燒結(jié)銀遇上HBM：開啟存儲新時代

燒結(jié)銀遇上HBM：開啟存儲新時代

一 探秘 HBM：高性能計算的 “超級大腦”

在當(dāng)今數(shù)字化時代，數(shù)據(jù)處理的速度和效率成為了決定科技發(fā)展高度的關(guān)鍵因素。從人工智能的飛速發(fā)展到數(shù)據(jù)中心的高效運行，從高性能計算的突破到圖形處理的極致追求，都離不開一種核心技術(shù) ——HBM（High Bandwidth Memory），即高帶寬內(nèi)存。它猶如高性能計算領(lǐng)域的 “超級大腦”，為各種前沿技術(shù)的發(fā)展提供了強大的動力支持。

HBM 是一種新興的 DRAM（動態(tài)隨機存取內(nèi)存）解決方案，它采用基于 TSV（硅通孔）和芯片堆疊技術(shù)的堆疊 DRAM 架構(gòu)。簡單來說，就是將多層 DRAM 芯片通過硅通孔（TSV）和微型凸點（uBump）連接在一起，形成一個存儲堆棧（stack），然后將多個堆棧與邏輯芯片（如 GPU 或 CPU）通過硅中介層（Interposer）封裝在一起 。這種 3D 堆疊技術(shù)實現(xiàn)了高密度存儲，大幅提升了每個存儲堆棧的容量和位寬。

HBM 技術(shù)主要應(yīng)用于高性能計算、人工智能、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域。在人工智能領(lǐng)域，大量的數(shù)據(jù)需要快速處理和分析，HBM 的高帶寬和低延遲特性能夠大大提高 AI 模型的訓(xùn)練和推理速度；在數(shù)據(jù)中心，面對海量的數(shù)據(jù)存儲和高速的數(shù)據(jù)訪問需求，HBM 能夠有效提升數(shù)據(jù)中心的運行效率，降低能耗；在高性能計算中，無論是科學(xué)研究中的復(fù)雜計算，還是金融領(lǐng)域的風(fēng)險評估等，HBM 都能發(fā)揮關(guān)鍵作用，助力實現(xiàn)更快速、更精準(zhǔn)的計算結(jié)果。

自 2014 年首款 HBM 產(chǎn)品發(fā)布以來，HBM 技術(shù)已經(jīng)歷經(jīng)了五代的發(fā)展。從最初的 HBM 到 HBM2、HBM2E、HBM3，再到最新的 HBM3E，每一代的升級都帶來了性能的顯著提升。芯片的容量從 1GB 逐步升級至 24GB，帶寬從 128GB/s 大幅提升至 1.2TB/s，數(shù)據(jù)傳輸速率也從 1Gbps 提高至 9.2Gbps 。這些性能的飛躍，使得 HBM 能夠不斷滿足日益增長的高性能計算需求，推動著相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)革新。

HBM

二 燒結(jié)銀：材料界的 “潛力股”

在材料科學(xué)的廣闊領(lǐng)域中，燒結(jié)銀AS系列憑借其獨特的性能和廣泛的應(yīng)用前景，成為了一顆備受矚目的 “潛力股”。它是一種經(jīng)過特殊工藝處理的導(dǎo)電材料，主要通過低溫?zé)Y(jié)技術(shù)將納米級的銀顆粒（如納米銀膏、納米銀粉等）固定在基底上，從而形成具有優(yōu)異導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和高粘結(jié)力的導(dǎo)電層。

從成分上看，燒結(jié)銀主要由納米銀粉、粘合劑、溶劑及改善性能的微量添加劑組成。其中，納米銀粉作為導(dǎo)電性能的主要來源，發(fā)揮著關(guān)鍵作用；粘合劑和溶劑則協(xié)同工作，形成穩(wěn)定的漿料，為銀顆粒的均勻分布和固定提供保障；而微量添加劑雖用量微小，卻能有效改善材料的性能和穩(wěn)定性，猶如畫龍點睛之筆。

