瑞代混合仪

SK 海力士突破 HBM 堆叠层数限制，MR-MUF 和混合键合封装两手抓。近日，SK 海力士封装研发副社长李康旭（Kangwook Lee）于 9 月 3 日出席“2024 年异构集成全球峰会”，发表了名为“面向人工智能时代的 HBM 和先进封装技术”的演讲。HBM 是克服 “存储墙”（Memory Walls）的优化解决方案，通过 I/O 并行化能力，使 HBM 成为人工智能系统中用于训练和推断的最高规格动态随机存取存储器（DRAM）。根据应用产品不同，使用的 HBM 数量也不同。随着 HBM 世代发展，在训练和推理人工智能服务器中搭载 HBM 的平均数量也会增加，如近期训练服务器需要 8 个 HBM3E、推理需要 4 - 5 个，长远估算可能分别需要 12 个和 8 个 HBM4/HBM4E 存储器。李康旭表示，SK 海力士计划 2025 年推出 12 层 HBM4 产品，通过自家研发的封装技术，在 HBM 产品的能效和散热性能方面具有优秀的产品竞争力。有趣的是，SK 海力士到 HBM3E 仍是以动态随机存取存储器基础裸片（Base Die），采用 2.5D 系统级封装，到 HBM4 考虑将动态随机存取存储器基础裸片改成逻辑基础裸片（Logic Base Die），使性能和能效获得提升。此外，到了 HBM5 架构可能出现改变，SK 海力士目前正在评估包括 2.5D 和 3D 系统级封装（SiP）在内的各种方案。 SK海力士技术朝两个方向进行：封装MR-MUF和混合键合（Hybrid Bonding）MR-MUF技术由SK海力士多个团队共同开发，该技术能够同时对HBM产品中所有的垂直堆叠芯片进行加热和互联，比堆叠芯片后填充薄膜材料的TC-NCF技术更高效。此外，与TC-NCF技术相比，MR-MUF技术可将有效散热的热虚设凸块数量增加四倍。MR-MUF技术另一个重要特性是采用了一种名为环氧树脂模塑料（EMC, Epoxy Molding Compound）的保护材料，用于填充芯片间的空隙。EMC是一种热固性聚合物，具有卓越的机械性、电气绝缘性及耐热性，能够满足对高环境可靠性和芯片翘曲控制的需求。由于应用了MR-MUF技术，HBM2E的散热性能比上一代HBM2提高了36%。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（HBM）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。

近日，南京湃睿半导体有限公司（以下简称“湃睿半导体”）完成由毅达资本领投的数千万元A轮融资。本轮融资将用于传感与混合信号芯片的新产品拓展、新技术研发等。湃睿半导体成立于2020年，专注于高端ATDC（Analog-Time-Digital Converter，又称模拟-时间-数字转换）芯片的研发、生产和销售。ATDC芯片，是用于将真实世界产生的模拟信号（如温度、压力、声音或者图像等），转换成更容易储存、处理和传输的数字形式。湃睿半导体总部设立于南京，在无锡、厦门设有控股子公司，分别专注于MEMS技术和标准化技术开发，在深圳设有销售与技术支持办公室。此外，在德国法兰克福、多特蒙德分别设有后端设计与验证团队，致力于利用全球技术优势，同时立足本土制造与运营，打造融合传感与混合信号领域的创新品牌。ATDC芯片与传统的ADC芯片作用一样，主要用于模数转换，但两者在实现原理上有较大差异。ADC全称为AVDC，即“模拟-电压-数字转换”，ATDC则是“模拟-时间-数字转换”，两者的差别在于转换的介质从电压变成了时间。ATDC芯片引入时间要素作为中间变量，可以减少混合信号中的模拟部分，提高数字部分占比，实现更高精度、更低噪声、极低功耗和极低成本。同时，客户使用时，两种芯片的方案一致，并不会产生迁移门槛。因此，ATDC芯片有望逐步替代传统的ADC芯片。湃睿半导体创始人黄孙峰表示，此前，不少芯片巨头也尝试过ATDC路线，但由于本地工艺变异的影响，导致最终成片表现不佳。而湃睿半导体则凭借在前端VTC（电压-时间）、后端TDC（时间-数字）上的技术创新，使得ATDC芯片能够在更成熟的90-180nm芯片制程下实现，突破了困扰行业多年的技术壁垒。湃睿半导体拥有全球化的创始团队，四位联合创始人拥有慕尼黑工业大学（MUT）、卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）、东南大学、浙江大学等高校硕士及以上学历，在传感器半导体领域都有着20年以上的经验，拥有研发和市场的复合背景。公司产品进展迅速，在2023年上半年正式流片了两款细分产品，截至目前，公司已出货接近五百万颗。此外，公司已经和新能源汽车、工业传感器、轨道交通系统等多个行业的头部客户完成了产品验证和导入，预计将在2024年进入快速增长阶段。毅达资本投资总监姚博认为，当前国内模拟芯片厂商面临需求不振、海外巨头低价倾销等多方面挑战。湃睿半导体在艰难的市场环境中仍能保持订单快速增长，并获得行业头部客户高度认可，充分展示出其颠覆式创新的巨大价值。毅达资本长期看好ATDC技术在消费、工业、汽车领域的应用，并相信其在医疗、通信等高端传感场景的延展价值。期待湃睿半导体未来能够依托自身的技术优势，持续增强研发力度，进一步为ATDC赛道的标准化发挥引领作用。

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