先進封裝中HBM的技術難點

HBM（High Bandwidth Memory）是一種高性能內(nèi)存技術，主要應用于高性能計算、圖形處理和芯片中。高端封裝技術分類如下：

HBM通過使用3D堆疊技術，將多個DRAM（動態(tài)隨機存取存儲器）芯片堆疊在一起，并通過硅通孔（TSV，Through-Silicon Via）進行連接，從而實現(xiàn)高帶寬和低功耗的特點。HBM的應用中，CowoS（Chip on Wafer on Substrate）封裝技術是其中一個關鍵的實現(xiàn)手段。

CowoS封裝中的HBM技術難度體現(xiàn)如下：

1、3D堆疊及TSV技術的挑戰(zhàn)

堆疊精度：在HBM中，多個DRAM芯片需要高度精準地堆疊在一起。這需要極高的制造工藝水平，以確保每層芯片的對準精度，以避免電氣性能的損失。

TSV制作：TSV技術是將垂直通孔穿透每一層硅片，并在通孔內(nèi)填充導電材料。這一過程涉及精密的刻蝕和填充技術，稍有不慎就可能導致電氣連接問題或熱應力問題。

2、熱管理

熱量密度：由于HBM芯片是3D堆疊結(jié)構，相較于傳統(tǒng)的2D芯片，單位體積內(nèi)的熱量密度更高。這會導致芯片內(nèi)部的熱量難以散發(fā)，可能引發(fā)熱失效。因此，CowoS封裝需要設計高效的熱管理方案，例如使用先進的散熱材料和結(jié)構設計，來確保芯片的熱穩(wěn)定性。

3、電源和信號完整性

電源傳輸：HBM需要高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸，這對電源分配網(wǎng)絡提出了極高的要求。任何電源噪聲都可能影響HBM的性能，導致數(shù)據(jù)傳輸錯誤。因此，CowoS封裝必須確保穩(wěn)定的電源供應和有效的噪聲抑制。

信號完整性：高速數(shù)據(jù)傳輸對信號完整性提出了挑戰(zhàn)，CowoS封裝需要確保在高頻環(huán)境下，信號傳輸的完整性。這涉及到阻抗匹配、信號線長度優(yōu)化以及減少信號干擾等技術。

4、封裝工藝復雜性

多材料集成：CowoS封裝需要將硅片、基板和散熱材料等多種材料集成在一起，這要求各材料的熱膨脹系數(shù)匹配，以避免因熱膨脹差異導致的機械應力和芯片損壞。

封裝可靠性：CowoS封裝中的多層結(jié)構和復雜的連接方式，需要確保封裝的長期可靠性，包括抗機械沖擊、熱循環(huán)和電遷移等因素的影響。

圖：英偉達H200的1GPU+6HBM 的Hopper 架構

5、制造成本

高昂成本：由于CowoS封裝涉及復雜的制造工藝和高精度設備，其制造成本較傳統(tǒng)封裝方式高得多。這對量產(chǎn)提出了經(jīng)濟性挑戰(zhàn)，需要在高性能和成本之間找到平衡。

HBM技術在CowoS封裝中的應用，盡管面臨多方面的技術難題，但其所帶來的高帶寬和低功耗優(yōu)勢，使其在高性能計算和AI芯片領域中具有巨大的潛力。隨著封裝技術的不斷進步，這些技術難題有望逐步被克服，從而進一步推動HBM技術的普及應用。