HBM全称为High Bandwidth Memory，即高带宽内存，属于DRAM（动态随机存取存储器）中的一个类别。从技术角度看，HBM使得DRAM从传统2D转变为立体3D，充分利用空间、缩小面积，正契合半导体行业小型化、集成化的发展趋势。HBM通过将多个DRAM垂直堆叠在一起，形成高带宽、高容量、低功耗等优势，突破了内存容量与带宽瓶颈，在数据传输速率和存储容量上的显著优势，是支撑AI大模型训练和推理的关键组件。

HBM堆叠结构 来源：电子与封装

一、为什么需要Low-α射线封装材料？

软错误是指在数字电路设计中，由于外部辐射（如宇宙射线或其他高能粒子）或电磁干扰等因素导致电路中的存储单元（如SRAM、DRAM等）产生瞬时的电压变化，从而引发软错误。软错误通常不会损坏电路本身（因此号称“软”错误），但会损坏所存储的数据或所涉电路的状态（在数字电路中，相当于将“一”数据状态错误地翻转为“零”数据状态，或者相反）。尤其是HBM这种高集成度芯片中的元件往往非常小，存储的电荷也相对较少，这使得HBM存储芯片更容易受到α粒子的干扰，对软错误的敏感性更高，因此在HBM的生产制造过程对于α粒子的管理要求更为严格。

在一个合格制造过程中的设计良好的电路中，软错误的主要原因是粒子辐射，在陆地环境中，主要键辐射问题来自于导体器件的各种制造和封装材料本身的微量杂质铀（U）、钍（Th）等发射的α粒子（α粒子无法远距离游走，因此到达器件的任何α粒子通常都是芯片内的材料所发射的），在封装和键合工艺中使用超低α粒子发射率材料可有效降低α粒子引起的软错误率。

EMC（Epoxy Molding Compound，环氧塑封料）在芯片封装中占据着极其重要的地位，它主要用于半导体封装的保护、绝缘及散热，确保芯片在复杂的应用环境下仍能稳定工作。为了满足封装材料的热膨胀系数、导热性能等要求，通常会添加二氧化硅、氧化铝等填料。二氧化硅具有较低的热膨胀系数，可以较好地匹配环氧模塑料，但由于其导热系数较低，难以适配集成度越来越高的应用场景，而导热系数更高的氧化铝明显更适合高封装密度的HBM的需求。从导热填料的角度考虑，球形粉体有利于获得更高的填充量，从而获得更高的热导率，因此采用Low-α球形氧化铝可以在满足芯片封装高散热性的同时控制α射线。

二、Low-α射线球形氧化铝如何制备？

在高带宽存储器（HBM）封装技术中，对球形氧化铝的Low-α射线的控制，需要将放射性元素铀和钍的含量降至ppb（十亿分之一）级别，且需兼顾形貌控制等其他多项指标，技术壁垒高、工艺难度大，目前能实现产业化的企业相对较少。

球形氧化铝粉末中的铀含量取决于其原料中的铀含量，因此重要的是使用铀/钍含量尽可能低的原料以制备具有低铀含量的球形氧化铝粉末，或者通过特殊手段除去氧化铝中的铀/钍杂质。如下是目前低铀/钍含量高纯氧化铝的工艺路线参考。

1、汽化金属燃烧法

日本雅都玛(ADMATECHS)是Low-α射线球形氧化铝的主要供应商，其采用的是VMC法(Vaporized Metal Combustion Method汽化金属燃烧法)，该方法的原理是利用金属粉末的爆燃现象来制备球形氧化物颗粒。

雅都玛公司的专利文件JPH1192136A提出了一种低α粒子辐射的氧化铝粉末的生产方法，其工艺过程大致如下：第一步，将铀（U）和钍（Th）含量小于1ppb的高纯铝粉置于高纯石墨坩埚中熔化并雾化制取高纯度铝粉；第二步：将铝粉通入含氧气流燃烧，得到平均粒径为0.4μm～30μm、α射线剂量可低至0.001C/cm2▪hr的氧化铝粉。

2、无机酸溶液洗涤

联瑞新材是全球领先的粉体材料制造和应用服务供应商，可量产配套供应HBM所用的多种规格低CUT点Low-α放射球硅和球铝。

联瑞新材公司的专利文件CN115947361A公开了一种低放射性氧化铝粉及其制备方法，可以降低氧化铝材料中的表面铀含量到≤5ppb的水平。其工艺过程大致如下：第一步：将表面铀含量≤30ppb的氢氧化铝在焙烧设备进行煅烧，得到氧化铝粉体；第二步：配制PH＜4的酸性溶液，然后将氧化铝粉体浸润在酸性溶液中，并分散均匀0.5-2h；第三步：将分散后的粉体从酸性溶液中进行分离，然后放入含有硅烷偶联剂的溶剂中，进行溶剂置换0.5-6h；第四步：将溶剂置换后的粉体进行分离，然后将粉体在100-120℃的条件下烘干2-6h，得到表面铀含量≤5ppb的低放射性氧化铝粉体。

编辑整理：粉体圈Alpha