燒結銀遇上HBM：開啟存儲新時代

一 探秘 HBM：高性能計算的 “超級大腦”

在當今數字化時代，數據處理的速度和效率成為了決定科技發(fā)展高度的關鍵因素。從人工智能的飛速發(fā)展到數據中心的高效運行，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 ——HBM（High Bandwidth Memory），即高帶寬內存。它猶如高性能計算領域的 “超級大腦”，為各種*技術的發(fā)展提供了強大的動力支持。

HBM 是一種新興的 DRAM（動態(tài)隨機存取內存）解決方案，它采用基于 TSV（硅通孔）和芯片堆疊技術的堆疊 DRAM 架構。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 堆疊技術實現了高密度存儲，大幅提升了每個存儲堆棧的容量和位寬。

HBM 技術主要應用于高性能計算、人工智能、數據中心等領域。在人工智能領域，大量的數據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 模型的訓練和推理速度；在數據中心，面對海量的數據存儲和高速的數據訪問需求，HBM 能夠有效提升數據中心的運行效率，降低能耗；在高性能計算中，無論是科學研究中的復雜計算，還是金融領域的風險評估等，HBM 都能發(fā)揮關鍵作用，助力實現更快速、更精準的計算結果。

自 2014 年首款 HBM 產品發(fā)布以來，HBM 技術已經歷經了五代的發(fā)展。從較初的 HBM 到 HBM2、HBM2E、HBM3，再到較新的 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，數據傳輸速率也從 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，推動著相關領域的技術革新。

二 燒結銀：材料界的 “潛力股”

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

從成分上看，燒結銀主要由納米銀粉、粘合劑、溶劑及改善性能的微量添加劑組成。其中，納米銀粉作為導電性能的主要來源，發(fā)揮著關鍵作用；粘合劑和溶劑則協同工作，形成穩(wěn)定的漿料，為銀顆粒的均勻分布和固定提供**；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，燒結銀燒結工藝則是將銀膏通過鋼網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，形成導電通道。銀膜GVF9500的轉印工藝先將薄膜載體上的銀膜以合適的溫度、壓力轉移到芯片上，避免了印刷與烘干工藝，直接轉印，隨后將轉印好銀膜的芯片貼合到目標基板上，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，還有低溫燒結技術，AS9335能在低溫（<150℃）條件下獲得耐高溫（>300℃）和高導熱率（~150W/m?K）的燒結銀芯片連接界面，這種技術為對溫度敏感的應用場景提供了更多可能。

燒結銀具有一系列令人矚目的特性。它具備高導電性，這得益于納米銀顆粒的小尺寸效應，使其能夠高效地傳導電流，滿足電子設備對信號快速傳輸的需求；擁有高散熱性，能夠有效地傳導和散發(fā)熱量，在高功率器件工作時，迅速將產生的熱量散發(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；還具備高粘結力，在燒結過程中形成的強結合力使得燒結銀與基底之間的連接牢固可靠，能夠承受一定的機械應力和溫度變化，不易脫落或損壞。

基于這些優(yōu)異特性，燒結銀AS系列在多個領域得到了廣泛應用。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、高強度的銀骨架結構以及導電圖案、導線和電接點的制作中發(fā)揮著關鍵作用；在能源領域，銀的優(yōu)良導電性能和高溫穩(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備中理想的電極材料，通過銀燒結技術制備的銀電極能夠提供更高的導電性和更長的使用壽命，提升能源設備的性能和效率。

三 燒結銀與 HBM 的 “牽手之旅”

當我們深入探究 HBM 技術的發(fā)展，會發(fā)現燒結銀與 HBM 的結合，堪稱一場 “天作之合”，為 HBM 性能的進一步提升注入了強大的動力。

燒結銀在 HBM 應用中的獨特優(yōu)勢

從散熱性能來看，隨著芯片集成度的不斷提高，HBM 在運行過程中會產生大量的熱量，如果不能及時有效地散熱，將會嚴重影響其性能和穩(wěn)定性。燒結銀具有高散熱性，能夠快速將 HBM 產生的熱量傳導出去，確保芯片在較低的溫度下穩(wěn)定運行。以英偉達的某款采用 HBM 技術的高端 GPU 為例，在使用無壓燒結銀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 堆疊結構對連接材料的可靠性提出了極高的要求。燒結銀在燒結過程中形成的強結合力，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力和機械應力，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 需要高速的數據傳輸能力，對連接材料的導電性要求嚴苛。燒結銀的高導電性能夠確保信號在 HBM 芯片之間快速、準確地傳輸，降低信號傳輸的延遲和損耗，提高數據傳輸的效率。在數據中心的高速數據處理場景中，采用燒結銀連接的 HBM 能夠顯著提升數據處理速度，滿足數據中心對海量數據快速處理的需求。

