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    先進封裝技術介紹--高帶寬架構(HBF,High Bandwidth Fabrics)

    2026-02-09 11:33:49 LH 335

    轉:

    一,HBF高帶寬架構工藝定義:

           HBF 是 High Bandwidth Fabrics 的縮寫,直譯為“高帶寬架構”。它是一種由 英特爾 提出并主導的先進封裝技術和互連標準。其核心目標是在一個封裝內,將多個芯片(如計算芯片、內存、I/O芯片等)通過一個超高帶寬、低功耗、低延遲的片上互連網絡連接起來,形成一個高性能的“超級芯片”。

    簡單理解:HBF 就像是在一個“微型主板”上,為各個芯片構建了一個超級高速公路網,讓它們能以極高的速度和效率交換數據

    圖片
    二,HBF高帶寬架構設計規則

    最基礎的“能否裝得下、連得上”的規則。

    • 凸塊與間距規則

      • 凸塊類型:明確允許使用的互連類型(如微凸塊用于標準連接,銅柱混合鍵合用于Foveros Direct)。

      • 凸塊間距:規定最小凸塊中心距(例如,標準微凸塊為35-55μm,混合鍵合可達<10μm)。這直接決定了互連密度和帶寬。

      • 凸塊陣列布局:規定芯粒邊緣必須留出非功能凸塊(啞凸塊) 用于機械支撐,以及電源/接地凸塊的分布比例和模式。

    • 芯粒與硅橋布局規則

      • 芯粒尺寸和形狀限制:對芯粒的最大/最小尺寸、長寬比、以及邊緣到有效電路的距離(切割道)有明確規定。

      • 芯粒到芯粒間距:規定兩個相鄰芯粒之間的最小距離(芯片到芯片間隙),以確保有足夠空間填充下填料,并避免熱機械應力干擾。

      • 硅橋對準容差:規定芯粒上的凸塊陣列與下方硅橋上的焊盤之間允許的最大對準誤差(通常為±1~2μm)。這直接影響設計的余量和良率。

    • “Keep-out Zone”規則

      • 在芯粒的特定區域(如靠近邊緣、靠近高熱模塊處)禁止放置敏感電路或關鍵信號凸塊,以規避應力、熱梯度或封裝效應的不利影響。

        圖片
    三,HBF高與HBM對比
    對比維度HBM(高帶寬內存)HBF(高帶寬互連架構)
    中文全稱
    高帶寬內存
    高帶寬互連架構
    英文全稱
    High Bandwidth Memory
    High Bandwidth Fabrics
    本質屬性存儲器芯片產品封裝互連技術平臺
    技術范疇
    存儲技術
    先進封裝與系統集成技術
    核心功能
    數據存儲與高速訪問
    芯片間高速通信與連接
    供應形式
    標準化內存芯片
    系統集成解決方案
    對比維度HBMHBF
    核心技術
    3D堆疊 + 硅通孔(TSV)
    嵌入式硅橋 + 網絡化互連
    連接方式
    芯片內垂直連接(層間)
    封裝內水平/垂直連接(芯片間)
    密度提升方式
    垂直堆疊增加存儲密度
    微米級布線提升互連密度
    接口特性
    超寬并行接口(1024/2048位)
    標準化芯粒接口(UCIe/AIB)
    物理形態
    內存立方體(堆疊結構)
    硅橋網絡(平面/立體網絡)
    制造工藝
    DRAM專用工藝 + TSV工藝
    半導體互連工藝 + 先進封裝工藝
    代表產品/技術
    HBM2E, HBM3, HBM3E
    EMIB, Foveros, UCIe兼容接口
    參數類型HBM典型值/特征HBF典型值/特征
    連接密度
    TSV密度:數千-數萬/芯片
    布線密度:>10 Tb/s/mm
    物理間距
    微凸塊間距:35-55μm
    硅橋布線間距:1-2μm
    傳輸延遲
    訪問延遲:納秒級
    互連延遲:皮秒級
    能效比
    ~3 pJ/bit
    ~0.5 pJ/bit
    帶寬規模
    單堆棧>1 TB/s
    網絡總帶寬>10 TB/s
    工藝節點
    專用DRAM工藝(10-20nm級)
    多種工藝混搭(3nm-28nm+)
    溫度特性
    工作溫度較高,需專門散熱
    需考慮多芯片熱耦合效應
    際發展HBM演進HBF演進
    第一代
    HBM1(2015)
    ? 4層堆疊
    ? 128GB/s帶寬
    EMIB(2017)
    ? 基礎硅橋
    ? 2D平面連接
    第二代
    HBM2(2016)
    ? 8層堆疊
    ? 256GB/s帶寬
    Foveros(2019)
    ? 3D堆疊技術
    ? 芯片上堆疊芯片
    第三代
    HBM2E(2020)
    ? 8-12層堆疊
    ? 460GB/s帶寬
    Foveros Omni(2021)
    ? 多芯粒3D集成
    ? 混合封裝技術
    第四代
    HBM3(2022)
    ? 16層堆疊
    ? 819GB/s帶寬
    Foveros Direct(2022)
    ? 混合鍵合技術
    ? <10μm凸塊間距
    發展趨勢
    ? 堆疊層數繼續增加
    ? 帶寬密度提升
    ? 能效比優化
    ? 互連密度持續提升
    ? 支持更多芯粒集成
    ? 向chiplet生態系統演進


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