삼성전자가 12일 충남 아산 온양캠퍼스에서 차세대 고대역폭메모리(HBM) 패키징 전용 '온양 5라인(5공장)' 착공식을 개최했다.
삼성전자는 폭발적으로 늘어나는 인공지능(AI) 서버용 메모리 수요에 적기 대응하기 위해 충남도·아산시의 패스트트랙 인허가 지원(소요 기간 3분의 1 단축)에 힘입어 건설 공기를 당초 계획보다 1년 앞당겨 '2028년 6월 가동'이라는 공격적인 목표를 제시했다. 35년간 범용 메모리 조립과 테스트(검사)를 도맡아온 '전통의 구공정(레거시) 기지'를 단기간에 최첨단 패키징 전초기지로 환골탈태시켜 HBM 시장 주도권을 되찾겠다는 승부수다.
이날 착공식에서 이재용 삼성전자 회장은 “더 큰 책임감을 갖고 대체불가 대한민국의 성공 신화를 위해 충청권 메가 프로젝트를 적극 추진하겠다”고 강조했다. 전영현 삼성전자 디바이스솔루션(DS)부문장(대표이사 부회장) 역시 현황 보고에서 “협력사와 함께 온양과 천안을 잇는 반도체 생산 기반을 강화해 충청권을 세계 최고의 최첨단 패키징 글로벌 메카로 육성하겠다”고 선언했다.
첫 단계로 베일을 벗은 온양 5라인은 3개 층, 클린룸 연면적 9400평(약 3만1000㎡) 규모로 지어진다. 그동안 삼성전자 후공정 인프라는 웨이퍼레벨패키징(WLP) 등 첨단 공정을 맡는 천안캠퍼스와 노후 라인 위주로 일반 D램·낸드플래시를 자르고 기판에 얹는 온양캠퍼스로 이원화돼 있었다.
삼성전자가 구공정 기지였던 온양을 차세대 HBM 거점으로 전격 격상시킨 배경에는 천안캠퍼스의 물리적 포화가 자리 잡고 있다. 급증하는 HBM 수요에 맞춰 천안 내 기존 설비를 개조(리트로핏)하고 유휴 공간을 모두 회수했음에도 부지 한계에 봉착하자, 충청권 반도체 투자액(총 60조원)의 대부분을 온양에 쏟아붓는 결단을 내렸다.
온양캠퍼스에는 6조원 규모 신규 패키징 팹 건설을 시작으로 향후 총 40조원 규모의 최첨단 후공정 장비 투자가 순차적으로 단행된다. 평택·기흥 등 전공정 팹과 인접해 웨이퍼 이송 시간과 개발 피드백 주기를 줄일 수 있다는 입지적 강점도 고려됐다.
온양의 '첨단 기지화'가 갖는 핵심 목적은 HBM 점유율 반등 흐름을 확고히 굳히는 데 있다. 카운터포인트리서치에 따르면 올해 2분기 글로벌 HBM 매출 점유율은 SK하이닉스 50%, 삼성전자 33%, 마이크론 17% 수준(반올림 18%)을 기록했다. 삼성전자는 1년 전(15%) 대비 점유율을 두 배 이상 끌어올렸지만 선두와 격차는 여전하다.
특히 다가오는 HBM4(6세대) 이후 세대부터는 과거 범용 메모리를 다루던 구공정 라인의 단순 개조만으로는 대응 자체가 불가능하다. 적층 단수가 12단에서 16단으로 높아지고 베이스 다이에 파운드리 로직 공정이 적용되면서 패키징 난도가 급증하기 때문이다. 칩 휘어짐과 미세 범프 간격 문제를 해결하려면 '플럭스리스 열압착(TC) 본딩'이나 범프 없이 구리를 직접 맞붙이는 '하이브리드 본딩' 도입이 필수적이다. 이는 미세 먼지 유입을 극도로 통제하는 전공정 웨이퍼 팹 수준의 초고청정 클린룸을 요구한다. 삼성전자가 온양에 40조원에 달하는 천문학적 장비 투자를 예고하며 전용 팹을 원점(Greenfield)부터 새로 짓는 이유다.
글로벌 AI 가속기 공급망 병목과 생태계 확장도 온양의 체질 개선을 뒷받침한다. 2.5D 패키징 시장을 주도하는 TSMC의 'CoWoS' 캐파 부족이 지속되는 상황에서, 온양 5라인이 차세대 HBM 단품 양산을 전담 흡수하면 그동안 HBM과 2.5D 패키징(I-Cube) 설비가 혼재됐던 천안캠퍼스의 공간 여유가 확보된다. 천안을 파운드리 연계형 2.5D 패키징에 집중시켜 빅테크를 상대로 메모리와 로직 패키징을 묶어 제안하는 '턴키(일괄 생산)' 협상력을 높일 수 있다. 이에 발맞춰 대덕전자를 비롯한 국내 반도체 소부장 기업 66개사도 충청권에 4조4000억원 규모의 동반 투자를 진행·준비하며 후공정 생태계 집적화에 속도를 내고 있다.
업계에서는 구공정 기지에서 첨단 패키징 허브로 간판을 바꿔 단 온양 5라인의 최종 성패가 '초기 수율 안정화 속도'에 달렸다고 입을 모은다. HBM은 적층 칩 중 하나만 불량이 나도 패키지 전체를 폐기해야 해 본딩 수율이 원가 경쟁력에 직결된다. 조기 가동 목표 시점인 2028년 6월까지 본딩 수율 곡선을 얼마나 빠르게 정상 궤도에 올려놓느냐가 삼성전자의 HBM 선두 탈환을 가를 핵심 분수령이 될 전망이다.
이형두 기자 dudu@etnews.com
