來(lái)到了AI時(shí)代，大模型處理數(shù)據(jù)的吞吐量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，面對(duì)復(fù)雜訓(xùn)練模型動(dòng)輒千億、萬(wàn)億的參數(shù)，存儲(chǔ)器需要更高的帶寬和更低的延遲來(lái)支持大規(guī)模的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和推理。被認(rèn)為是“最適用于AI訓(xùn)練、推理的存儲(chǔ)芯片”——HBM（High Bandwidth Memory，高帶寬存儲(chǔ)器）通過(guò)使用先進(jìn)封裝方法垂直堆疊多個(gè)DRAM，與GPU通過(guò)中介層互聯(lián)封裝在一起，可以在較小的物理空間里實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器高容量、高寬帶、低延時(shí)與低功耗。不過(guò)在另一方面，這也意味著在封裝過(guò)程中需要使用散熱性更高的 GMC（顆粒狀環(huán)氧塑封料） 產(chǎn)品，目前Low-α球射線氧化鋁被視為HBM封裝材料中必不可少的關(guān)鍵填料。

為什么說(shuō)Low-α球射線氧化鋁是HBM封裝的最佳拍檔？

1、低放射性降低產(chǎn)品軟錯(cuò)誤率

半導(dǎo)體器件的各種制造和封裝材料中存的鈾 (U)、釷 (Th) 等雜質(zhì)具有天然放射性， 其釋放的 α粒子具有較強(qiáng)的電離能力，當(dāng)α離子在穿過(guò)微電子器件時(shí)，在器件內(nèi)部敏感區(qū)將會(huì)電離產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)，并在電路相應(yīng)節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生電荷積累，當(dāng)該節(jié)點(diǎn)處的電荷積累到一定程度或者說(shuō)高于臨界電荷時(shí)，就會(huì)引起該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)處信號(hào)暫時(shí)的翻轉(zhuǎn)，即發(fā)生軟錯(cuò)誤。尤其是HBM這種高集成度芯片中的元件往往非常小，存儲(chǔ)的電荷也相對(duì)較少，這使得HBM存儲(chǔ)芯片更容易受到α粒子的干擾，對(duì)軟錯(cuò)誤的敏感性更高。因此，為了保證HBM可靠性，提升產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力，往往要求HBM封裝填料的α粒子含量遠(yuǎn)低于其他器件。

軟錯(cuò)誤可能導(dǎo)致的問(wèn)題

2、高熱導(dǎo)率、高球化度提升產(chǎn)品散熱性

目前，基于HBM封裝填料的低放射性要求，通常采用low-α放射球硅和Low-α放射球鋁作為HBM的封裝填料。其中二氧化硅具有較低的熱膨脹系數(shù)，可以較好地匹配環(huán)氧模塑料（EMC），但由于其導(dǎo)熱系數(shù)較低，僅為1.4- 1.5?W/(m?K)，難以適配集成度越來(lái)越高的應(yīng)用場(chǎng)景，而導(dǎo)熱系數(shù)為30?W/(m?K)左右的氧化鋁則可以為HDM存儲(chǔ)芯片提供更好的散熱性能。據(jù)壹石通，Low-α球硅往往會(huì)與Low-α球鋁復(fù)配混用，但在散熱要求越高的場(chǎng)景，Low-α球鋁的占比會(huì)越高，甚至全部使用。

集成度越來(lái)越高的HBM產(chǎn)品（來(lái)源：臺(tái)積電）

Low-α射線球形氧化鋁的市場(chǎng)布局

如今隨著HBM成為了時(shí)下存儲(chǔ)中最為火熱的一個(gè)領(lǐng)域，Low-α射線球形氧化鋁憑借高熱導(dǎo)率、低放射性，其市場(chǎng)需求也正在快速增長(zhǎng)，根據(jù)astute analytica的預(yù)測(cè)，2021~2027年HBM總市場(chǎng)規(guī)模的年復(fù)合增長(zhǎng)率為31.3%，測(cè)算出Low-α球硅到2025年在GMC領(lǐng)域的市場(chǎng)空間將分別達(dá)到87.31億元，為2023年的2.28倍。不過(guò)，由于對(duì)球形氧化鋁的Low-α射線的控制，需要將放射性元素鈾（U）和釷（Th）的含量降至ppb（十億分之一）級(jí)別，技術(shù)壁壘高、工藝難度大，相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備也需要自研，工藝管控涉及到生產(chǎn)前中后端的全流程，且需兼顧其他多項(xiàng)指標(biāo)。目前在全球范圍內(nèi)，僅日本雅都瑪以及聯(lián)瑞新材、壹石通等國(guó)內(nèi)企業(yè)有所布局。以下是

1、日本雅都瑪

日本雅都瑪是Low-α射線球形氧化鋁的主要供應(yīng)商，其采取VMC（爆燃法）法的工藝路線首次實(shí)現(xiàn)了Low-α射線球形氧化鋁（ADMAFINE系列）的產(chǎn)業(yè)化，并取得了相關(guān)專利。該工藝的關(guān)鍵材料是高純金屬、高純石墨坩堝、高純霧化氣體，以及無(wú)污染氧化氣體，將高純金屬鋁粉粉末噴灑在氧氣中并使之發(fā)生爆燃，由于產(chǎn)生了大量的反應(yīng)熱，生成的氧化鋁轉(zhuǎn)化為蒸汽或液體。冷卻后，即可得到平均粒徑為0.2μm～10μm、α射線劑量可低至0.001C/cm2?hr的氧化鋁粉，即“ADMAFINE球形氧化鋁”。由于鋁粉爆燃產(chǎn)生的氧化熱可用于汽化后續(xù)金屬，具有節(jié)能、不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物的優(yōu)勢(shì)。不過(guò)由于日本雅都瑪目前并無(wú)明確的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，并不能滿足我國(guó)國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)增量需求。

ADMAFINE球形氧化鋁及其工藝路線

2、聯(lián)瑞新材

聯(lián)瑞新材是全球領(lǐng)先的粉體材料制造和應(yīng)用服務(wù)供應(yīng)商，其持續(xù)聚焦高端芯片（AI、5G、HPC等）封裝、異構(gòu)集成先進(jìn)封裝（Chiplet、HBM等）、新一代高頻高速覆銅板（M7、M8等）等下游應(yīng)用領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，目前公司成功打破了日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)封鎖和市場(chǎng)壟斷，已經(jīng)量產(chǎn)配套供應(yīng)HBM所用的多種規(guī)格低CUT點(diǎn)Low-α放射球硅和球鋁， 不僅實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口替代，而且產(chǎn)品返銷日韓等國(guó)家的全球知名企業(yè)。

3、壹石通

作為特殊功能性新材料解決方案提供商，壹石通表示：公司生產(chǎn)的Low-α射線球形氧化鋁能夠滿足下游客戶對(duì)Low-α射線控制、納米級(jí)形貌、磁性異物控制的更高要求，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白、打破國(guó)外壟斷，推動(dòng)國(guó)內(nèi)高端芯片封裝材料的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。目前，公司定增項(xiàng)目年產(chǎn)200噸高端芯片封裝用Low-α射線球形氧化鋁項(xiàng)目的產(chǎn)線調(diào)試已進(jìn)入收尾階段，日韓客戶驗(yàn)證工作近期仍在持續(xù)推動(dòng)，主要是針對(duì)客戶的差異化、定制化需求進(jìn)行逐步完善，有望在今年釋放產(chǎn)能，并陸續(xù)獲得相應(yīng)訂單。

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