HBM的「暗和」

　　跟着AI大模子和高机能计较的狂飙突进，英伟达等巨头对HBM的需求水涨船高，内存厂的HBM订单早已售卖一空，特别是SK海力士，其正在HBM市场拥有率高达70%，更是赔得盆满钵满。然而，就正在这股海潮背后，名为“TCB（Thermal Compression Bonding）键合机”的设备，正正在悄悄决定HBM财产链的上限，非论是SK海力士，仍是美光三星，都正在过去一年时间里加大了设备方面的投入，也让更多设备厂商无机会吃上这波AI盈利。先来领会一下目前HBM芯片的键合手艺。正在保守的倒拆芯片键合中，芯片被“翻转”，以便其焊料凸块（也称为 C4 凸块）取半导体基板上的接合焊盘对齐。整个组件被放置正在回流炉中，并按照焊料材料平均加热至 200ºC-250ºC 摆布。焊料凸块熔化，正在接合和基板之间构成电气互连。跟着互连密度的添加和间距缩小到 50µm 以下，倒拆芯片工艺面对一些挑和。因为整个芯片封拆都放入烤箱中，芯片和基板会因热量而以分歧的速度膨缩（即分歧的热膨缩系数，CTE），从而发生变形，导致互连呈现毛病。然后，熔融焊料会扩散到其指定区域之外。这种现象称为焊料桥接，会导致相邻焊盘之间呈现不需要的电毗连，并可能形成短，从而导致芯片呈现缺陷。这就是TCB（热压键合）工艺阐扬感化的处所，由于它能够处理间距缩小到某个点以下时倒拆芯片工艺呈现的问题。TCB的劣势正在于，热量是通过加热东西头局部到互连点上，而不是正在回流焊炉（倒拆芯片）中平均。如许能够削减向基板的热量传送，从而降低热应力和 CTE 挑和，实现更强大的互连。对芯片压力以提高粘合质量并实现更好的互连。典型的工艺温度范畴正在 150ºC-300ºC 之间，压力程度正在 10-200MPa 之间。除此之外，TCB 答应的接触密度比倒拆芯片更高，正在某些环境下每平方毫米可达到 10，000 个接触点，但更高精度的次要错误谬误是吞吐量较低。虽然倒拆芯片机每小时能够达到跨越 10，000 个芯片的吞吐量，但 TCB 的吞吐量则正在 1，000-3，000 个芯片的范畴内。目前，三星和美光正在HBM制制的后端工艺环节均采用了“TC-NCF（非导电胶膜）”手艺。这一工艺是正在各层DRAM之间嵌入NCF，并通过TCB工艺从上至下热压，NCF正在高温下融化，起到毗连凸点并固定芯片的感化。而SK海力士正在前两代HBM上也利用过TC-NCF手艺，最终正在HBM2E上切换到了MR-MUF手艺，这一手艺正在每次堆叠DRAM时，会先通过加热进行姑且毗连，最终正在堆叠完成后进行回流焊以完成键合，随后填充环氧模塑料（EMC），使其平均渗入到芯片间隙，起到支持和防污染的感化。就目前而言，MR-MUF相较于TC-NCF具备更多长处，据 SK 海力士称，取 NCF 比拟，MR-MUF 的热导率大约是 NCF 的两倍，对工艺速度和产量有显著影响。不外无论是哪一种工艺，最终城市需要用到TCB键合机这类设备，跟着HBM的出产规模不竭扩大，TCB键合机市场也正在水涨船高。据摩根大通预测，HBM 用 TCB键合机的全体市场规模将从 2024 年的 4。61 亿美元增加至 2027 年的 15 亿美元（约 2。16 万亿韩元），增加两倍以上。目前而言，TCB键合机市场目前呈“六强款式”。此中，SEMES、韩华SemiTech，日本有东丽（Toray）、新川（Shinkawa），新加坡则有ASMPT。韩媒指出，自 2017 年以来，韩美半导体一曲取 SK 海力士合做开辟用于 HBM 制制的 TC 键合机，跟着SK海力士现实上成为英伟达AI芯片HBM的*供应商，韩美半导体也巩固了其正在HBM TC键合机市场的地位，其正在客岁的停业利润增加了639%，达到2554亿韩元。