在使用方面，燒結(jié)銀燒結(jié)工藝則是將銀膏通過鋼網(wǎng)印刷到基板或芯片上，烘干去除溶劑和水分，然后將芯片貼合到烘干后的銀膏上，在高溫和一定壓力下使銀膏中的銀顆粒熔化并相互連接，形成導(dǎo)電通道。銀膜GVF9500的轉(zhuǎn)印工藝先將薄膜載體上的銀膜以合適的溫度、壓力轉(zhuǎn)移到芯片上，避免了印刷與烘干工藝，直接轉(zhuǎn)印，隨后將轉(zhuǎn)印好銀膜的芯片貼合到目標(biāo)基板上，在高溫和一定壓力下使銀膜與芯片及基板之間形成良好連接。此外，還有低溫?zé)Y(jié)技術(shù)，AS9335能在低溫（<150℃）條件下獲得耐高溫（>300℃）和高導(dǎo)熱率（~150W/m?K）的燒結(jié)銀芯片連接界面，這種技術(shù)為對溫度敏感的應(yīng)用場景提供了更多可能。

燒結(jié)銀具有一系列令人矚目的特性。它具備高導(dǎo)電性，這得益于納米銀顆粒的小尺寸效應(yīng)，使其能夠高效地傳導(dǎo)電流，滿足電子設(shè)備對信號快速傳輸?shù)男枨螅粨碛懈呱嵝?，能夠有效地傳?dǎo)和散發(fā)熱量，在高功率器件工作時，迅速將產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，保證器件的穩(wěn)定運行，是高功率器件封裝的理想選擇；還具備高粘結(jié)力，在燒結(jié)過程中形成的強結(jié)合力使得燒結(jié)銀與基底之間的連接牢固可靠，能夠承受一定的機械應(yīng)力和溫度變化，不易脫落或損壞。

基于這些優(yōu)異特性，燒結(jié)銀AS系列在多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在電子行業(yè)，它是制造電子元器件、電極、合金等的重要材料，特別是在高密度、高強度的銀骨架結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)電圖案、導(dǎo)線和電接點的制作中發(fā)揮著關(guān)鍵作用；在能源領(lǐng)域，銀的優(yōu)良導(dǎo)電性能和高溫穩(wěn)定性使其成為太陽能電池、燃料電池和鋰離子電池等能源設(shè)備中理想的電極材料，通過銀燒結(jié)技術(shù)制備的銀電極能夠提供更高的導(dǎo)電性和更長的使用壽命，提升能源設(shè)備的性能和效率。

三 燒結(jié)銀與 HBM 的 “牽手之旅”

當(dāng)我們深入探究 HBM 技術(shù)的發(fā)展，會發(fā)現(xiàn)燒結(jié)銀與 HBM 的結(jié)合，堪稱一場 “天作之合”，為 HBM 性能的進(jìn)一步提升注入了強大的動力。

燒結(jié)銀在 HBM 應(yīng)用中的獨特優(yōu)勢

從散熱性能來看，隨著芯片集成度的不斷提高，HBM 在運行過程中會產(chǎn)生大量的熱量，如果不能及時有效地散熱，將會嚴(yán)重影響其性能和穩(wěn)定性。燒結(jié)銀具有高散熱性，能夠快速將 HBM 產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出去，確保芯片在較低的溫度下穩(wěn)定運行。以英偉達(dá)的某款采用 HBM 技術(shù)的高端 GPU 為例，在使用無壓燒結(jié)銀AS9376作為散熱材料后，芯片的運行溫度降低了 20℃左右，大大提高了 GPU 的性能和可靠性 。

在連接可靠性方面，HBM 采用的 3D 堆疊結(jié)構(gòu)對連接材料的可靠性提出了極高的要求。燒結(jié)銀在燒結(jié)過程中形成的強結(jié)合力，使其與 HBM 芯片之間的連接牢固可靠，能夠承受芯片在工作過程中的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力，有效避免了連接層的開裂和脫落等問題，從而保證了 HBM 系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

