三星高堆叠HBM结构创新专利曝光

随着HBM迈向HBM4E与HBM5的高堆叠时代，韩国三星电子近日确认已申请一项全新的HBM封装专利。 该专利聚焦于重塑用来保护存储裸片的虚拟裸片结构，目的在解决芯片剥离、裂纹及翘曲等问题，进一步追求高堆叠HBM的结构与良率稳定性。

在HBM的标准架构中，多层存储裸片会垂直堆叠于基础裸片之上，而最顶部则会放置虚拟裸片，其主要作用是让整体封装高度符合规格，并提供关键的机械保护与散热功能。 然而，当堆叠层数突破12层甚至达到16层以上时，最顶部虚拟裸片的可靠性便成为影响良率与长期稳定性的核心变量。

数据显示，HBM由8层增加至12层堆叠时，良率通常会下滑10%至20%。 而若推进至16层，良率更可能大幅骤降至40%至60%的区间。 因此，通过改善虚拟裸片结构来对抗翘曲与热膨胀差异，成为挽救良率的关键解方。

根据专利资料，三星针对堆叠最顶部的虚拟裸片，开发了特殊的3段阶梯式+曲面侧面加工技术。在制程上，三星导入了深槽切割（Deep Groove Sawing）法，这是一种利用激光进行高精度切割的技术，相较于传统机械式锯片，它能更深、更精密地刻出凹槽，并将半导体晶体结构的损伤降至最低。

经过加工后的虚拟裸片，呈现下窄上宽的倒金字塔形态。 其侧面被划分为三个层次，在每个连接处都具有斜率急遽变化的不连续结构，并搭配顶部凸起的曲面设计。 这种创新设计打破了传统单纯的垂直侧面，预期能大幅提升芯片的机械强度。此外，该专利亦在非接合区域（NBR）预先设计了沟槽，这项巧思成功解决了在切割过程中产生的残骸碎片污染接合界面的问题，进而强化了熔融键合的可靠度。

在散热管理方面，三星将接合绝缘层底面与水平延伸面之间的垂直距离，精密控制在 1~10μm，确保热传导效率维持在原有水平。 同时，专利中还包含改变突出面结构以最小化成型层体积的方案，这被认为有机会进一步改善整体的散热路径。

市场相关人士对此评估指出，在12层以上的高堆叠HBM产品中，顶层虚拟裸片的翘曲问题确实是牵动良率的关键要害，三星这项专利显然是瞄准16层以上HBM5所预备的未来前瞻性技术。外界预期，三星未来将把此项创新结构与混合键合（Hybrid Bonding）、散热路径区块等现有先进封装技术相结合，藉由全面强化的可靠性竞争力，在激烈的HBM市场中强势扩大市占率。

在2026台北电脑展上，三星展出了下一代HBM5高带宽内存的样机模型，在AI芯片赛道竞争日趋白热化的背景下，此举清晰释放出三星维持行业竞争力的信号。

HBM5的核心亮点是一套名为导热阻断结构（HPB，HeatPathBlock）的全新散热设计。随着AI系统算力持续提升、硬件集成密度不断加大，散热已经成为制约性能的关键瓶颈。三星这套方案原理易懂，但落地实现具备重要价值。HPB散热结构新增一条热量导出通道，能够降低热阻，让芯片在高负载工况下持续稳定运行。三星表示，这项散热技术已在同期展出的HBM4E产品上完成验证。

三星同时确认，HBM5将采用2nm基础裸片制造，可显著提升能效与数据处理性能。当下三星正全力缩小与AI内存头部竞品厂商的差距，因此三星提前布局下一代高带宽内存、推出HBM5。