挑戰(zhàn)傳統(tǒng)，打破限制，勇攀高峰，打破常規(guī)者們?cè)趯で箝_(kāi)創(chuàng)性解決方案的過(guò)程中重塑規(guī)則。繼SK海力士品牌短片《誰(shuí)是打破常規(guī)者》播出后，將推出一系列文章，展示公司在重塑技術(shù)、重新定義行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面采取的各種“打破常規(guī)”的創(chuàng)新舉措。作為本系列首篇文章，將詳述HBM領(lǐng)域中MR-MUF技術(shù)的發(fā)展。

體積更小、速度更快、帶寬更高、性能更佳。如今，領(lǐng)先的存儲(chǔ)器產(chǎn)品正迅速發(fā)展，以滿(mǎn)足人工智能時(shí)代下的高需求。然而，這些進(jìn)步也帶來(lái)了一項(xiàng)可能阻礙下一代產(chǎn)品發(fā)展的挑戰(zhàn)——熱量過(guò)高。

為解決這一問(wèn)題，SK海力士取得了前所未有的突破，開(kāi)發(fā)出了一種名為批量回流模制底部填充（MR-MUF, Mass Reflow-Molded Underfill）1 的新型創(chuàng)新封裝技術(shù)，可以有效改善芯片的散熱性能。自2019年以來(lái)，MR-MUF技術(shù)被應(yīng)用于SK海力士開(kāi)創(chuàng)性產(chǎn)品HBM2中，使公司在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。作為唯一一家采用MR-MUF技術(shù)的公司，應(yīng)用該技術(shù)的HBM產(chǎn)品的散熱性能獲得客戶(hù)一致好評(píng)，SK海力士毫無(wú)疑問(wèn)地成為HBM市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者。

1批量回流模制底部填充（MR-MUF, Mass Reflow-Molded Underfill）: 批量回流焊是一種通過(guò)熔化堆疊芯片間的凸點(diǎn)以連接芯片的技術(shù)。通過(guò)模制底部填充技術(shù)，將保護(hù)材料填充至堆疊芯片間隙中，以提高耐用性和散熱性。結(jié)合回流和模制工藝，MR-MUF技術(shù)將半導(dǎo)體芯片連接到電路上，并用環(huán)氧樹(shù)脂模塑料（EMC）填充芯片間及凸點(diǎn)間的空隙。

2高帶寬存儲(chǔ)器（HBM, High Bandwidth Memory）: 一種高附加值、高性能存儲(chǔ)器產(chǎn)品，通過(guò)硅通孔技術(shù)（TSV）將多個(gè)DRAM芯片垂直互聯(lián)。與現(xiàn)有的DRAM產(chǎn)品相比，數(shù)據(jù)處理速度顯著提高。

本文將探討MR-MUF技術(shù)的開(kāi)創(chuàng)性發(fā)展，并重點(diǎn)關(guān)注高導(dǎo)熱性新材料如何解決下一代HBM產(chǎn)品熱量過(guò)高的問(wèn)題。

全力攻克散熱難題

隨著存儲(chǔ)器產(chǎn)品的發(fā)展，散熱問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)峻，導(dǎo)致這一問(wèn)題的原因有多個(gè)：例如，由于表面積減少和功率密度增加，半導(dǎo)體微型化會(huì)直接影響產(chǎn)品的散熱性能；對(duì)于HBM這樣的DRAM堆疊產(chǎn)品，熱傳導(dǎo)路徑較長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致熱阻增加，熱導(dǎo)性也會(huì)因芯片之間的填充材料而受限；此外，速度和容量的不斷提升，也會(huì)導(dǎo)致熱量增加。

若無(wú)法充分控制半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生的熱量，可能會(huì)對(duì)產(chǎn)品性能、生命周期和功能產(chǎn)生負(fù)面影響。這是客戶(hù)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，因?yàn)榇祟?lèi)問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重影響其生產(chǎn)力、能源成本和競(jìng)爭(zhēng)力。所以，除容量和帶寬外，包括散熱在內(nèi)均已成為先進(jìn)存儲(chǔ)器產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵考慮因素。

