Samsung e SK avaliam o momento da adoção do Hibrid Bonding para HBM

A Samsung Electronics e a SK Hynix estão a aprofundar as suas deliberações sobre quando adotar a tecnologia de hibrid bonding para concretizar a próxima geração de memória de alta largura de banda (HBM).
A razão é que a necessidade dos principais pontos fortes da tecnologia, "redução de espessura" e "desempenho melhorado de dissipação de calor", diminuiu. Dentro da indústria, há a opinião de que a necessidade de adotar o hibrid bonding voltará a surgir quando o número de I/O (terminais de entrada e saída) no HBM explodir.
De acordo com a indústria no dia 6, há observações de que o ponto em que o hibrid bonding é totalmente aplicado ao HBM de próxima geração pode ser adiado em relação às expectativas. Embora houvesse previsões de que a tecnologia de hibrid bonding pudesse ser aplicada a partir do HBM4 (a sexta geração de HBM), isso não se concretizou devido a fatores como a dificuldade técnica.
As principais empresas de memória, incluindo a Samsung Electronics e a SK Hynix, continuaram a investigação e desenvolvimento (I&D) para aplicar o hibrid bonding, uma tecnologia de encapsulamento de próxima geração, ao HBM. A tecnologia de ligação atualmente utilizada na produção em massa de HBM é a ligação por compressão térmica (TC). É uma estrutura em que pequenas protuberâncias chamadas bumps e um material de underfill que serve de suporte são colocados entre DRAM e DRAM e, em seguida, unidos usando calor e pressão.
O hibrid bonding une diretamente as ligações de cobre de cada DRAM. Como não utiliza bumps, facilita a redução da espessura geral do HBM e pode melhorar as características de dissipação de calor e a eficiência energética. Os I/O (terminais de entrada e saída) que servem como caminhos de transmissão de dados dentro do HBM também podem ser ligados com maior densidade.
Inicialmente, esperava-se que a Samsung Electronics e a SK Hynix aplicassem a tecnologia de hibrid bonding já no HBM4 (a sexta geração de HBM), mas aplicaram a ligação TC convencional. Agora, há previsões de que possa ser adotada a partir do HBM4E de 16 camadas (a sétima geração de HBM). O ponto esperado de aplicação foi adiado.
HBM de Próxima Geração Vê Necessidade Reduzida de Redução de Espessura
Dentro da indústria, há também observações de que o momento da adoção do hibrid bonding pode ser ainda mais adiado. A razão é que a necessidade das vantagens do hibrid bonding, nomeadamente a redução da espessura do HBM e a melhoria das características térmicas, está a diminuir.
No caso da espessura do HBM, o padrão da indústria está gradualmente a ser flexibilizado. O padrão HBM era originalmente de 720 micrómetros de espessura até ao HBM3E (a quinta geração de HBM), mas foi aumentado para 775 micrómetros com a chegada do HBM4. O principal motivo foi que o número de DRAM empilhadas no HBM4 subiu das anteriores 8 e 12 camadas para 12 e 16 camadas.
O Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC) está, segundo consta, a discutir um plano para flexibilizar a espessura do HBM de próxima geração que empilha 20 camadas, como o HBM5, de 900 micrómetros para um máximo de cerca de 1000 micrómetros. Se o padrão de espessura for flexibilizado, o espaçamento entre DRAM não precisa de ser reduzido ao extremo, o que pode aliviar a pressão sobre a tecnologia de ligação.
O facto de a procura de HBM de alta pilha por parte de clientes-chave como a Nvidia estar a ser adiada também é uma variável.
Um funcionário da indústria de memória, A, explicou que "as discussões sobre HBM de 16 camadas entre clientes e fabricantes de memória não estão a ocorrer ativamente neste momento", acrescentando que "para já, há uma forte possibilidade de que os produtos de 12 camadas permaneçam como a referência, mesmo no HBM4E."
Samsung e SK Melhoram a Dissipação de Calor do HBM com um Dispositivo Separado, a Ser Aplicado a Partir do HBM5
O hibrid bonding também é vantajoso para melhorar as características térmicas do HBM porque remove o material de underfill, que tem baixa condutividade térmica.
No entanto, a Samsung Electronics e a SK Hynix conceberam recentemente uma tecnologia que pode melhorar as características térmicas do HBM de uma forma diferente. O cerne da mesma é colocar um dispositivo separado que dissipa calor ao lado do HBM. A Samsung Electronics chama-lhe Heat Path Block (HPB), enquanto a SK Hynix lhe chama iHBM (ICE HBM). Ambas as empresas estão a testar a tecnologia para aplicação no HBM5.
O funcionário da indústria de encapsulamento B disse que "implementar um dispositivo de dissipação de calor e colocá-lo ao lado do die central do HBM não é tecnicamente muito difícil, pelo que não deverá haver obstáculos à comercialização", e que "do ponto de vista das empresas de memória, é uma opção estável."
"I&D de Hibrid Bonding Continuará"
Ainda assim, espera-se que a Samsung Electronics e a SK Hynix continuem o seu I&D de hibrid bonding. Isto porque a aplicação do hibrid bonding se torna vantajosa se o número de I/O aumentar e a densidade melhorar no HBM de próxima geração.
Por exemplo, o HBM4 foi implementado com 2048 I/O, o dobro da geração anterior HBM3E. Neste caso, o espaçamento dentro do HBM deve ser consideravelmente reduzido. A ligação TC é avaliada como tendo dificuldade em implementar qualquer I/O adicional a partir deste ponto, porque os bumps espalham-se lateralmente à medida que derretem.
O funcionário da indústria de encapsulamento C afirmou que "a médio e longo prazo, há discussões de que o número de I/O duplicará novamente para 4096 a partir do HBM5E", e que "neste caso, o espaçamento de I/O é muito estreito, pelo que será necessário aplicar o hibrid bonding."