追趕SK海力士，三星、美光搶進(jìn)HBM3E

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃晶晶）新型存儲(chǔ)HBM隨著AI訓(xùn)練需求的攀升顯示出越來越重要的地位。從2013年SK海力士推出第一代HBM來看，HBM歷經(jīng)HBM1、HBM2、HBM2E、HBM3、HBM3E共五代產(chǎn)品。對(duì)于HBM3E，SK海力士預(yù)計(jì)2023年底前供應(yīng)HBM3E樣品，2024年開始量產(chǎn)。8層堆疊，容量達(dá)24GB，帶寬為1.15TB/s。

近日，三星電子也更新了HBM3E的進(jìn)展。據(jù)韓媒報(bào)道，三星電子已確認(rèn)將其第五代HBM3E產(chǎn)品命名為“Shinebolt”，并正在向客戶公司發(fā)送HBM3E產(chǎn)品Shinebolt原型機(jī)進(jìn)行質(zhì)量認(rèn)可測(cè)試。Shinebolt為8層堆疊的24GB芯片，帶寬比HBM3高出約 50%，達(dá)到1.228TB/s。另外，后續(xù)還有12層堆疊的36GB產(chǎn)品開發(fā)。

而美光首席執(zhí)行官Sanjay Mehrotra透露，美光計(jì)劃于2024年初開始大量出貨HBM3E。美光HBM3E目前正在進(jìn)行英偉達(dá)認(rèn)證，首批HBM3E采用8-Hi設(shè)計(jì)，提供24GB容量和超過1.2TB/s帶寬。計(jì)劃于2024年推出超大容量36GB 12-Hi HBM3E堆疊。



HBM3E的推出是為了配合應(yīng)用于2025年NVIDIA推出的GB100。此前SK海力士一直在HBM市場(chǎng)份額上處于領(lǐng)先，不過三星、美光也開始了追趕，三家在HBM3E上的堆疊、容量、帶寬等都比較接近，將不可避免地進(jìn)行交鋒。

HBM的制造技術(shù)也在產(chǎn)品迭代中得以進(jìn)步。HBM的堆疊主要采用硅通孔 (TSV) 鍵合。資料顯示，TSV不采用傳統(tǒng)的布線方法來連接芯片與芯片，而是通過在芯片上鉆孔并填充金屬等導(dǎo)電材料以容納電極來垂直連接芯片。制作帶有TSV的晶圓后，通過封裝在其頂部和底部形成微凸塊，然后連接這些凸塊。由于 TSV 允許凸塊垂直連接，因此可以實(shí)現(xiàn)多芯片堆疊。

粘合工藝是HBM的關(guān)鍵制造步驟，TSV倒裝芯片接合方法通常使用基于熱壓的非導(dǎo)電薄膜 (TC-NCF)。三星從HBM生產(chǎn)的早期階段就一直采用熱壓縮非導(dǎo)電薄膜 (TC-NCF) 方法。近來三星優(yōu)化其非導(dǎo)電薄膜（NCF）技術(shù)，以消除芯片層之間的間隙并最大限度地提高熱導(dǎo)率。

SK 海力士從HBM3開始采用的先進(jìn)大規(guī)?；亓鞒尚偷撞刻畛?(MR-MUF) 工藝，可以減少堆疊壓力并實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)。由于采用MR-MUF技術(shù)，2023年4月SK hynix 開發(fā)了其12層HBM3。

根據(jù)SK海力士官網(wǎng)介紹，MR-MUF是將半導(dǎo)體芯片堆疊后，為了保護(hù)芯片和芯片之間的電路，在其空間中注入液體形態(tài)的保護(hù)材料，并進(jìn)行固化的封裝工藝技術(shù)。與每堆疊一個(gè)芯片時(shí)鋪上薄膜型材料的方式相較，工藝效率更高，散熱方面也更加有效。

對(duì)于更先進(jìn)的HBM封裝，SK海力士、三星都在加速開發(fā)混合鍵合工藝。

根據(jù)SK海力士官網(wǎng)介紹，混合鍵合（Hybrid Bonding）技術(shù)采用Cu-to-Cu（銅-銅）鍵合替代焊接。Cu-to-Cu（Copper-to-Copper, 銅-銅）鍵合作為封裝工藝的一種混合鍵合方法，可在完全不使用凸塊的情況下將間距縮小至10微米及以下。當(dāng)需要將封裝內(nèi)的die相互連接時(shí)，可在此工藝中采用銅-銅直接連接的方法。如下圖第一排第三張示意圖。



混合鍵合技術(shù)可以進(jìn)一步縮小間距，同時(shí)作為一種無間隙鍵合（Gapless Bonding）技術(shù)，在芯片堆疊時(shí)不使用焊接凸塊（Solder Bump），因此在封裝高度上更具優(yōu)勢(shì)。

此前SK海力士推出的HBM2E，采用混合鍵合成功堆疊1個(gè)基礎(chǔ)芯片和8個(gè)DRAM芯片。而為了推進(jìn)HBM4產(chǎn)品的開發(fā)，三星電子正計(jì)劃采用針對(duì)高溫?zé)崽匦詢?yōu)化的非導(dǎo)電粘合膜（NCF）組裝與混合鍵合（HCB）等技術(shù)。