SK海力士正在加速开发新工艺“混合键合”，以保持其在高带宽存储器（HBM）领域的全球领先地位。业界正在密切关注SK海力士能否率先应用这一梦想封装技术，从而继续引领特种内存领域。

据行业官员12月18日透露，SK海力士本月在美国举行的全球半导体会议IEDM 2023上宣布，其已确保HBM制造中使用的混合键合工艺的可靠性。SK海力士报告称，其第三代HBM（HBM2E）采用8层堆叠DRAM，在使用混合键合工艺制造后通过了所有可靠性测试。在此次测试中，SK海力士评估了HBM在高温下的使用寿命，并检查了产品发货后客户在芯片焊接过程中可能出现的潜在问题等，涵盖四个类别。

混合键合被认为是 HBM 行业的“梦想工艺技术”。到目前为止，HBM 在 DRAM 模块之间使用一种称为“微凸块”的材料进行连接。然而，通过混合键合，芯片可以在没有凸块的情况下连接，通过消除充当桥梁的凸块来显着减小芯片的厚度。

HBM 芯片的标准厚度为 720 µm。预计将于 2026 年左右量产的第 6 代 HBM（HBM4）需要垂直堆叠 16 个 DRAM，这对当前的封装技术满足客户满意度来说是一个挑战。因此，Hybrid Bonding工艺在下一代HBM中的应用被业界认为是必然的。

SK海力士今年已宣布计划将混合键合应用于其HBM4产品。虽然本次测试是在第三代产品上进行的，其要求远低于 HBM4 规格，而且 DRAM 层数仅为一半（8 层），但对于外部展示 Hybrid Bonding 的潜力具有重要意义。

SK海力士“两条腿走路” 降本或成最大动力

先进封装为延续摩尔定理、提升芯片性能及集成度提供技术支持，随着生成式AI的发展，算力需求井喷，对芯片性能提出了更高的要求。HBM在带宽、功耗、封装体积方面具备明显优势，目前，高端AI服务器GPU搭载HBM芯片已成主流。

SK海力士是HBM方案的强有力推动者，按照之前的计划，SK海力士最早将在2026年量产第六代HBM，即HBM 4，其将拥有12层或16层DRAM。SK海力士还透露，将把下一代后处理技术“混合键合”应用于HBM 4产品。

HBM为3D封装最典型应用，通过将多个DRAM芯片堆叠在一起，实现了更高的存储带宽和更低的延迟，而扇出封装技术属于2.5D封装方案。

这家存储龙头公司如今选择“两条腿走路”，降本或成其探索新路径的最大动力。

HBM由于其复杂的设计及封装工艺导致产能较低同时成本较高。BusinessKorea报道称，业界认为2.5D扇出封装技术可以跳过硅通孔（TSV）工艺来降低成本，同时增加输入/输出（I/O）接口的数量。业界推测，这种封装技术将应用于图形DRAM（即GDDR，广泛用于高性能3D游戏、个人电脑、笔记本电脑或播放高分辨率视频的设备中），以及其他需要扩展信息I/O的领域。

三星发力3D 封装，SAINT探索HBM新存储集成方案

作为行业头部HBM供应商，同时在先进封装领域布局积极的三星，在HBM升级竞赛里相当积极，意图赶超台积电HBM先进封装的决心也是很明显。

此前三星为了在单个封装内集成更多的Chiplet和HBM推出了I-Cube、H-Cube和X-Cube。I-Cube、H-Cube是2.5D封装，X-Cube是3D封装。

I-CUBE S将一块逻辑芯片与HBM裸片水平放置在一个硅中介层上，实现高算力、高带宽数据传输和低延迟；H-Cube将逻辑芯片与HBM裸片水平放置在一个硅中介层之外结合了ABF基底和HDI基底，在I-CUBE基础上实现更大的封装尺寸；X-Cube则是采用芯片垂直堆叠的全3D封装。

