為何僅三大廠能進軍 HBM 領域？五大關鍵限制進入門檻

人工智慧 (AI) 晶片中不可或缺的高頻寬記憶體 (HBM)，生產難點有哪些，為什麼迄今只有三大廠有能力跨入，外媒做了綜合性分析。

HBM 以 3D 堆疊，將多個 DRAM（動態隨機存取記憶體）晶片堆在一起，並以矽穿孔技術（TSV，Through-Silicon Via）連接，兼具高頻寬和低功耗。HBM 應用 CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）封裝就是關鍵生產方式。

CowoS 封裝 HBM 難度有幾項：

一，3D 堆疊及 TSV 挑戰

堆疊精確度部分，HBM 多個 DRAM 晶片需高度精準疊在一起，需極高技術，確保每層晶片對得非常準精，避免電性能損失。矽穿孔以 TSV 垂直通孔穿透每層矽片，通孔內填充導電材料，需精密刻蝕和填充技術，稍不慎就導致電氣連接或熱應力問題。

二，熱管理

HBM 是 3D 堆疊結構，相較傳統 2D 晶片，單位體積熱量密度更高，導致晶片熱量難以散發，引發熱失效。CoWoS 封裝需高效熱管理方案，如先進散熱材料和結構設計，確保晶片熱穩定性。

三，電源和訊號完整性

HBM 需高頻寬傳輸，對電源分配網路有極高要求，任何雜訊都可能影響 HBM 性能，導致傳輸錯誤。CoWoS 封裝須確保穩定電源供應和有效雜訊抑制。而高速數據傳輸對訊號完整性也是挑戰，CoWoS 封裝需確保高頻環境訊號傳輸完整性，與阻抗匹配、訊號線長度最佳化及減少干擾等相關。

四，封裝技術的複雜性

CowoS 需將矽片、基板和散熱材料等多種材料整合，需配合各材料熱膨脹係數，避免熱膨脹差異導致機械應力和晶片損壞。另封裝可靠性，CoWoS 多層結構和複雜連接，都需確保長期可靠性，包括抗機械衝擊、熱迴圈和電遷移等。

五，製造成本

當然成本是影響產品商業化最關鍵部分，CoWoS 需複雜技術和高精度設備，製造成本較傳統封裝高許多，對量產是重大經濟挑戰，需於高性能和成本間找到平衡。

總結，HBM 的 CoWoS 應用，儘管面臨許多難題，但高頻寬和低功耗優勢，在高性能計算和 AI 晶片有巨大潛力，封裝技術不斷進步，難題都有望逐步克服，推動 HBM 更普及。

(首圖來源：SK 海力士)