HBM全稱為High Bandwidth Memory，即高帶寬內(nèi)存，屬于DRAM（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）中的一個(gè)類別。從技術(shù)角度看，HBM使得DRAM從傳統(tǒng)2D轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw3D，充分利用空間、縮小面積，正契合半導(dǎo)體行業(yè)小型化、集成化的發(fā)展趨勢(shì)。HBM通過將多個(gè)DRAM垂直堆疊在一起，形成高帶寬、高容量、低功耗等優(yōu)勢(shì)，突破了內(nèi)存容量與帶寬瓶頸，在數(shù)據(jù)傳輸速率和存儲(chǔ)容量上的顯著優(yōu)勢(shì)，是支撐AI大模型訓(xùn)練和推理的關(guān)鍵組件。

HBM堆疊結(jié)構(gòu) 來源：電子與封裝

一、為什么需要Low-α射線封裝材料？

軟錯(cuò)誤是指在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，由于外部輻射（如宇宙射線或其他高能粒子）或電磁干擾等因素導(dǎo)致電路中的存儲(chǔ)單元（如SRAM、DRAM等）產(chǎn)生瞬時(shí)的電壓變化，從而引發(fā)軟錯(cuò)誤。軟錯(cuò)誤通常不會(huì)損壞電路本身（因此號(hào)稱“軟”錯(cuò)誤），但會(huì)損壞所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)或所涉電路的狀態(tài)（在數(shù)字電路中，相當(dāng)于將“一”數(shù)據(jù)狀態(tài)錯(cuò)誤地翻轉(zhuǎn)為“零”數(shù)據(jù)狀態(tài)，或者相反）。尤其是HBM這種高集成度芯片中的元件往往非常小，存儲(chǔ)的電荷也相對(duì)較少，這使得HBM存儲(chǔ)芯片更容易受到α粒子的干擾，對(duì)軟錯(cuò)誤的敏感性更高，因此在HBM的生產(chǎn)制造過程對(duì)于α粒子的管理要求更為嚴(yán)格。

在一個(gè)合格制造過程中的設(shè)計(jì)良好的電路中，軟錯(cuò)誤的主要原因是粒子輻射，在陸地環(huán)境中，主要鍵輻射問題來自于導(dǎo)體器件的各種制造和封裝材料本身的微量雜質(zhì)鈾（U）、釷（Th）等發(fā)射的α粒子（α粒子無法遠(yuǎn)距離游走，因此到達(dá)器件的任何α粒子通常都是芯片內(nèi)的材料所發(fā)射的），在封裝和鍵合工藝中使用超低α粒子發(fā)射率材料可有效降低α粒子引起的軟錯(cuò)誤率。

EMC（Epoxy Molding Compound，環(huán)氧塑封料）在芯片封裝中占據(jù)著極其重要的地位，它主要用于半導(dǎo)體封裝的保護(hù)、絕緣及散熱，確保芯片在復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境下仍能穩(wěn)定工作。為了滿足封裝材料的熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱性能等要求，通常會(huì)添加二氧化硅、氧化鋁等填料。二氧化硅具有較低的熱膨脹系數(shù)，可以較好地匹配環(huán)氧模塑料，但由于其導(dǎo)熱系數(shù)較低，難以適配集成度越來越高的應(yīng)用場(chǎng)景，而導(dǎo)熱系數(shù)更高的氧化鋁明顯更適合高封裝密度的HBM的需求。從導(dǎo)熱填料的角度考慮，球形粉體有利于獲得更高的填充量，從而獲得更高的熱導(dǎo)率，因此采用Low-α球形氧化鋁可以在滿足芯片封裝高散熱性的同時(shí)控制α射線。

二、Low-α射線球形氧化鋁如何制備？

在高帶寬存儲(chǔ)器（HBM）封裝技術(shù)中，對(duì)球形氧化鋁的Low-α射線的控制，需要將放射性元素鈾和釷的含量降至ppb（十億分之一）級(jí)別，且需兼顧形貌控制等其他多項(xiàng)指標(biāo)，技術(shù)壁壘高、工藝難度大，目前能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)相對(duì)較少。

球形氧化鋁粉末中的鈾含量取決于其原料中的鈾含量，因此重要的是使用鈾/釷含量盡可能低的原料以制備具有低鈾含量的球形氧化鋁粉末，或者通過特殊手段除去氧化鋁中的鈾/釷雜質(zhì)。如下是目前低鈾/釷含量高純氧化鋁的工藝路線參考。

1、汽化金屬燃燒法

日本雅都瑪(ADMATECHS)是Low-α射線球形氧化鋁的主要供應(yīng)商，其采用的是VMC法(Vaporized Metal Combustion Method汽化金屬燃燒法)，該方法的原理是利用金屬粉末的爆燃現(xiàn)象來制備球形氧化物顆粒。

雅都瑪公司的專利文件JPH1192136A提出了一種低α粒子輻射的氧化鋁粉末的生產(chǎn)方法，其工藝過程大致如下：第一步，將鈾（U）和釷（Th）含量小于1ppb的高純鋁粉置于高純石墨坩堝中熔化并霧化制取高純度鋁粉；第二步：將鋁粉通入含氧氣流燃燒，得到平均粒徑為0.4μm～30μm、α射線劑量可低至0.001C/cm2?hr的氧化鋁粉。

2、無機(jī)酸溶液洗滌

聯(lián)瑞新材是全球領(lǐng)先的粉體材料制造和應(yīng)用服務(wù)供應(yīng)商，可量產(chǎn)配套供應(yīng)HBM所用的多種規(guī)格低CUT點(diǎn)Low-α放射球硅和球鋁。

聯(lián)瑞新材公司的專利文件CN115947361A公開了一種低放射性氧化鋁粉及其制備方法，可以降低氧化鋁材料中的表面鈾含量到≤5ppb的水平。其工藝過程大致如下：第一步：將表面鈾含量≤30ppb的氫氧化鋁在焙燒設(shè)備進(jìn)行煅燒，得到氧化鋁粉體；第二步：配制PH＜4的酸性溶液，然后將氧化鋁粉體浸潤(rùn)在酸性溶液中，并分散均勻0.5-2h；第三步：將分散后的粉體從酸性溶液中進(jìn)行分離，然后放入含有硅烷偶聯(lián)劑的溶劑中，進(jìn)行溶劑置換0.5-6h；第四步：將溶劑置換后的粉體進(jìn)行分離，然后將粉體在100-120℃的條件下烘干2-6h，得到表面鈾含量≤5ppb的低放射性氧化鋁粉體。

編輯整理：粉體圈Alpha