而在近期，三星又宣布将计划在明年推出先进的3D封装技术，使用SAINT技术（Samsung Advanced Interconnection Technology，即三星先进互连技术），以更小的尺寸集成高性能芯片所需的内存和处理器。

SAINT技术共分为三大类，一是用于垂直堆叠SRAM和CPU的SAINT S，二是用于应用处理器堆叠的SAINT L，三则是应用于CPU、GPU等处理器和DRAM内存垂直封装的SAINT D。据相关报道，该技术中SAINT S已经通过了验证测试，SAINT D和SAINT L的技术验证将于明年完成。

HBM及其相关封装技术作为高性能计算领域扮演的重要角色，三星意图通过SAINT技术在HBM及封装领域占据主动。

先进封装，成为HBM产业链核心价值增量

谈及产业链，HBM作为存力领域的技术，自然离不开上游材料端与设备端的更新支持，但在材料与设备外，作为通过2.5D与3D封装工艺实现更新迭代的技术，HBM在封测端核心工艺自然是最重要，也是价值量最高的部分。

而封测端的相关工艺，相关的技术难点已经一目了然：如何将组成HBM各个DRAM Die之间一一串联起来，并连接至下方的逻辑控制die（Base Die），形成完整个HBM Stack；如何将HBM Stack整体封装至硅中介基板上方；是如何将CPU/GPU等逻辑芯片与HBM Stack一般，同样封装至硅中介基板上方。

简而言之，便是组装HBM Stack、将HBM Stack封装至基板、将CPU/GPU封装至基板三个步骤，而这三个步骤中，主要涉及TSV、CoWoS、FC工艺。

三者中，TSV（硅通孔）技术又是重中之重，它是通过铜、钨、多晶硅等导电物质的填充来实现硅通孔的垂直电气互联的技术，将DRAM Die完成通孔封装，其也是目前唯一的垂直电互联技术，能够以最低的能耗提供极高的带宽和密度。

据招商证券报道，TSV与传统的SIP等封装技术相比，其垂直连接可以允许更多数量的连接，因此具备更好的电势能、更低的功耗、更宽的带宽、更高的密度、更小的外形尺寸、更轻的质量等优势，是实现电路小型化、高密度、多功能化的首选解决方案，也成为了解决出现在SOC(二维系统级芯片)技术中的信号延迟等问题的利器，可以说，HBM相较于GDDR最大的改进与优势，就是TSV的“上车”。

也正是因为TSV技术有如此多的优点，2.5D/3D TSV技术才被广泛用于AI GPU基板上的HBM中，也成为了HBM 3D封装中成本占比最高的工艺，根据3DinCites，考虑4层DRAM Die和1层逻辑die堆叠的HBM结构，在99.5%和99%的芯片键合（die bonding）良率下，TSV制造和TSV通孔露出工艺分别占其成本的30%和29%。

TSV完成HBM Stack的键合后，用于AI GPU的整体封装的CoWoS，也是先进封装中必不可少的关键技术。

目前，台积电的CoWoS技术全球领先，英伟达AIGPUDGXA100、H100、H200等均由其生产，而据台积电预计，目前其相关产能供应极为紧张，将于2024-2025年进行扩产，2024年CoWos产能将实现倍增。

此外，在先进封装工艺中取代引线键合，将CPU/GPU芯片封装于基板上的倒片封装（FC）也是必不可少的工艺。

在半导体行业内，现存的封装工艺无非芯片粘接、引线键合、倒装连接技术三种，而载带连接技术因为有一定的局限性，故已经被封装逐渐淘汰。

而在引线键合与倒装连接之间，倒片封装不存在如引线键合对于可进行电连接的输入/输出引脚的数量和位置限制，也不再受制于以为摆放，可全部排列于芯片的同一侧面，同时电信号传输路径更短，也就有了更加优良的性能。

