Mudanças na tecnologia de empacotamento HBM: Samsung e SK Hynix adiam ambas a introdução da ligação híbrida HBM.

A Samsung Electronics e a SK Hynix estão a reavaliar o calendário de introdução da tecnologia de hibrid bonding no domínio da memória de alta largura de banda (HBM). Com o relaxamento gradual dos padrões de espessura do HBM e o surgimento de soluções alternativas para problemas de dissipação de calor, esta tecnologia de encapsulamento de próxima geração, outrora vista com grande expectativa, viu os seus marcos comerciais serem sucessivamente adiados.

De acordo com um relatório do meio tecnológico sul-coreano ZDNet Korea na segunda-feira, os observadores da indústria indicam que o ponto de aplicação generalizada da hibrid bonding nas próximas gerações de HBM poderá ser mais tardio do que o inicialmente previsto. As duas empresas esperavam inicialmente introduzir esta tecnologia no HBM4 (sexta geração de HBM), mas acabaram por manter o tradicional thermal compression bonding (TC bonding).

Atualmente, as previsões da indústria apontam para que a introdução da hibrid bonding seja adiada para o HBM4E de 16 camadas (sétima geração de HBM), enquanto alguns intervenientes do setor consideram que o momento real poderá ser ainda mais adiado.

Esta mudança tem um impacto direto na cadeia de fornecimento de HBM e nos fabricantes de equipamentos de encapsulamento relacionados. O adiamento da hibrid bonding significa um prolongamento do ciclo de vida do atual processo de TC bonding, e o ritmo das despesas de capital relacionadas com equipamentos e materiais de hibrid bonding será também ajustado em conformidade.

Padrões de espessura relaxados enfraquecem a vantagem central da hibrid bonding

A principal vantagem da hibrid bonding reside na eliminação da necessidade de estruturas de bump, permitindo a ligação direta dos fios de cobre das várias camadas de DRAM, facilitando assim a redução da espessura total do HBM e melhorando o desempenho térmico e a eficiência energética. No entanto, a urgência de mercado destas vantagens está a diminuir.

Os padrões de espessura do HBM têm vindo a ser gradualmente relaxados. A espessura padrão do HBM era de 720 micrómetros no HBM3E (quinta geração), tendo sido aumentada para 775 micrómetros no HBM4, principalmente devido ao aumento do número de camadas empilhadas de 8 e 12 para 12 e 16. Sabe-se que a organização de normalização internacional de semicondutores JEDEC está atualmente a discutir o alargamento do limite máximo de espessura para produtos de 20 camadas, como o HBM5, de 900 micrómetros para cerca de 1000 micrómetros. Uma vez relaxadas as restrições de espessura, o espaçamento entre as camadas de DRAM não precisará de ser comprimido ao extremo, aliviando também a pressão técnica sobre o TC bonding.

Ao mesmo tempo, o calendário de procura dos clientes principais, como a Nvidia, por HBM de elevado empilhamento também foi adiado. Um profissional do setor de memórias, identificado como A, afirmou: "Atualmente, as discussões entre clientes e fabricantes de memórias sobre HBM de 16 camadas não são muito ativas. Para já, mesmo no HBM4E, é provável que os produtos de 12 camadas continuem a dominar."

Soluções alternativas de dissipação de calor surgem, as duas empresas tomam caminhos distintos

A melhoria do desempenho térmico é outro ponto forte da hibrid bonding – a remoção do underfill de baixa condutividade térmica ajuda a melhorar as características térmicas do HBM. No entanto, a Samsung Electronics e a SK Hynix já desenvolveram tecnologias alternativas de dissipação de calor que não dependem da hibrid bonding.

O núcleo das soluções de ambas as empresas consiste em integrar componentes de dissipação de calor independentes junto ao chip central do HBM. A Samsung Electronics designou a sua solução como Heat Path Block (HPB), enquanto a SK Hynix a chama de iHBM (ICE HBM). Ambas as empresas estão atualmente a testar a aplicação destas tecnologias no HBM5.

Um profissional do setor de encapsulamento afirmou: "Configurar componentes de dissipação de calor junto ao chip central do HBM não apresenta grande dificuldade técnica, e a comercialização não deve enfrentar obstáculos. Do ponto de vista das empresas de memórias, é uma opção estável."

Gargalo da densidade de I/O poderá ser o motor final da hibrid bonding

Apesar do adiamento do calendário de introdução a curto prazo, espera-se que os trabalhos de investigação e desenvolvimento da Samsung Electronics e da SK Hynix em hibrid bonding continuem a avançar. O motor será a procura explosiva por densidade de I/O na trajetória de evolução a longo prazo do HBM.

O HBM4 já duplicou o número de I/Os de 1024 para 2048 em relação ao HBM3E, reduzindo significativamente o espaçamento interno do HBM. O TC bonding, que sofre de difusão lateral durante a fusão dos bumps, é considerado pela indústria como incapaz de suportar a implementação de I/Os de densidade mais elevada. O profissional C do setor de encapsulamento salientou: "A médio e longo prazo, a indústria discute duplicar novamente o número de I/Os para 4096 a partir do HBM5E. Nessa altura, o espaçamento dos I/Os será extremamente apertado, e a hibrid bonding tornar-se-á uma opção necessária."

Isto significa que a hibrid bonding não está a ser abandonada, mas sim adiada – a sua verdadeira janela comercial poderá reabrir com o avanço crítico da densidade de I/O na evolução das gerações de HBM.

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