HBM全稱為High Bandwidth Memory，即高帶寬內存，屬于DRAM（動態隨機存取存儲器）中的一個類別。從技術角度看，HBM使得DRAM從傳統2D轉變為立體3D，充分利用空間、縮小面積，正契合半導體行業小型化、集成化的發展趨勢。HBM通過將多個DRAM垂直堆疊在一起，形成高帶寬、高容量、低功耗等優勢，突破了內存容量與帶寬瓶頸，在數據傳輸速率和存儲容量上的顯著優勢，是支撐AI大模型訓練和推理的關鍵組件。

HBM堆疊結構 來源：電子與封裝

一、為什么需要Low-α射線封裝材料？

軟錯誤是指在數字電路設計中，由于外部輻射（如宇宙射線或其他高能粒子）或電磁干擾等因素導致電路中的存儲單元（如SRAM、DRAM等）產生瞬時的電壓變化，從而引發軟錯誤。軟錯誤通常不會損壞電路本身（因此號稱“軟”錯誤），但會損壞所存儲的數據或所涉電路的狀態（在數字電路中，相當于將“一”數據狀態錯誤地翻轉為“零”數據狀態，或者相反）。尤其是HBM這種高集成度芯片中的元件往往非常小，存儲的電荷也相對較少，這使得HBM存儲芯片更容易受到α粒子的干擾，對軟錯誤的敏感性更高，因此在HBM的生產制造過程對于α粒子的管理要求更為嚴格。

在一個合格制造過程中的設計良好的電路中，軟錯誤的主要原因是粒子輻射，在陸地環境中，主要鍵輻射問題來自于導體器件的各種制造和封裝材料本身的微量雜質鈾（U）、釷（Th）等發射的α粒子（α粒子無法遠距離游走，因此到達器件的任何α粒子通常都是芯片內的材料所發射的），在封裝和鍵合工藝中使用超低α粒子發射率材料可有效降低α粒子引起的軟錯誤率。

EMC（Epoxy Molding Compound，環氧塑封料）在芯片封裝中占據著極其重要的地位，它主要用于半導體封裝的保護、絕緣及散熱，確保芯片在復雜的應用環境下仍能穩定工作。為了滿足封裝材料的熱膨脹系數、導熱性能等要求，通常會添加二氧化硅、氧化鋁等填料。二氧化硅具有較低的熱膨脹系數，可以較好地匹配環氧模塑料，但由于其導熱系數較低，難以適配集成度越來越高的應用場景，而導熱系數更高的氧化鋁明顯更適合高封裝密度的HBM的需求。從導熱填料的角度考慮，球形粉體有利于獲得更高的填充量，從而獲得更高的熱導率，因此采用Low-α球形氧化鋁可以在滿足芯片封裝高散熱性的同時控制α射線。

二、Low-α射線球形氧化鋁如何制備？

在高帶寬存儲器（HBM）封裝技術中，對球形氧化鋁的Low-α射線的控制，需要將放射性元素鈾和釷的含量降至ppb（十億分之一）級別，且需兼顧形貌控制等其他多項指標，技術壁壘高、工藝難度大，目前能實現產業化的企業相對較少。

球形氧化鋁粉末中的鈾含量取決于其原料中的鈾含量，因此重要的是使用鈾/釷含量盡可能低的原料以制備具有低鈾含量的球形氧化鋁粉末，或者通過特殊手段除去氧化鋁中的鈾/釷雜質。如下是目前低鈾/釷含量高純氧化鋁的工藝路線參考。

1、汽化金屬燃燒法

日本雅都瑪(ADMATECHS)是Low-α射線球形氧化鋁的主要供應商，其采用的是VMC法(Vaporized Metal Combustion Method汽化金屬燃燒法)，該方法的原理是利用金屬粉末的爆燃現象來制備球形氧化物顆粒。

雅都瑪公司的專利文件JPH1192136A提出了一種低α粒子輻射的氧化鋁粉末的生產方法，其工藝過程大致如下：第一步，將鈾（U）和釷（Th）含量小于1ppb的高純鋁粉置于高純石墨坩堝中熔化并霧化制取高純度鋁粉；第二步：將鋁粉通入含氧氣流燃燒，得到平均粒徑為0.4μm～30μm、α射線劑量可低至0.001C/cm2?hr的氧化鋁粉。

2、無機酸溶液洗滌

聯瑞新材是全球領先的粉體材料制造和應用服務供應商，可量產配套供應HBM所用的多種規格低CUT點Low-α放射球硅和球鋁。

聯瑞新材公司的專利文件CN115947361A公開了一種低放射性氧化鋁粉及其制備方法，可以降低氧化鋁材料中的表面鈾含量到≤5ppb的水平。其工藝過程大致如下：第一步：將表面鈾含量≤30ppb的氫氧化鋁在焙燒設備進行煅燒，得到氧化鋁粉體；第二步：配制PH＜4的酸性溶液，然后將氧化鋁粉體浸潤在酸性溶液中，并分散均勻0.5-2h；第三步：將分散后的粉體從酸性溶液中進行分離，然后放入含有硅烷偶聯劑的溶劑中，進行溶劑置換0.5-6h；第四步：將溶劑置換后的粉體進行分離，然后將粉體在100-120℃的條件下烘干2-6h，得到表面鈾含量≤5ppb的低放射性氧化鋁粉體。

編輯整理：粉體圈Alpha