9月26日，韓國(guó)SK海力士宣布，繼今年3月向客戶供應(yīng)8層高帶寬存儲(chǔ)器HBM3E（24GB）后，公司率先開(kāi)始量產(chǎn)12層HBM3E（36GB），也是全球HBM產(chǎn)品中容量最大的。性能提升之處在于，比上一代DRAM芯片薄40%，維持相同整體厚度，容量卻提高了50%。SK海力士表示，支撐這款產(chǎn)品穩(wěn)定量產(chǎn)的關(guān)鍵之一，就是新一代MR-MUF（Mass Reflow Molded Underfill）熱管理封裝技術(shù)。本文就來(lái)扒一扒該技術(shù)相關(guān)細(xì)節(jié)及其用到的材料。

什么是HBM

HBM是High Bandwidth Memory的縮寫，即高帶寬存儲(chǔ)器，它是一種設(shè)計(jì)為堆棧式結(jié)構(gòu)的內(nèi)存技術(shù)，具體是將常見(jiàn)的DRAM（動(dòng)態(tài)內(nèi)存）芯片垂直堆疊在一起，通過(guò)硅通孔（Through Silicon Via, TSV）技術(shù)連接，從而顯著增加帶寬并且減小體積。HBM3E是第五代產(chǎn)品，由8顆3GB的DRAM芯片垂直堆疊而成。HBM對(duì)于GPU（圖形處理器，即顯卡）的關(guān)鍵作用是提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，減少延遲。

打個(gè)比方，AI模型基本可以看作是生產(chǎn)數(shù)據(jù)（答案）的智慧工廠，GPU就是這座工廠可以同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)的自動(dòng)化流水線。HBM就是流水線的傳送帶，負(fù)責(zé)將原料（數(shù)據(jù)）快速、高效地從倉(cāng)庫(kù)（硬盤或SSD等）傳送給負(fù)責(zé)處理加工的機(jī)械臂（計(jì)算單元）。HBM速度越快，數(shù)據(jù)吞吐就越快，AI訓(xùn)練和得出結(jié)論的速度自然也就越快。

關(guān)于MR-MUF封裝

在體積更小、速度更快、帶寬更高、性能更佳的追求道路上，DRAM芯片密集堆疊導(dǎo)致熱量集中在較小的空間內(nèi)，增加了散熱難度，這很快就構(gòu)成器件升級(jí)最大的障礙。SK海力士在2019年發(fā)明了MR-MUF創(chuàng)新封裝技術(shù)，并將其用于HBM中提升散熱效果，該技術(shù)同時(shí)減少了芯片堆疊時(shí)受到的壓力，提高了芯片的翹曲控制力(Warpage Control)，確保HBM穩(wěn)定量產(chǎn)。

新一代技術(shù)在容量增加的同時(shí)提升了散熱和工作效率

MR-MUF是Mass Reflow Molded Underfill的縮寫，用漢語(yǔ)詞匯不是很好翻譯概括，簡(jiǎn)單描述就是通過(guò)在高溫下將填充材料流動(dòng)到芯片和基板之間，實(shí)現(xiàn)高效的封裝和散熱的技術(shù)，通常采用環(huán)氧樹(shù)脂和填料提高機(jī)械強(qiáng)度和熱導(dǎo)率，并減少內(nèi)應(yīng)力（芯片翹曲）。散熱和增強(qiáng)填料以氧化鋁、氮化硼、硅微粉、玻璃纖維較為常見(jiàn)，更多特殊填料則可能涉及個(gè)性化需求或特殊配方。而所謂新一代MR-MUF是SK海力士發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)MR-MUF在面對(duì)更密集堆疊時(shí)（從8層到12層），在散熱和芯片翹曲問(wèn)題上已力不從心。據(jù)SK公開(kāi)文獻(xiàn)顯示，新一代環(huán)氧樹(shù)脂填充體系的散熱性能提高了1.6倍；首創(chuàng)的芯片控制技術(shù)（Chip Control Technology）則用于防止芯片翹曲。

芯片控制技術(shù)是在堆疊芯片時(shí)，通過(guò)瞬間高溫使凸點(diǎn)連接（焊球）與填充材料熔合，填充材料在冷卻固化后提供了穩(wěn)定的機(jī)械支持，避免芯片在使用過(guò)程中的變形或翹曲。而環(huán)氧樹(shù)脂體系的散熱性能提升，則依賴于新型高導(dǎo)熱填料，這包括材料配方的變化，比如粉體球形化與粒徑進(jìn)一步細(xì)化；比如氮化硼、金剛石、氮化鋁等高導(dǎo)熱填料組分的增加；其他需要注意的因素還包括膨脹系數(shù)與硅片相近以減少應(yīng)力，等等。

展望與小結(jié)

混合鍵合（Hybrid Bonding）等新一代封裝技術(shù)受到廣泛關(guān)注，該技術(shù)在堆疊芯片時(shí)，使芯片間不需要凸點(diǎn)（焊球）而直接連接的技術(shù)。通過(guò)此技術(shù)，可減少芯片整體厚度，以實(shí)現(xiàn)高層堆疊。能在產(chǎn)品厚度不變的情況下，通過(guò)增加芯片堆疊層數(shù)來(lái)提升產(chǎn)品性能和容量。

盡管頂層與底層芯片間距變窄導(dǎo)致的散熱問(wèn)題依然存在，但這項(xiàng)技術(shù)有望成為可以滿足客戶日益多樣化性能需求的一種解決方案。SK海力士HBM開(kāi)發(fā)負(fù)責(zé)人表示，“公司目前在探討將該技術(shù)應(yīng)用于16層以上HBM產(chǎn)品的必要性，計(jì)劃持續(xù)提升當(dāng)前先進(jìn)MR-MUF技術(shù)的散熱性能，并確保新技術(shù)的研發(fā)，考慮未來(lái)采用先進(jìn)MR-MUF技術(shù)和混合鍵合技術(shù)相結(jié)合的方式開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品?！?/span> 

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