HBM制造的核心挑战 - 高带宽内存是人工智能的关键推动因素，但也是最难制造的模块之一，制造商需应对多层芯片堆叠、芯片翘曲以及产品生命周期从两年缩短至一年等挑战[2] - 最严峻的挑战来自于硅通孔和微凸点尺寸及间距的不断缩小，良率取决于每一代缺陷的快速检出，随着数千个互连线必须完美加工，缺陷数量激增，将检测工具推向极限[2] - HBM利用更多数据路径实现高带宽，其凸点间距远小于传统球栅阵列，HBM3E凸点间距为30至20微米，HBM4可能缩小到10微米[2] 芯片堆叠与晶圆减薄技术 - 为在单片晶圆高度内堆叠16个芯片，每片晶圆背面必须大幅减薄至20微米，生产过程采用背面检测技术以确保300毫米晶圆的平整度[4] - 随着晶圆厚度减薄，翘曲问题日益严重，HBM公司开始考虑晶圆间键合，因为减薄后晶圆级处理比芯片级处理更容易[4] - 三大HBM芯片制造商SK海力士、三星和美光正在评估向混合键合技术的必然转变，混合-混合键合是实现过渡的一种可能方式[4] 微凸点制造与缺陷挑战 - 凸点高度不一致（共面性差）是影响良率、可靠性和性能的负面因素，可能导致机械应力、互连疲劳或热循环失效[4] - 制造过程中未被检测到的潜在缺陷会导致接触不良，降低信号完整性、供电能力和可靠性，错位会导致倒装芯片键合过程中出现开路和短路[4] - 微凸点在构建HBM结构中起关键作用，既是芯片间互连，也是芯片与中介层或基板间的互连，需要高度均匀、对准正确且无缺陷[8] 检测技术与方法演进 - 集成电路制造商通常专注于在电镀步骤之后、回流焊步骤之前识别问题，共焦激光检测因能克服粗糙金属表面反射的测量噪声而优于白光检测[5] - 采用多台不同角度相机构建3D凸点图像，共面性对堆叠工艺至关重要，必须严格控制平面度[7] - 芯片制造商正优化3D检测方法，自动光学检测可提供凸点高度和共面性数据，X射线检测工具适合测量隐藏的凸点特征，声学检测工具用于识别金属互连中的空洞[9] 键合工艺与良率管理 - 三星和美光采用非导电薄膜热压键合来键合微凸点，而SK海力士采用回流焊注塑成型底部填充方法，大规模回流焊是最成熟且成本最低的方式[9] - 热压焊和反向激光辅助键合是对传统大规模回流焊的改进，能更好地控制翘曲，但热压焊的可扩展性可能不如大规模回流焊工艺[9] - 在可接受的时间内表征和消除缺陷需要结合人类专业知识和人工智能数据处理，混合键合互连密度提高导致误差容限降低，检测铜-铜焊盘界面处的颗粒或微孔隙成为挑战[10] 技术过渡与未来方向 - 从铜柱凸点制造到混合键合的过渡取决于凸点尺寸缩小带来的限制以及前端晶圆键合的易实现性，具备前端制造能力的存储器制造商实施晶圆键合的难度较小[11] - 微凸点技术的成本低于混合键合，但前提是当凸点尺寸缩小到20微米以下时良率能够保持稳定，10微米以下时面临电镀均匀性和焊料回流焊性能不稳定等限制[10] - 向HBM4过渡的挑战包括将铜微凸点缩小到10微米、决定从微凸点迁移到混合键合的时机与方法，以及选择最佳方法分析来自自动化检测的大量数据流[13] 缺陷分析与优化措施 - 微凸点存在多种缺陷，包括焊盘错位、焊料颈缩、焊头凹陷和局部裂纹，最大挑战是在合理时间内分析数千张图像以检测和控制数千个微凸点[13] - 焊料挤出缺陷是由于焊膏用量过多、回流焊温度曲线不当或阻焊层覆盖不足造成的，优化措施包括优化焊膏用量控制、调整回流焊温度曲线和确保阻焊层覆盖良好[14] - 焊盘错位缺陷是由于芯片贴装对准不当、PCB翘曲或钢网设计误差造成，应采用高精度贴装技术、确保PCB平整度并使用精确的钢网对准来保证焊料沉积一致性[14]