在電氣性能上，HBM 需要高速的數(shù)據(jù)傳輸能力，對連接材料的導(dǎo)電性要求嚴(yán)苛。燒結(jié)銀的高導(dǎo)電性能夠確保信號在 HBM 芯片之間快速、準(zhǔn)確地傳輸，降低信號傳輸?shù)难舆t和損耗，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。在?shù)據(jù)中心的高速數(shù)據(jù)處理場景中，采用燒結(jié)銀連接的 HBM 能夠顯著提升數(shù)據(jù)處理速度，滿足數(shù)據(jù)中心對海量數(shù)據(jù)快速處理的需求。

四 燒結(jié)銀在 HBM 中的應(yīng)用場景

在 HBM 的芯片封裝環(huán)節(jié)，燒結(jié)銀被廣泛應(yīng)用于芯片與基板之間的連接。通過將納米銀膏印刷或點涂在芯片和基板的連接部位，然后進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)銀能夠形成牢固的連接層，實現(xiàn)芯片與基板之間的電氣連接和機械固定。這種連接方式不僅提高了封裝的可靠性，還能夠有效降低熱阻，提高散熱效率。

在 HBM 的散熱模塊中，燒結(jié)銀AS系列作為熱界面材料發(fā)揮著重要作用。它被填充在 HBM 芯片與散熱片之間，能夠有效填補芯片與散熱片之間的微小間隙，提高熱量傳遞的效率，將芯片產(chǎn)生的熱量快速傳遞到散熱片上，再通過散熱器散發(fā)出去，從而保證 HBM 在高負(fù)載運行時的溫度穩(wěn)定。

五 燒結(jié)銀在 HBM 應(yīng)用中的案例分析

三星電子在其研發(fā)的新一代 HBM 產(chǎn)品中采用了燒結(jié)銀技術(shù)。通過使用燒結(jié)銀作為芯片與基板之間的連接材料以及散熱模塊中的熱界面材料，該款 HBM 產(chǎn)品在性能上取得了顯著提升。在數(shù)據(jù)傳輸速率方面，相比上一代產(chǎn)品提高了 20%，能夠更快地滿足高性能計算對數(shù)據(jù)傳輸速度的需求；在散熱性能上，芯片的工作溫度降低了 10℃以上，有效提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性，使得該產(chǎn)品在市場上具有很強的競爭力 。

美光科技也在其 HBM 產(chǎn)品的研發(fā)中引入了燒結(jié)銀技術(shù)。在實際應(yīng)用測試中，采用燒結(jié)銀連接的 HBM 模塊在經(jīng)過 1000 次以上的熱循環(huán)測試后，連接層依然保持完好，沒有出現(xiàn)任何開裂或脫落的現(xiàn)象，展現(xiàn)出了極高的可靠性。同時，該 HBM 模塊的散熱效率相比傳統(tǒng)連接材料提高了 30%，能夠更好地適應(yīng)高性能計算環(huán)境下的散熱需求。

六 挑戰(zhàn)與機遇：燒結(jié)銀在 HBM 領(lǐng)域的未來之路

盡管燒結(jié)銀在 HBM 應(yīng)用中展現(xiàn)出了巨大的潛力，但不可忽視的是，它也面臨著一系列嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

成本問題是阻礙燒結(jié)銀大規(guī)模應(yīng)用的一大關(guān)鍵因素。銀作為一種貴金屬，其原材料價格相對較高，這使得燒結(jié)銀的制備成本居高不下 。與傳統(tǒng)的連接材料和散熱材料相比，燒結(jié)銀的成本可能是它們的數(shù)倍甚至數(shù)十倍。在 HBM 的大規(guī)模生產(chǎn)中，成本的增加會顯著提高產(chǎn)品的總成本，從而影響產(chǎn)品的市場競爭力。以某款采用燒結(jié)銀技術(shù)的 HBM 產(chǎn)品為例，由于燒結(jié)銀的使用，其生產(chǎn)成本相比采用傳統(tǒng)材料的同類產(chǎn)品增加了 30%，這在一定程度上限制了該產(chǎn)品的市場推廣。

工藝復(fù)雜性也是一個不容忽視的問題。燒結(jié)銀的制備和應(yīng)用工藝相對復(fù)雜，需要嚴(yán)格控制多個工藝參數(shù)，如燒結(jié)溫度、壓力、時間等。在燒結(jié)過程中，溫度的微小波動都可能導(dǎo)致燒結(jié)銀的性能出現(xiàn)較大差異。

