HBM的另一場內戰

當前，HBM晶片已成為AI計算的標配，其核心優勢源於DRAM晶片的垂直堆疊結構。現階段，主流的晶片堆疊技術為熱壓鍵合（TCB）。該技術通過熱量與壓力，將帶有微小凸點（如錫球或銅柱）的DRAM晶片逐層精密連接。

然而，隨著HBM技術的持續迭代，TCB技術逐漸暴露出瓶頸。特別是當晶片堆疊層數超過16層時，傳統的凸點結構會顯著影響良率。此外，凸點本身還限制了互聯密度，可能導致訊號完整性下降，這與HBM對更高頻寬和更低功耗的需求相違背。

這就是混合鍵合登場的時候了。混合鍵合技術是一種革命性的解決方案。它無需凸點，直接在DRAM晶片之間進行銅-銅直接鍵合，從而實現更緊密的晶片互聯。

在半導體行業，“一代技術，催生一代裝置”。隨著HBM封裝即將邁入混合鍵合時代，裝置廠商的“賣鏟”之爭也進入白熱化。在混合鍵合裝置的研發競賽中，和HBM一樣，陷入了同樣的韓國內戰。

從TC鍵合到混合鍵合

HBM封裝的必由之路

由於摩爾定律的放緩導致傳統單晶片設計的成本增加和物理限制，行業正在轉向採用小晶片和3D整合晶片（3DIC）技術來繼續提升裝置性能並降低成本。在這一轉型中，封裝已不再僅僅是保護晶片的“外殼”，而是成為驅動AI晶片性能提升的關鍵因素。

Besi的下圖顯示了一個AI晶片所需要用到的多種封裝解決方案，包含多種連接技術和元件，如混合鍵合、熱壓鍵合、晶片上晶圓 (CoW) 倒裝晶片與扇出封裝、倒裝晶片CoS、光子學、中介層連接、小晶片塑膜。

作為後端封裝的核心環節，鍵合技術正朝著減小I/O間距、提高I/O密度的方向演進，以滿足未來晶片對更高頻寬和更小封裝的需求。根據Yole Group的《後端裝置行業現狀報告》，晶片鍵合技術的技術路徑大致為：標準倒裝晶片 → 助焊劑型TCB → 無助焊劑TCB → 銅-銅直接鍵合→混合鍵合。混合鍵合則代表了這一技術路線的最終目標。Yole預測，到2030年混合鍵合裝置將增長至3.97億美元，細間距、高密度互連對於先進的3D整合至關重要。

混合鍵合技術之所以備受矚目，源於其顯著的優勢。按照Besi的說法，相比TCB，混合鍵合技術的互連密度提高15倍，速度提升11.9倍，頻寬密度可實現191倍之高，能效性能提升超過100倍。雖然混合鍵合需要更高的基礎設施成本，但它帶來的每互連成本卻低了10倍。此外，混合鍵合還能將HBM堆疊溫度降低20%。

不過目前，全球尚無任何一家公司成功實現該裝置技術的量產化應用。其背後主要有三大原因：一是當前的TC鍵合機還夠用，尤其是今年4月份，JEDEC（制定HBM4標準的標準化組織）決定將HBM4的封裝厚度由720微米放寬到775微米，現有技術的“窗口期”有所延長；二是其大規模量產仍是巨大的技術挑戰，需要極高的裝置精度和工藝控制；三是混合鍵合裝置的價格太貴，據韓美半導體董事長Kwak Dong shin稱，每台混合鍵合機的成本超過 100 億韓元，是Hanmi TC 鍵合機價格的兩倍多。

儘管面臨上述挑戰，混合鍵合作為未來HBM技術發展的必然方向，眾多裝置廠商仍將其視為戰略重點。

根據Besi的預測，通過在三種不同情景下的預測：低情景（Low case）、中情景（Mid case）和高情景（High case），到2030年，混合鍵合裝置的累計裝機量預計將在960至2000台之間，這比2024年時的預測高出了7%。

低情景：主要由邏輯晶片的應用驅動。AMD、英特爾和博通等主要廠商已確認或正在開發相關應用，包括用於AI ASIC、高端PC/筆記型電腦CPU的系統級晶片（SoIC）等。