除此之外，韩美半导体已起头努力于进一步加强其全球市场从导地位，起头将供应线扩大到 SK 海力士以外的公司，据领会，韩美半导体客岁就争取到了此上次要利用日本新川的美光公司做为客户。而据韩国业内最新动静，韩美半导体正在本年4月从美光获得了约50台TCB键合机的订单。这是继客岁向美光供应数十台TCB键合机之后，本年再次获得的大规模逃加订单。据悉，美光为避免其产能消息外泄，将此次合同金额分拆为无需公开披露的小额订单别离下单，且供应给美光的TCB键合机价钱比SK海力士采办的同类设备超出跨越30%~40%。价钱差别源于两家公司正在手艺径上的分歧。美光采用的TC-NCF工艺比拟SK海力士所采用的MR-MUF工艺有所分歧，其设备头部布局更复杂，因而单台设备的价钱也更高。证券公司里昂证券（CLSA）预测，“虽然韩美半导体74%的TC键合机发卖额来自SK海力士，但通过客户多元化，到2027年，该公司将把对SK海力士的依赖度降低到40%”，并弥补道，“目前看来，该公司很可能将正在HBM TCB键合机市场连结较高的市场份额。”韩国业内人士暗示：“韩美半导体目前已将其TCB键合机供货至美光等多个客户，具有复杂的客户根本，其他厂商要正在短期内逃逐并不容易。”摩根大通（JP Morgan）比来发布的演讲也指出，将来至多三年内韩美半导体仍将从导该细分市场。韩美半导体对此也表示出十脚的自傲。公司会长郭东元正在韩华SemiTech传出取SK海力士签定供货合同后，曾公开暗示：“后发厂商的手艺虽有必然水准，但韩华SemiTech最终可能也仅拿到少量订单，成果无疾而终。”同为韩国企业的韩华SemiTech原名“韩华细密机械”，正在客岁完成改名，而早正在2020年，韩华SemiTech就已启动HBM用TCB键合机的研发，并成功取SK海力士签定了供货合同。韩华SemiTech遭到高度关心的缘由，正在于其背后有韩华集团的强力支持。集团会长金升渊的三子——金东善副社长目前担任集团将来计谋，其曾公开暗示将继续正在该范畴投资，以强化韩华SemiTech的合作力。虽然市场遍及估计韩美半导体的*地位至多能维持三年，但韩华SemiTech若何搅动市场款式成为了核心。为提拔HBM产能，SK海力士正测验考试多元化TCB键合机供应商，并已正在本年两次向韩华SemiTech下单，总金额约达420亿韩元，共12台TC键合机。而持久为SK海力士供货的韩美半导体对此暗示强烈不满，缘由是SemiTech是其存正在手艺泄露和专利侵权争议的合作敌手。半导体业内人士指出：“*争议的是，韩华SemiTech的TC键合机价钱被定正在高于韩美半导体原有设备的程度。对于一曲取SK海力士连结慎密联盟关系的韩美半导体而言，这是难以接管的。”因而，韩美半导体采纳了报仇性办法，将此前对SK海力士供给的客户办事（CS）从免费转为收费，并通知其将设备供货价钱上调28%。SK海力士方面则回应称，设备价钱是按照取供应商的协商决定的，并无赐与韩华Semitec“无来由溢价”的环境。一位熟悉SK海力士的业内人士暗示：“TCB键合机的合同按照SK海力士所需的附加选项而有所分歧，因而每家供应商的合同条目天然也有所区别。”据悉，SK海力士赐与韩华SemiTech设备高评价的缘由，恰是其正在从动化系统和便当性方面的表示。韩华SemiTech方面暗示：“此次供货的TCB键合机以‘削减人工操做’为方针，搭载了多种数字化处理方案取从动化系统，并采用了更适合工程师利用的软件。”他们弥补道：“设备可以或许轻松支撑8层、12层甚至16层堆叠，*限度地反映了SK海力士工程师的需求。我们正集中全公司力量，力争扩大本年的供货量。