SK海力士美國封裝工程副總裁Jaesik Lee在8月23日的Hot Chips 2026會議上表示,公司不預期混合鍵合技術能在HBM4E世代準備就緒,這意味著業界最受關注的儲存封裝技術轉型最早也要等到HBM5才會落地。這一表態將混合鍵合的量產時間線進一步推後,對AI晶片的儲存頻寬升級路徑產生直接影響。
Lee解釋,HBM立方體的總厚度被限制在775微米,這是300mm邏輯晶圓的標準厚度。當GPU封裝安裝冷板時,邏輯晶片和儲存堆疊都會被研磨至裸矽,如果儲存堆疊高於邏輯晶圓,就會在處理器旁邊凸起。因此,每增加一層DRAM,都必須通過更薄的裸片和更窄的間隙來實現。目前,16層HBM4已進入客戶認證階段,單顆容量為48GB,而12層HBM4已量產。16層堆疊將核心裸片減薄至約50微米,層間間隙相比12層減半。
厚度限制帶來的熱管理挑戰日益嚴峻。更薄的裸片意味著堆疊中氧化物比例增加,而氧化物的導熱性遠差於矽;同時,引腳速率從早期HBM的1Gbps提升至HBM4的8Gbps,在相同面積內集中了更多功耗。SK海力士的資料顯示,所展示的HBM世代中熱負擔增加了2.2倍,而堆疊層數每兩代翻倍。
SK海力士的量產迴流模塑底部填充(MR-MUF)工藝通過拾取放置堆疊所有裸片並一次性迴流連線,在間隙縮小一半、控制50微米以下裸片翹曲方面面臨主要製造挑戰。Lee稱,這是16層堆疊的主要難點。
混合鍵合技術的時間線一再推遲。三星去年5月公開承諾在HBM4中採用混合鍵合,SK海力士則將銅對銅鍵合作為先進MR-MUF的備選方案。JEDEC將HBM4封裝厚度上限從HBM3E的720微米提升至775微米,緩解了採用混合鍵合的緊迫性。業界討論進一步將20層堆疊的厚度上限提升至825至900微米,這將再次推遲銅鍵合的應用。今年3月,有行業訊息稱SK海力士下達了首個量產混合鍵合訂單,一套由應用材料(Applied Materials)和Besi工具組成的線上系統,價值約200億韓元(約1500萬美元)。Counterpoint Research預計該技術將在2029至2030年左右隨HBM5進入全面量產。
混合鍵合在20層及以上堆疊仍處於研究階段,SK海力士尚未決定哪款產品率先採用。Lee未指明目標世代,但排除HBM4E後,HBM5成為最早的時間點。該技術在室溫下將扁平銅焊盤和氧化物表面結合,隨後利用銅在固化過程中的熱膨脹形成鍵合。Lee表示,這一過程看似簡單,實則極具挑戰,因為涉及16層和20層的混合鍵合,與單層堆疊完全不同。
去除微凸塊可使核心裸片在20層堆疊時增厚多達24%,熱阻相比MR-MUF降低約35%,凸塊間距可縮小至18微米以下,而MR-MUF目前為30微米。在HBM4的凸塊間距下,傳統微凸塊仍可工作,且每次JEDEC提高厚度上限,MR-MUF都能再延續一代。
SK海力士還詳細介紹了iHBM散熱架構,這是其5月釋出後的首次深入說明。iHBM概念將導熱、電絕緣的塊體嵌入基礎裸片的die-to-die PHY區域,該區域是功率密度最高的介面熱點,據稱熱阻降低超過30%。Lee的幻燈片直接對比了三星的Heat Path Block方案(通過專用柱將熱量匯出堆疊)和美光的基片電路重新設計(聲稱能效提升超20%)。三者均為廠商基於不同指標的宣稱,SK海力士和三星的設計都計劃用於HBM5,預計2028年前不會量產。
由於塊體位於封裝內D2D PHY旁,需要與客戶設計共同最佳化,無法應用於已設計中的世代,因此iHBM是一項協同設計工作。Lee表示,這是一個好選項,但無法應用於已在設計中的世代。
在問答環節,SemiAnalysis的Tanj Bennett提出,堆疊越高會稀釋矽本身的吞吐量。DRAM在單元層面每平方釐米可提供約20TB/s的頻寬,而20層堆疊最高約4TB/s,且HBM比等效DDR5或LPDDR佔用更多製造產能。Bennett質疑,既然20層堆疊的平均速度低於DDR5,為何不智慧地在周圍放置更便宜的儲存。Lee回應稱,訓練負載需要頻寬和容量,推理可能折中,將KV快取保留在高頻寬記憶體中,同時解除安裝至LPDDR。這種分工已存在於輝達Vera Rubin平台中,該平台通過NVLink-C2C將LPDDR5X與HBM4池化,正是為此目的。