SK海力士正在加速開發新工藝“混合鍵合”，以保持其在高帶寬存儲器（HBM）領域的全球領先地位。業界正在密切關注SK海力士能否率先應用這一夢想封裝技術，從而繼續引領特種內存領域。

據行業官員12月18日透露，SK海力士本月在美國舉行的全球半導體會議IEDM 2023上宣布，其已確保HBM制造中使用的混合鍵合工藝的可靠性。SK海力士報告稱，其第三代HBM（HBM2E）采用8層堆疊DRAM，在使用混合鍵合工藝制造后通過了所有可靠性測試。在此次測試中，SK海力士評估了HBM在高溫下的使用壽命，并檢查了產品發貨后客戶在芯片焊接過程中可能出現的潛在問題等，涵蓋四個類別。

混合鍵合被認為是 HBM 行業的“夢想工藝技術”。到目前為止，HBM 在 DRAM 模塊之間使用一種稱為“微凸塊”的材料進行連接。然而，通過混合鍵合，芯片可以在沒有凸塊的情況下連接，通過消除充當橋梁的凸塊來顯著減小芯片的厚度。

HBM 芯片的標準厚度為 720 μm。預計將于 2026 年左右量產的第 6 代 HBM（HBM4）需要垂直堆疊 16 個 DRAM，這對當前的封裝技術滿足客戶滿意度來說是一個挑戰。因此，Hybrid Bonding工藝在下一代HBM中的應用被業界認為是必然的。

SK海力士今年已宣布計劃將混合鍵合應用于其HBM4產品。雖然本次測試是在第三代產品上進行的，其要求遠低于 HBM4 規格，而且 DRAM 層數僅為一半（8 層），但對于外部展示 Hybrid Bonding 的潛力具有重要意義。


SK海力士“兩條腿走路” 降本或成最大動力

先進封裝為延續摩爾定理、提升芯片性能及集成度提供技術支持，隨著生成式AI的發展，算力需求井噴，對芯片性能提出了更高的要求。HBM在帶寬、功耗、封裝體積方面具備明顯優勢，目前，高端AI服務器GPU搭載HBM芯片已成主流。

SK海力士是HBM方案的強有力推動者，按照之前的計劃，SK海力士最早將在2026年量產第六代HBM，即HBM 4，其將擁有12層或16層DRAM。SK海力士還透露，將把下一代后處理技術“混合鍵合”應用于HBM 4產品。

HBM為3D封裝最典型應用，通過將多個DRAM芯片堆疊在一起，實現了更高的存儲帶寬和更低的延遲，而扇出封裝技術屬于2.5D封裝方案。

這家存儲龍頭公司如今選擇“兩條腿走路”，降本或成其探索新路徑的最大動力。

HBM由于其復雜的設計及封裝工藝導致產能較低同時成本較高。BusinessKorea報道稱，業界認為2.5D扇出封裝技術可以跳過硅通孔（TSV）工藝來降低成本，同時增加輸入/輸出（I/O）接口的數量。業界推測，這種封裝技術將應用于圖形DRAM（即GDDR，廣泛用于高性能3D游戲、個人電腦、筆記本電腦或播放高分辨率視頻的設備中），以及其他需要擴展信息I/O的領域。


三星發力3D 封裝，SAINT探索HBM新存儲集成方案

作為行業頭部HBM供應商，同時在先進封裝領域布局積極的三星，在HBM升級競賽里相當積極，意圖趕超臺積電HBM先進封裝的決心也是很明顯。

此前三星為了在單個封裝內集成更多的Chiplet和HBM推出了I-Cube、H-Cube和X-Cube。I-Cube、H-Cube是2.5D封裝，X-Cube是3D封裝。

I-CUBE S將一塊邏輯芯片與HBM裸片水平放置在一個硅中介層上，實現高算力、高帶寬數據傳輸和低延遲；H-Cube將邏輯芯片與HBM裸片水平放置在一個硅中介層之外結合了ABF基底和HDI基底，在I-CUBE基礎上實現更大的封裝尺寸；X-Cube則是采用芯片垂直堆疊的全3D封裝。

而在近期，三星又宣布將計劃在明年推出先進的3D封裝技術，使用SAINT技術（Samsung Advanced Interconnection Technology，即三星先進互連技術），以更小的尺寸集成高性能芯片所需的內存和處理器。

