=HBM是AI硬體皇冠上的那顆珠子。這事不用贅述了。
三星和SK海力士在拚命堆層數。HBM3E堆12層,HBM4堆16層。把HBM想像成一棟摩天大樓,每多堆一層就等於往上多蓋了一層。蓋到16層的時候,樓體承受的風壓、溫差、自重和蓋8層的時候完全不是一個量級。玻璃幕牆如果扛不住,再高的樓層都是危樓。
封裝工藝(混合鍵合間距從6微米壓到1.5微米)是大樓的鋼結構。所有人都在盯鋼結構的精度。
但有一件事比鋼結構更早被逼到了牆角。它不在光刻機旁邊的前道產線上,不在TSV刻蝕的真空腔裡。它在封裝的最後一道工序上。
大樓的玻璃幕牆。
HBM堆到16層之後,三星和SK海力士能不能出貨,已經不完全取決於他們自己的堆疊工藝了。取決於那層裹在最外面的保護殼,能不能扛住比今天高一倍的熱量、嚴絲合縫地貼在晶片上、一粒灰塵都不能漏進去。
一、這件"外衣"是什麼
晶片造完之後,最後一步是封裝。封裝最後一步是塑封,用一種特殊的塑料把晶片連引腳一起裹住,做成一個密封的整體。
這東西叫環氧塑封料,行業裡叫EMC(Epoxy Molding Compound)。
在傳統儲存晶片上,EMC已經有幾十年的成熟體系。一片DDR5記憶體,封裝用的EMC要求不高:防潮、絕緣、機械強度夠。但在HBM上,EMC不夠用了。HBM的封裝用的是顆粒狀的升級版,叫GMC(Granular Molding Compound)。原因是HBM太熱了。
一顆HBM3E晶片,12層DRAM堆疊,底部那層的溫度比頂部高出幾十度。封裝材料不僅要擋住外部濕氣,還要在巨大溫差下保持穩定:不能脹裂、不能脫落、不能讓底層的熱量悶在裡面出不來。
GMC要同時滿足三個互相衝突的要求:
這三個參數天然是矛盾的。導熱好的材料往往導電,絕緣好的材料往往隔熱,和矽片膨脹率匹配的材料往往導熱差。GMC的配方就是在這些矛盾中找一個工程上可行的答案。HBM每多堆兩層,這個答案就要重算一次。
二、這條鏈上都有誰
最上游:填料和樹脂。
GMC的配方裡,70%到90%是填料:超細的球形矽微粉。它的角色是調節熱膨脹係數,讓GMC和矽片的膨脹速度儘量一致。矽微粉越細、球形度越高,GMC的性能越好。
國內最大的矽微粉供應商是聯瑞新材。它的球形矽微粉粒徑可以做到亞微米級,已進入國際主流EMC廠商供應鏈。宏昌電子做環氧樹脂,是GMC的另一個上游。這兩家是整條鏈的起點。
中游:塑封料製造。
這是技術壁壘最高的環節。全球能做HBM級GMC的公司,一隻手數得過來。日本住友電木是老大,SK海力士和三星的早期HBM全部用住友的GMC。三星SDI有部分自供能力,但體量不大。
中國這邊,華海誠科是唯一一家GMC通過SK海力士量產驗證的公司。它在連雲港,2010年華天科技出資500萬參股設立,十六年後成了這條鏈上中國唯一的玩家。它最近整合了衡所華威,形成了從傳統EMC到HBM級GMC的全覆蓋。
為什麼只有這幾家?因為GMC的驗證周期太長了。一顆GMC從送樣到通過驗證,至少一年半。驗證通過後上量產產線爬良率,再來一年。這期間封裝廠已經把工藝參數鎖死在你的GMC上了,換供應商等於把整條產線的配方倒掉重來。
這個"鎖死效應"有點像器官移植的配型。一旦找到了匹配的供體,病人和醫生都不會輕易換。不是換不起,是排異反應可能致命。
下游:封裝廠和儲存原廠。
SK海力士是全球HBM出貨量最大的廠商,也是GMC需求最大的終端客戶。三星其次。美光的HBM3E產能還在爬坡。國內這邊,長鑫在推HBM2量產,GMC供應同步驗證中。長電科技、通富微電、華天科技在先進封裝上都有佈局,是EMC和GMC從材料變成產品的最後一站。
三、為什麼現在才被注意到
兩個原因。
第一,市場太小了。全球GMC的規模可能只有幾十億人民幣,不到光刻膠的十分之一。二級市場看到幾十億的賽道,通常直接跳過。
第二,它在封裝的最後一步。大家看HBM,習慣從最耀眼的地方看起:TSV、混合鍵合、HBM4。然後一路往上游看裝置、看設計。等看到封裝材料的時候,已經沒人在關注了。
但這一次不一樣。HBM4堆到16層,GMC的物理極限已經被逼到了牆角。HBM3E堆12層對GMC的要求已經是上一代的1.5倍。HBM4堆16層會在這個基礎之上再提一到兩個量級。住友電木在擴產,三星SDI在自研替代方案,華海誠科在通過SK海力士驗證後也在擴產。但整體產能遠遠跟不上。
這就好比一棟樓在設計的時候每層只規劃了十個人,後來每層塞了五十個人。承重牆沒問題(混合鍵合過關了),但消防通道沒擴。火沒燒起來的時候沒人注意到。HBM4就是那團火。它會讓消防通道第一次成為整棟樓最緊張的環節。這個賽道的瓶頸,不是需求不夠,是供給卡住了。
四、連成一條線
把之前寫的幾篇放在一起看。
螢石和光刻膠在最上游,是半導體的"食材"。長鑫和長江在中游,是儲存晶片的"灶台"。Cerebras和Groq在應用層,是推理晶片的"新灶台"。τ定律和混合鍵合在封裝工藝層,是晶片從2D變成3D的"摺紙術"。
封裝材料在這條線的最末端。但它可能是未來兩三年最緊張的環節。因為HBM堆層數的速度,超過了GMC配方迭代的速度。
晶片的外衣,從來沒有這麼緊過。 (觀瀾Horizon)
