三星电子推动下一代HBM结构变革…申请应对高堆叠的新型专利

三星电子已确认提交了一项旨在解决高带宽内存（HBM）封装可靠性问题的新专利。随着HBM4E和HBM5高堆叠时代的临近，该公司正在对保护内存裸片的“虚拟裸片”结构进行创新，以追求结构稳定性和良率稳定性。根据28日公开的HBM封装专利，三星电子开发了一种技术，将堆叠中最上方虚拟裸片的侧面加工成三层阶梯加曲面结构。这是一种能够有效改善高堆叠HBM中常见的芯片分层、开裂和翘曲问题的方法。
HBM是一种将多个内存裸片垂直堆叠在基座裸片上的结构，最上方放置一个虚拟裸片。虚拟裸片使整个封装高度符合规格，并起到机械保护和散热的作用。然而，随着堆叠层数从12层攀升至16层或更多，最上方虚拟裸片的可靠性已成为影响良率和长期稳定性的关键变量。通常，从8层增加到12层会使良率下降10至20个百分点，而向16层发展时良率下降更剧烈，降至40%至60%的区间。在此，改进虚拟裸片结构可以解决翘曲问题和热膨胀不匹配问题，而这些是导致良率下降的重要原因之一。
三星电子针对虚拟裸片采用“深槽切割”工艺。深槽切割是一种高精度切割工艺，通过在晶圆上雕刻深槽来分离芯片（裸片），该技术能形成比传统普通刀片切割（机械切割）更深更精确的沟槽。其优势在于基于激光，可最小化对半导体晶体结构的损伤。
这种结构设计为倒金字塔形式，最上方虚拟裸片的底面（键合面）保持较窄，而顶面则变宽。侧面分为第一、第二和第三侧面，其特征是在每个连接点处坡度突然变化的不连续结构，以及顶部朝向凸起的曲面。因此，与传统的简单垂直侧面相比，机械强度有望大幅提升。此外，通过在非键合区（NBR）预先形成沟槽（Tr），该设计解决了切割过程中产生的碎屑污染键合界面的问题。这进而增强了融合键合的可靠性。
从热管理的角度来看，这一点也值得关注。该专利精确地将键合绝缘层底面与水平延伸面之间的垂直距离设计为1至10微米，从而使传热效率保持在现有水平。还包含了一种改进的凸出表面设计，以最小化模塑层（EMC）体积，从而提高了实际改善传热路径的可能性。
三星电子似乎打算将该技术与现有的HBM封装技术（如混合键合和HPB（热路径阻断））相结合，以增强综合可靠性竞争力并扩大HBM市场份额。
一位行业人士解释说，在12层或以上的高堆叠HBM中，最上方虚拟裸片的翘曲实际上是一个对良率有重大影响的关键变量，并补充说，这似乎是一项针对16层或以上HBM5的前瞻性技术。