쿨스, Rubin Ultra 4-GPU 단일 인터포저 살릴 '초대형 저워피지 접합기술' 개발

반도체 접합기술 기업 주식회사 쿨스가 엔비디아 Rubin Ultra의 4-GPU 단일 인터포저 구현을 위한 초대형 저워피지 접합기술 개발을 완료했다고 10일 밝혔다.

접합 전에 고강성 리드를 결합해 초대형 패키지를 평탄하게 구속하고, 서멀클러치로 접합계면만 빠르게 가열·냉각하는 기술이다. 이 기술로 180×70㎜급 초대형 패키지의 가열·냉각 시간을 10초 이내로 줄이고 접합 후 워피지를 0.1㎜ 이하로 억제했다고 쿨스는 설명했다.

Rubin Ultra의 초기 구상은 4개의 GPU와 16개의 HBM4E를 하나의 초대형 CoWoS-L 패키지에 집적하는 구조였다. 그러나 제조 실행과 패키지 수율 문제로 4-다이 패키지가 2-다이 구조로 축소됐다는 보도가 이어졌다. 업계에서는 대형 인터포저를 ABF 기판에 접합할 때 발생하는 워피지가 핵심 원인 중 하나로 지목된다. 패키지가 커질수록 인터포저와 기판의 열팽창 차이가 누적돼 기존 오븐 리플로우만으로는 평탄한 접합면을 유지하기 어렵다.

쿨스의 첫 번째 해법은 고강성 리드다. 접합이 끝난 뒤 리드를 부착하는 기존 방식과 달리, 접합 전에 고강성 리드를 결합해 패키지 전체를 평탄하게 구속한 상태에서 인터포저와 기판을 압착 접합하고 솔더가 완전히 응고할 때까지 가압을 유지한다. 휘어진 패키지를 사후 교정하는 것이 아니라 처음부터 휘지 못하게 붙들고 접합하는 방식이다.

다만 고강성 리드는 두껍고 열용량이 커 일반 TCB로는 가열·냉각에만 1분 이상이 걸린다. 워피지를 잡는 대신 양산 생산성이 떨어지는 구조다. 두 번째 핵심기술인 서멀클러치가 이 병목을 해결한다. 가열 시에는 본드헤드의 열이 냉각부로 빠져나가지 않도록 열경로를 차단해 접합계면을 빠르게 승온하고, 접합이 끝나면 즉시 열경로를 냉각측으로 전환해 리드와 접합부의 열을 배출한다. 냉각 중에도 가압을 유지해 솔더가 응고하는 구간까지 패키지를 평탄하게 붙든다.

쿨스는 TSMC가 최근 공개한 초대형 CoWoS-L 접합구조가 자사 선행 출원 특허에 저촉될 가능성이 크다고 보고 있다. 접합 전 고강성 리드 결합, 대면적 패키지의 평탄 구속, 솔더 응고까지의 가압 유지라는 핵심 구조와 공정 순서가 직접 겹친다는 판단이다.

조진현 쿨스 대표는 "TSMC가 적용한 것으로 보이는 고강성 리드와 TCB의 결합은 쿨스가 선행 개발하고 특허화한 방향과 핵심 구조가 겹친다"며 "쿨스는 여기에 서멀클러치를 결합해 오븐 리플로우를 제거하고 초대형 패키지의 워피지와 생산성 문제를 동시에 해결했다"고 말했다.

조 대표는 4-GPU 단일 인터포저와 2-GPU 패키지 두 개의 차이를 포커에 비유하면서 "4-GPU 단일 인터포저는 포카드이고 2-GPU 패키지 두 개는 투페어"라며 "카드가 네 장으로 같아도 패의 가치가 다르듯, GPU 수가 같더라도 시스템 통합 수준에 따라 성능의 차원이 달라진다"고 설명했다.

쿨스는 TSMC에 기술구성 확인과 라이선스 협의, 초대형 저워피지 접합장비의 공동평가를 제안할 방침이다. 아울러 277건의 IP 포트폴리오를 기반으로 180×70㎜급 초대형 저워피지 접합장비의 사업화를 추진하고, 적용 대상을 삼성전자와 SK하이닉스, 글로벌 OSAT의 차세대 AI 패키지로 확대할 계획이다.