HBM3E 반도체 수율 문제, 삼성 HBM3 sk하이닉스 기술 도입

HBM은 여러 개의 D램을 수직으로 연결해 기존 D램보다 데이터 처리 속도를 혁신적으로 끌어올린 제품.

인공지능(AI) 반도체 시대를 맞아 차세대 메모리로 급부상.

SK하이닉스는 AI 반도체 선두주자인 엔비디아의 가장 큰 HBM 공급사

미국 마이크론  엔비디아에 HBM을 공급

삼성전자는 엔비디아와 계약을 맺지 못한 상태다.

 

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SK하이닉스가 개발한 HBM 제조 기술, MR-MUF

- 적층한 칩 사이에 보호재를 넣은 후 한 번에 굳히는 공정, 칩 하나를 쌓을 때마다 필름형 소재를 까는 기존 방식보다 효율적.

- SK하이닉스는 D램을 쌓아 붙인 뒤 열을 가해 1차 납땜을 한 후 D램 사이에 끈적한 액체를 흘려넣어 단단하게 굳히는 ‘MR-MUF’ 방식으로 HBM을 생산.

- SK하이닉스의 방식이 대량생산에 유리하(업계와 전문가들의 평가).

SK하이닉스, 세계 최초 12단 적층 HBM3 개발 출처 : 더퍼블릭(https://www.thepublic.kr)

 

삼성전자 HBM 생산 : NCF(열압착 비전도성 접착 필름) 공정

삼성전자는 D램 사이에 비전도성필름(NCF)을 넣은 뒤 열로 압착하는 ‘TC-NCF’ 방식을 이용해 HBM을 만든다

 

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로이터는 업계 분석가를 인용

4세대 HBM3 제품의 수율(양품 비율)의 경우 삼성전자가 약 10~20%, SK하이닉스는 60~70%로 추정.

"삼성전자는 HBM 수율을 높이기 위해 무엇인가 해야 했다"

"MUF 기술 채택은 삼성으로서는 자존심이 상하는 일이다. SK하이닉스가 처음 사용한 기술을 따라하게 됐기 때문"

 

삼성전자가 이 같은 상황을 해결하기 위해 MUF 장비 구매에 나섰다고 분석

삼성전자가 업계 처음 개발한 HBM3E 12H D램 제품.

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삼성전자가 일본 나가세 등 기업과 MUF 소재 공급과 관련한 협상을 진행 중
삼성전자는 "MUF 공정 도입 계획이 없다"고 전면 부인.

삼성전자는 최근 공개한 5세대 HBM3E 12단 제품에도 NCF 공정을 적용.

 

 

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삼성전자, SK하이닉스 D램 시장 점유율 추이

삼성전자 2023년 4분기 D램 시장에서 7년 만에 최고 점유율을 달성.

SK하이닉스와의 점유율 격차는 14%p(포인트) 더 벌어졌다.

 

최근 차세대 D램으로 시장의 관심을 받는 HBM(고대역폭메모리)에서 SK하이닉스가 앞서감

아직은 HBM보다는 전통 D램의 비중과 역할이 더 크다

13일 시장조사업체 옴디아

삼성전자의 작년 4분기 D램 시장 점유율은 45.7%, 2016년 3분기(48.2%) 이후 가장 높았다.

SK하이닉스의 점유율은 31.7%(2위)

매출 증가폭.

삼성전자의 D램 매출은 2023년 3분기(52억 1300만 달러), 4분기(80억 달러)로 53.5% 급증.

SK하이닉스도 3분기(46억 3400만 달러), 4분기(55억 5500만 달러)로 늘어 19% 상승

 

 

옴디아

D램 시장에서 HBM 비중은 2023년 9%, 2024년 18%로 두 배 이상 늘어날 것.

2023년 HBM 시장에서 SK하이닉스의 점유율은 53%, 시장 우위를 점할 것. 삼성전자(38%), 마이크론(9%)

 

미국 엔비디아 새 그래픽처리장치(GPU) 출시를 앞두고 D램 반도체 3개사의 고대역폭메모리(HBM) 경쟁이 본격 시작

 

엔비디아의 주력 GPU인 H100에는 4세대 제품(HBM3)이 사용, SK하이닉스가 경쟁사보다 양산 시점을 9개월가량 앞서며 주도권을 가져갔다.

 

엔비디아가 2024년 상반기에 내놓는 H200에는 5세대(HBM3E)가 들어가고 D램 3사가 비슷한 시기에 개발에 성공하면서 HBM의 수율(收率‧생산품에서 정상 제품 비율)이 승패를 가르는 승부처로 떠올랐다.

 

엔비디아는 미국 캘리포니아주 새너제이 SAP 센터 등에서 'AI 개발자 콘퍼런스(GTC 2024)'를 연다.

엔비디아는 AI용 최신형 GPU H200을 선보일 것으로 예상.

 

미국 반도체 업체 마이크론은 3월 26일 HBM3E 양산 소식을 알리며 "H200에 쓰일 것"이라고 예고.

 "GTC 2024에 참석해 AI 메모리 솔루션과 로드맵을 알리겠다"

 

HBM, 일반 D램 6배 가격이지만 불량률도 높아

 

HBM은 D램을 수직으로 쌓아 저장 용량과 속도를 획기적으로 개선한 반도체다. 

단순 계산을 대규모로 처리해 답을 내는 생성형 AI 특성상 병렬 연산에 안성맞춤인 GPU가 필요 

HBM은 연산에 필요한 각종 정보를 GPU에 보내주고 결과값을 받아 다시 저장하는 데 특화.

일반 D램과 비교해 최대 6배 비싸지만 기술 난도가 높아 수율이 낮다.

 

일반 D램 수율은 80~90%, HBM 수율 최대 60% 선

HBM 10개를 만들면 4개는 버려야 한다는 뜻이다.

HBM 수율이 일반 D램에 비해 낮은 건 크게 두 가지 과정을 거치면서다.

D램을 얇게 깎아 하나로 붙이는 과정(본딩 공정)과 이 반도체들을 하나로 연결하는 구멍을 뚫는 과정(실리콘관통전극‧TSV 공정)이다.

반도체 업계에서는 특히 겹겹이 쌓은 D램 사이에서 발생하는 열을 빠져나갈 수 있게 하는 본딩 기술력을 HBM 수율을 높이는 핵심으로 보고 있다.

 

SK하이닉스는 액체 접착제를 D램 사이에 넣어 굳히는 방식인 '매스 리플로우 몰디드 언더필(MR-MUF)' 선택, 발열 문제를 잡았다.

 

삼성전자는 여러 접착제를 합친 테이프를 만들어 D램에 붙여 녹이는 '열압착 비전도성 접착 필름(NCF)'을 선택.

반도체 업계는 HBM 본딩 방식이 두 기업의 수율을 좌우했을 것으로 본다.

13일 로이터는 여러 증권사 애널리스트를 통해 "SK하이닉스의 HBM3 수율은 60~70%, 삼성전자의 HBM3 수율은 10~20%"라고 전했다. 로이터는 이 때문에 삼성전자가 최근 SK하이닉스의 본딩 방식을 택했고 관련 장비도 주문했다고 보도했지만 삼성전자는 곧바로 "도입할 계획이 없다"고 부인했다. 이어 "HBM3 관련 안정적 수율을 확보했다"고 반박했다.

 

 

출처

 

막 오른 고대역폭메모리 ‘HBM’ 경쟁...“불량률 줄여야 시장 잡는다” | 한국일보

 

"SK HBM 잘나간다는데"…D램 시장, 삼성이 펄펄 나는 이유