電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）作為存儲行業(yè)當(dāng)下的新寵，HBM在AI的推動下，已經(jīng)陷入了前所未有的市場狂熱。最大的噱頭自然是產(chǎn)能之爭，比如SK海力士表示明年的HBM芯片產(chǎn)能已經(jīng)基本賣完了，臺積電今明兩年的CoWoS先進(jìn)封裝產(chǎn)能也基本被巨頭承包了，訂單能見度已經(jīng)從2027年延長至2028年。

對于存儲大廠而言，這無疑是難能可貴的市場機(jī)遇，為了抓住這個(gè)機(jī)遇，他們也在加緊產(chǎn)能擴(kuò)張，但除了產(chǎn)能上的競爭外，其HBM芯片本身的堆疊封裝技術(shù)也決定了HBM的容量與性能，對訂單產(chǎn)生了一定影響。

SK海力士－回流焊提高產(chǎn)能

過去，HBM DRAM芯片堆疊往往采用預(yù)填充絕緣膜的方式，借助韓美半導(dǎo)體等廠商提供的熱壓縮設(shè)備實(shí)現(xiàn)TC鍵合。通過在DRAM芯片之間放置一層NCF絕緣膜，通過熱壓縮（TC）使焊料熔化與凸點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)。

但這種傳統(tǒng)的封裝方式存在不少局限性，首先考慮到DRAM的厚度，如果出現(xiàn)研磨不均勻的情況，就會使得應(yīng)力發(fā)生變化，從而出現(xiàn)彎曲等缺陷。同時(shí)，TC-NCF是一個(gè)對每個(gè)芯片施加壓力的過程，所以不可能一次性實(shí)現(xiàn)多芯片的堆疊。

與此同時(shí)，為了在保持厚度的同時(shí)增加HBM容量，也就是垂直堆疊更多DRAM芯片，就勢必需要減薄DRAM芯片40%，但這也會帶來芯片本身容易彎曲等問題。為此，SK海力士先進(jìn)封裝開發(fā)團(tuán)隊(duì)自研了一種先進(jìn)MR-MUF（批量回流模制底部填充）技術(shù)，并在HBM2e以上的產(chǎn)品中廣泛使用。

借助合作伙伴日本納美仕提供的環(huán)氧樹脂模塑料（EMC）芯片封裝用填充膠，在模塑過程中將其作為液體底部填充材料和散熱，不必?fù)?dān)心熱量和應(yīng)力對凸點(diǎn)造成影響，可以一次性形成多芯片間的焊點(diǎn)，同時(shí)具有高導(dǎo)熱性，據(jù)SK海力士強(qiáng)調(diào)，這種先進(jìn)MR-MUF技術(shù)，相比過去傳統(tǒng)的MR-MUF技術(shù)效率提高三倍，散熱能力提高了近2.5倍。

三星-TC-NCF與混合鍵合技術(shù)

在HBM3時(shí)代，SK海力士一直牢牢占據(jù)著第一的位置，這并非毫無來由，畢竟三星和美光兩家廠商主要還是在使用TC-NCF的傳統(tǒng)方案。據(jù)透露，三星的HBM3芯片良率只有10%到20%，而SK海力士的良率已經(jīng)達(dá)到60%到70%。為此，三星也在竭力追趕，推進(jìn)更大容量的HBM。今年2月底，三星發(fā)布了業(yè)內(nèi)首個(gè)36GB的HBM3E 12H DRAM。

通過12層DRAM芯片堆疊，三星將其性能和容量均提升了50%。為了解決與8層標(biāo)準(zhǔn)HBM封裝高度相同的要求，同時(shí)避免芯片彎曲，三星采用的也是SK海力士過去所用的熱壓縮絕緣薄膜的技術(shù)。不過很明顯他們通過進(jìn)一步降低NCF薄膜的厚度，實(shí)現(xiàn)更高層數(shù)的DRAM芯片堆疊。

但此前提到的TC-NCF技術(shù)劣勢依然存在，尤其是在效率上。因此除了TC-NCF技術(shù)外，三星還準(zhǔn)備了另外一條技術(shù)路線，也就是混合鍵合技術(shù)。混合鍵合技術(shù)采用Cu-Cu鍵合來替代HBM內(nèi)部的焊料，從而實(shí)現(xiàn)更窄的間隙，這樣即便是16層HBM，也可以采用更厚的DRAM芯片。

在近日舉辦的KMEPS會議上，三星宣布已經(jīng)采用混合鍵合技術(shù)生產(chǎn)了16層HBM3的樣品，不過在HBM4上的量產(chǎn)仍需要一定時(shí)間，他們還需要進(jìn)一步改善這一技術(shù)的良率。

SK海力士也不例外，他們同樣認(rèn)為混合鍵合技術(shù)會是未來HBM提高密度和性能的關(guān)鍵，畢竟隨著凸點(diǎn)數(shù)量、I/O引腳數(shù)量的增加，凸點(diǎn)間隙越來越窄，NUF填充膠能否穿透凸點(diǎn)也會成為問題。所以在未來的HBM4上，SK海力士也計(jì)劃采用混合鍵合技術(shù)。

寫在最后

不過考慮到設(shè)備、材料和封裝技術(shù)尚不成熟，同時(shí)JEDEC將12層和16層HBM4的厚度規(guī)范放寬至775mm，混合鍵合技術(shù)的普及還需要一定時(shí)間，或許HBM廠商在HBM4上會繼續(xù)沿用上一代的封裝方案。