一项封装技术，成就HBM龙头

2月前

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来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自SK Hynix，谢谢。

如今，领先的存储器产品正迅速发展，以满足人工智能时代下的高需求。然而，这些进步也带来了一项可能阻碍下一代产品发展的挑战——热量过高。

为解决这一问题，SK海力士取得了前所未有的突破，开发出了一种名为批量回流模制底部填充（MR-MUF, Mass Reflow-Molded Underfill）的新型创新封装技术，可以有效改善芯片的散热性能。自2019年以来，MR-MUF技术被应用于SK海力士开创性产品HBM中，使公司在市场竞争中脱颖而出。作为唯一一家采用MR-MUF技术的公司，应用该技术的HBM产品的散热性能获得客户一致好评。

本文将探讨MR-MUF技术的开创性发展，并重点关注高导热性新材料如何解决下一代HBM产品热量过高的问题。

全力攻克散热难题

随着存储器产品的发展，散热问题愈发严峻，导致这一问题的原因有多个：例如，由于表面积减少和功率密度增加，半导体微型化会直接影响产品的散热性能；对于HBM这样的DRAM堆叠产品，热传导路径较长会导致热阻增加，热导性也会因芯片之间的填充材料而受限；此外，速度和容量的不断提升，也会导致热量增加。

若无法充分控制半导体芯片产生的热量，可能会对产品性能、生命周期和功能产生负面影响。这是客户重点关注的问题，因为此类问题会严重影响其生产力、能源成本和竞争力。所以，除容量和带宽外，包括散热在内均已成为先进存储器产品开发过程中的关键考虑因素。

因此，人们开始将注意力转向半导体封装技术，因其主要功能之一是热控制。在第二代HBM产品HBM2之前，SK海力士的HBM产品一直采用行业标准性热压非导电膜（TC-NCF，Thermal Compression Non-Conductive Film）技术。然而，随着HBM产品的进步，需要更薄的芯片来容纳更多的芯片层，因此相应的封装技术需要控制更多的热量和压力。SK海力士在开发下一代产品时，还需要解决密集堆叠产品中因压力和厚度而造成芯片翘曲等问题。基于此，公司需要跳出固有思维，为未来产品开发一项全新封装技术。

MR-MUF技术及其新材料，填补散热控制拼图中缺失的一环

SK海力士在开发第三代HBM产品——HBM2E时，将传热控制作为改进的主要焦点。即便TC-NCF技术被公认为是适用于密集堆叠产品的封装解决方案，SK海力士仍旧坚持不断挑战现状，努力开发一种可优化散热性能的新型封装技术。经过无数次的测试和试验，公司于2019年推出了新型封装技术MR-MUF，继而彻底改变了HBM市场的未来。

图片来源海力士

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%。

虽然MR-MUF技术也被用于HBM2E的下一代产品——8层HBM3，但在2023年开发12层HBM3时，SK海力士还是将MR-MUF技术提升到了一个新高度。为了保持产品的整体厚度，DRAM芯片必须比8层HBM3所用的芯片薄40%，因此解决芯片翘曲成为了一个关键问题。SK海力士积极应对挑战，开发了先进的MR-MUF技术，并引入了业界首创的芯片控制技术（Chip Control Technology）和改善散热效果的新型保护材料。在此过程中，因其在先进MR-MUF技术中应用的新型EMC与原始MR-MUF技术中的EMC相比，使散热性能提高了1.6倍，SK海力士再次实现材料创新。

图片来源海力士

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。展望未来，公司将继续保持其在HBM领域的市场主导地位，并宣布计划将下一代HBM4产品的量产提前至2025年。

为了更深入地了解MR-MUF技术开发和HBM发展的渊源，本文采访了HBM产品封装部门的专家。通过对新材料的探索、测试和验证，河京武积极推动着MR-MUF技术的发展，并就这一创新工艺所带来的影响进行了深入探讨。

问：SK海力士采用MR-MUF技术成功开发出的HBM产品具有怎样的意义？MR-MUF技术和先进MR-MUF技术在材料创新方面有哪些重大突破？

答：“MR-MUF技术的引入让我们站在了HBM市场的顶峰，确保了我们在HBM市场的领先地位。自从我们决定在HBM2E产品上采用MR-MUF技术，而非像其他半导体公司一样使用TC-NCF技术以来，SK海力士一直在超越竞争对手。MR-MUF技术的应用使公司成功量产层数越来越多的、前所未有的HBM产品，充分证明了公司对创新不懈追求的精神。”

“在材料创新方面，MR-MUF技术采用了比NCF技术散热性能更好的EMC材料。与TC-NCF技术相比，这一举措对提高MR-MUF技术的热控性和产品的环境可靠性起到了关键作用。此外，关于先进MUF材料，是SK海力士在EMC材料基础上更进一步，推出的散热性能更强的新版本。”

问：在MR-MUF技术的开发过程中，有哪些幕后工作值得分享？

答：“在这些先进技术的背后，是持续不断的测试和评估，以验证和提高用于封装工艺的新材料的质量。”

“在开发先进MR-MUF技术时，将新EMC材料持续用于通用测试载具（UTV, Universal Test Vehicle）进行可靠性测试至关重要。具有与HBM产品相同规格UTV在经过晶圆级封装（WLP, Wafter-Level Package）后成为样品，然后进行预见可靠性（LAR, Look Ahead Reliability）测试，以识别产品缺陷。只有通过测试并进行了必要升级的材料，才可用于HBM最终产品。”

参考链接：

https://news.skhynix.com.cn/rulebreakers-revolutions-mr-muf-unlocks-hbm-heat-control/

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