2024年高带宽存储器行业工艺技术分析 混合键合有望成为HBM主流堆叠技术【组图】

行业主要上市公司：紫光国微(002049)、太极实业(600667)、通富微电(002156)、国芯科技(688262)、长电科技(600584)、华天科技(002185)、晶方科技(603005)、江波龙(301308)等

本文核心数据：工艺分析;工艺应用;工艺特点

1、TSV技术是HBM实现芯片垂直堆叠的核心工艺

高带宽存储器(High Bandwidth Memory，HBM)加工制造流程主要包括前端晶圆制造加工，以及后端Bumping、Stacking和KGSD测试环节。其中，相较于平面DRAM的制造流程，TSV(硅通孔)技术是HBM实现芯片垂直堆叠的核心工艺。

——TSV工艺定义

TSV技术是一种通过在硅芯片内部钻孔形成垂直贯通的电极并将多个芯片垂直3D堆叠的封装方法。传统的引线键合技术随着堆叠层数和连接引脚的增加会使得布线变得愈发复杂，而TSV结合微凸点的封装技术可以在有限垂直空间内实现更大的芯片堆叠密度，促使信号传输路径明显缩短，因此可以同时达到提高带宽和降低功耗的作用。

——TSV工艺分类

依据TSV通孔生成的阶段，TSV工艺可以分为：Via-First、Via-Middle和Via-Last。

2、混合键合有望成为未来HBM主流堆叠技术

——MR-MUF工艺

当前市场主流的HBM堆叠技术主要以MR-MUF工艺技术为主。MR-MUF技术主要通过回流焊将多个芯片粘合在一起，并在芯片之间使用液态EMC材料进行间隙填充。与传统TC-NCF工艺相比，MRMUF具有更高的导热效率，有助于改善HBM因为堆叠层数增加而导致的散热问题，以8Hi HBM为例，在2Gbps引脚速率的相同工作条件下，使用MR-MUF工艺的HBM产品相较TC-NCF工艺在最大结温方面降低了14℃。

EMC(Epoxy Molding Compound，环氧树脂模塑料)为MR-MUF主要间隙填充材料。EMC是用于半导体封装的一种热固性化学材料，由环氧树脂作为基体，并加入各种添加剂和填充剂混合而成，主要应用于半导体封装工艺中的塑封环节，属于技术含量高、工艺难度大、知识密集型的产业环节。在塑封过程中，封装厂商主要采用传递成型法将环氧塑封料挤压入模腔并将其中的半导体芯片包埋，在模腔内交联固化成型后成为具有一定结构外型的半导体器件。当前SK海力士使用MR-MUF技术时主要采用EMC进行芯片间隙填充。

——混合键合工艺

混合键合(Hybrid Bonding)是一种先进的封装技术，它结合了两种不同的键合技术：介电键合和金属互连。这种技术采用介电材料(通常是氧化硅，SiO₂)与嵌入式铜 (Cu) 焊盘结合，允许在硅晶片或芯片之间建立永久电连接，而无需焊料凸块，这种无凸块方法通过减少信号损耗和改善热管理来提高电气性能。考虑到高带宽存储需求持续增长对芯片堆叠层数及密度的提升，未来混合键合有望成为HBM主流堆叠技术。目前海力士正在加速开发新工艺“混合键合”，HBM的DRAM芯片之间通过“微凸块”材料进行连接，通过混合键合，芯片可以在没有凸块的情况下连接，从而显著减小芯片的厚度。

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国存储器行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》