삼성전자, 차세대 반도체 패키지 기술 'I-Cube4' 개발

독자 2.5D 패키지 솔루션
로직과 HBM 4개 한 패키지에 구현…하나의 반도체처럼 동작
고성능 컴퓨팅·AI 등에 활용…데이터 처리 속도 높여

[아시아경제 김흥순 기자] 삼성전자 는 컴퓨터 중앙처리장치(CPU)·그래픽처리장치(GPU) 등의 로직 칩과 고대역폭 메모리(HBM) 칩을 하나로 묶은 차세대 반도체 패키지 기술 ‘아이큐브(I-Cube)4’를 개발했다고 6일 밝혔다.

I-Cube는 삼성전자 의 독자적인 2.5D 패키지 솔루션 브랜드다. 2.5D 패키지는 '인터포저(인쇄회로 기판과 칩 사이에서 막 역할을 하는 기능성 패키지판)'를 이용해 CPU·GPU등의 로직 칩과 HBM을 1개의 패키지 안에 배치하는 기술로 I-Cube 뒤에 붙는 숫자 '4'는 HBM 칩을 4개 넣었다는 뜻이다. 여러 개의 칩을 패키지 하나에 담아 데이터 처리 속도를 빠르게 하고, 제품 내부에서 패키지가 차지하는 면적을 줄이는데 효과적이다.

삼성전자 는 "고대역폭 데이터 전송과 고성능 시스템 반도체를 요구하는 고성능 컴퓨팅(HPC)을 비롯해 인공지능(AI)·클라우드 서비스, 데이터센터 등을 중심으로 I-Cube4가 폭넓게 활용될 것으로 기대한다"고 전했다.

반도체 제조는 실리콘으로 된 기판(웨이퍼)에 미세 회로를 그리는 '전공정'과 웨이퍼를 제작한 뒤 이뤄지는 테스트, 절단, 패키징 등의 '후공정'으로 나뉜다. I-Cube처럼 여러 기능을 가진 반도체를 하나로 엮는 기술은 후공정 중에서도 첨단 패키징 작업으로 분류된다.

기존에는 D램이나 낸드플래시, 로직, 영상변환반도체(CIS) 등 각각 고유의 성능을 지닌 단품 형태의 반도체 제조 경쟁이 주를 이뤘다. 그러나 4차산업혁명이 도래하면서 AI, 자율주행, 사물인터넷(IoT), HPC, 웨어러블 등 반도체를 사용하는 플랫폼이 다양해지고 패키징 기술을 포함한 후공정의 중요성도 부각되고 있다.

삼성전자 차세대 반도체 패키지 기술 'I-Cube4'[사진제공=삼성전자]

실리콘 인터포저 적용…안정적 전력 공급·초미세 배선 구현
열 방출 성능 우수한 구조
"I-Cube6·I-Cube8 개발 예정"

글로벌 반도체 시장에서 I-Cube처럼 복수의 칩을 1개의 패키지에 집적하는 2.5D 기술을 보유한 업체는 대만 TSMC와 삼성전자 정도로 알려졌다. 앞서 삼성전자는 2018년 로직과 HBM 칩 2개를 집적한 'I-Cube2' 솔루션을 선보였고, 지난해에는 로직과 캐시메모리(SRAM·자주 사용하는 작업이나 동작을 저장해두는 임시 기억공간)를 수직으로 쌓은 '엑스큐브(X-Cube)' 기술을 공개하는 등 차세대 패키지 기술에도 공을 들이고 있다.

I-Cube4는 I-Cube2보다 HBM 칩 개수가 2개 많아 보다 넓은 인터포저가 필요하다. 대개 면적이 증가하면 쿠킹포일이 말리는 것처럼 인터포저가 휘는 현상이 발생하는데 삼성전자는 A4용지 1장보다 얇은 100㎛ 수준까지 인터포저가 변형되지 않는 기술을 개발해냈다.

또 실리콘 소재의 인터포저를 적용해 초미세 배선을 구현하고 반도체 구동에 필요한 전력을 안정적으로 공급할 수 있도록 했다. 습기, 진동, 충격으로부터 칩을 보호하기 위해 사용하는 열경화성 수지(몰드)가 필요치 않은 독자적인 구조도 적용해 열을 보다 효율적으로 방출할 수 있다고 삼성 측은 설명했다.

강문수 삼성전자 파운드리사업부 마켓전략팀 전무는 "고성능 컴퓨팅 분야를 중심으로 차세대 패키지 기술의 중요성이 높아지고 있다"며 "I-Cube2를 양산한 경험과 I-Cube4를 상용화한 기술 경쟁력을 기반으로 HBM을 6개·8개까지 탑재하는 신기술을 개발해 2.5D 패키지 시장에서 영역을 확장해 나갈 계획"이라고 말했다.

김흥순 기자 sport@asiae.co.kr