2024年高带宽存储器行业工艺技术分析
2024-11-10
高带宽存储器（High Bandwidth Memory，HBM）行业工艺技术分析主要聚焦于其制造流程、核心工艺以及新兴技术的发展。
一、HBM概述
HBM是易失性存储器的一种，作为全新一代的CPU/GPU内存芯片，HBM本质上是基于2.5/3D先进封装技术，把多块DRAM堆叠起来后与GPU芯片封装在一起，实现大容量、高位宽的DDR组合阵列。HBM能够在较小的体积内实现高速数据传输，满足现代应用对速度和效率日益增长的需求。
二、HBM核心工艺技术
1.TSV（硅通孔）技术
TSV技术是HBM实现芯片垂直堆叠的核心工艺。它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。
TSV技术极大地缩短了信号传输的路径，提升了数据传输速度，并降低了功耗。
依据TSV通孔生成的阶段，TSV工艺可以分为Via-First、Via-Middle和Via-Last三种类型。
2.混合键合（Hybrid Bonding）技术
混合键合是一种先进的封装技术，它结合了介电键合和金属互连两种技术。
该技术采用介电材料（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，显著减小了芯片的厚度。
随着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。
3.MR-MUF工艺技术
MR-MUF（Melt Reflow Metal Uprooting Flip）工艺已经成为现阶段HBM堆叠技术的主流。
它通过回流焊将多个芯片牢固粘合，并使用液态环氧树脂材料（Epoxy Molding Compound，EMC）填充间隙，以改善散热性能，减少温度升高。
与传统的TC-NCF（Thermosetting Conductive Non-Curing Film）工艺相比，MR-MUF在处理高带宽存储时提供了更高的导热效率。
三、HBM产业链分析
上游：主要包括电镀液、前驱体、IC载板等半导体原材料及TSV设备、检测设备等半导体设备供应商。
中游：为高带宽存储器生产。
下游：应用领域包括人工智能、数据中心以及高性能计算等。
四、HBM行业发展趋势
1.技术进步：随着技术的不断创新和进步，HBM的制造工艺将更加成熟，性能将更加卓越。混合键合等先进封装技术的应用将进一步推动HBM行业的发展。
2.市场需求增长：随着数据中心、人工智能和图形处理等领域对存储带宽的需求激增，HBM的市场需求将持续增长。
3.国产替代：随着国产化进程的推进，国内对自主可控的高带宽内存需求也在扩大。国内企业和科研机构对HBM的需求不断增长，以支持更复杂的计算任务和更大的数据流量。尽管目前尚无国产企业具备HBM供给能力，但已有部分企业通过自主研发、收购等方式布局HBM产业链各环节。
2024年高带宽存储器行业工艺技术将继续保持快速发展的态势。随着技术的不断创新和进步以及市场需求的持续增长，HBM行业将迎来更加广阔的发展前景。