께 있으며, 금속과 절연체라는 성질이 다른 두 재료가 한 면에서 함께 붙기 때문에 하이브리드라고 부릅니다.

먼저 상온에서 맞붙여 자리를 잡고, 200도 이상으로 가열하면 절연막은 단단히 붙고 구리는 늘어나며 서로 이어집니다. 구리는 열을 받으면 늘어나므로 처음에는 구리 표면을 절연막보다 몇 나노미터 낮게 맞춰 둡니다. 가열 시 생기는 이 틈을 구리가 메우는 원리입니다. 범프와 틈 채움제가 없어 층 사이를 얇게 하고 연결점 간격을 더 좁힐 수 있으며, 열도 잘 빠져나갑니다.

대신 과제도 많습니다. 먼지 한 알만 끼어도 주변이 붙지 않고, 칩은 나노미터 단위의 정밀한 정렬이 필요합니다. 웨이퍼를 통째로 붙이는 방식과 달리 칩을 한 장씩 붙여야 해서 시간이 걸리고 새 장비도 필요합니다. 붙이기 전에 양품 칩만 골라야 하는 부담도 있습니다. 한 파운드리 패키징 책임자는 2026년 1월 수율이 가장 큰 문제가 될 것이라고 말했다고 소개됩니다.

⏱ 06:33SK 하이닉스는 2024년 11월 16단 HBM3에 어드밴스드 MR-MUF를 쓰고, 하이브리드 본딩은 백업 공정으로 개발한다고 밝혔습니다. 2026년 4월에는 12단 하이브리드 본딩 검증을 마치고 수율을 높이는 중이라는 보도가 나왔습니다.

삼성전자는 2026년 3월 하이브리드 구리 본딩을 공개하며 16단 이상이 가능하다고 밝혔고, 양산 라인을 꾸린다는 보도도 나왔습니다. 마이크론은 2026년 10월 기준으로 하이브리드 본딩 일정을 공식 자료에서 찾을 수 없었다고 영상은 전합니다.

보도마다 차이는 있지만 하이브리드 본딩 도입이 HBM4 무렵이나 그 이후로 밀렸다는 보도가 많습니다. 높이 규칙이 조금 늘면서 16단까지는 기존 방식으로도 쌓을 여유가 생겼기 때문이라는 분석이 많고, 다음 세대에서는 높이 제한을 더 늘리자는 논의도 보도되었습니다.

⏱ 07:38반도체는 선폭을 줄이거나 위로 쌓는 두 방향으로 성장해 왔습니다. 그런데 D램에서는 셀을 줄이는 속도가 이미 느려졌습니다. SK 하이닉스 기술 책임자도 2025년 6월 학회에서 지금 방식의 미세화만으로는 성능과 용량을 올리기가 점점 어렵다고 말했습니다.

적층 역시 한계가 보입니다. 더 쌓으려고 높이 규칙까지 바꾸고 있고, 층이 늘수록 열은 더 갇힙니다. 그래서 업계는 D램 셀 자체를 세로로 쌓는 3D D램, 메모리 아래 칩에 고객이 원하는 기능을 넣는 커스텀 HBM, 빛으로 메모리와 프로세서를 잇는 기술 같은 다른 길도 시험하고 있습니다.

더 작게도 더 높게도 쌓기 어렵다면 다음 과제는 계산과 기억을 더 가깝게 붙이는 것이라는 흐름으로 영상은 마무리됩니다.