2024年高帶寬存儲器行業(yè)工藝技術(shù)分析 混合鍵合有望成為HBM主流堆疊技術(shù)【組圖】

行業(yè)主要上市公司：紫光國微(002049)、太極實業(yè)(600667)、通富微電(002156)、國芯科技(688262)、長電科技(600584)、華天科技(002185)、晶方科技(603005)、江波龍(301308)等

本文核心數(shù)據(jù)：工藝分析;工藝應(yīng)用;工藝特點

1、TSV技術(shù)是HBM實現(xiàn)芯片垂直堆疊的核心工藝

高帶寬存儲器(High Bandwidth Memory，HBM)加工制造流程主要包括前端晶圓制造加工，以及后端Bumping、Stacking和KGSD測試環(huán)節(jié)。其中，相較于平面DRAM的制造流程，TSV(硅通孔)技術(shù)是HBM實現(xiàn)芯片垂直堆疊的核心工藝。

——TSV工藝定義

TSV技術(shù)是一種通過在硅芯片內(nèi)部鉆孔形成垂直貫通的電極并將多個芯片垂直3D堆疊的封裝方法。傳統(tǒng)的引線鍵合技術(shù)隨著堆疊層數(shù)和連接引腳的增加會使得布線變得愈發(fā)復(fù)雜，而TSV結(jié)合微凸點的封裝技術(shù)可以在有限垂直空間內(nèi)實現(xiàn)更大的芯片堆疊密度，促使信號傳輸路徑明顯縮短，因此可以同時達(dá)到提高帶寬和降低功耗的作用。

——TSV工藝分類

依據(jù)TSV通孔生成的階段，TSV工藝可以分為：Via-First、Via-Middle和Via-Last。

2、混合鍵合有望成為未來HBM主流堆疊技術(shù)

——MR-MUF工藝

當(dāng)前市場主流的HBM堆疊技術(shù)主要以MR-MUF工藝技術(shù)為主。MR-MUF技術(shù)主要通過回流焊將多個芯片粘合在一起，并在芯片之間使用液態(tài)EMC材料進(jìn)行間隙填充。與傳統(tǒng)TC-NCF工藝相比，MRMUF具有更高的導(dǎo)熱效率，有助于改善HBM因為堆疊層數(shù)增加而導(dǎo)致的散熱問題，以8Hi HBM為例，在2Gbps引腳速率的相同工作條件下，使用MR-MUF工藝的HBM產(chǎn)品相較TC-NCF工藝在最大結(jié)溫方面降低了14℃。

EMC(Epoxy Molding Compound，環(huán)氧樹脂模塑料)為MR-MUF主要間隙填充材料。EMC是用于半導(dǎo)體封裝的一種熱固性化學(xué)材料，由環(huán)氧樹脂作為基體，并加入各種添加劑和填充劑混合而成，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體封裝工藝中的塑封環(huán)節(jié)，屬于技術(shù)含量高、工藝難度大、知識密集型的產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)。在塑封過程中，封裝廠商主要采用傳遞成型法將環(huán)氧塑封料擠壓入模腔并將其中的半導(dǎo)體芯片包埋，在模腔內(nèi)交聯(lián)固化成型后成為具有一定結(jié)構(gòu)外型的半導(dǎo)體器件。當(dāng)前SK海力士使用MR-MUF技術(shù)時主要采用EMC進(jìn)行芯片間隙填充。

——混合鍵合工藝

混合鍵合(Hybrid Bonding)是一種先進(jìn)的封裝技術(shù)，它結(jié)合了兩種不同的鍵合技術(shù)：介電鍵合和金屬互連。這種技術(shù)采用介電材料(通常是氧化硅，SiO?)與嵌入式銅 (Cu) 焊盤結(jié)合，允許在硅晶片或芯片之間建立永久電連接，而無需焊料凸塊，這種無凸塊方法通過減少信號損耗和改善熱管理來提高電氣性能?？紤]到高帶寬存儲需求持續(xù)增長對芯片堆疊層數(shù)及密度的提升，未來混合鍵合有望成為HBM主流堆疊技術(shù)。目前海力士正在加速開發(fā)新工藝“混合鍵合”，HBM的DRAM芯片之間通過“微凸塊”材料進(jìn)行連接，通過混合鍵合，芯片可以在沒有凸塊的情況下連接，從而顯著減小芯片的厚度。

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