HBM的另一场内战

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当前，HBM芯片已成为AI计算的标配，其核心优势源于DRAM芯片的垂直堆叠结构。现阶段，主流的芯片堆叠技术为热压键合（TCB）。该技术通过热量与压力，将带有微小凸点（如锡球或铜柱）的DRAM芯片逐层精密连接。

然而，随着HBM技术的持续迭代，TCB技术逐渐暴露出瓶颈。特别是当芯片堆叠层数超过16层时，传统的凸点结构会显著影响良率。此外，凸点本身还限制了互联密度，可能导致信号完整性下降，这与HBM对更高带宽和更低功耗的需求相违背。

这就是混合键合登场的时候了。混合键合技术是一种革命性的解决方案。它无需凸点，直接在DRAM芯片之间进行铜-铜直接键合，从而实现更紧密的芯片互联。

在半导体行业，“一代技术，催生一代设备”。随着HBM封装即将迈入混合键合时代，设备厂商的“卖铲”之争也进入白热化。在混合键合设备的研发竞赛中，和HBM一样，陷入了同样的韩国内战。

从TC键合到混合键合

HBM封装的必由之路

由于摩尔定律的放缓导致传统单芯片设计的成本增加和物理限制，行业正在转向采用小芯片和3D集成芯片（3DIC）技术来继续提升设备性能并降低成本。在这一转型中，封装已不再仅仅是保护芯片的“外壳”，而是成为驱动AI芯片性能提升的关键因素。

Besi的下图显示了一个AI芯片所需要用到的多种封装解决方案，包含多种连接技术和组件，如混合键合、热压键合、芯片上晶圆 (CoW) 倒装芯片与扇出封装、倒装芯片CoS、光子学、中介层连接、小芯片塑膜。

AI小芯片封装所需要的一系列先进封装解决方案

（来源：Besi）

作为后端封装的核心环节，键合技术正朝着减小I/O间距、提高I/O密度的方向演进，以满足未来芯片对更高带宽和更小封装的需求。根据Yole Group的《后端设备行业现状报告》，芯片键合技术的技术路径大致为：标准倒装芯片 → 助焊剂型TCB → 无助焊剂TCB → 铜-铜直接键合→混合键合。混合键合则代表了这一技术路线的最终目标。Yole预测，到2030年混合键合设备将增长至3.97亿美元，细间距、高密度互连对于先进的3D集成至关重要。

芯片键合技术的发展趋势（来源：Yole）

混合键合技术之所以备受瞩目，源于其显著的优势。按照Besi的说法，相比TCB，混合键合技术的互连密度提高15倍，速度提升11.9倍，带宽密度可实现191倍之高，能效性能提升超过100倍。虽然混合键合需要更高的基础设施成本，但它带来的每互连成本却低了10倍。此外，混合键合还能将HBM堆栈温度降低20%。

TCB和混合键合的性能与成本对比

（来源：Besi）

不过目前，全球尚无任何一家公司成功实现该设备技术的量产化应用。其背后主要有三大原因：一是当前的TC键合机还够用，尤其是今年4月份，JEDEC（制定HBM4标准的标准化组织）决定将HBM4的封装厚度由720微米放宽到775微米，现有技术的“窗口期”有所延长；二是其大规模量产仍是巨大的技术挑战，需要极高的设备精度和工艺控制；三是混合键合设备的价格太贵，据韩美半导体董事长Kwak Dong shin称，每台混合键合机的成本超过 100 亿韩元，是Hanmi TC 键合机价格的两倍多。

尽管面临上述挑战，混合键合作为未来HBM技术发展的必然方向，众多设备厂商仍将其视为战略重点。

根据Besi的预测，通过在三种不同情景下的预测：低情景（Low case）、中情景（Mid case）和高情景（High case），到2030年，混合键合设备的累计装机量预计将在960至2000台之间，这比2024年时的预测高出了7%。

