HBM4E 或 HBM5 必须要用到混合键合技术吗？

芝能智芯出品

人工智能和高性能计算需求的迅猛增长，高带宽存储器 （HBM） 技术已成为DRAM产业的核心焦点。

混合键合 （Hybrid Bonding, HB） 技术作为一种新型芯片互连方式，因其在堆叠能力、性能提升和热管理方面的显著优势，逐渐被视为HBM技术发展的关键驱动力。尤其是在HBM5 20hi世代中，HB技术已被明确采用，而在HBM4E或HBM4 16hi世代中，其应用与否仍处于评估阶段。

我们将讨论HB技术在HBM4E和HBM5中的必要性，探讨其技术优势、面临的挑战以及对产业链和商业模式的影响。

HB技术并非HBM4E的“必须”选项，但在HBM5中却是实现更高性能和堆叠层数的必然选择，HB技术的成熟将决定其是否成为HBM技术的主流趋势。

HBM4E作为HBM4的增强版本，进一步提升带宽和容量， 以满足日益增长的高性能计算需求。根据JEDEC标准，HBM模块高度在HBM3E及以上世代为775 µm，而堆叠层数从12hi逐步向16hi扩展。

HBM3E 12hi和HBM4 12hi主要依赖传统微凸块 （Micro Bump） 技术，采用成熟的Advanced MR-MUF （模压多点封装） 和TC-NCF （热压非导电膜） 堆叠架构。

这些技术在成本效益和生产稳定性方面具有显著优势。例如，AMD MI300X中的12层堆叠HBM3设备已将芯片厚度从55 µm减至37 µm，以适应JEDEC的高度限制。

对于HBM4 16hi，堆叠层数的增加对互连技术提出了更高要求。 微凸块技术虽能支持16hi堆叠，但随着芯片厚度和间隙的进一步减小，其在堆叠高度、I/O密度和热管理方面的局限性逐渐显现。

混合键合技术通过直接键合晶圆，消除了微凸块和填充材料，能够显著减小堆叠间隙并支持更高层数。HBM4 16hi是否必须采用HB技术，仍需从技术成熟度和成本效益两方面进行评估。

混合键合 （HB） 技术在HBM4E中的应用展示了显著的优势与一定的局限性。

主要优势在于提升了堆叠能力，由于无需微凸块，支持更薄的堆叠间隙和更高的层数，例如当芯片厚度减至20 µm时，HB技术能够轻松实现16hi甚至20hi堆叠，而微凸块技术在此方面面临高度控制和翘曲问题的挑战；

通过缩短互连路径和提高I/O密度，HB技术优化了数据传输速度和带宽，这对于满足HBM4E高性能目标至关重要，并且直接键合减少了热阻，提高了高负载应用中的可靠性。

HB技术也存在局限， 包括在HBM4 16hi阶段技术尚未完全成熟，晶圆对晶圆堆叠模式对洁净度和对准精度要求极高导致良率控制成为难题，同时需要新设备和工艺投入使得单位成本高于微凸块技术，在16hi堆叠中性能增益未达到质变水平，难以成为“必须”选择。

在HBM4E的技术选择评估过程中，尤其是在12hi阶段，微凸块技术因其成熟性和成本效益仍然是主流选择。即使到了16hi阶段，部分企业开始评估HB技术，但其并非强制使用。

通过工艺优化，微凸块技术仍能在芯片厚度降至20 µm的情况下支持16hi堆叠，在热管理和I/O密度上可能稍逊一筹。

● 制造商的选择将基于市场需求、投资回报和技术准备等多方面考量：

◎ 如果客户如GPU厂商对带宽和散热的要求未达到极限，微凸块技术已经足够应对；