因此，人們開(kāi)始將注意力轉(zhuǎn)向半導(dǎo)體封裝技術(shù)，因其主要功能之一是熱控制。在第二代HBM產(chǎn)品HBM2之前，SK海力士的HBM產(chǎn)品一直采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)性熱壓非導(dǎo)電膜（TC-NCF，Thermal Compression Non-Conductive Film）3技術(shù)。然而，隨著HBM產(chǎn)品的進(jìn)步，需要更薄的芯片來(lái)容納更多的芯片層，因此相應(yīng)的封裝技術(shù)需要控制更多的熱量和壓力。SK海力士在開(kāi)發(fā)下一代產(chǎn)品時(shí)，還需要解決密集堆疊產(chǎn)品中因壓力和厚度而造成芯片翹曲等問(wèn)題。基于此，公司需要跳出固有思維，為未來(lái)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)一項(xiàng)全新封裝技術(shù)。

3熱壓非導(dǎo)電薄膜（TC-NCF，Thermal Compression Non-Conductive Film）：一種通過(guò)在芯片間涂抹薄膜狀物質(zhì)來(lái)堆疊芯片的技術(shù)。通過(guò)加熱和加壓融化這種物質(zhì)，從而將芯片粘在一起。

MR-MUF技術(shù)及其新材料，

填補(bǔ)散熱控制拼圖中缺失的一環(huán)

SK海力士在開(kāi)發(fā)第三代HBM產(chǎn)品——HBM2E時(shí)，將傳熱控制作為改進(jìn)的主要焦點(diǎn)。即便TC-NCF技術(shù)被公認(rèn)為是適用于密集堆疊產(chǎn)品的封裝解決方案，SK海力士仍舊堅(jiān)持不斷挑戰(zhàn)現(xiàn)狀，努力開(kāi)發(fā)一種可優(yōu)化散熱性能的新型封裝技術(shù)。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的測(cè)試和試驗(yàn)，公司于2019年推出了新型封裝技術(shù)MR-MUF，繼而徹底改變了HBM市場(chǎng)的未來(lái)。

TC-NCF技術(shù)與MR-MUF技術(shù)散熱性能的結(jié)構(gòu)差異

MR-MUF技術(shù)由SK海力士多個(gè)團(tuán)隊(duì)共同開(kāi)發(fā)，該技術(shù)能夠同時(shí)對(duì)HBM產(chǎn)品中所有的垂直堆疊芯片進(jìn)行加熱和互聯(lián)，比堆疊芯片后填充薄膜材料的TC-NCF技術(shù)更高效。此外，與TC-NCF技術(shù)相比，MR-MUF技術(shù)可將有效散熱的熱虛設(shè)凸塊數(shù)量增加四倍。

MR-MUF技術(shù)另一個(gè)重要特性是采用了一種名為環(huán)氧樹(shù)脂模塑料（EMC, Epoxy Molding Compound）4的保護(hù)材料，用于填充芯片間的空隙。EMC是一種熱固性聚合物，具有卓越的機(jī)械性、電氣絕緣性及耐熱性，能夠滿(mǎn)足對(duì)高環(huán)境可靠性和芯片翹曲控制的需求。由于應(yīng)用了MR-MUF技術(shù)，HBM2E的散熱性能比上一代HBM2提高了36%。

4環(huán)氧樹(shù)脂模塑料（EMC, Epoxy Molding Compound）: 一種基于熱固性聚合物環(huán)氧樹(shù)脂的散熱材料。這種材料可用于密封半導(dǎo)體芯片，以避免芯片受到外部環(huán)境因素影響，如高溫、潮濕、震動(dòng)等。

