Hybrid-Bonding galt ursprünglich als eine der wichtigsten Verpackungsverbesserungen für die nächste Generation von High-Bandwidth-Speichern (HBM), doch die neuesten Berichte koreanischer Medien zeigen, dass Samsung und SK Hynix aufgrund der „Lockerung“ der Industriestandards die Einführung dieser Technologie in der HBM4-Generation wahrscheinlich aussetzen und ihren Anwendungsknoten auf HBM4E verlagern werden. JEDEC, eine internationale Organisation, die für die Formulierung von Standards für die Halbleiterindustrie verantwortlich ist, bewertet die Spezifikationen für die Stapeldicke von HBM neu. Diese Änderung wirkt sich nicht nur direkt auf den Zeitpunkt der Anwendung von Hybrid-Bonding aus, sondern verändert auch das Technologiespiel zwischen führenden Speicherherstellern und Großkunden neu.
In der vorherigen Standardeinstellung wurde die Stapeldicke von HBM der nächsten Generation mit 900 Mikrometern definiert, aber die jüngste Diskussion könnte die Obergrenze der Dicke von HBM-Produkten weiter auf 1.000 Mikrometer lockern. Dies bedeutet, dass sich die Chipstapelung auf eine „konservativere“ Art und Weise entwickeln kann, während gleichzeitig akzeptable mechanische und thermische Designgrenzen eingehalten werden, ohne vorzeitig auf radikalere Verpackungsmethoden wie Hybridbonden zurückgreifen zu müssen. Für Samsung und SK Hynix bietet eine solche Feinabstimmung der Standards vor dem Hintergrund, dass Reifegrad, Ertrag und Kosten der Produktionslinie noch in Einklang gebracht werden müssen, mehr ausreichende Gründe, die Einführung neuer Prozesse zu verzögern.
Im April dieses Jahres wurde bekannt, dass SK Hynix eine 12-lagige HBM-Probe mittels Hybridbindung verifiziert hatte. Damals erwartete die Branche, dass das Unternehmen das erste Unternehmen sein würde, das diese Technologie in die HBM4-Massenproduktion einführt. Hybrid-Bonding wird als Schlüssellayout angesehen, um den Anforderungen der KI der nächsten Generation und des Hochleistungsrechnens gerecht zu werden, da diese Anwendungen eine höhere Anzahl an Stapelschichten und eine größere Bandbreitendichte erfordern. Beim traditionellen HBM-Prozess wird jede Schicht von DRAM-Chips durch thermischen Druck verbunden, Höcker und Unterfüllmaterialien werden zwischen den Chips angeordnet und dann werden hohe Temperaturen und Druck verwendet, um die Stapelung abzuschließen. Hybrid-Bonding verbessert die elektrische Leistung und die Wärmeableitungsfähigkeiten durch die direkte Verbindung von Metallkontakten auf Waferebene.
Im neuesten Bericht des südkoreanischen ZDNet heißt es, dass Samsung und SK Hynix erwägen, Hybrid-Bonding auf der HBM4-Stufe vorübergehend zu „umgehen“ und den ersten Knoten dieser Technologie auf HBM4E zu verschieben, während weiterhin Hot-Compression-Bonding verwendet und durch andere Wärmeableitungsmethoden auf HBM4 ergänzt wird. Der Bericht wiederholte frühere Nachrichten über die Anpassung der Dickenstandards durch JEDEC: Die Stapeldickendefinition von HBM4 wird von derzeit 775 Mikrometern auf einen Bereich von 825 bis 900 Mikrometern angehoben, während der HBM5-Standard möglicherweise weiter von 900 Mikrometern auf 1.000 Mikrometer gelockert wird. Unter diesen neuen Parametern können Hersteller Designanforderungen erfüllen, indem sie die Stapelhöhe erhöhen oder die Verpackungsstruktur optimieren, ohne sofort auf Hybridklebung mit einem höheren Prozessschwellenwert umzusteigen.
