HBM 與先進封裝

隨著 AI 與高效能運算對記憶體頻寬的需求不斷提高,HBM 的整合已不只是晶片設計問題,更是封裝問題。AnCAD 協助客戶進行 HBM 等級 2.5D/3D 封裝的設計、寄生參數萃取與模擬。

HBM 簡介

什麼是 HBM?

高頻寬記憶體(High Bandwidth Memory,HBM)是一種堆疊式 DRAM 技術:多顆記憶體晶粒垂直堆疊,以矽穿孔(TSV)互連,並置於基底晶粒之上。HBM 不採用窄介面搭配極高速率,而是使用極寬的介面:HBM3 與 HBM3e 每個堆疊為 1024 位元,HBM4 則進一步加寬。結果是在小巧的面積內取得高頻寬。

為什麼需要 2.5D 封裝?

如此寬的介面無法在一般封裝基板上佈線。因此 HBM 堆疊會與 GPU 或 ASIC 並排安裝在中介層(Interposer)上。中介層是一層矽或有機材料,帶有極細密的佈線(RDL),透過微凸塊(Micro-bump)連接處理器與記憶體。此架構稱為 2.5D 封裝,也是 AI 加速器常用的 CoWoS 類平台的基礎。

難點在哪裡

導入 HBM 與中介層整合,會帶來幾項彼此牽動的工程問題。

細間距互連

邏輯晶粒與每個 HBM 堆疊之間有數以千計的訊號,必須經由微凸塊與細窄的 RDL 線路連接。佈線密度、層數與設計規則,都會限制實際能做出什麼。

訊號與電源完整性

寬而高速的介面對串擾、損耗、時序偏移與電源雜訊十分敏感。在大量驅動器同時切換時,電源配送網路必須保持穩定。

熱與機械應力

堆疊記憶體緊鄰高功率處理器,會造成不均勻的發熱。熱膨脹係數不同的材料變形量不同,可能導致翹曲,並使應力集中在凸塊與晶粒角落。

可製造性與供應鏈

封裝設計必須符合負責製造的晶圓廠與封裝廠的規則。設計、製造與組裝往往由不同單位負責,彼此之間的協調十分重要。

AnCAD 可提供的服務

AnCAD 具備裸晶與先進封裝經驗,並擅長數值模擬。我們將這些能力應用於 HBM 與中介層專案,涵蓋以下面向。

封裝與中介層設計

封裝與中介層的 Layout,包括 Pin Map 規劃、凸塊配置與高密度 RDL 佈線。目標是讓邏輯晶粒與 HBM 堆疊之間連接順暢,且設計能順利交付製造端。

寄生參數萃取與建模

從封裝結構中萃取電阻、電感、電容與耦合,涵蓋微凸塊、TSV 與 RDL 線路。結果可輸出為 S 參數與 SPICE 類模型,供晶片—封裝—系統級分析使用。

訊號與電源完整性模擬

通道分析,例如眼圖、串擾與時序偏移;以及電源配送網路分析,包括 DC 壓降、阻抗與去耦電容配置。

熱與機械應力模擬

模擬晶片、中介層與基板的溫度分佈、翹曲與應力,在設計投入製造前找出風險區域。

這四個面向彼此相連:Layout 決定寄生參數,寄生參數影響訊號與電源表現,熱與應力的結果又可能要求回頭修改 Layout。將它們一併處理,可縮短這個來回的過程。

合作方式

我們的客戶涵蓋 IC 設計公司、基板廠、OSAT 封裝廠與記憶體供應商,每個專案的起點各不相同。有些需要設計審閱,有些需要對既有 Layout 進行萃取或模擬,也有些需要協助尋找合適的製造途徑。

依專案需求,我們可自行執行,或代為協調封裝與製造夥伴。歡迎告訴我們您的需求,我們將一起討論最適合的進行方式。

聯絡我們

正在規劃 HBM 或先進封裝專案嗎?請簡述您的目標與限制條件,我們會回覆並討論可如何協助。