于是，倒片封装（FC）也成为了HBM制造过程中的一大必备工艺。

此外，HBM多层堆叠结构要求超薄晶圆和铜-铜混合键合工艺，增加了临时键合/解键合以及混合键合设备需求，各层DRAM Die的保护材料也非常关键，对注塑或压塑设备提出较高要求；另外，诸如划片机、固晶机、回流焊机/回流炉等传统设备需求也均受益于HBM封装带来的工艺步骤提升和工艺变革带来的价值量提升。

而在设备之外，材料的重要性也不容小觑。其中，环氧塑封料（EMC）通过其优异的性能成为封装必需的材料。

但在先进封装中，传统EMC还远远不够，需要有更好的耐潮性、低应力、低α射线、耐浸焊和回流焊性能，同时还得保证塑封性，因此环氧塑封料必须在无机树脂基体内掺杂无机填料，市场份额被全球少数几家厂商完成了寡头垄断。

纵观封测端、设备端与材料端，我们不难看出，HBM作为代表着目前世界最尖端微电子技术融合为一推出的产品，大多环节都被国际大厂牢牢掌握在手中，那么，有哪些国产企业的产品介入了相关产业链呢？

封测与设备国内差距明显，相关材料侧或存机会

在封测端，HBM核心封装技术增量主要存在于TSV、CoWoS、Bumping、RDL等工艺之上，但掌握这些先进封装工艺的企业均为一体化国际大厂，如韩系厂商三星、台系厂商台积电等企业。

而其下设备端的格局也大抵相同。即便相关设备涵盖了众多制造领域，中国微电子产业企业却因技术能力所限，并没有太多的涉足。在谈及有关先进TSV工艺的设备之时，据界面新闻报道，有半导体行业资深人士表示，“国内对TSV技术虽然也研发了很多年，但其成本很高，技术难度大，应用面窄，主要应用于摄像头，国内外虽然都将此技术称为TSV，但技术难度上完全是两码事。”

“在这一技术水平上，二者不是一个量级的，国外能做3纳米芯片，而我们只能做14纳米芯片，工艺水平不足。加之国内没有企业可以做HBM这一存储器，对TSV技术自然没有需求，因此国内几乎没有企业真正投入研发TSV技术。”前述业内人士表示。

同时，对方还补充道，“更为重要的是，国内现在没有一家企业能够制造出HBM存储芯片，又怎么会去用TSV工艺呢？”

不过，虽然在封测端与设备端国内并没有出现真正的玩家，但是在材料端中，却存在许多有竞争力的企业，而华海诚科便是其中之一。

华海诚科成立于2010年，是⼀家专注于半导体封装材料的研发及产业化的国家级专精特新小巨人企业，主要产品为环氧塑封料和电子胶黏剂，也是国内少数同时布局FC底填胶与LMC的内资半导体封装材料厂商。

环氧塑封材料作为一种重要的半导体封装材料，受益于全球封装产能逐步转移至大陆，大陆塑封材料增速高于全球市场，也为公司带来了良好的发展机遇。

在传统封装领域，公司应⽤于DIP、TO、SOT、SOP等封装形式的产品已具备品质稳定、性能优良、性价⽐⾼等优势，且应⽤于SOT、SOP领域的⾼性能类环氧塑封料的产品性能已达到了外资⼚商相当⽔平，并在⻓电科技、华天科技等部分主流⼚商逐步实现了对外资⼚商产品的替代，市场份额持续增⻓。

在先进封装领域，公司研发了应⽤于QFN、BGA、FC、SiP以及FOWLP/FOPLP等封装形式的封装材料，其中应⽤于QFN的产品已实现小批量生产与销售，颗粒状环氧塑封料(GMC)以及FC底填胶等应⽤于先进封装的材料已通过客户验证，液态塑封材料(LMC)正在客户验证过程中，上述应用于先进封装的产品有望逐步实现产业化，并打破外资⼚商的垄断地位。

文章来源： 半导体芯闻，核芯产业观察，科创板日报，奇偶派