雖然MR-MUF技術(shù)也被用于HBM2E的下一代產(chǎn)品——8層HBM3，但在2023年開(kāi)發(fā)12層HBM3時(shí)，SK海力士還是將MR-MUF技術(shù)提升到了一個(gè)新高度。為了保持產(chǎn)品的整體厚度，DRAM芯片必須比8層HBM3所用的芯片薄40%，因此解決芯片翹曲成為了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。SK海力士積極應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)了先進(jìn)的MR-MUF技術(shù)，并引入了業(yè)界首創(chuàng)的芯片控制技術(shù)（Chip Control Technology）5和改善散熱效果的新型保護(hù)材料。在此過(guò)程中，因其在先進(jìn)MR-MUF技術(shù)中應(yīng)用的新型EMC與原始MR-MUF技術(shù)中的EMC相比，使散熱性能提高了1.6倍，SK海力士再次實(shí)現(xiàn)材料創(chuàng)新。

5芯片控制技術(shù)（Chip Control Technology）：在堆疊芯片時(shí)，對(duì)每個(gè)芯片施加瞬間高熱，使頂層芯片下的凸點(diǎn)與底層芯片上的薄墊熔合。薄墊將芯片固定在一起，以防止翹曲。

憑借熱量控制技術(shù)，

SK海力士成功實(shí)現(xiàn)了最高級(jí)別HBM的量產(chǎn)

HBM產(chǎn)品發(fā)展及散熱性能優(yōu)化時(shí)間線

從開(kāi)發(fā)HBM2E開(kāi)始，MR-MUF技術(shù)及隨后推出的先進(jìn)MR-MUF技術(shù)的應(yīng)用，使SK海力士能夠生產(chǎn)出業(yè)界最高標(biāo)準(zhǔn)的HBM產(chǎn)品。時(shí)至2024年，SK海力士已成為首家量產(chǎn)HBM3E的公司，這是最新一代、擁有全球最高標(biāo)準(zhǔn)性能的HBM產(chǎn)品。在應(yīng)用先進(jìn)的MR-MUF技術(shù)后，與上一代8層HBM3相比，HBM3E在散熱性能方面提高了10%，成為人工智能時(shí)代炙手可熱的存儲(chǔ)器產(chǎn)品。展望未來(lái)，公司將繼續(xù)保持其在HBM領(lǐng)域的市場(chǎng)主導(dǎo)地位，并宣布計(jì)劃將下一代HBM4產(chǎn)品的量產(chǎn)提前至2025年。

打破常規(guī)者專(zhuān)訪：

HBM產(chǎn)品封裝部門(mén)，河京武TL

為了更深入地了解MR-MUF技術(shù)開(kāi)發(fā)和HBM發(fā)展的淵源，本文采訪了HBM產(chǎn)品封裝部門(mén)的 河京武TL。通過(guò)對(duì)新材料的探索、測(cè)試和驗(yàn)證，河京武積極推動(dòng)著MR-MUF技術(shù)的發(fā)展，并就這一創(chuàng)新工藝所帶來(lái)的影響進(jìn)行了深入探討。

Q

SK海力士采用MR-MUF技術(shù)成功開(kāi)發(fā)出的HBM產(chǎn)品具有怎樣的意義？MR-MUF技術(shù)和先進(jìn)MR-MUF技術(shù)在材料創(chuàng)新方面有哪些重大突破？

A

“MR-MUF技術(shù)的引入讓我們站在了HBM市場(chǎng)的頂峰，確保了我們?cè)贖BM市場(chǎng)的領(lǐng)先地位。自從我們決定在HBM2E產(chǎn)品上采用MR-MUF技術(shù)，而非像其他半導(dǎo)體公司一樣使用TC-NCF技術(shù)以來(lái)，SK海力士一直在超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。MR-MUF技術(shù)的應(yīng)用使公司成功量產(chǎn)層數(shù)越來(lái)越多的、前所未有的HBM產(chǎn)品，充分證明了公司對(duì)創(chuàng)新不懈追求的精神?！?/p>

