下一代HBM,混合键合!
- 2025-07-23 16:29:27

人工智能和高性能计算需求的迅猛增长,高带宽存储器(HBM)技术已成为DRAM产业的核心焦点。混合键合(Hybrid Bonding, HB)技术作为一种新型芯片互连方式,因其在堆叠能力、性能提升和热管理方面的显著优势,逐渐被视为HBM技术发展的关键驱动力。
HBM3E 12hi和HBM4 12hi主要依赖传统微凸块(Micro Bump)技术,采用成熟的Advanced MR-MUF(模压多点封装)和TC-NCF(热压非导电膜)堆叠架构。
对于HBM4 16hi,微凸块技术虽能支持16hi堆叠,但随着芯片厚度和间隙的进一步减小,其在堆叠高度、I/O密度和热管理方面的局限性逐渐显现。
混合键合技术通过直接键合晶圆,消除了微凸块和填充材料,能够显著减小堆叠间隙并支持更高层数。例如当芯片厚度减至20 µm时,HB技术能够轻松实现16hi甚至20hi堆叠,而微凸块技术在此方面面临高度控制和翘曲问题的挑战;通过缩短互连路径和提高I/O密度,HB技术优化了数据传输速度和带宽,并且直接键合减少了热阻,提高了高负载应用中的可靠性。
HB技术也存在局限,包括在HBM4 16hi阶段技术尚未完全成熟,晶圆对晶圆堆叠模式对洁净度和对准精度要求极高导致良率控制成为难题,同时需要新设备和工艺投入使得单位成本高于微凸块技术,在16hi堆叠中性能增益未达到质变水平,难以成为“必须”选择。

在HBM5 20hi世代,三大主要HBM制造商(三星、美光、SK海力士)已确定采用混合键合(HB)技术,标志着HB技术正式进入HBM领域并成为实现更高堆叠层数(如20hi甚至24hi)、更强I/O性能和更好散热能力的关键,成为推动HBM5实现技术突破的必然路径。

● 混合键合在HBM5中的核心优势:
◎ HB技术支持高达24hi的堆叠,如果芯片厚度为20 µm,则20层堆叠的总高度可控制在775 µm以内,远优于微凸块技术;
◎ HB允许使用较厚的晶粒,缓解了翘曲问题,确保了结构稳定性。
◎ HB技术通过直接键合实现了更短的互连路径,显著提升了传输速度和电气性能。
◎HB技术的低热阻设计大幅改善了散热效率,确保了HBM5在高负载下的稳定性。
来源:阿政芯视角
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