来源:半导体行业观察
三星电子和 SK 海力士在引入混合键合技术以实现下一代高带宽存储器 (HBM) 方面面临着日益严峻的挑战。
这是因为对该技术关键优势(例如“减薄”和 “增强散热性能”) 的需求有所下降。然而,业内人士预测,随着HBM I/O(输入/输出端子)数量的急剧增加,混合键合技术的需求将会再次出现。
据业内人士6日透露, 混合键合技术在下一代HBM上的全面应用可能会比预期有所延迟。 尽管最初预测混合键合技术可以从HBM4开始应用,但由于技术难题,这一预测未能实现。
三星电子和SK海力士等主要存储器公司一直在持续进行研发,力求将下一代封装技术——混合键合技术应用于HBM。目前HBM量产所采用的键合技术是热压键合(TCB)。这种结构是将称为凸点的微小突起和作为支撑的底部填充材料放置在DRAM芯片之间,并通过加热和加压的方式进行键合。
混合键合技术直接连接每个DRAM的铜线。由于无需使用凸点,它有助于减小HBM的整体厚度,并改善散热性能和电源效率。此外,它还允许更密集地连接I/O(输入/输出)端子,这些端子作为HBM内部的数据传输通道。
最初,人们预期三星电子和SK海力士等公司会在HBM4上应用混合键合技术,但他们最终还是采用了现有的热压键合技术。目前有预测称,混合键合技术可能会从16层HBM4E开始应用。预计应用时间已被推迟。
业内也有人认为,混合键合技术的引入可能会进一步推迟。这是因为人们对混合键合优势(例如减小HBM厚度和改善散热性能)的需求正在下降。
关于HBM厚度,行业标准正逐步放宽。最初,HBM标准厚度为720微米,直至HBM3E(第五代HBM),但随着HBM4的推出,厚度增加至775微米。这主要是由于HBM4的DRAM层数从原有的8层和12层增加到12层和16层。
据报道,联合电子器件工程委员会(JEDEC)正在讨论放宽下一代HBM(例如HBM5,其堆叠20层)的厚度标准,从900微米提高到最大1000微米。如果厚度标准放宽,则无需再将DRAM层间距缩小到极致,从而减轻键合技术的负担 。
来自英伟达等主要客户对高堆叠 HBM 的需求滞后也是一个影响因素。
A解释说:“目前,客户和内存制造商之间并没有积极讨论16层HBM的问题。”他补充道:“就目前而言,即使在HBM4E中,12层产品也极有可能被用作主要产品。”
混合键合去除了导热系数低的底部填充材料,这也有利于提高 HBM 的散热特性。
然而,三星电子和SK海力士最近研发出一种能够以不同方式增强HBM散热性能的技术。其关键在于在HBM旁边放置一个独立的散热组件。三星电子称之为热通道模块(HPB),而SK海力士则称之为iHBM(ICE HBM)。两家公司目前正在测试这项技术在HBM5上的应用。
B表示:“由于在HBM核心芯片附近实现散热元件在技术上并不困难,因此我不认为会有任何商业化障碍。”他还补充道:“对于存储器公司来说,这是一个稳定的选择。”
尽管如此 ,三星电子和SK海力士预计仍将继续进行混合键合技术的研究和开发。这是因为随着下一代HBM芯片I/O数量的增加和密度的提高,混合键合技术的应用将更具优势。
例如,HBM4 采用了 2048 个 I/O 端口,是上一代 HBM3E 的两倍。在这种情况下,内部 HBM 之间的间距必须显著缩小。由于热导键合技术会导致凸点熔化并横向扩散,因此很难进一步增加 I/O 端口的数量。
一位封装行业人士C表示:“从中长期来看,有讨论认为从HBM5E开始,I/O数量将再次翻倍,达到4096个。在这种情况下,由于I/O间距非常窄,因此必须采用混合键合技术。”