2024年,高带宽内存(HBM)成为全球半导体产业链的焦点。受益于AI大模型、高性能计算(HPC)和数据中心需求的爆发式增长,HBM作为下一代内存技术已从“技术先锋”走向“市场核心”。尤其是在AI训练过程中,HBM因其超高带宽与极低延迟成为不可替代的关键部件。
据Counterpoint数据,2024年HBM市场规模同比增长超过250%,预计将在2025年达到近100亿美元。SK海力士在此波浪潮中表现最为亮眼,其2024年HBM营收同比增长超过4.5倍,在第一季度便取得了高达70%的市场份额。Micron紧随其后,市场份额在30%-35%之间,且其HBM3E产品已获英伟达H200验证通过,正在加速放量中。
与此同时,HBM制造对后段工艺设备提出了极高要求,尤其是芯片堆叠环节中的热压键合(TCB)技术,其精度和良率直接决定HBM芯片的封装质量、产能与成本。可以说,TCB设备是决定HBM“能量上限”的核心环节。
一、HBM封装路径分化:MR-MUF vs TC-NCF
目前,主流HBM封装分为两大路径:
TC-NCF(Non-Conductive Film):三星与美光主要采用该路径,工艺成熟,适合标准化量产;
MR-MUF(Molded Reflow with Mold Underfill):SK海力士主推,强调高导热性与堆叠层扩展能力,其热导率为NCF方案的两倍以上。
这两种路径在核心工艺上虽均依赖TCB设备进行芯粒间高精度压合,但对设备的参数设定和兼容性要求存在较大差异。尤其在堆叠层数从8层上升至12层甚至16层后,压力控制、热扩散、良率控制等均成为挑战。因此,具备高度定制化、稳定性强与封装效率高的TCB机成为争夺重点。
二、TCB设备市场爆发:六强争霸格局形成
根据摩根士丹利与韩媒ETNews预测,全球用于HBM封装的TCB设备市场将从2024年的约4.6亿美元,快速增长至2027年的15亿美元以上,年均复合增长率超50%。其中,亚洲企业主导格局已基本确立,形成“六强争霸”的局面:
韩美半导体(Hanmi Semiconductor):长期为SK海力士供货,2024年营业利润同比增长639%,并获Micron大单,预计将交付超过50台设备,单价达30亿韩元;
韩华SemiTech:韩华集团旗下设备厂商,2024年向SK供货12台TCB设备,总金额约4200亿韩元,技术力不断提升;
SEMES(三星旗下设备厂):专为三星内供,近年来替代Shinkawa设备成功自研新一代TCB机,可支持高层堆叠HBM4;
ASMPT(新加坡):其设备已进入SK的HBM3E试产线,尤其在NCF路径上具备高稳定性和较快节拍效率;
K&S(Kulicke & Soffa):也来自新加坡,积极开发无助焊剂键合方案,并与美光展开合作;
Shinkawa(日本):TCB设备先驱之一,曾为三星主要供货商,现受制于本土半导体设备投资放缓,份额被韩企和新加坡企业蚕食。
值得注意的是,韩美与韩华之间围绕SK的供应关系发生微妙变化。韩美原为SK长期唯一设备商,但在韩华半导体设备性能逐渐追赶后,SK选择部分导入韩华设备,并以此为由对韩美设备定价提出谈判,导致韩美对SK提高报价并将售后服务从免费转为收费,双方博弈持续升温。
三、HBM3E与HBM4拉升设备技术门槛
随着HBM3E与HBM4逐步量产,其堆叠层数提升至12~16层,对TCB设备提出前所未有的挑战。业内人士指出,要在保证芯粒对准精度(Alignment Accuracy)在±1.5μm以内的同时,提高单位时间封装效率(UPH)超过120 UPH,需在热控、力控、运动系统方面全面升级。
SK海力士计划2025年下半年推出HBM4样品,预计将采用MR-MUF路径+多芯堆叠方案,并强调TSV减薄与导热层集成,这使得其对设备的灵活性和兼容性要求大幅提升。
Micron方面则计划2025年大幅拉升HBM3E出货,其部分路径采用Hybrid Bond + TC压合,需使用不同类型设备完成2.5D异质集成。ASMPT与韩美都在积极参与验证。
四、产业链机会:中国设备厂的潜力与挑战
目前,TCB设备领域仍由日韩、新加坡厂商主导,中国设备厂尚未形成有效突破。尽管部分国产键合设备厂已布局Fan-out、2.5D封装设备,但在HBM高阶封装所需的压合精度、控温均匀性、堆叠稳定性方面尚有差距。
然而,随着韩国政府可能对中资HBM订单采取限供措施,以及HBM逐步国产化趋势增强,国内设备商若能在2025年前完成样机送样,将有望获得替代窗口。目前上海微电子、芯源微、华海清科等企业正在布局相关领域。
五、小结:从内存芯片战到“设备战争”
HBM本质是AI产业军备竞赛下的内存加速器。随着技术向HBM3E、HBM4演进,封装路径分歧与堆叠复杂度增加,使后段设备成为瓶颈关键。
2024年起,HBM不再只是芯片制造商的竞赛,更是封装设备厂的硬碰硬。从TCB技术路径到产业博弈,从六强争霸到国产替代,我们正在见证半导体封装设备产业链新一轮的“权力更替”。
未来三年,谁能做出更快、更准、更稳定的TCB机,谁就能在HBM芯片价值链中攫取更多话语权。这场“设备战争”,才刚刚开始。
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