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先进封装技术介绍--高带宽架构(HBF,High Bandwidth Fabrics)
2026年01月19日 16:00   浏览:110   来源:小萍子
一,HBF高带宽架构工艺定义:

       HBF 是 High Bandwidth Fabrics 的缩写,直译为“高带宽架构”。它是一种由 英特尔 提出并主导的先进封装技术和互连标准。其核心目标是在一个封装内,将多个芯片(如计算芯片、内存、I/O芯片等)通过一个超高带宽、低功耗、低延迟的片上互连网络连接起来,形成一个高性能的“超级芯片”。

简单理解:HBF 就像是在一个“微型主板”上,为各个芯片构建了一个超级高速公路网,让它们能以极高的速度和效率交换数据

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二,HBF高带宽架构设计规则

最基础的“能否装得下、连得上”的规则。

  • 凸块与间距规则

    • 凸块类型:明确允许使用的互连类型(如微凸块用于标准连接,铜柱混合键合用于Foveros Direct)。

    • 凸块间距:规定最小凸块中心距(例如,标准微凸块为35-55µm,混合键合可达<10µm)。这直接决定了互连密度和带宽。

    • 凸块阵列布局:规定芯粒边缘必须留出非功能凸块(哑凸块) 用于机械支撑,以及电源/接地凸块的分布比例和模式。

  • 芯粒与硅桥布局规则

    • 芯粒尺寸和形状限制:对芯粒的最大/最小尺寸、长宽比、以及边缘到有效电路的距离(切割道)有明确规定。

    • 芯粒到芯粒间距:规定两个相邻芯粒之间的最小距离(芯片到芯片间隙),以确保有足够空间填充下填料,并避免热机械应力干扰。

    • 硅桥对准容差:规定芯粒上的凸块阵列与下方硅桥上的焊盘之间允许的最大对准误差(通常为±1~2µm)。这直接影响设计的余量和良率。

  • “Keep-out Zone”规则

    • 在芯粒的特定区域(如靠近边缘、靠近高热模块处)禁止放置敏感电路或关键信号凸块,以规避应力、热梯度或封装效应的不利影响。

      image.png
三,HBF高与HBM对比
对比维度HBM(高带宽内存)HBF(高带宽互连架构)
中文全称
高带宽内存
高带宽互连架构
英文全称
High Bandwidth Memory
High Bandwidth Fabrics
本质属性存储器芯片产品封装互连技术平台
技术范畴
存储技术
先进封装与系统集成技术
核心功能
数据存储与高速访问
芯片间高速通信与连接
供应形式
标准化内存芯片
系统集成解决方案
对比维度HBMHBF
核心技术
3D堆叠 + 硅通孔(TSV)
嵌入式硅桥 + 网络化互连
连接方式
芯片内垂直连接(层间)
封装内水平/垂直连接(芯片间)
密度提升方式
垂直堆叠增加存储密度
微米级布线提升互连密度
接口特性
超宽并行接口(1024/2048位)
标准化芯粒接口(UCIe/AIB)
物理形态
内存立方体(堆叠结构)
硅桥网络(平面/立体网络)
制造工艺
DRAM专用工艺 + TSV工艺
半导体互连工艺 + 先进封装工艺
代表产品/技术
HBM2E, HBM3, HBM3E
EMIB, Foveros, UCIe兼容接口
参数类型HBM典型值/特征HBF典型值/特征
连接密度
TSV密度:数千-数万/芯片
布线密度:>10 Tb/s/mm
物理间距
微凸块间距:35-55μm
硅桥布线间距:1-2μm
传输延迟
访问延迟:纳秒级
互连延迟:皮秒级
能效比
~3 pJ/bit
~0.5 pJ/bit
带宽规模
单堆栈>1 TB/s
网络总带宽>10 TB/s
工艺节点
专用DRAM工艺(10-20nm级)
多种工艺混搭(3nm-28nm+)
温度特性
工作温度较高,需专门散热
需考虑多芯片热耦合效应
际发展HBM演进HBF演进
第一代
HBM1(2015)
• 4层堆叠
• 128GB/s带宽
EMIB(2017)
• 基础硅桥
• 2D平面连接
第二代
HBM2(2016)
• 8层堆叠
• 256GB/s带宽
Foveros(2019)
• 3D堆叠技术
• 芯片上堆叠芯片
第三代
HBM2E(2020)
• 8-12层堆叠
• 460GB/s带宽
Foveros Omni(2021)
• 多芯粒3D集成
• 混合封装技术
第四代
HBM3(2022)
• 16层堆叠
• 819GB/s带宽
Foveros Direct(2022)
• 混合键合技术
• <10μm凸块间距
发展趋势
• 堆叠层数继续增加
• 带宽密度提升
• 能效比优化
• 互连密度持续提升
• 支持更多芯粒集成
• 向chiplet生态系统演进


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