Noch bemerkenswerter ist, dass auch Veränderungen in der Nachfrage von Großkunden diese strategische Anpassung vorantreiben. Der Bericht zitierte Quellen mit der Aussage, dass „Schwergewichtskäufer“ wie NVIDIA ihre Nachfrage nach High-Stack-HBM verzögert hätten, sodass die internen Diskussionen über den 16-Layer-HBM-Stack praktisch „auf Eis gelegt“ seien. Unter diesen Umständen dürften HBM4E-Produkte auch weiterhin in 12-Lagen-Designs verbleiben, was die Dringlichkeit für Hersteller, Hybrid-Bonding einzuführen, um kurzfristig eine höhere Stapelung zu unterstützen, weiter abschwächt.
Dennoch hoffen Samsung und SK Hynix immer noch, von den thermischen Vorteilen des Hybrid-Bondings zu profitieren, beabsichtigen jedoch, dies durch alternative Lösungen zu erreichen. In dem Bericht wurde darauf hingewiesen, dass die beiden Unternehmen aktiv verschiedene Wärmeableitungsvorrichtungen evaluieren, um den Wärmeleitungspfad unter der bestehenden Thermokompressions-Verbindungsstruktur zu verbessern und die Mängel des Füllmaterials als Wärmedämmschicht auszugleichen. Bei der Hybrid-Bonding-Architektur wird das Unterfüllmaterial entfernt, was zur Temperatursenkung und Verbesserung der Stabilität beiträgt. Durch zusätzliche Wärmeableitungsgeräte hoffen die Hersteller, einen Teil der Wärmeableitung zu erzielen, ohne den Kernbindungsprozess zu ändern.
Langfristig gilt das Hybridbonden nach wie vor als „unumgänglicher“ Technologieknoten im HBM-Bereich. Da die Anzahl der I/O-Ports und die Signaldichte von HBM5E weiterhin zunehmen, zitiert der Bericht Quellen aus der Industriekette mit der Aussage, dass Hybrid-Bonding bei der Massenproduktion von HBM5E zu einer „unverzichtbaren“ Prozessoption werden wird. Eine höhere Anzahl von Eingangs- und Ausgangsanschlüssen bedeutet dichtere Verbindungen, strengere Anforderungen an den Stromverbrauch und die Wärmeableitung, und die bestehende Thermokompressions-Bonding-Struktur wird mit offensichtlichen Engpässen in Bezug auf Zuverlässigkeit und Leistung konfrontiert sein.
Das aktuelle Technologie- und Standardspiel spiegelt auch das empfindliche Gleichgewicht des gesamten HBM-Marktes wider. Einerseits beschleunigt sich das Streben nach HBM-Kapazität und -Bandbreite für KI-Rechenleistung und das Training großer Modelle weiter, was Speicherhersteller dazu zwingt, höhere Schichten und radikalere Verpackungstechnologien zu planen; Andererseits brauchen die Reife des Hybrid-Bondings, die Prozessausbeute und die Verpackungskosten noch Zeit, um sich zu etablieren. „Technologieführerschaft“ allein reicht nicht aus, um alle Beteiligten zum Eingehen von Risiken zu bewegen. Die Dickenstandardanpassung von JEDEC stellt in gewisser Weise einen Mittelweg für die Industriekette dar und gibt allen Parteien Raum, Produktlinien innerhalb sicherer und kontrollierbarer Prozessgrenzen schrittweise weiterzuentwickeln.
Für Samsung und SK Hynix wird sich die genaue Aufteilung der Hybrid-Bonding-Einführungsknoten zwischen HBM4 und HBM4E direkt auf ihre Wettbewerbsfähigkeit auf dem KI-Speichermarkt und ihren Verhandlungsspielraum für die Zusammenarbeit mit Großkunden wie NVIDIA auswirken. Wenn HBM4 durch Stapeldicke und Wärmeableitungsgeräte immer noch den aktuellen Bedarf decken kann, ohne Hybridbonden zu verwenden, dann könnte die Konzentration auf die Einführung neuer Prozesse auf der HBM4E- oder sogar HBM5E-Stufe eine kommerziell realistischere Option sein. Da jedoch KI-Anwendungsszenarien weiter zunehmen und die Nachfrage nach High-Stack-HBM nachgeheizt wird, muss diese Strategie der „verzögerten Einführung“ in den nächsten Jahren möglicherweise ebenfalls schnell angepasst werden.