하이브리드 본딩과 플립칩의 차이
두 기술 모두 다이와 다이, 또는 다이와 기판을 전기적으로 연결하는 실장 기술이지만 접합 원리와 달성할 수 있는 연결 밀도가 근본적으로 다릅니다. 하이브리드 본딩은 소니가 2016년 적층형 CMOS 이미지 센서에서 구리끼리 직접 잇는 접합을 양산에 처음 적용한 이후, 3D 로직 적층과 차세대 HBM으로 범위가 넓어지고 있습니다.
결론
하이브리드 본딩과 플립칩의 가장 큰 차이는 범프의 유무입니다. 플립칩은 칩을 뒤집어 솔더 범프로 기판이나 다른 칩에 붙이는 성숙한 기술입니다. 하이브리드 본딩은 범프 없이, 매끈하게 연마한 두 면의 절연막을 붙이고 열처리로 그 속의 구리 전극끼리 직접 잇습니다. 접속 피치를 수 μm 이하로 줄일 수 있어 연결 밀도가 크게 높아지며, 3D 적층 칩에서 쓰임이 넓어지고 있습니다.
비교표
| 항목 | 하이브리드 본딩 | 플립칩 본딩 |
|---|---|---|
| 접합 방식 | 절연막끼리 붙인 뒤 열처리로 Cu–Cu 직접 접합(범프 없음) | 솔더 범프(마이크로범프)를 녹여 접합 |
| 접속 피치 | 수 μm 이하 | 수십~100μm대(마이크로범프는 수십 μm) |
| 연결 밀도 | 플립칩보다 자릿수가 다르게 높음 | 상대적으로 낮음 |
| 공정 요구 | CMP로 매우 평탄한 표면, 파티클이 거의 없는 환경 | 성숙한 공정, 수율 관리가 쉬움 |
| 비용 | 높음 | 낮음 |
| 주 용도 | 적층형 이미지 센서, 3D 로직 적층(TSMC SoIC 등), 차세대 HBM 후보 | CPU·GPU의 기판 실장, 일반 패키지, 현재 HBM의 칩 간 연결(마이크로범프) |
| 주요 장비 | EV그룹, 도쿄일렉트론(TEL), 쥐스 마이크로텍(웨이퍼 대 웨이퍼), 베시(칩 대 웨이퍼) | 베시, ASMPT, 쿨리케앤소파, 한미반도체(TC 본더) |
하이브리드 본딩이 필요해진 배경
AI·HPC용 칩은 칩과 칩 사이를 오가는 데이터가 폭증하면서 연결 개수가 성능을 좌우하게 되었습니다. 솔더 범프는 녹아서 퍼지는 성질 때문에 피치를 줄이는 데 한계가 있습니다. 하이브리드 본딩은 범프를 없애고 구리 전극을 직접 잇기 때문에 같은 면적에 훨씬 많은 연결을 만들 수 있고, 칩 사이 간격도 사실상 없어져 적층 높이를 낮출 수 있습니다.
HBM과 본딩 기술
현재 양산되는 HBM은 DRAM 칩 사이를 마이크로범프로 잇고, 열압착(TC) 본더로 칩을 하나씩 쌓습니다. SK하이닉스는 칩 사이를 액상 보호재로 채우는 MR-MUF, 삼성전자는 비전도성 필름을 쓰는 TC-NCF 방식을 써 왔습니다. 적층 단수가 16단 이상으로 늘고 전체 높이 제한은 그대로이면 칩 사이 간격을 더 줄여야 하므로, 하이브리드 본딩이 차세대 HBM의 유력한 후보로 거론됩니다.
플립칩이 계속 쓰이는 이유
하이브리드 본딩은 성능이 높은 대신 나노미터 수준의 평탄도와 매우 깨끗한 접합 환경이 필요하고 비용이 큽니다. CPU를 패키지 기판에 붙이는 일반적인 실장에서는 플립칩으로 충분한 성능이 나오고, 비용·수율·양산성에서 크게 유리합니다. 대부분의 반도체 제품에서는 앞으로도 플립칩이 주류일 것입니다.
자주 묻는 질문
하이브리드 본딩을 처음 양산한 곳은 어디인가요?
소니가 2016년 적층형 CMOS 이미지 센서에서 픽셀 칩과 로직 칩의 구리 전극을 직접 잇는 접합을 양산에 적용한 것이 대표적인 첫 사례로 알려져 있습니다.
TC 본더란 무엇인가요?
열과 압력을 가해 칩을 한 장씩 정밀하게 붙이는 열압착(Thermo-Compression) 본딩 장비입니다. HBM 적층에 쓰이며, 한국의 한미반도체가 주요 공급사 중 하나입니다.
웨이퍼 대 웨이퍼와 칩 대 웨이퍼 본딩은 어떻게 다른가요?
웨이퍼 대 웨이퍼(W2W)는 웨이퍼 두 장을 통째로 붙이는 방식으로 이미지 센서와 3D NAND 등에 쓰입니다. 칩 대 웨이퍼(D2W)는 양품 칩만 골라 웨이퍼 위에 붙이는 방식으로, 크기가 다른 칩을 조합하는 칩렛·3D 로직에 쓰입니다.
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출처
- TSMC-SoIC（TSMC）
- ファインピッチフリップチップ実装に用いるバンプ構造の検討（エレクトロニクス実装学会）
최종 업데이트: 2026년 10월 27일