挑戰傳統，打破限制，勇攀高峰，打破常規者們在尋求開創性解決方案的過程中重塑規則。繼SK海力士品牌短片《誰是打破常規者》播出后，將推出一系列文章，展示公司在重塑技術、重新定義行業標準方面采取的各種“打破常規”的創新舉措。作為本系列首篇文章，將詳述HBM領域中MR-MUF技術的發展。

體積更小、速度更快、帶寬更高、性能更佳。如今，領先的存儲器產品正迅速發展，以滿足人工智能時代下的高需求。然而，這些進步也帶來了一項可能阻礙下一代產品發展的挑戰——熱量過高。

為解決這一問題，SK海力士取得了前所未有的突破，開發出了一種名為批量回流模制底部填充（MR-MUF, Mass Reflow-Molded Underfill）1 的新型創新封裝技術，可以有效改善芯片的散熱性能。自2019年以來，MR-MUF技術被應用于SK海力士開創性產品HBM2中，使公司在市場競爭中脫穎而出。作為唯一一家采用MR-MUF技術的公司，應用該技術的HBM產品的散熱性能獲得客戶一致好評，SK海力士毫無疑問地成為HBM市場的領導者。

1批量回流模制底部填充（MR-MUF, Mass Reflow-Molded Underfill）: 批量回流焊是一種通過熔化堆疊芯片間的凸點以連接芯片的技術。通過模制底部填充技術，將保護材料填充至堆疊芯片間隙中，以提高耐用性和散熱性。結合回流和模制工藝，MR-MUF技術將半導體芯片連接到電路上，并用環氧樹脂模塑料（EMC）填充芯片間及凸點間的空隙。

2高帶寬存儲器（HBM, High Bandwidth Memory）: 一種高附加值、高性能存儲器產品，通過硅通孔技術（TSV）將多個DRAM芯片垂直互聯。與現有的DRAM產品相比，數據處理速度顯著提高。

本文將探討MR-MUF技術的開創性發展，并重點關注高導熱性新材料如何解決下一代HBM產品熱量過高的問題。

全力攻克散熱難題

隨著存儲器產品的發展，散熱問題愈發嚴峻，導致這一問題的原因有多個：例如，由于表面積減少和功率密度增加，半導體微型化會直接影響產品的散熱性能；對于HBM這樣的DRAM堆疊產品，熱傳導路徑較長會導致熱阻增加，熱導性也會因芯片之間的填充材料而受限；此外，速度和容量的不斷提升，也會導致熱量增加。

若無法充分控制半導體芯片產生的熱量，可能會對產品性能、生命周期和功能產生負面影響。這是客戶重點關注的問題，因為此類問題會嚴重影響其生產力、能源成本和競爭力。所以，除容量和帶寬外，包括散熱在內均已成為先進存儲器產品開發過程中的關鍵考慮因素。

因此，人們開始將注意力轉向半導體封裝技術，因其主要功能之一是熱控制。在第二代HBM產品HBM2之前，SK海力士的HBM產品一直采用行業標準性熱壓非導電膜（TC-NCF，Thermal Compression Non-Conductive Film）3技術。然而，隨著HBM產品的進步，需要更薄的芯片來容納更多的芯片層，因此相應的封裝技術需要控制更多的熱量和壓力。SK海力士在開發下一代產品時，還需要解決密集堆疊產品中因壓力和厚度而造成芯片翹曲等問題。基于此，公司需要跳出固有思維，為未來產品開發一項全新封裝技術。

3熱壓非導電薄膜（TC-NCF，Thermal Compression Non-Conductive Film）：一種通過在芯片間涂抹薄膜狀物質來堆疊芯片的技術。通過加熱和加壓融化這種物質，從而將芯片粘在一起。

MR-MUF技術及其新材料，

填補散熱控制拼圖中缺失的一環

SK海力士在開發第三代HBM產品——HBM2E時，將傳熱控制作為改進的主要焦點。即便TC-NCF技術被公認為是適用于密集堆疊產品的封裝解決方案，SK海力士仍舊堅持不斷挑戰現狀，努力開發一種可優化散熱性能的新型封裝技術。經過無數次的測試和試驗，公司于2019年推出了新型封裝技術MR-MUF，繼而徹底改變了HBM市場的未來。

TC-NCF技術與MR-MUF技術散熱性能的結構差異

MR-MUF技術由SK海力士多個團隊共同開發，該技術能夠同時對HBM產品中所有的垂直堆疊芯片進行加熱和互聯，比堆疊芯片后填充薄膜材料的TC-NCF技術更高效。此外，與TC-NCF技術相比，MR-MUF技術可將有效散熱的熱虛設凸塊數量增加四倍。

MR-MUF技術另一個重要特性是采用了一種名為環氧樹脂模塑料（EMC, Epoxy Molding Compound）4的保護材料，用于填充芯片間的空隙。EMC是一種熱固性聚合物，具有卓越的機械性、電氣絕緣性及耐熱性，能夠滿足對高環境可靠性和芯片翹曲控制的需求。由于應用了MR-MUF技術，HBM2E的散熱性能比上一代HBM2提高了36%。

4環氧樹脂模塑料（EMC, Epoxy Molding Compound）: 一種基于熱固性聚合物環氧樹脂的散熱材料。這種材料可用于密封半導體芯片，以避免芯片受到外部環境因素影響，如高溫、潮濕、震動等。