中情景：主要由記憶體和共同封裝光學（Co-packaged optics, CPO）的應用驅動。所有領先廠商都在評估混合鍵合與熱壓鍵合（TCB）用於HBM4。混合鍵合的HBM5堆疊預計將在2026年出現。HBM2/2E和HBM3/3E是當前市場的主力，從2026年開始，HBM4/5將進入市場，其市場份額將快速增長。到2029年，預計HBM4/5將佔據高達68%的市場份額，成為主導技術。

同時共同封裝光學技術也從潛在應用走向現實。輝達在2025年3月推出了採用共同封裝光學（CPO）技術的網路交換機產品：Spectrum-X乙太網路交換機整合了36個3D光子學小晶片；Quantum-X800 InfiniBand交換機整合了18個3D光子學小晶片。它們改採用的台積電的COUPE技術就使用了混合鍵合來組裝這些3D光子學小晶片，並且每台交換機裝置中都使用了多個通過混合鍵合連接的小晶片。

高情景：由新興應用驅動，包括智能眼鏡、微顯示器、感測器和智慧型手機等。

可見，隨著這些新興應用的不斷發展，混合鍵合技術將在未來的AI計算、高性能計算和其他前沿技術中發揮關鍵作用。“技術為王，裝置要先行”，於是我們可以看到，混合鍵合領域的裝置廠商正加速推動裝置的研發與創新，以迎接這一技術變革的到來。

韓國的本土激烈內戰

談到混合鍵合裝置，荷蘭裝置製造商 Besi 是首相要被提及的。經過多年的發展，他們已經在混合鍵合市場站穩了腳跟。2025年上半年，Besi的混合鍵合業務的營收增長顯著，較2024年上半年翻了一倍多。2025年Q3的訂單，預計將比第二季度顯著增加，這主要得益於對混合鍵合和AI相關2.5D計算應用需求的增長。

Besi不僅在技術路線圖上持續演進，更在今年4月迎來了重磅盟友——美國半導體裝置巨頭應用材料（AMAT）。4月15日，應用材料收購了Besi 9%的股份，成為其最大股東。雙方聯合開發的整合式混合鍵合系統，融合了應用材料在前端晶圓處理的專業知識和Besi在高精度鍵合上的領先技術，被普遍認為在技術穩定性上優於其他公司，並已開始向三星和美光等巨頭提供測試裝置。此外，奧地利 EVG、德國 SUSS 也是混合鍵合裝置的主要供應商。

發跡於中國香港的裝置大廠ASMPT同樣是混合鍵合賽道的重要玩家。公司在2024年第三季度，向一家邏輯市場客戶交付了首台混合鍵合裝置。在2024年內，又獲得了兩台用於高頻寬記憶體（HBM）應用的新一代混合鍵合裝置的訂單，這些裝置計畫在2025年中期交付。在今年7 月 23 日的 2025 年第二季度財報電話會議上，ASMPT指出，計畫在第三季度向HBM客戶交付這些下一代系統。

但要數這個領域的競爭，韓國廠商在這個領域無疑是最為亮眼的一股勢力。憑藉同時擁有SK海力士和三星這兩大HBM巨頭，這個小國成為了全球裝置廠商的“角鬥場”。在這場技術競賽中，本土的裝置廠商憑藉近水樓台的優勢，迅速崛起。韓美半導體（Hanmi Semiconductor）和韓華半導體（Hanwha Semitech）作為兩大TC鍵合裝置的供應商，也是混合鍵合這一賽道上的兩支主要力量。最近，LG電子也想進來分一杯羹。

作為HBM鍵合領域的先行者，韓美半導體憑藉其深厚的技術積累和市場主導地位，展現出強勁的實力。該公司成立於1980年，擁有約120項HBM裝置相關專利，尤其在HBM3E的12層生產用TC鍵合機市場，佔據了超過90%的市場份額，是SK海力士和美光的核心供應商。

