三星電子推動下一代HBM結構變革…申請高堆疊響應新專利

三星電子已確認提交了一項新專利，旨在解決高頻寬記憶體（HBM）封裝的可靠性問題。隨著HBM4E和HBM5的高堆疊時代來臨，該公司正在創新保護記憶體晶粒的「虛擬晶粒」結構，追求結構穩定性與良率穩定性的兼顧。根據28日公開的HBM封裝專利，三星電子開發了一種技術，將堆疊中最頂層虛擬晶粒的側面加工成三層階梯加曲線結構。這是一種能有效改善高堆疊HBM常見的晶片分層、裂紋和翹曲問題的方法。
HBM是一種將多個記憶體晶粒垂直堆疊在基底晶粒上的結構，最上方放置一個頂層虛擬晶粒。虛擬晶粒使整體封裝高度符合規格，並承擔機械保護和散熱功能。然而，隨著堆疊層數從12層攀升至16層以上，頂層虛擬晶粒的可靠性已成為影響良率與長期穩定性的關鍵變量。通常，從8層過渡到12層會使良率下降10到20個百分點，而邁向16層時，良率則急遽下降，落入40%到60%的範圍。在此，改善虛擬晶粒結構能解決翹曲問題與熱膨脹不匹配問題，這些都是導致良率下降的重要原因。
三星電子對虛擬晶粒採用「深槽切割」製程。深槽切割是一種高精度切割技術，通過在晶圓上雕刻深槽來分離晶片（晶粒），這項技術能形成比傳統普通刀片切割（機械切割）更深、更精確的溝槽。其優勢在於採用雷射技術，能將對半導體晶體結構的損害降至最低。
此結構設計為倒金字塔形式，其中頂層虛擬晶粒的底面（接合面）保持狹窄，而頂面則擴大。側面分為第一側、第二側和第三側，特點是每個連接點處斜率突然變化的不連續結構，以及朝頂部凸出的曲面。因此，與傳統簡單的垂直側面相比，機械強度預計將大幅提升。此外，通過在非接合區域（NBR）預先形成溝槽（Tr），設計解決了切割過程中產生的碎屑污染接合界面的問題。這反過來增強了熔融接合的可靠性。
從熱管理角度來看，此專利亦值得關注。專利精確設計接合絕緣層底面與水平延伸面之間的垂直距離為1到10微米，使熱傳導效率維持在現有水平。還包含一種改良的突出表面設計，可最小化成型層（EMC）體積，從而提高實際改善熱傳導路徑的可能性。
三星電子似乎計劃將此技術與現有HBM封裝技術（如混合鍵合與HPB（熱路徑阻斷））連結，以強化整體可靠性競爭力並擴大HBM市場份額。
業界人士解釋，在12層或以上的高堆疊HBM中，頂層虛擬晶粒的翹曲實際上是一個對良率有重大影響的關鍵變量，並補充說這似乎是一項針對16層以上HBM5的前瞻技術。