도쿄과학대, 범프 없는 'BBCube' 공개… AI 반도체 대역폭 16배 확대

도쿄과학대 WOW 아라이언스 연구진이 기존 미세 금속 범프를 배제하고 실리콘 관통 전극으로 칩을 수직 결합하는 차세대 패키징 기술 '비비큐브'를 공개해 동일 면적 내 신호 대역폭을 16배 늘리고 방열 저항을 52% 낮추는 데 성공했다. 유레카얼러트는 2026년 8월 13일(현지시각) 이 기술이 전자부품기술학회에서 발표됐다고 보도했다.

2026년 AI 설비투자가 7910억 달러(약 1123조 2200억 원)로 늘어나는 상황에서 SK하이닉스와 삼성전자의 차세대 HBM 공정 경쟁이 한층 치열해질 전망이다.


글로벌 빅테크 기업들의 데이터센터 확충이 본격화되면서 메모리와 로직 반도체를 효율적으로 연결하는 후공정 패키징 기술이 반도체 산업의 핵심 승부처로 떠올랐다.
J.P.모건 프라이빗 뱅크에 따르면 주요 클라우드 3사의 2분기 매출은 전년 동기 대비 48% 급증했으며 수주 잔고는 1조 7000억 달러(약 2414조 원)에 달한다. 하이퍼스케일러들은 데이터센터 확대를 위해 2026년에만 1500억~2000억 달러(약 213조~284조 원) 규모의 채권을 발행하고 있다.

데이터 처리량이 급증함에 따라 기존 미세 금속 범프(Micro-bump) 방식은 패키지 두께 증가와 신호 지연, 방열 저항 상승이라는 물리적 한계에 봉착했다.


도쿄과학대 추조 노리오 특임교수와 오바 타카유키 특임교수, 키타다 히데키 연구원 공동 연구팀은 미세 금속 범프를 완전히 배제한 비비큐브 공정을 개발했다.

칩을 기판 위에 정밀하게 먼저 배치한 후 실리콘 관통 전극(Via-last TSV)을 형성하여 수직 직접 접합을 구현했다. 이 방식을 통해 칩 간 간격을 10마이크로미터 수준으로 크게 줄였다.

연구진은 제한된 면적 안에서 기존 범프 기반 설계와 동등한 신호 품질을 유지하면서 신호 대역폭을 최대 16배까지 확대할 수 있음을 입증했다. 또한 기판에 와플 형태의 열 방출 통로를 도입하여 방열 저항을 기존 장치 대비 52% 감소시켰으며, 1억 개의 분석 포인트를 활용해 칩 전체 열 분포를 1마이크로미터 해상도로 정밀 검증하는 기술도 함께 확보했다.

비비큐브 기술이 실제 양산 라인에 적용되기 위해서는 넘어야 할 기술적 과제가 명확하다. 범프 없는 직접 접합을 위해 웨이퍼 표면의 초고정밀 평탄도 제어 기술이 선결되어야 하며, TSV 형성 과정에서 발생하는 열·기계적 스트레스를 극복해 수율을 확보해야 한다. 장기 가동 시 열 피로도와 전기적 수명에 대한 신뢰성 검증도 필수적이다.

차세대 HBM과 AI 가속기를 제조하는 SK하이닉스와 삼성전자 등 국내 반도체 대기업은 차세대 초고대역폭 요구에 부응하여 범프리스 공정 도입을 적극 검토할 수 있다. 초반 기술 난이도로 양산 단가가 높게 형성되거나 수율 확보가 지연될 경우, 기존 하이브리드 본딩이나 미세 범프 피치 축소 방식이 중단기 대안으로 병행 사용될 가능성이 높다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com