Samsung và SK hynix xem xét lại lộ trình Hybrid Bonding; HBM4E 16 tầng có thể là thế hệ đầu tiên áp dụng

Samsung Electronics và SK hynix được cho là đang xem xét lại thời điểm triển khai công nghệ hybrid bonding cho bộ nhớ HBM. Theo ZDNet, ngày càng có nhiều nhận định trong ngành cho rằng việc ứng dụng rộng rãi công nghệ này trên các thế hệ HBM mới có thể sẽ bị trì hoãn lâu hơn so với kỳ vọng trước đây.

Mặc dù hybrid bonding từng được kỳ vọng sẽ xuất hiện ngay trên HBM4, nhưng cả Samsung và SK hynix cuối cùng vẫn tiếp tục sử dụng công nghệ thermo-compression (TC) bonding truyền thống. Các dự báo mới hiện cho rằng HBM4E 16 tầng (16-high), tức thế hệ HBM thứ bảy, sẽ là mốc sớm nhất có khả năng áp dụng hybrid bonding.

Một số chuyên gia trong ngành thậm chí cho rằng việc triển khai hybrid bonding có thể còn bị lùi xa hơn nữa, khi những lợi ích cốt lõi của công nghệ này như giảm độ dày gói HBM và cải thiện khả năng tản nhiệt hiện không còn quá cấp thiết.

Dù vậy, Samsung Electronics, SK hynix và nhiều nhà sản xuất bộ nhớ lớn khác vẫn đang tiếp tục phát triển công nghệ hybrid bonding. Giới quan sát cho rằng khi số lượng I/O (Input/Output) trên HBM tăng mạnh trong các thế hệ tương lai, nhu cầu đối với hybrid bonding sẽ quay trở lại.

Khác với phương pháp kết nối truyền thống, hybrid bonding liên kết trực tiếp các đường dẫn đồng (copper interconnect) giữa các lớp DRAM mà không cần sử dụng các bump (điểm hàn). Nhờ đó, công nghệ này giúp tạo ra các gói HBM mỏng hơn, cải thiện hiệu quả tản nhiệt và tiết kiệm điện năng, đồng thời hỗ trợ mật độ kết nối cao hơn cho các chân I/O chịu trách nhiệm truyền dữ liệu bên trong HBM.

Tiêu chuẩn độ dày được nới lỏng, HBM nhiều tầng chưa cấp thiết

Báo cáo cho biết có nhiều nguyên nhân khiến nhu cầu áp dụng hybrid bonding giảm bớt. Một trong số đó là việc tiêu chuẩn độ dày của HBM đang dần được nới lỏng. Từ HBM3E (thế hệ thứ năm) trở về trước, độ dày tiêu chuẩn của gói HBM là 720 micromet. Tuy nhiên, với HBM4, giới hạn này đã tăng lên 775 micromet, chủ yếu để đáp ứng việc chuyển từ cấu hình DRAM 8 tầng và 12 tầng sang 12 tầng và 16 tầng.

Theo báo cáo, JEDEC cũng đang thảo luận về việc nâng giới hạn độ dày của các thế hệ HBM tiếp theo, bao gồm HBM5 20 tầng (20-high), từ khoảng 900 micromet lên tới 1.000 micromet. Khi giới hạn độ dày được nới rộng, yêu cầu phải thu hẹp khoảng cách giữa các lớp DRAM sẽ giảm xuống, qua đó làm giảm áp lực kỹ thuật đối với các công nghệ liên kết như hybrid bonding.

Một yếu tố khác là nhu cầu đối với HBM nhiều tầng từ các khách hàng lớn, bao gồm NVIDIA, vẫn chưa tăng nhanh như kỳ vọng. Một lãnh đạo trong ngành bộ nhớ được trích dẫn trong báo cáo cho biết các cuộc thảo luận giữa khách hàng và nhà sản xuất về HBM 16 tầng hiện vẫn còn hạn chế, trong khi HBM4E 12 tầng được dự báo vẫn sẽ là sản phẩm chủ lực trên thị trường.

Những tiến bộ về tản nhiệt làm giảm sức hấp dẫn của hybrid bonding

Báo cáo cũng cho biết tính cấp thiết của hybrid bonding đang giảm khi Samsung Electronics và SK hynix phát triển các giải pháp khác nhằm cải thiện khả năng tản nhiệt của HBM.

Trong khi hybrid bonding giúp tăng hiệu quả truyền nhiệt bằng cách loại bỏ lớp underfill có khả năng dẫn nhiệt thấp, thì cả hai công ty đang phát triển các cấu trúc tản nhiệt chuyên dụng tích hợp trực tiếp với cụm HBM. Samsung hiện đang thử nghiệm công nghệ Heat Path Block (HPB), còn SK hynix phát triển giải pháp iHBM (ICE HBM) cho HBM5.

Việc hybrid bonding bị trì hoãn cũng được cho là đang hỗ trợ nhu cầu đối với các thiết bị TC bonding. Theo Newsis, khi các nhà sản xuất lựa chọn tăng diện tích khuôn (die) thay vì chuyển sang hybrid bonding vốn có quy trình rất phức tạp, nhu cầu đối với hệ thống Wide TC Bonder của Hanmi Semiconductor, được thiết kế để xử lý ổn định các die có kích thước lớn hơn, đang gia tăng.