雖然MR-MUF技術也被用于HBM2E的下一代產品——8層HBM3，但在2023年開發12層HBM3時，SK海力士還是將MR-MUF技術提升到了一個新高度。為了保持產品的整體厚度，DRAM芯片必須比8層HBM3所用的芯片薄40%，因此解決芯片翹曲成為了一個關鍵問題。SK海力士積極應對挑戰，開發了先進的MR-MUF技術，并引入了業界首創的芯片控制技術（Chip Control Technology）5和改善散熱效果的新型保護材料。在此過程中，因其在先進MR-MUF技術中應用的新型EMC與原始MR-MUF技術中的EMC相比，使散熱性能提高了1.6倍，SK海力士再次實現材料創新。

5芯片控制技術（Chip Control Technology）：在堆疊芯片時，對每個芯片施加瞬間高熱，使頂層芯片下的凸點與底層芯片上的薄墊熔合。薄墊將芯片固定在一起，以防止翹曲。

憑借熱量控制技術，

SK海力士成功實現了最高級別HBM的量產

HBM產品發展及散熱性能優化時間線

從開發HBM2E開始，MR-MUF技術及隨后推出的先進MR-MUF技術的應用，使SK海力士能夠生產出業界最高標準的HBM產品。時至2024年，SK海力士已成為首家量產HBM3E的公司，這是最新一代、擁有全球最高標準性能的HBM產品。在應用先進的MR-MUF技術后，與上一代8層HBM3相比，HBM3E在散熱性能方面提高了10%，成為人工智能時代炙手可熱的存儲器產品。展望未來，公司將繼續保持其在HBM領域的市場主導地位，并宣布計劃將下一代HBM4產品的量產提前至2025年。

打破常規者專訪：

HBM產品封裝部門，河京武TL

為了更深入地了解MR-MUF技術開發和HBM發展的淵源，本文采訪了HBM產品封裝部門的 河京武TL。通過對新材料的探索、測試和驗證，河京武積極推動著MR-MUF技術的發展，并就這一創新工藝所帶來的影響進行了深入探討。

Q

SK海力士采用MR-MUF技術成功開發出的HBM產品具有怎樣的意義？MR-MUF技術和先進MR-MUF技術在材料創新方面有哪些重大突破？

A

“MR-MUF技術的引入讓我們站在了HBM市場的頂峰，確保了我們在HBM市場的領先地位。自從我們決定在HBM2E產品上采用MR-MUF技術，而非像其他半導體公司一樣使用TC-NCF技術以來，SK海力士一直在超越競爭對手。MR-MUF技術的應用使公司成功量產層數越來越多的、前所未有的HBM產品，充分證明了公司對創新不懈追求的精神?！?/p>

“在材料創新方面，MR-MUF技術采用了比NCF技術散熱性能更好的EMC材料。與TC-NCF技術相比，這一舉措對提高MR-MUF技術的熱控性和產品的環境可靠性起到了關鍵作用。此外，關于先進MUF材料， 是SK海力士在EMC材料基礎上更進一步，推出的散熱性能更強的新版本。”

Q

在MR-MUF技術的開發過程中，有哪些幕后工作值得分享？

A

“在這些先進技術的背后，是持續不斷的測試和評估，以驗證和提高用于封裝工藝的新材料的質量。”

“在開發先進MR-MUF技術時，將新EMC材料持續用于通用測試載具（UTV, Universal Test Vehicle）6進行可靠性測試至關重要。具有與HBM產品相同規格UTV在經過晶圓級封裝（WLP, Wafter-Level Package）7后成為樣品，然后進行預見可靠性（LAR, Look Ahead Reliability）8測試，以識別產品缺陷。只有通過測試并進行了必要升級的材料，才可用于HBM最終產品。”

6通用測試載具（UTV, Universal Test Vehicle）：在產品開發初期階段，用于測試和確定產品規格及標準的樣品。

7晶圓級封裝（WLP, Wafer-Level Package）：在切割晶圓前，一次性進行封裝和測試晶圓并產出最終產品的技術，在晶圓加工和芯片切割方面，與傳統封裝工藝不同。

8預見可靠性（LAR, Look Ahead Reliability）：在質量評估前進行的初步測試，旨在針對測試過程中發現的產品缺陷制定對策，并于質量評估期間采取相應對策，以修復產品缺陷。

Q

在MR-MUF技術開發過程中，SK海力士的“打破常規者精神”是如何激勵員工突破傳統的？

A

“我們公司倡導一種‘打破常規’的企業文化，鼓勵每個人設定具有挑戰性的目標，而非安于現狀。此外，無論來自哪個部門，成員們都致力于“一個團隊”協作精神，并努力成為團隊中最好的一員?！?/p>

“這一點在MR-MUF技術開發過程中尤為明顯，當時來自各部門的成員通力合作，確保了項目成功。這是全公司成員們共同努力的成果，正是因為大家齊心協力，才使這項創新成為可能。在這個過程中每個成員都各司其職，例如我的職責就是為工程師開發流程提供支持，此外，我的主要職責還包括對材料進行初步風險評估、制定技術驗證計劃、競爭對手監測以及提前確定客戶需求?！?/p>

“在SK海力士，我們都是打破常規者。因為我們深信，只要通過共同的努力，就能不斷勇攀高峰，創造出令人驚嘆的成就?！?/p>