对于TCB键合机这一市场而言，两家韩国设备厂商虽然有不少看点，但位于新加坡的ASMPT同样实力不俗。据韩媒报道，SK海力士正在其*进的HBM3E的手艺开辟中，很可能引入新加坡ASMPT的设备。因为HBM是通过堆叠多层DRAM芯片实现封拆的，跟着层数添加，其良率变得不不变，据传ASMPT的设备正在这一方面获得了SK海力士的高度评价。韩国业界人士于本年2月透露，SK海力士已从ASMPT订购了TCB键合机，并正正在HBM3E 16层产物等多款HBM产物线长进行测试。据领会，SK海力士本年1月正在美国拉斯维加斯举行的“CES 2025”上展现了利用ASMPT设备制制的HBM3E 16层产物，这一产物被认为是从HBM3E 12层向下一代HBM4（第六代HBM）过渡的两头版本，而韩国业内部门人士指出，客岁ASMPT已有30多台设备摆设到SK海力士的出产线中。一位半导体行业人士暗示：“因为HBM4取前几代产物分歧，遍及为定制开辟，因而部门客户更可能优先采用通用性更强的HBM3E。”他弥补道：“跟着如DeepSeek等低成本AI模子的兴起，对比价钱高贵的HBM4，HBM3E产物线可能会维持更长的硬件需求周期。”跟着HBM堆叠层数添加，制程难度也同步上升，绑定设备的主要性随之提拔。例如正在HBM3E 12层中，因为芯片Die变得更薄，为防止弯曲，需要正在键合过程中轻细热量使其略为粘合，再进行回流焊接，SK海力士将此工艺称为hMR（heated Mass Reflow）。一位熟悉SK海力士的知恋人士暗示：“正在HBM3E 16层的工艺模仿过程中，发觉跟着堆叠层数添加，ASMPT设备的机能跨越韩美半导体设备。”他弥补说：“CES 2025上公开的HBM3E 16层产物采用ASMPT设备，这一现实明显取其设备表示优异亲近相关。”值得一提的是，无帮焊剂键合手艺做为TCB的上位替代，最早使用于其他半导体封拆场景，但近年来跟着HBM需求激增，逐步成为内存制制范畴的环节立异标的目的，目前有两家新加坡公司正在这一方面均有所结构。除了前文中提到的ASMPT外，同正在新加坡的K&S（库力索法 Kulicke & Sof）也插手了这场新的合作之中，其正在半导体范畴持久专注于保守封拆体例，如金线键合（Wire Bonding），但近年来起头鼎力拓展先辈封拆手艺市场。这两家设备厂正在无帮焊剂键合上采用了分歧的方案，K&S采用化学方式（甲酸）去除晶圆概况的氧化层，而ASMPT（以及其他键合设备厂商）则采用物理方式（等离子清洗）。据领会，K&S 推出的甲酸法长处是能够正在热压键合的同时去除氧化层，避免焊球概况再次氧化的风险（见下图）。错误谬误是化学制程会留下残留物（如上图化学反映式所示），键合后需要额外的清洗坐来良率（凸块间距越小，残留物越难完全清洗），导致机台产能下降。而ASMPT的等离子方式产量较高，不需要额外的清洗坐。不外，氧化层的去除和热压接合不克不及同时进行。正在这种方式中，物理离子轰击焊球概况，先去除氧化层，然后再进行热压接合，两个步调之间有再次氧化的风险，此外，分歧的芯片需要调整分歧的等离子配方，使工艺愈加复杂。前文中只提到了SK海力士和美光，那么三大HBM巨头之一的三星正在TCB键合机上又是若何抉择的呢？据领会，此前三星电子一曲从其半导体设备子公司SEMES和日本新川采购用于NCF工艺的TCB键合机，虽然三星取新川之间一曲连结着慎密合做，但比来其供应布局曾经转向以SEMES为核心的款式。业内阐发指出，新川设备的机能近年来已不及合作敌手产物，加之三星正通过SEMES推进TCB键合机的自研内化，强化其盈利能力。正在SEMES设备手艺程度提拔的布景下，三星转而利用自家设备而非新川产物，此外，这也意味着SK海力士和美光所采用的韩美半导体设备将来被三星引入的可能性也变得更低。