產能之外，HBM先進封裝的競爭

電子發燒友網報道（文/周凱揚）作為存儲行業當下的新寵，HBM在AI的推動下，已經陷入了前所未有的市場狂熱。最大的噱頭自然是產能之爭，比如SK海力士表示明年的HBM芯片產能已經基本賣完了，臺積電今明兩年的CoWoS先進封裝產能也基本被巨頭承包了，訂單能見度已經從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遇，為了抓住這個機遇，他們也在加緊產能擴張，但除了產能上的競爭外，其HBM芯片本身的堆疊封裝技術也決定了HBM的容量與性能，對訂單產生了一定影響。

SK海力士－回流焊提高產能

過去，HBM DRAM芯片堆疊往往采用預填充絕緣膜的方式，借助韓美半導體等廠商提供的熱壓縮設備實現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）使焊料熔化與凸點發生反應。

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

與此同時，為了在保持厚度的同時增加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海力士先進封裝開發團隊自研了一種先進MR-MUF（批量回流模制底部填充）技術，并在HBM2e以上的產品中廣泛使用。

借助合作伙伴日本納美仕提供的環氧樹脂模塑料（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，不必擔心熱量和應力對凸點造成影響，可以一次性形成多芯片間的焊點，同時具有高導熱性，據SK海力士強調，這種先進MR-MUF技術，相比過去傳統的MR-MUF技術效率提高三倍，散熱能力提高了近2.5倍。

三星-TC-NCF與混合鍵合技術

在HBM3時代，SK海力士一直牢牢占據著第一的位置，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的傳統方案。據透露，三星的HBM3芯片良率只有10%到20%，而SK海力士的良率已經達到60%到70%。為此，三星也在竭力追趕，推進更大容量的HBM。今年2月底，三星發布了業內首個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層標準HBM封裝高度相同的要求，同時避免芯片彎曲，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。不過很明顯他們通過進一步降低NCF薄膜的厚度，實現更高層數的DRAM芯片堆疊。

但此前提到的TC-NCF技術劣勢依然存在，尤其是在效率上。因此除了TC-NCF技術外，三星還準備了另外一條技術路線，也就是混合鍵合技術?；旌湘I合技術采用Cu-Cu鍵合來替代HBM內部的焊料，從而實現更窄的間隙，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，三星宣布已經采用混合鍵合技術生產了16層HBM3的樣品，不過在HBM4上的量產仍需要一定時間，他們還需要進一步改善這一技術的良率。

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

寫在最后

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