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三星计划率先在HBM4内存中采用混合键合技术

作者:原创

在韩国首尔举行的AI半导体论坛上,三星透露计划在其HBM4内存中采用混合键合技术,以降低热功耗并实现超宽内存接口。而三星的竞争对手SK海力士,据报道可能会推迟采用混合键合技术。

高带宽内存(HBM)将多个内存芯片堆叠在基础芯片之上。目前,HBM堆叠中的内存芯片通常使用微凸点(用于在堆叠芯片之间传输数据、电源和控制信号)连接在一起,键合工艺则采用模塑底填料(MR-MUF)或使用非导电膜的热压(TC-NCF)等技术。

这些芯片还通过嵌入每个芯片内的硅通孔(TSV)垂直互连(用于在每个DRAM芯片中传输数据、时钟、控制信号、电源和地线)。然而,随着HBM速度的提升和DRAM芯片数量的增加,微凸点变得效率低下,因为它们限制了性能和能效。

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这就是混合键合技术发挥作用的地方。混合键合是一种3D集成技术,通过直接键合铜对铜和氧化物对氧化物的表面来连接芯片,从而消除了微凸点的需求。混合键合支持小于10微米的互连间距,相比传统的基于微凸点的堆叠,它提供了更低的电阻和电容、更高的密度、更好的热性能以及更薄的3D堆叠。

然而,混合键合是一种相当昂贵的技术,尽管所有三大HBM内存制造商都曾考虑将其用于12层HBM3E,但美光和三星最终选择了TC-NCF, SK海力士则选择MR-MUF。对于HBM4,三星计划采用混合键合, SK海力士则正在开发先进的MR-MUF技术,并将混合键合作为备用工艺。

SK海力士可能会继续使用传统的模塑底填料而不是混合键合,原因之一是混合键合所需的专用设备比传统封装工具贵得多,并且需要在晶圆厂中占用更多的物理空间。这影响了资本效率,尤其是在晶圆厂面积有限的情况下。因此,SK海力士正在谨慎行事。如果先进的MR-MUF技术能够提供相同(或类似)的性能结果并获得良好的产量,它将更倾向于继续使用MR-MUF至少再有一代产品。

SK海力士可能会再坚持使用MR-MUF一代的另一个原因是,其先进的MR-MUF能够制造出比上一代底填料更薄的HBM内存堆叠。这使得该公司能够生产出符合JEDEC HBM4规范的16层HBM4堆叠,该规范规定HBM4封装的最大高度为775微米,这比16层HBM3E堆叠的最大高度约800微米略短。如果SK海力士能够使用现有的工具和技术满足JEDEC的规范,这将大大降低该公司采用混合键合的吸引力。

三星拥有自己的晶圆厂设备制造商Semes,这在一定程度上降低了其晶圆厂成本。然而,目前尚不清楚Semes是否能够为其母公司生产先进的混合键合设备。

尽管如此,混合键合是一种未来无论如何都会被使用的技术,因此整个行业都在关注三星是否能够使用混合键合使其HBM4通过认证。成功的认证可能会重塑竞争格局,使三星在性能、热特性和信号密度方面获得技术和商业优势。



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