一位半导体行业相关人士透露：“三星电子已不再利用新川设备。过去三星正在HBM堆叠的最后阶段——4层工艺中利用新川的TCB键合机，但目前连这一部门也逐步由SEMES全权担任。”三星电子取美光目前所采用的TC-NCF体例，是正在芯片之间夹入绝缘薄膜，再通过热压使薄膜熔化并实现粘接。这种工艺虽然布局简单、便于厚度节制，但正在散热机能方面存正在劣势。新川曾持久向这两家公司供给该类设备。跟着HBM从4层 → 8层 → 12层 → 16层不竭演进，堆叠层数的添加也对TCB键合机提出了更高要求，4层HBM产物已问世跨越10年，目前属于老旧产物，而用于该工艺的新川设备也被认为是相对低规格的设备。跟着堆叠层数上升至8层，对设备手艺提出更高要求，三星已将新川设备逐渐替代为SEMES设备。据阐发，即便正在4层产物上，现实也已转由SEMES从导，另据悉，三星目前仍将HBM2E（4层）产物供应给华为以及部门中国GPU厂商。上述人士还指出：“新川的TCB键合机仅由一个电机驱动两个焊头，手艺程度相对较低。对三星来说，已不再有维持‘双沉供应商’策略的需要。”他还弥补道：“从新川财报中也未发觉来自三星的发卖数据，这被业内遍及视做两家公司现实上曾经分手。”取此同时，SEMES的业绩无望随之改善。此前因为三星对TCB键合机的订单削减，SEMES一度运营承压。2023年，SEMES的发卖额为24450亿韩元，较前一年（25155亿韩元）下降2。8%，但同期停业利润从667亿韩元大幅增加至1212亿韩元，年增幅高达81。7%。此次要得益于其显示器设备营业的大幅增加，而非从力半导体设备。按发卖和订单布局来看，SEMES的半导体设备发卖额从2022年的15515亿韩元降至2023年的12599亿韩元，削减18。79%；而显示设备发卖额则从136亿韩元暴增至1507亿韩元，增加逾1000%。此前一度考虑撤出的显示营业，正在获得三星显示的大额订单后，填补了半导体设备订单的空白。若SEMES成为三星TCB键合机的*供应商，其半导体设备营收占比无望再次上升。另一方面，曾被传将取三星合做的韩美半导体，向三星供应TCB键合机的可能性也进一步降低。业内传言称，韩美半导体已被解除正在三星的TCB键合机供应名单之外。因为韩美曾取SEMES发生专利诉讼，若两家公司同时向三星供货，可能会因手艺泄露风险导致合做顾虑。因而，韩美半导体估计将继续聚焦于向美光取SK海力士供货。不难看出，近两年HBM公用的TCB键合机市场发生了很是大的变化，由过去新川和东丽等日系厂商为从导转向以韩美和韩华等韩系厂商为从导，考虑到目前HBM市场中SK海力士一家独大的环境，将来TCB键合机市场的很大程度上就取决于这一家厂商的选择。近日行业传言称，韩国打算HBM设备的出口，出格是环节的TCB键合机。据悉，韩国已要求本土次要的TCB键合机制制商，暂停向特定国度和地域的客户交付设备，同时收紧对相关手艺出口的审批流程。对于国内而言，目前已有多家半导体设备公司正正在全力攻坚高端封拆设备，此中一部门厂商已正在TCB设备范畴取得初步冲破：虽然部门国内企业正在贴拆、加热、瞄准等子系统已具备手艺储蓄，但零件集成能力、热压头模块、压力节制系统、高精度机械臂等环节手艺仍有待冲破。特别是“大设备系统整合+客户产线验证”环节，是国产设备厂商短期面对的*挑和。值得关心的是，不只是TCB键合机这一类产物，韩国半导体设备厂商正正在藉由HBM的热销悄悄兴起。据TheElec对2024年第四时度韩国46家半导体设备企业的业绩阐发，停业利润率最高的六家公司别离是：韩美半导体、Techwing、Zeus、Ju搜索引擎优化ng Engineering、DIT取Oros Technology这六强中有四家聚焦于后处置设备，深受HBM取先辈封拆高潮带动。