Een kort overzicht van de thermische beheertechniek en materiaaltechnologie van SK Hynix
Op 18 juni maakte SK Hynix bekend dat het is begonnen met het verzenden van monsters van zijn 12-laags gestapelde zevende-generatie hoge- geheugen HBM4E met hoge bandbreedte naar belangrijke klanten, waarmee officieel de klantvalidatiefase wordt ingegaan. Dit nieuwe DRAM-product met ultra{7}}hoge-prestaties, ontworpen voor de volgende-generatie AI, levert verschillende verbeteringen, waaronder een maximale gegevensverwerkingssnelheid van 16 Gbps per pin, een meer dan 20% betere energie-efficiëntie vergeleken met HBM4, en hoewel het een capaciteit van 48 GB bereikt met 12 stapellagen, maakt het gebruik van een geavanceerd MR-MUF-proces dat de thermische weerstand met ongeveer 17% vermindert ten opzichte van HBM4.
Doorbraken in het knelpunt van thermische dissipatie
HBM bereikt een hoge bandbreedte door DRAM-chips verticaal te stapelen, maar deze 3D-architectuur brengt ernstige uitdagingen op het gebied van thermisch beheer met zich mee. In 2019 introduceerde SK Hynix de MR-MUF-verpakkingstechnologie (Mass Reflow Molded Underfill), waarbij epoxyharsen en vulstoffen (zoals aluminiumoxide en boornitride) worden gebruikt om de mechanische sterkte en thermische geleidbaarheid te verbeteren. Het vulmateriaal vloeit bij hoge temperaturen tussen de chips en het substraat en wordt vervolgens uitgehard, waardoor een efficiënte verpakking en warmteafvoer mogelijk is. Naarmate de stapellagen bleven toenemen, bleek de aanvankelijke MR-MUF echter ontoereikend voor warmteafvoer en beheersing van kromtrekken. SK Hynix ontwikkelde vervolgens een MR-MUF-technologie van de volgende{8}}generatie die cruciale doorbraken bereikte: de thermische dissipatieprestaties van het vulsysteem van epoxyhars werden 1,6 keer verbeterd, en een baanbrekende chipcontroletechnologie, die gebruik maakt van onmiddellijk hoge temperaturen om de oneffenheden te hechten en het vulmateriaal samen te smelten, zorgt voor een stabiele mechanische ondersteuning na afkoeling en uitharding, waardoor spaanvervorming effectief wordt voorkomen. De HBM4E, die deze keer werd gelanceerd, blijft de warmteafvoer verbeteren, zelfs als de capaciteit toeneemt, wat de voortdurende vooruitgang op het gebied van verpakkingsmaterialen weerspiegelt. Het kan ook de 'iHBM'-oplossing bevatten, die voor het eerst openbaar werd gemaakt in mei van dit jaar, die de warmteontwikkeling aanzienlijk vermindert door ingebouwde thermische apparaten boven de heetste D2D PHY (die fysieke laag) te plaatsen om een speciaal warmtedissipatiekanaal te creëren.
Vooruitzichten voor de volgende-generatie technologieën voor thermische dissipatie
Bovenstaande zijn de oplossingen voor thermische dissipatie die SK Hynix openbaar heeft gemaakt en implementeert of al heeft geïmplementeerd. Daarnaast overweegt SK Hynix om geavanceerde MR-MUF te combineren met hybride bonding voor HBM-producten met 16- lagen en hoger. Hybride binding maakt directe chip-naar-chip-verbindingen mogelijk zonder hobbels, waardoor verbindingen met een hogere- dichtheid, lagere latentie en superieure thermische prestaties mogelijk zijn. Op het gebied van thermisch geleidende vulstoffen is laag- bolvormig aluminiumoxide al een essentiële vulstof voor HBM-verpakkingsmaterialen geworden. Naarmate HBM zich ontwikkelt in de richting van een groter aantal stapels, worden verpakkingsmaterialen bovendien geconfronteerd met steeds grotere uitdagingen op het gebied van warmteafvoer, signaalintegriteit en betrouwbaarheid, en keramische materialen met een hoge-thermische-geleiding-waaronder vulstoffen en ingebouwde-in thermische materialen, spelen een steeds belangrijkere rol. Het is duidelijk dat de toekomstige HBM-concurrentie niet alleen over bandbreedte en capaciteit zal gaan, maar ook over een alomvattende strijd op het gebied van materiaalkunde en technische capaciteiten op het gebied van thermisch beheer.