混合键合系统的累计装机量预测（）

（来源：Besi）

低情景：主要由逻辑芯片的应用驱动。AMD、英特尔和博通等主要厂商已确认或正在开发相关应用，包括用于AI ASIC、高端PC/笔记本电脑CPU的系统级芯片（SoIC）等。

中情景：主要由内存和共同封装光学（Co-packaged optics, CPO）的应用驱动。所有领先厂商都在评估混合键合与热压键合（TCB）用于HBM4。混合键合的HBM5堆栈预计将在2026年出现。HBM2/2E和HBM3/3E是当前市场的主力，从2026年开始，HBM4/5将进入市场，其市场份额将快速增长。到2029年，预计HBM4/5将占据高达68%的市场份额，成为主导技术。

同时共同封装光学技术也从潜在应用走向现实。英伟达在2025年3月推出了采用共同封装光学（CPO）技术的网络交换机产品：Spectrum-X以太网交换机集成了36个3D光子学小芯片；Quantum-X800 InfiniBand交换机集成了18个3D光子学小芯片。它们所采用的台积电的COUPE技术就使用了混合键合来组装这些3D光子学小芯片，并且每台交换机设备中都使用了多个通过混合键合连接的小芯片。

像英伟达这样的行业领导者正在将光子学小芯片与核心芯片进行共同封装，而混合键合是实现这种高级集成的关键技术

高情景：由新兴应用驱动，包括智能眼镜、微显示器、传感器和智能手机等。

可见，随着这些新兴应用的不断发展，混合键合技术将在未来的AI计算、高性能计算和其他前沿技术中发挥关键作用。“技术为王，设备要先行”，于是我们可以看到，混合键合领域的设备厂商正加速推动设备的研发与创新，以迎接这一技术变革的到来。

韩国的本土激烈内战

谈到混合键合设备，荷兰设备制造商 Besi 是首相要被提及的。经过多年的发展，他们已经在混合键合市场站稳了脚跟。2025年上半年，Besi的混合键合业务的营收增长显著，较2024年上半年翻了一倍多。2025年Q3的订单，预计将比第二季度显著增加，这主要得益于对混合键合和AI相关2.5D计算应用需求的增长。

Besi不仅在技术路线图上持续演进，更在今年4月迎来了重磅盟友——美国半导体设备巨头应用材料（AMAT）。4月15日，应用材料收购了Besi 9%的股份，成为其最大股东。双方联合开发的集成式混合键合系统，融合了应用材料在前端晶圆处理的专业知识和Besi在高精度键合上的领先技术，被普遍认为在技术稳定性上优于其他公司，并已开始向三星和美光等巨头提供测试设备。此外，奥地利 EVG、德国 SUSS 也是混合键合设备的主要供应商。

发迹于中国香港的设备大厂ASMPT同样是混合键合赛道的重要玩家。公司在2024年第三季度，向一家逻辑市场客户交付了首台混合键合设备。在2024年内，又获得了两台用于高带宽内存（HBM）应用的新一代混合键合设备的订单，这些设备计划在2025年中期交付。在今年7 月 23 日的 2025 年第二季度财报电话会议上，ASMPT指出，计划在第三季度向HBM客户交付这些下一代系统。

但要数这个领域的竞争，韩国厂商在这个领域无疑是最为亮眼的一股势力。凭借同时拥有SK海力士和三星这两大HBM巨头，这个小国成为了全球设备厂商的“角斗场”。在这场技术竞赛中，本土的设备厂商凭借近水楼台的优势，迅速崛起。韩美半导体（Hanmi Semiconductor）和韩华半导体（Hanwha Semitech）作为两大TC键合设备的供应商，也是混合键合这一赛道上的两支主要力量。最近，LG电子也想进来分一杯羹。

作为HBM键合领域的先行者，韩美半导体凭借其深厚的技术积累和市场主导地位，展现出强劲的实力。该公司成立于1980年，拥有约120项HBM设备相关专利，尤其在HBM3E的12层生产用TC键合机市场，占据了超过90%的市场份额，是SK海力士和美光的核心供应商。

