HBM混合键合设备：下一代AI存储芯片的关键赛道
随着人工智能计算需求的爆发式增长，高带宽内存（HBM）已成为AI芯片不可或缺的核心组成部分。在传统摩尔定律逐渐失效的背景下，三维集成技术通过垂直堆叠芯片实现更高密度互连，成为半导体行业持续发展的重要方向。而混合键合（Hybrid Bonding）作为新一代芯片堆叠技术，正在成为决定HBM未来竞争格局的关键因素。
技术演进：从TCB到混合键合的必然趋势
当前，HBM芯片的主流堆叠技术为热压键合（TCB）。该技术通过热量与压力，将带有微小凸点（如锡球或铜柱）的DRAM芯片逐层精密连接。然而，随着HBM技术持续迭代，TCB技术逐渐暴露出瓶颈。当芯片堆叠层数超过16层时，传统凸点结构会显著影响良率，同时凸点本身还限制了互联密度，可能导致信号完整性下降。
混合键合技术是一种革命性解决方案。它无需凸点，直接在DRAM芯片之间进行铜-铜直接键合，从而实现更紧密的芯片互联。根据Besi的数据，与TCB相比，混合键合技术的互连密度提高15倍，速度提升11.9倍，带宽密度可实现191倍之高，能效性能提升超过100倍。
这一技术优势对于HBM进一步演进至关重要。随着HBM4/5时代的到来，堆叠层数将从目前的12层增至16层甚至20层以上，对互联精度和密度要求将远超TCB技术的能力范围。
市场前景：快速增长的新兴赛道
混合键合设备市场正呈现快速增长态势。根据QYR的统计，2023年全球混合键合技术市场销售额达1.23亿美元，预计2030年将增长至6.18亿美元，年复合增长率高达24.7%。
Yole Group的预测更为具体，其报告指出混合键合设备营收将从2025年的1.52亿美元增长至2030年的3.97亿美元，复合年增长率高达21.1%。这一增长率远高于后端设备市场整体5.8%的复合年增长率。
市场驱动因素主要体现在三个方面：逻辑芯片应用（如AMD、英特尔和博通的AI ASIC和高端CPU）、内存和共同封装光学应用（HBM4/5和光子学小芯片）以及新兴应用（智能眼镜、微显示器等）。Besi预计，到2030年混合键合设备的累计装机量将在960至2000台之间。
竞争格局：国际巨头主导与韩国内战
目前，全球混合键合设备市场由海外厂商主导。荷兰设备制造商Besi被视为行业领导者，其2025年上半年混合键合业务营收较2024年翻了一倍多。今年4月，美国半导体设备巨头应用材料收购了Besi 9% 的股份，成为其重要股东，双方联合开发的集成式混合键合系统已开始向三星和美光等巨头提供测试设备。
其他重要玩家包括奥地利EVG、德国SUSS MicroTec以及发迹于中国香港的ASMPT。ASMPT在2024年向逻辑市场客户交付了首台混合键合设备，并获得了两台用于HBM应用的新一代混合键合设备订单，计划在2025年中期交付。
值得注意的是，混合键合设备市场正在上演一场“韩国内战”。韩美半导体（Hanmi Semiconductor）和韩华半导体（Hanwha Semitech）作为两大TC键合设备供应商，在混合键合领域也展开激烈竞争。
韩美半导体拥有约120项HBM设备相关专利，在HBM3E的12层生产用TC键合机市场占据超过90% 的市场份额。公司早在2020年就制造出第一台混合键合机，并投资1000亿韩元在仁川建设混合键合机工厂，计划于2026年下半年竣工，力争2027年底实现商业化。
韩华半导体则宣布已完成第二代混合键合机的开发，直接向韩美半导体发起挑战。此外，LG电子也通过联合仁荷大学、庆北科技园区和小型设备制造商组成联盟，开展“HBM混合键合机开发”国家项目，目标在2028年完成概念验证，2030年实现全面商业化。
技术挑战与产业化进程
尽管前景广阔，混合键合技术的大规模量产仍面临三大挑战：设备成本高、技术难度大以及当前TCB技术窗口期延长。
每台混合键合机的成本超过100亿韩元，是Hanmi TC键合机价格的两倍多。此外，混合键合需要极高的设备精度和工艺控制，对表面光滑度、清洁度及对准精度要求极高。
另一个影响因素是，今年4月份JEDEC决定将HBM4的封装厚度由720微米放宽到775微米，使现有TCB技术的“窗口期”有所延长。
主要存储厂商的产业化时间表已初步明确：
· 三星：最快将从HBM4E（第七代）16层堆叠开始应用混合键合技术，目前正处于样品测试阶段。
· SK海力士：计划从HBM4E代开始导入混合键合技术，该代产品将采用20层堆叠的DRAM芯片。
· 美光：虽已开始提供HBM4样品，但在混合键合方面相对保守，可能成为最晚采用该技术的存储厂商。
中国厂商的机遇与挑战
在混合键合设备领域，中国厂商正处于起步阶段，但已展现出积极跟进态势。拓荆科技作为国内领先的半导体设备企业，已在混合键合领域取得一定进展。2024年，公司应用于三维集成领域的先进键合设备及配套量检测设备实现销售收入9566.85万元，同比增长48.78%。
拓荆科技的晶圆对晶圆混合键合设备、芯片对晶圆键合前表面预处理设备已获得重复订单并扩大产业化应用，新推出的键合套准精度量测设备及键合强度检测设备也通过客户验证。
其他中国玩家如华卓精科、芯联芯微和青禾晶元等也相继入局。值得一提的是，青禾晶元宣布其即将发布的混合键合设备可实现50nm的对准精度，若实现将显著缩小与国际先进水平的差距。
核心拓荆科技（冲啊），其他像百傲化学 快克智能都有机会，还有相关股票都有机会，不具体分析了
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