三星和SK海力士均在推进16层HBM技术

SK 海力士和三星电子争夺高带宽内存 (HBM) 市场主导地位，各自采用不同的技术解决方案。与此同时，三星继续应对量产挑战，致力于推进下一代 HBM 技术。

SK海力士凭借独有的MR-MUF技术保持领先地位，三星电子则看好NCF方案，16层以上HBM先进封装将是两大存储器巨头正面交锋的战场，预计三星将在2025年下半年开始量产HBM4。

随着 HBM 堆叠层数的增加，三星已成为全球首家使用混合键合完成 16 层 HBM 产品样品原型的公司。然而，量产仍面临挑战。三星预计将同时采用当前的 TC-NCF 方法和混合键合技术。

2023 年，三星聘请了台积电前高管林建中 (JC Lin) 担任公司执行副总裁，负责设备解决方案 (DS) 部门的先进封装技术。在加入三星之前，林建中曾在中国台湾美光领导 3D IC 先进技术开发，并担任 Skytech 首席执行官。

在 2024 年中国台湾半导体展上，林教授讨论了 16 层 HBM 堆叠混合铜键合技术的进步。他强调，全球数据使用量从 2018 年的 33 ZB 激增至 2023 年的 120 ZB，预计到 2025 年将达到 181 ZB。数据量的急剧增加使内存成为一个关键问题。随着对内存带宽的需求不断增长，先进封装技术的重要性预计将继续上升。

混合键合技术将成为下一代先进封装技术。通过直接用铜连接芯片而无需微凸块，它可以减小厚度、提高性能，并在容量、高度和热效率方面具有优势。三星正在开发一款 16 层 HBM 产品，并已生产出世界上第一个使用混合键合技术的样品。

然而，在全面采用混合键合技术之前，成本、良率、翘曲等问题依然存在。林建中表示，三星电子致力于解决这些障碍。

林建中表示，三星电子将同时采用 TC-NCF 方法和混合键合来实现 16 层 HBM，而 20 层及以上的方法仍在评估中。

三星的先进封装发展路线图与SK海力士非常相似。对于16层HBM4，两家公司都将处于采用混合键合技术的过渡期。

SK海力士资深副总裁李康旭在Semicon Taiwan展会上表示，预计于2025年下半年出货的12层HBM4产品，将采用目前先进的MR-MUF技术进行量产，并宣布16层HBM4将采用混合键合技术。

SK Hynix 已确认先进的 MR-MUF 技术也适用于 16 层 HBM4。鉴于混合键合技术和生产基础设施仍在不断成熟，SK Hynix 计划采用双轨制方法。该公司将推广先进的 MR-MUF 和混合键合工艺，让客户选择最终解决方案。

从开发HBM2E开始，MR-MUF技术及随后推出的先进MR-MUF技术的应用，使SK海力士能够生产出业界最高标准的HBM产品。时至2024年，SK海力士已成为首家量产HBM3E的公司，这是最新一代、拥有全球最高标准性能的HBM产品。在应用先进的MR-MUF技术后，与上一代8层HBM3相比，HBM3E在散热性能方面提高了10%，成为人工智能时代炙手可热的存储器产品。

SK 海力士的高带宽存储器产品采用 MR-MUF 封装技术，具有低压、低温键合和批量热处理的优势，在生产效率和可靠性方面优于热压膜非导电胶（TC-NCF）制程。此外，具有高热导特性的填充空隙材料（Gap-Fill 材料）和高密度金属凸块（在垂直堆叠 HBM 动态随机存取存储器时起连接电路作用的微小鼓包型材料）的形成，在散热方面比 TC-NCF 制程有 36% 的性能优势。

由于堆叠将面临高度限制，目前 SK 海力士不断寻找新方法，在有限高度下装入更多堆叠层数。李康旭指出，公司 8 层 HBM3/HBM3E 使用 MR-MUF 技术；12 层 HBM3/HBM3E 采用先进 MR-MUF 技术；明年下半年准备出货的 12 层 HBM4 同样采用先进 MR-MUF 技术；至于 16 层 HBM4/HBM4E 将同步采用先进 MR-MUF 和混合键合（Hybrid Bonding）两种技术，未来堆叠 20 层以上产品（如 HBM5）则将转向混合键合技术发展。

混合键合是一种先进的集成电路封装技术，主要用于实现不同芯片之间的高密度、高性能互联。 这种技术的关键特征是通过直接铜对铜的连接方式取代传统的凸点或焊球（bump）互连，从而能够在极小的空间内实现超精细间距的堆叠和封装，达到三维集成的目的。

在混合键合工艺中，两个或多个芯片的金属层（通常是铜层）被精密对准并直接压合在一起，形成直接电学接触。为了保证良好的连接效果，需要在芯片表面进行特殊的处理，例如沉积一层薄且均匀的介电材料（如SiO2或SiCN），并在其上制备出微米甚至纳米级别的铜垫和通孔（TSV）。这些铜垫和通孔将芯片内部的电路与外部相连，使得数据传输速度更快、功耗更低，同时极大地提升了芯片的集成度。

李康旭指出，SK 海力士正在研发 16 层产品的相关技术，最近确认对 16 层产品可应用先进 MR-MUF 技术的可能性。此外，该公司也强调，从 HBM4E 开始会更强调 “定制化 HBM”，以满足各种客户需求，如提升芯片效率。