HMB芯片，海力士的回流焊是怎么打败三星的热压

李星

在 HBM 这项技术上，三星和 SK 海力士各自采用不同的封装方法。SK 的选择是回流焊成型底部填充（MR-MUF）方法，在烤箱中同时烘烤所有层，而三星则采用了热压缩非导电膜（TC NCF）技术，在每层之间用薄膜堆叠芯片。

SK 海力士的 MR-MUF 技术可以一次性封装多层 DRAM，同时也能同时封装多个DRAM模组。DRAM 下方是用于连接芯片的铅基 " 凸块 "焊料，MR 技术涉及加热并同时熔化所有这些凸块以进行焊接。连接所有 DRAM 后，就执行一项被称为 MUF 的底部填充工艺来保护芯片，工艺通过注入一种以出色的散热性而闻名的环氧密封化合物来填充芯片之间的间隙并将其封装起来，然后通过施加热量和压力使组件变硬，从而完成 HBM。

SK 海力士将此过程描述为" 像在烤箱中烘烤一样均匀地施加热量并一次性粘合所有芯片，使其稳定而高效。"

三星的 TC NCF 被称为 " 非导电薄膜热压 "，与 MR-MUF采用回流焊技术略有不同，三星的TC NCF类似是把底部填充胶换成了有初粘的胶膜，先把DRAM先叠起来。其每次堆叠芯片时，都会在各层之间放置一层非导电粘合膜。该膜是一种聚合物材料，用于将芯片彼此隔离，并保护连接点免受冲击。

三星在改进TC NCF工艺时，逐步降低了 NCF 材料的厚度，将其降至 12 层第五代 HBM3E 的 7 微米（µm）。三星表示这种方法的优点是可以最大限度地减少随着层数增加和芯片厚度减小而可能发生的翘曲，使其更适合构建更高的堆栈。

不过三星并没有解决TC NCF 的量产工艺难题，生产出来的产品远不如海力士的MR-MUF 来得稳定，三星 HBM3 芯片的生产良率约为 10%~20%，采用回流焊的SK 海力士的 HBM3 良率可达 60%~70%。

而且由于TC NCF非导电胶膜在热压加工过程中，连接凸块要压穿这种绝缘的非导电胶膜，才能互相导通，残留的胶膜材料会增加凸块间的电阻，导电电阻远高于海力士的回流焊成型底部填充（MR-MUF）工艺，导致三星的 HBM3E样品的功耗是 SK 海力士的两倍多。

三星TC NCF的HBM3 芯片目前仅在海力士供货不足时，才会被客户采用，并且出货在特殊市场，所以三星的HBM3业务量不多，加上良率低，所以三星的HBM3芯片成本很高，暂时很难盈利。

不过全球最大的晶圆清洗、干燥和分选设备公司韩美半导体，近期却因开发AI芯片关键零件HBM制造设备生产HBM需要采用双TC键合机，通过热压缩法连接多个DRAM，并将其供应给大型半导体公司，股价17个月里飙涨了1200%。韩美半导体自2016年起就开始研发和生产这类设备，去年已转型以此产品为主营业务，而使用这种设备的就是三星。

并且在三星的引导下，多家半导体企业也在试图采用这种量产工艺在材料上固化后“轻技术”量产工艺，其上月就刚刚获得了美光公司价值226亿韩元的大额订单。也就是三星的HBM3没有让自己成功，但成功的捧出了一家半导体设备企业。

与海力士的回流焊成型底部填充（MR-MUF）需要有很强的焊料技术与温控技术，在量产工艺领域，由于工艺参数很难固化在材料上，往往会根据不同的焊料用量，零件接触面和零件体积，才能确定温度加热曲线，所以都是“行业老手”，在强大的组织能力下才能有量产效率。