存储行业报告：HBM（20页）

行业报告下载 2024年06月03日 09:25 管理员

HBM 核心技术在于硅通孔技术（TSV）和堆叠键合技术。硅通孔：TSV(Through-Silicon Via) 是一种能让 3D 封装遵循摩尔定律演进的互连技术，芯片与芯片之间（Chip to Chip）、芯片与晶圆之间（Chip to Wafer）、晶圆与晶圆之间（Wafer to Wafer）实现完全穿孔的垂直电气连接，可像三明治一样堆叠晶片。这些垂直连接可用于互连多个芯片、存储器、传感器和其他模块，硅通孔互连赋予了各种 2.5D/3D 封装应用和架构芯片纵向维度的集成能力，以最低的能耗/性能指标提供极高的性能和功能，以打造更小更快更节能的设备。通过更薄的硅芯片缩短互连长度和短垂直连接，有助于减少芯片的整体面积和功耗、将信号传播延迟减少几个数量级。同时可以实现异构集成，将来自不同技术和制造商的多个芯片组合到一个封装中，从而使它们能够提供更好的功能和性能。这使其非常适合用于不同的高速应用，如数据中心、服务器、图形处理单元 (GPU)、基于人工智能 (AI) 的处理器和多种无线通信设备。堆叠键合技术：在 HBM 产品开发之初，HBM 主要采用“TSV+Bumping”+TCB 键合方式堆叠（TSV 一般由晶圆厂完成，封测厂可在堆叠环节进行配套）。其中，热压键合主要用于创建原子级金属键合，它利用力和热量来促进原子在晶格之间迁移，从而形成清洁、高导电性和坚固的键合。通常，TCB 被用于垂直集成器件的 CMOS 工艺、金引线和表面之间固态键合的顺应键合（compliant bonding）、用于将芯片凸块键合到基板的倒装芯片应用以及用于连接微型组件的热压键合。随着层数变高，晶片会出现翘曲和发热等因素，但又要满足 HBM 芯片的标准厚度——720 微米（μm），这就对封装工艺提出较高要求。三星采用 TC-NCF 焊接法，在 DRAM 之间夹上一层不导电的粘合剂薄膜 (NCF)，然后进行热压，但随着堆叠层数的增加散热效率很差，TCB 不再满足需求，但 TCB 技术仍有着一定的优势，如其解决了标准倒装芯片的基板翘曲问题。同时，这种键合方式确保均匀粘合，没有间隙变化或倾斜；而且这种粘合几乎没有空隙，也没有污染。海力士从 HBM2e 开始放弃了 TC-NCF 工艺，改用批量回流模制底部填充（MR-MUF）工艺，即芯片之间用液态环氧模塑料作为填充材料，导热率比TC-NCF中的导热率高出2倍左右，实现了更低的键合应力和更优的散热性能，这无论对于工艺速度，还是良率等都有很大影响。预计海力士 HBM3e 将采用改进的 MR-MUF 工艺，进一步降低键合应力，提升散热性能，增加堆叠层数。

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