2024年高帶寬存儲器行業工藝技術分析 混合鍵合有望成爲HBM主流堆疊技術【組圖】

行業主要上市公司：紫光國微(002049)、太極實業(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

本文核心數據：工藝分析;工藝應用;工藝特點

1、TSV技術是HBM實現芯片垂直堆疊的核心工藝

高帶寬存儲器(High Bandwidth Memory，HBM)加工製造流程主要包括前端晶圓製造加工，以及後端Bumping、Stacking和KGSD測試環節。其中，相較於平面DRAM的製造流程，TSV(硅通孔)技術是HBM實現芯片垂直堆疊的核心工藝。

——TSV工藝定義

TSV技術是一種通過在硅芯片內部鑽孔形成垂直貫通的電極並將多個芯片垂直3D堆疊的封裝方法。傳統的引線鍵合技術隨着堆疊層數和連接引腳的增加會使得佈線變得愈發複雜，而TSV結合微凸點的封裝技術可以在有限垂直空間內實現更大的芯片堆疊密度，促使信號傳輸路徑明顯縮短，因此可以同時達到提高帶寬和降低功耗的作用。

——TSV工藝分類

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

2、混合鍵合有望成爲未來HBM主流堆疊技術

——MR-MUF工藝

當前市場主流的HBM堆疊技術主要以MR-MUF工藝技術爲主。MR-MUF技術主要通過迴流焊將多個芯片粘合在一起，並在芯片之間使用液態EMC材料進行間隙填充。與傳統TC-NCF工藝相比，MRMUF具有更高的導熱效率，有助於改善HBM因爲堆疊層數增加而導致的散熱問題，以8Hi HBM爲例，在2Gbps引腳速率的相同工作條件下，使用MR-MUF工藝的HBM產品相較TC-NCF工藝在最大結溫方面降低了14℃。

EMC(Epoxy Molding Compound，環氧樹脂模塑料)爲MR-MUF主要間隙填充材料。EMC是用於半導體封裝的一種熱固性化學材料，由環氧樹脂作爲基體，並加入各種添加劑和填充劑混合而成，主要應用於半導體封裝工藝中的塑封環節，屬於技術含量高、工藝難度大、知識密集型的產業環節。在塑封過程中，封裝廠商主要採用傳遞成型法將環氧塑封料擠壓入模腔並將其中的半導體芯片包埋，在模腔內交聯固化成型後成爲具有一定結構外型的半導體器件。當前SK海力士使用MR-MUF技術時主要採用EMC進行芯片間隙填充。

——混合鍵合工藝

混合鍵合(Hybrid Bonding)是一種先進的封裝技術，它結合了兩種不同的鍵合技術：介電鍵合和金屬互連。這種技術採用介電材料(通常是氧化硅，SiO₂)與嵌入式銅 (Cu) 焊盤結合，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。考慮到高帶寬存儲需求持續增長對芯片堆疊層數及密度的提升，未來混合鍵合有望成爲HBM主流堆疊技術。目前海力士正在加速開發新工藝“混合鍵合”，HBM的DRAM芯片之間通過“微凸塊”材料進行連接，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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