在混合鍵合領域，韓美半導體同樣具備先發優勢。其首席財務官Mave Kim透露，公司早在2020年就製造出第一台混合鍵合機。為加速商業化處理程序，韓美半導體已投資1000億韓元，在仁川建設一座佔地超過14,500平方米的混合鍵合機工廠，計畫於2026年下半年竣工，併力爭在2027年底實現商業化。此外，韓美半導體還與半導體裝置公司TES簽署了技術合作協議，旨在結合韓美在鍵合機上的技術優勢和TES在電漿、薄膜沉積等領域的專長，共同提升混合鍵合裝置的競爭力。

而韓華半導體作為韓美半導體的競爭對手，也毫不示弱。其近期宣佈已完成第二代混合鍵合機的開發，直接向韓美半導體發起挑戰。韓華半導體也是SK海力士主要的TC鍵合機供應商，今年贏得了SK海力士價值約805億韓元的TC鍵合機裝置的訂單。兩家公司在TC鍵合機領域的激烈競爭關係，預示著混合鍵合領域的角逐將更加白熱化。

除了這些傳統的裝置廠商，韓國電子巨頭LG電子正在通過“曲線”戰略，強勢進軍混合鍵合裝置市場。據韓媒Pulsed的報導，LG正聯合仁荷大學、慶北科技園區和小型裝置製造商組成聯盟，開展“HBM混合鍵合機開發”國家項目。LG的目標是2028年完成概念驗證，2030年實現全面商業化。雖然這一時間表相對保守，但其入局意義重大。這不僅體現了LG對半導體裝置業務的戰略重視，也表明韓國政府層面正在通過國家項目推動關鍵技術的國產化。

LG 電子首席執行官趙周完 (Cho Joo-wan) 最近在社交媒體上發帖稱，公司“正在擴大產品組合，通過投資下一代 HBM 生產所必需的專業技術來支援人工智慧基礎設施”。

LG 進軍該領域，源於其生產技術中心十年來在半導體裝置研發方面的積累。該公司此前已擁有向外包半導體封裝測試 (OSAT) 公司供應晶片貼裝到基板的標準鍵合機的經驗，並在此基礎上，正在向更複雜、更精密的半導體裝置領域拓展。LG 還在加快其他裝置的開發，包括用於半導體玻璃基板的精密雷射系統和用於 HBM 的六面高速檢測機，以豐富其裝置組合。LG的強大研發實力和產業整合能力，使其成為混合鍵合賽道上一股不可小覷的新興力量。

值得注意的是，除了上述三家獨立的裝置廠商，三星也正通過其裝置子公司SEMES，悄然佈局混合鍵合領域。此舉旨在降低對外部供應商的依賴，並增強自身在HBM封裝上的掌控力。據業界消息，SEMES正在與三星電子DS部門緊密合作，共同攻克混合鍵合機的技術難題，併力爭在今年年底或明年向三星電子提供能夠用於量產的混合鍵合機。這支“自研力量”的加入，無疑為韓國的混合鍵合裝置市場增添了更多變數。

寫在最後

當然，作為最為關注的半導體市場，中國本土的混合裝置發展也尤為關注。例如上市公司拓荊科技就在這個裝置有所佈局。

初創企業方面，中國半導體鍵合整合技術領域的領先企業青禾晶元半導體科技（集團）有限責任公司（簡稱“青禾晶元”）在年初宣佈，正式推出全球首台C2W&W2W雙模式混合鍵合裝置SAB8210CWW。據介紹，這款混合鍵合裝置具備多尺寸晶圓相容、超強晶片處理能力、相容不同的對準方式等優勢，可以幫助客戶減少裝置投資支出、佔地面積以及大幅縮短研發轉量產周期等優勢，能夠為Micro-LED、NAND/DRAM/HBM等儲存器、堆疊積體電路 (SIC）和系統級晶片 (SoC)提供廣泛的支援。（參考文章《國產混合鍵合裝置，重磅發佈》）

按照Besi預計到2030年，混合鍵合的市場規模將達到12億歐元，該預測基於HBM5等新一代高頻寬記憶體將逐漸從傳統的TCB技術轉向混合鍵合技術的假設。同時，Besi還看好TCB Fluxless（無助焊劑熱壓鍵合）這個新興市場。

我們如何看待這個市場的機遇？ (半導體行業觀察)