三星 HBM 4 发力，混合键合技术成关键

在 2025 年 5 月 14 日，半导体行业迎来一则重要消息。三星在韩国首尔举行的人工智能半导体论坛上透露，公司计划在其 HBM4 中采用混合键合技术，这一举措旨在降低发热量并实现超宽内存接口。相比之下，据 EBN 报道，其竞争对手 SK 海力士可能会推迟采用混合键合技术。

高带宽存储器 (HBM) 是将多个存储设备堆叠在一个基片上的技术。目前，HBM 堆栈中的存储芯片通常使用微凸块连接在一起，并采用诸如模压底部填充 (MR - MUF) 或非导电薄膜热压 (TC - NCF) 等技术进行键合。这些芯片还通过嵌入每个芯片内部的硅通孔 (TSV) 进行垂直互连。然而，随着 HBM 速度的提升和 DRAM 设备数量的增加，微凸块的局限性逐渐显现，它会限制性能和功率效率。

混合键合作为一种 3D 集成技术，通过键合铜与铜以及氧化物与氧化物表面直接连接芯片，无需使用微凸块。它支持小于 10 µm 的互连间距，与传统的基于凸块的堆叠相比，可提供更低的电阻和电容、更高的密度、更佳的热性能以及更薄的 3D 堆叠。不过，混合键合是一种相当昂贵的技术。此前，三大 HBM 内存制造商在考虑将其用于 12 - Hi HBM3E 时，美光和三星最终选择了 TC - NCF，而 SK 海力士则采用了 MR - MUF。如今，三星计划在 HBM4 中使用混合键合，而 SK 海力士正在开发一种先进的 MR - MUF 技术，并将混合键合作为备用工艺。

SK 海力士可能会使用传统的模塑底部填充而非混合键合，原因在于混合键合所需的专用设备比传统封装工具昂贵得多，而且需要晶圆厂更大的物理空间，这会影响资本效率，尤其是在晶圆厂面积有限的情况下。此外，其先进的 MR - MUF 技术能够实现比上一代底部填充材料更薄的 HBM 存储器堆栈，使得该公司能够生产符合 JEDEC HBM4 规范的 16 - Hi HBM4 堆栈。如果 SK 海力士能够使用现有工具和技术满足 JEDEC 的规范，那么使用混合键合技术对该公司的吸引力就会大大降低。

三星拥有自己的晶圆厂设备制造商 Semes，这在一定程度上降低了其晶圆厂成本。然而，目前尚不清楚 Semes 能否为其母公司生产先进的混合键合设备。尽管如此，混合键合技术在未来仍将得到应用，业界正在关注三星能否通过混合键合技术使其 HBM4 获得认证。若成功获得认证，将重塑竞争格局，使三星在性能、热特性和信号密度方面获得技术和商业优势。因此，在 2026 年开始量产 HBM4 后，三星或将凭借其 HBM4 从美光和 SK 海力士手中夺回市场份额。

不仅如此，三星电子和 SK 海力士考虑将混合键合技术引入下一代高带宽存储器 (HBM) 堆叠方法，这将引发半导体设备供应链的预期转变。混合键合可以减小芯片尺寸，同时将功率效率等性能指标提高至少两倍。现有的 HBM 堆叠工艺采用了 SEMES、HANMI Semiconductor 和韩华等公司的 “TC 键合机” 设备，但韩国国内尚无一家企业具备混合键合设备的量产能力。随着全球最大的半导体设备公司应用材料公司宣布进军 HBM 混合键合设备市场，预计未来供应链的竞争将愈演愈烈。

目前市场上供应的最新 HBM3E (第五代 HBM) 量产采用了 TC 键合机设备。三星电子从 SEMES 和日本 Shinkawa 采购 TC 键合机，而 SK 海力士则以韩美半导体和韩华为主要供应商。为英伟达供应 HBM 的美国美光公司也使用了韩美半导体和 Shinkawa 的设备。虽然新川和新加坡的 ASMPT 都向存储半导体企业供应 TC Bonder 设备，但据悉，目前国内半导体设备企业占据了 TC Bonder 市场的 80% 以上，HBM3E 用 TC Bonder 市场则被韩美半导体有效垄断。

SK 海力士预计将从韩华半导体获得大量 TC 键合设备，用于量产 12 层 HBM3E，并将于今年第二季度开始供应给英伟达。三星电子也在其 HBM 生产线上部署了相当数量的 SEMES 设备。半导体设备行业相关人士表示，由于 HBM 需求比预想的大幅增加，韩美半导体等国内企业的 TC 键合机供应量有所增加。为了按时交付已完成供应合同的 HBM，订单必然会集中到能够稳定量产的企业身上。

随着下一代 HBM 混合键合市场的蓬勃发展，预计半导体设备生态系统将发生翻天覆地的变化。一旦混合键合技术开始应用，它很可能成为下一代 HBM 堆叠的主流方法。应用材料公司收购了 VESI 公司 9% 的股权，VESI 是全球唯一一家能够量产混合键合所需先进键合设备的公司。此外，应用材料公司还积极向系统半导体市场供应混合键合设备。包括韩美半导体和韩华半导体在内的韩国国内半导体设备公司也在加速开发下一代堆叠设备。韩美半导体和韩华半导体计划在混合键合的基础上，进一步开发无助焊剂键合设备，以增强竞争力。无助焊剂键合在技术上比混合键合难度低，但其优势在于无需助焊剂即可进行堆叠，从而缩小芯片尺寸。助焊剂会附着在凸块上，用于芯片对准和去除氧化膜。因此，据报道，美光等公司正在考虑将其用于下一代 HBM 堆叠。