“在材料創(chuàng)新方面，MR-MUF技術(shù)采用了比NCF技術(shù)散熱性能更好的EMC材料。與TC-NCF技術(shù)相比，這一舉措對(duì)提高M(jìn)R-MUF技術(shù)的熱控性和產(chǎn)品的環(huán)境可靠性起到了關(guān)鍵作用。此外，關(guān)于先進(jìn)MUF材料， 是SK海力士在EMC材料基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，推出的散熱性能更強(qiáng)的新版本?！?/p>

Q

在MR-MUF技術(shù)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，有哪些幕后工作值得分享？

A

“在這些先進(jìn)技術(shù)的背后，是持續(xù)不斷的測(cè)試和評(píng)估，以驗(yàn)證和提高用于封裝工藝的新材料的質(zhì)量?！?/p>

“在開(kāi)發(fā)先進(jìn)MR-MUF技術(shù)時(shí)，將新EMC材料持續(xù)用于通用測(cè)試載具（UTV, Universal Test Vehicle）6進(jìn)行可靠性測(cè)試至關(guān)重要。具有與HBM產(chǎn)品相同規(guī)格UTV在經(jīng)過(guò)晶圓級(jí)封裝（WLP, Wafter-Level Package）7后成為樣品，然后進(jìn)行預(yù)見(jiàn)可靠性（LAR, Look Ahead Reliability）8測(cè)試，以識(shí)別產(chǎn)品缺陷。只有通過(guò)測(cè)試并進(jìn)行了必要升級(jí)的材料，才可用于HBM最終產(chǎn)品?！?/p>

6通用測(cè)試載具（UTV, Universal Test Vehicle）：在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期階段，用于測(cè)試和確定產(chǎn)品規(guī)格及標(biāo)準(zhǔn)的樣品。

7晶圓級(jí)封裝（WLP, Wafer-Level Package）：在切割晶圓前，一次性進(jìn)行封裝和測(cè)試晶圓并產(chǎn)出最終產(chǎn)品的技術(shù)，在晶圓加工和芯片切割方面，與傳統(tǒng)封裝工藝不同。

8預(yù)見(jiàn)可靠性（LAR, Look Ahead Reliability）：在質(zhì)量評(píng)估前進(jìn)行的初步測(cè)試，旨在針對(duì)測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品缺陷制定對(duì)策，并于質(zhì)量評(píng)估期間采取相應(yīng)對(duì)策，以修復(fù)產(chǎn)品缺陷。

Q

在MR-MUF技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，SK海力士的“打破常規(guī)者精神”是如何激勵(lì)員工突破傳統(tǒng)的？

A

“我們公司倡導(dǎo)一種‘打破常規(guī)’的企業(yè)文化，鼓勵(lì)每個(gè)人設(shè)定具有挑戰(zhàn)性的目標(biāo)，而非安于現(xiàn)狀。此外，無(wú)論來(lái)自哪個(gè)部門(mén)，成員們都致力于“一個(gè)團(tuán)隊(duì)”協(xié)作精神，并努力成為團(tuán)隊(duì)中最好的一員。”

“這一點(diǎn)在MR-MUF技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中尤為明顯，當(dāng)時(shí)來(lái)自各部門(mén)的成員通力合作，確保了項(xiàng)目成功。這是全公司成員們共同努力的成果，正是因?yàn)榇蠹引R心協(xié)力，才使這項(xiàng)創(chuàng)新成為可能。在這個(gè)過(guò)程中每個(gè)成員都各司其職，例如我的職責(zé)就是為工程師開(kāi)發(fā)流程提供支持，此外，我的主要職責(zé)還包括對(duì)材料進(jìn)行初步風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、制定技術(shù)驗(yàn)證計(jì)劃、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手監(jiān)測(cè)以及提前確定客戶(hù)需求?！?/p>

“在SK海力士，我們都是打破常規(guī)者。因?yàn)槲覀兩钚牛灰ㄟ^(guò)共同的努力，就能不斷勇攀高峰，創(chuàng)造出令人驚嘆的成就?！?/p>