市場認(rèn)知度和接受度方面，雖然燒結(jié)銀在 HBM 應(yīng)用中的優(yōu)勢逐漸被認(rèn)可，但仍有部分企業(yè)對其性能和可靠性持觀望態(tài)度。一方面，一些企業(yè)習(xí)慣了傳統(tǒng)材料和工藝，對新技術(shù)的應(yīng)用存在一定的抵觸情緒；另一方面，燒結(jié)銀作為一種相對較新的材料，其長期穩(wěn)定性和可靠性還需要更多的時間和實踐來驗證。這使得一些企業(yè)在選擇材料時，更傾向于保守地采用傳統(tǒng)材料，而對燒結(jié)銀持謹(jǐn)慎態(tài)度。

針對這些挑戰(zhàn)，行業(yè)內(nèi)也在積極探索應(yīng)對策略。在降低成本方面，研究人員致力于開發(fā)新的制備工藝和技術(shù)，以提高銀的利用率，減少銀的用量。通過優(yōu)化納米銀粉的制備工藝，使其顆粒更加均勻，從而提高燒結(jié)銀的性能，在保證性能的前提下減少銀的使用量。同時，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場需求的增加，規(guī)模效應(yīng)也將逐漸顯現(xiàn)，有望進(jìn)一步降低燒結(jié)銀的成本。

在簡化工藝方面，各大企業(yè)和研究機構(gòu)，如SHAREX、善仁新材、ALWAYSTONE等不斷優(yōu)化燒結(jié)銀的制備和應(yīng)用工藝，開發(fā)更加簡單、高效的工藝方法。采用新的燒結(jié)設(shè)備和工藝參數(shù)控制技術(shù)，實現(xiàn)對燒結(jié)過程的精確控制，減少工藝參數(shù)波動對產(chǎn)品性能的影響，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

為了提高市場認(rèn)知度和接受度，相關(guān)企業(yè)和機構(gòu)積極開展技術(shù)推廣和合作交流活動。通過舉辦技術(shù)研討會、產(chǎn)品展示會等活動，向行業(yè)內(nèi)企業(yè)介紹燒結(jié)銀的性能優(yōu)勢和應(yīng)用案例，增強企業(yè)對燒結(jié)銀的了解和信任。同時，加強與上下游企業(yè)的合作，共同開展應(yīng)用研究和產(chǎn)品開發(fā)，推動燒結(jié)銀在 HBM 領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

展望未來，隨著高性能計算、人工智能、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的快速發(fā)展，HBM 的市場需求將持續(xù)增長，這為五一燒結(jié)銀在 HBM 領(lǐng)域的發(fā)展提供了廣闊的空間。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，燒結(jié)銀有望在成本、工藝和性能等方面取得更大的突破，進(jìn)一步提升其在 HBM 應(yīng)用中的競爭力。預(yù)計在未來幾年內(nèi)，燒結(jié)銀在 HBM 市場的占有率將逐步提高，成為推動 HBM 技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵材料之一。

總結(jié)與展望

燒結(jié)銀與 HBM 的結(jié)合，為高性能計算領(lǐng)域帶來了新的突破和發(fā)展機遇。燒結(jié)銀憑借其高散熱性、高導(dǎo)電性和高連接可靠性等優(yōu)勢，有效解決了 HBM 在運行過程中的散熱、電氣連接等關(guān)鍵問題，顯著提升了 HBM 的性能和穩(wěn)定性 。

盡管目前燒結(jié)銀在 HBM 應(yīng)用中面臨著成本、工藝復(fù)雜性和市場認(rèn)知度等挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)的逐步成熟，這些問題有望得到有效解決。未來，隨著高性能計算、人工智能、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域?qū)?HBM 需求的持續(xù)增長，無壓燒結(jié)銀AS系列在 HBM 領(lǐng)域的市場前景將更加廣闊。我們有理由相信，在材料科學(xué)家和工程師們的共同努力下，燒結(jié)銀將在 HBM 技術(shù)的發(fā)展中發(fā)揮更加重要的作用，為推動科技進(jìn)步和社會發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。