四 燒結銀在 HBM 中的應用場景

在 HBM 的芯片封裝環(huán)節(jié)，燒結銀被廣泛應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，然后進行低溫燒結，燒結銀能夠形成牢固的連接層，實現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 在高負載運行時的溫度穩(wěn)定。

五 燒結銀在 HBM 應用中的案例分析

三星電子在其研發(fā)的新一代 HBM 產品中采用了燒結銀技術。通過使用燒結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 產品在性能上取得了顯著提升。在數據傳輸速率方面，相比上一代產品提高了 20%，能夠更快地滿足高性能計算對數據傳輸速度的需求；在散熱性能上，芯片的工作溫度降低了 10℃以上，有效提高了產品的穩(wěn)定性和可靠性，使得該產品在市場上具有很強的競爭力 。

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

六 挑戰(zhàn)與機遇：燒結銀在 HBM 領域的未來之路

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

成本問題是阻礙燒結銀大規(guī)模應用的一大關鍵因素。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，燒結銀的成本可能是它們的數倍甚至數十倍。在 HBM 的大規(guī)模生產中，成本的增加會顯著提高產品的總成本，從而影響產品的市場競爭力。以某款采用燒結銀技術的 HBM 產品為例，由于燒結銀的使用，其生產成本相比采用傳統(tǒng)材料的同類產品增加了 30%，這在一定程度上限制了該產品的市場推廣。

工藝復雜性也是一個不容忽視的問題。燒結銀的制備和應用工藝相對復雜，需要嚴格控制多個工藝參數，如燒結溫度、壓力、時間等。在燒結過程中，溫度的微小波動都可能導致燒結銀的性能出現較大差異。

市場認知度和接受度方面，雖然燒結銀在 HBM 應用中的優(yōu)勢逐漸被認可，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)習慣了傳統(tǒng)材料和工藝，對新技術的應用存在一定的抵觸情緒；另一方面，燒結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，而對燒結銀持謹慎態(tài)度。

針對這些挑戰(zhàn)，行業(yè)內也在積極探索應對策略。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，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，隨著技術的不斷進步和市場需求的增加，規(guī)模效應也將逐漸顯現，有望進一步降低燒結銀的成本。

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

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

展望未來，隨著高性能計算、人工智能、數據中心等領域的快速發(fā)展，HBM 的市場需求將持續(xù)增長，這為五一燒結銀在 HBM 領域的發(fā)展提供了廣闊的空間。隨著技術的不斷進步和完善，燒結銀有望在成本、工藝和性能等方面取得更大的突破，進一步提升其在 HBM 應用中的競爭力。預計在未來幾年內，燒結銀在 HBM 市場的占有率將逐步提高，成為推動 HBM 技術發(fā)展的關鍵材料之一。

總結與展望

燒結銀與 HBM 的結合，為高性能計算領域帶來了新的突破和發(fā)展機遇。燒結銀憑借其高散熱性、高導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、電氣連接等關鍵問題，顯著提升了 HBM 的性能和穩(wěn)定性 。

盡管目前燒結銀在 HBM 應用中面臨著成本、工藝復雜性和市場認知度等挑戰(zhàn)，但隨著技術的不斷進步和產業(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、數據中心等領域對 HBM 需求的持續(xù)增長，無壓燒結銀AS系列在 HBM 領域的市場前景將更加廣闊。我們有理由相信，在材料科學家和工程師們的共同努力下，燒結銀將在 HBM 技術的發(fā)展中發(fā)揮更加重要的作用，為推動科技進步和社會發(fā)展做出更大的貢獻。