做为*的企业，韩美半导体2024年发卖额达5589亿韩元，停业利润高达2554亿韩元，年利润增加六倍，停业利润率达46%。该公司持久以来向SK海力士*供应HBM用TC键合机，建立起强势的手艺壁垒。紧随其后的是Techwing，2023年实现发卖额1855亿韩元、停业利润234亿韩元，此中约45%营收来自美光。焦点产物为内存测试处置机，公司近期更因其全新HBM测试设备“Cube Prober”而成为业界核心。保守上，HBM芯片正在出货前并不进行最终测试，存正在较大风险。英伟达近期改变策略，打算引入最终查抄流程以提拔产物靠得住性和成本节制，这也让Techwing的Cube Prober成为*入选的新一代测试设备。当前，该设备已向三星出货，并正正在SK海力士进行质量验证，将来潜力被遍及看好。位列第三的Zeus专注HBM TSV（硅通孔）清洗设备，2024年营收达4908亿韩元，停业利润492亿韩元，利润增加率接近600%。其后段处置设备“Atom”取“Saturn”已被业界普遍采用，并凭仗快速交付能力成功打入HBM财产链。此外，Zeus正正在结合美国Pulseforge开辟基于光子手艺的剥离设备，并于Semicon Korea展会上首度公开新一代TBDB设备，展现其持续立异能力。第四名的Ju搜索引擎优化ng Engineering则是一家ALD（原子层堆积）设备制制商，2024年营收为4094亿韩元，停业利润显著增加250%以上，此中高达85%（3464亿韩元）来自中国市场。公司多年深耕中国市场，取多家中资客户成立合做。然而，美国针对中国半导体财产的出口管制政策使其面对不确定性。虽然如斯，因为Ju搜索引擎优化ng供给的是相对高手艺含量的设备，中国客户短期内难以替代，使其仍具不变的市场份额。第五名的DIT以激光处理方案见长，2024年营收1167亿韩元，停业利润241亿韩元，此中激光退火设备占59%。该公司取SK海力士自2019年起头结合开辟HBM用激光退火手艺，并于2023年下半年起正式导入HBM3E量产线，排名第六的Oros Technology客岁营收为614亿韩元，停业利润61亿韩元。虽然体量相对较小，但其焊盘笼盖设备正在HBM后段制程中具备不成替代性，目前由其*供应。客岁中，该公司成功进入日本铠侠的供应链，并签下取三星电子价值96亿韩元的合同，客户布局逐渐多元化。因为日本半导体设备自给率高、外部准入门槛高，因而Oros能打入Kioxia供应链被视为手艺冲破的意味。六家韩国半导体设备企业中，除Ju搜索引擎优化ng Engineering外，均取HBM后处置及先辈封拆慎密相关，正在韩美半导体之外，Techwing、Zeus等企业凭仗独门产物和工艺快速突围，这也显示出了韩国设备财产由单一强者向多元款式改变的趋向。据报道，韩美半导体正在5月14日颁布发表，将推出用于HBM4出产的公用设备“TC Bonder 4”，这是一款针对HBM4特征大幅提拔了精度取出产效率的高机能键合设备。韩美半导体味长暗示：“新推出的‘TC Bonder 4’是专为HBM4开辟的设备，即便正在要求极高精度的16层以上堆叠工艺中，也能实现超出跨越产效率和高质量。”这也是*针对HBM4推出TCB键合机的设备厂商，虽然SK海力士起头转向多供应商的模式，但正在高层数堆叠上，生怕照旧离不开韩美半导体。包罗韩美正在内的设备厂商，恰是韩国能正在HBM设备上卡脖子的底气所正在，不外从持久来看，韩国若执意出口，反而会倒逼国内HBM生态链加快成立，涵盖TCB设备、COWOS封拆、HBM堆叠、芯粒设想、EDA协划一一整套本土化径。