サムスンとSK、HBM向けハイブリッドボンディング採用時期を検討

サムスン電子とSKハイニックスは、次世代高帯域幅メモリ（HBM）を実現するためにハイブリッドボンディング技術をいつ採用するかについての検討を深めている。
その理由は、この技術の主な強みである「厚さ低減」と「放熱性能の向上」の必要性が低下したためである。業界内では、HBM内のI/O（入出力端子）数が爆発的に増加すれば、ハイブリッドボンディング採用の必要性が再浮上するという見方がある。
6日の業界関係者によると、ハイブリッドボンディングが次世代HBMに全面的に適用される時期は予想よりも遅れる可能性があるとの観測がある。かつてはHBM4（第6世代HBM）からハイブリッドボンディング技術が適用される可能性があるとの予測があったが、技術的な難しさなどの要因により実現しなかった。
サムスン電子やSKハイニックスを含む主要メモリ企業は、次世代パッケージング技術であるハイブリッドボンディングをHBMに適用するための研究開発（R&D）を継続している。現在HBMの量産で使用されているボンディング技術は熱圧着（TC）ボンディングである。これは、バンプと呼ばれる微細な突起と支持材となるアンダーフィル材をDRAMとDRAMの間に配置し、熱と圧力で接合する構造である。
ハイブリッドボンディングは各DRAMの銅配線を直接接合する。バンプを使用しないため、HBM全体の厚さを低減しやすく、放熱特性と電力効率を向上できる。HBM内部のデータ伝送経路となるI/O（入出力端子）も高密度に接続できる。
当初、サムスン電子とSKハイニックスはHBM4（第6世代HBM）からハイブリッドボンディング技術を適用すると予想されていたが、代わりに従来のTCボンディングを適用した。現在では、16層のHBM4E（第7世代HBM）から採用される可能性があるとの予測がある。適用予定時期は後ろ倒しとなった。
次世代HBM、厚さ低減の必要性低下
業界内では、ハイブリッドボンディング採用時期がさらに後退する可能性があるとの観測もある。その理由は、ハイブリッドボンディングの利点であるHBMの薄型化と熱特性の向上の必要性が低下しているためである。
HBMの厚さに関しては、業界標準が徐々に緩和されている。HBMの標準厚さは当初、HBM3E（第5世代HBM）までは720マイクロメートルだったが、HBM4の登場により775マイクロメートルに引き上げられた。主な要因は、HBM4のDRAM積層数が従来の8層と12層から12層と16層に増加したことである。
JEDEC（電子デバイス技術評議会）は、HBM5など20層を積層する次世代HBMの厚さを、900マイクロメートルから最大約1,000マイクロメートルまで緩和する計画を議論しているとされる。厚さ基準が緩和されれば、DRAM間の間隔を極端に狭める必要がなくなり、ボンディング技術への負担が軽減される可能性がある。
Nvidiaなどの主要顧客からの高積層HBMの需要が後退していることも変数である。
あるメモリ業界関係者A氏は、「顧客とメモリメーカーの間での16層HBMに関する議論は現在活発に行われていない」と説明し、「現時点では、HBM4Eでも12層製品が主流であり続ける可能性が高い」と付け加えた。
サムスンとSK、別デバイスでHBM放熱改善、HBM5から適用へ
ハイブリッドボンディングは、熱伝導率の低いアンダーフィル材をなくすため、HBMの熱特性向上にも有利である。
しかし、サムスン電子とSKハイニックスは最近、別の方法でHBMの熱特性を改善できる技術を開発した。その核心は、HBMの隣に放熱用の別デバイスを配置することである。サムスン電子はこれをHeat Path Block（HPB）、SKハイニックスはiHBM（ICE HBM）と呼んでいる。両社とも、この技術をHBM5に適用するためのテストを行っている。
パッケージング業界関係者B氏は、「放熱デバイスを実装してHBMコアダイの隣に配置することは技術的にそれほど難しくなく、商業化に障害はない」と述べ、「メモリ企業の立場からすると安定した選択肢である」と語った。
「ハイブリッドボンディングの研究開発は継続する」
それでも、サムスン電子とSKハイニックスはハイブリッドボンディングの研究開発を継続すると予想される。これは、次世代HBMでI/O数が増加し、密度が向上すれば、ハイブリッドボンディングの適用が有利になるためである。
例えば、HBM4は2,048のI/Oで実装され、前世代のHBM3Eの2倍である。この場合、HBM内部の間隔を大幅に狭める必要がある。TCボンディングは、バンプが溶融時に横に広がるため、これ以上のI/Oを実装するのは困難と評価されている。
パッケージング業界関係者C氏は、「中長期的には、HBM5EからI/O数が再び倍増して4,096になるとの議論がある」と述べ、「その場合、I/O間隔が非常に狭いため、ハイブリッドボンディングを適用する必要がある」と語った。