在混合键合领域，韩美半导体同样具备先发优势。其首席财务官Mave Kim透露，公司早在2020年就制造出第一台混合键合机。为加速商业化进程，韩美半导体已投资1000亿韩元，在仁川建设一座占地超过14,500平方米的混合键合机工厂，计划于2026年下半年竣工，并力争在2027年底实现商业化。此外，韩美半导体还与半导体设备公司TES签署了技术合作协议，旨在结合韩美在键合机上的技术优势和TES在等离子、薄膜沉积等领域的专长，共同提升混合键合设备的竞争力。

韩美半导体提供混合键合机工厂的鸟瞰图

（来源：韩美半导体）

而韩华半导体作为韩美半导体的竞争对手，也毫不示弱。其近期宣布已完成第二代混合键合机的开发，直接向韩美半导体发起挑战。韩华半导体也是SK海力士主要的TC键合机供应商，今年赢得了SK海力士价值约805亿韩元的TC键合机设备的订单。两家公司在TC键合机领域的激烈竞争关系，预示着混合键合领域的角逐将更加白热化。

除了这些传统的设备厂商，韩国电子巨头LG电子正在通过“曲线”战略，强势进军混合键合设备市场。据韩媒Pulsed的报道，LG正联合仁荷大学、庆北科技园区和小型设备制造商组成联盟，开展“HBM混合键合机开发”国家项目。LG的目标是2028年完成概念验证，2030年实现全面商业化。虽然这一时间表相对保守，但其入局意义重大。这不仅体现了LG对半导体设备业务的战略重视，也表明韩国政府层面正在通过国家项目推动关键技术的国产化。

LG 电子首席执行官赵周完 (Cho Joo-wan) 最近在社交媒体上发帖称，公司“正在扩大产品组合，通过投资下一代 HBM 生产所必需的专业技术来支持人工智能基础设施”。

LG 进军该领域，源于其生产技术中心十年来在半导体设备研发方面的积累。该公司此前已拥有向外包半导体封装测试 (OSAT) 公司供应芯片贴装到基板的标准键合机的经验，并在此基础上，正在向更复杂、更精密的半导体设备领域拓展。LG 还在加快其他设备的开发，包括用于半导体玻璃基板的精密激光系统和用于 HBM 的六面高速检测机，以丰富其设备组合。LG的强大研发实力和产业整合能力，使其成为混合键合赛道上一股不可小觑的新兴力量。

值得注意的是，除了上述三家独立的设备厂商，三星也正通过其设备子公司SEMES，悄然布局混合键合领域。此举旨在降低对外部供应商的依赖，并增强自身在HBM封装上的掌控力。据业界消息，SEMES正在与三星电子DS部门紧密合作，共同攻克混合键合机的技术难题，并力争在今年年底或明年向三星电子提供能够用于量产的混合键合机。这支“自研力量”的加入，无疑为韩国的混合键合设备市场增添了更多变数。

当然，作为最为关注的半导体市场，中国本土的混合设备发展也尤为关注。例如上市公司拓荆科技就在这个设备有所布局。

初创企业方面，中国半导体键合集成技术领域的领先企业青禾晶元半导体科技（集团）有限责任公司（简称“青禾晶元”）在年初宣布，正式推出全球首台C2W&W2W双模式混合键合设备SAB8210CWW。据介绍，这款混合键合设备具备多尺寸晶圆兼容、超强芯片处理能力、兼容不同的对准方式等优势，可以帮助客户减少设备投资支出、占地面积以及大幅缩短研发转量产周期等优势，能够为Micro-LED、NAND/DRAM/HBM等存储器、堆叠集成电路 (SIC）和系统级芯片 (SoC)提供广泛的支持。（参考文章）

按照Besi预计到2030年，混合键合的市场规模将达到12亿欧元，该预测基于HBM5等新一代高带宽内存将逐渐从传统的TCB技术转向混合键合技术的假设。同时，Besi还看好TCB Fluxless（无助焊剂热压键合）这个新兴市场。

我们如何看待这个市场的机遇？

(封面图源：腾讯元宝AI生成)

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