偷天换日

目前主要有两种 HBM 封装技术：热压键合 + 非导电膜（TC+NCF）和整体回流 + 模塑底部填充（MR+MUF）。那天，美国航空航天局（NASA）宇航员尼克·黑格（Nick Hague）和俄罗斯宇航员阿列克谢·奥夫奇宁（Aleksey Ovchinin）本该在哈萨克斯坦乘着俄罗斯“联盟号”（Soyuz）运载火箭启程，前往国际空间站。TC+NCF 对芯片翘曲问题有更好的抵抗力，但热阻更高、生产率较低。MR+MUF 生产率更高、热阻更低，但更容易出现芯片翘曲，且在间隙填充方面存在缺陷。SK 海力士还重点介绍了其 HBM 工艺流程，包括从晶圆厂到客户系统的六个关键阶段。然而，火箭在起飞不久后，助推器失灵，没能成功进入轨道，两位宇航员只能返回地面，没有按计划到达国际空间站。黑格此次前往国际空间站的任务之一是帮助空间站升级电力系统。他会到空间站外进行太空行走，帮助换掉原来的镍氢电池，并安装新的锂离子电池。

SK 海力士在 HBM 封装中集成了四项关键技术，包括：TSV（硅通孔）形成晶圆减薄微凸点形成芯片堆叠 / 底部填充先进的 MR-MUF 已应用于 SK 海力士的 16-Hi HBM3E 方案，并引入了两项新技术：翘曲控制和细间距互连与窄间隙填充。可惜黑格并没有按时到达空间站。总封装高度增至 775 微米，芯片厚度缩减至 0.9 倍，间隙高度缩减至 0.5 倍，凸点间距缩减至 0.9 倍。但问题是，第一批锂离子电池已经由日本的HTV货运飞船运送至了国际空间站。展望未来，还有一些关键挑战需要解决。原本的计划是，被这一批锂离子电池替换的旧镍氢电池，用同一艘HTV货运飞船带走。但由于黑格没能登上空间站，NASA只好暂时取消此次换电池的太空行走任务，将锂离子电池留在空间站，等待下一个能执行该任务的宇航员到来。首先是随着带宽需求激增带来的 HBM 功耗上升，其次是散热问题以及 TSV 区域面积。这艘HTV货运飞船也只能直接离开，并未带上镍氢电池。随着 TSV 数量增长，尽管 TSV 间距不断缩小，但所占面积仍在持续增加。此外，每两代带宽近乎翻倍，给现有工艺和封装技术带来了 2.2 倍的热负担。因此，SK 海力士正在研究混合键合（Hybrid Bonding）等未来技术方案，以突破 16-Hi 堆叠限制，通过更窄的间距提供更高性能，并通过更高的导电性实现更好的散热效率。SK 海力士展示的数据显示，与 MR-MUF 工艺相比，混合键合可使核心芯片厚度增加 24%，TSV 间距小于 18 微米。即使堆叠层数增加，混合键合的热阻仍可降低 35%。由于每艘飞船的载货量都是固定的，所以HTV货运飞船没办法一次性带走两倍数量的旧电池。与三星的 HPB（散热路径模块）类似，SK 海力士正在开发自己的局部热点缓解技术，名为 I-HBM，该技术在 HBM D2D PHY 区域（热点附近）嵌入高导热且电绝缘的冷却组件，打造专用散热路径，可额外降低 30% 以上的热阻。于是，随后每一次HTV货运飞船运来新一批的锂离子电池，都会带走上一批替换下来的旧镍氢电池，直到2020年最后一艘HTV货运飞船离开国际空间站。展望未来，SK 海力士计划通过 TSV 数量翻倍、结合逻辑工艺集成提升 IO 速度来增加带宽，同时利用最新优化的逻辑代工工艺解决功耗 / PDN（电源分配网络）挑战，通过“无处不在”的电源 TSV 大幅改善 PDN。但这时，空间站上还剩下最后一批镍氢电池没有带走。HBM 技术对更高功率密度、带宽和堆叠高度的持续追求，带来了显著的热学、力学和封装挑战，其驱动因素包括更厚的氧化层、更密集的 TSV 和不断攀升的引脚速度。

E | 这个装有九块旧镍氢电池的货物托盘，编号为EP9，总重量相当于一辆大型SUV。