SAINT技術共分為三大類，一是用于垂直堆疊SRAM和CPU的SAINT S，二是用于應用處理器堆疊的SAINT L，三則是應用于CPU、GPU等處理器和DRAM內存垂直封裝的SAINT D。據相關報道，該技術中SAINT S已經通過了驗證測試，SAINT D和SAINT L的技術驗證將于明年完成。

HBM及其相關封裝技術作為高性能計算領域扮演的重要角色，三星意圖通過SAINT技術在HBM及封裝領域占據主動。


先進封裝，成為HBM產業鏈核心價值增量

談及產業鏈，HBM作為存力領域的技術，自然離不開上游材料端與設備端的更新支持，但在材料與設備外，作為通過2.5D與3D封裝工藝實現更新迭代的技術，HBM在封測端核心工藝自然是最重要，也是價值量最高的部分。

而封測端的相關工藝，相關的技術難點已經一目了然：如何將組成HBM各個DRAM Die之間一一串聯起來，并連接至下方的邏輯控制die（Base Die），形成完整個HBM Stack；如何將HBM Stack整體封裝至硅中介基板上方；是如何將CPU/GPU等邏輯芯片與HBM Stack一般，同樣封裝至硅中介基板上方。

簡而言之，便是組裝HBM Stack、將HBM Stack封裝至基板、將CPU/GPU封裝至基板三個步驟，而這三個步驟中，主要涉及TSV、CoWoS、FC工藝。

三者中，TSV（硅通孔）技術又是重中之重，它是通過銅、鎢、多晶硅等導電物質的填充來實現硅通孔的垂直電氣互聯的技術，將DRAM Die完成通孔封裝，其也是目前唯一的垂直電互聯技術，能夠以最低的能耗提供極高的帶寬和密度。

據招商證券報道，TSV與傳統的SIP等封裝技術相比，其垂直連接可以允許更多數量的連接，因此具備更好的電勢能、更低的功耗、更寬的帶寬、更高的密度、更小的外形尺寸、更輕的質量等優勢，是實現電路小型化、高密度、多功能化的首選解決方案，也成為了解決出現在SOC(二維系統級芯片)技術中的信號延遲等問題的利器，可以說，HBM相較于GDDR最大的改進與優勢，就是TSV的“上車”。

也正是因為TSV技術有如此多的優點，2.5D/3D TSV技術才被廣泛用于AI GPU基板上的HBM中，也成為了HBM 3D封裝中成本占比最高的工藝，根據3DinCites，考慮4層DRAM Die和1層邏輯die堆疊的HBM結構，在99.5%和99%的芯片鍵合（die bonding）良率下，TSV制造和TSV通孔露出工藝分別占其成本的30%和29%。

TSV完成HBM Stack的鍵合后，用于AI GPU的整體封裝的CoWoS，也是先進封裝中必不可少的關鍵技術。

目前，臺積電的CoWoS技術全球領先，英偉達AIGPUDGXA100、H100、H200等均由其生產，而據臺積電預計，目前其相關產能供應極為緊張，將于2024-2025年進行擴產，2024年CoWos產能將實現倍增。

此外，在先進封裝工藝中取代引線鍵合，將CPU/GPU芯片封裝于基板上的倒片封裝（FC）也是必不可少的工藝。

在半導體行業內，現存的封裝工藝無非芯片粘接、引線鍵合、倒裝連接技術三種，而載帶連接技術因為有一定的局限性，故已經被封裝逐漸淘汰。

而在引線鍵合與倒裝連接之間，倒片封裝不存在如引線鍵合對于可進行電連接的輸入/輸出引腳的數量和位置限制，也不再受制于以為擺放，可全部排列于芯片的同一側面，同時電信號傳輸路徑更短，也就有了更加優良的性能。

于是，倒片封裝（FC）也成為了HBM制造過程中的一大必備工藝。

此外，HBM多層堆疊結構要求超薄晶圓和銅-銅混合鍵合工藝，增加了臨時鍵合/解鍵合以及混合鍵合設備需求，各層DRAM Die的保護材料也非常關鍵，對注塑或壓塑設備提出較高要求；另外，諸如劃片機、固晶機、回流焊機/回流爐等傳統設備需求也均受益于HBM封裝帶來的工藝步驟提升和工藝變革帶來的價值量提升。

而在設備之外，材料的重要性也不容小覷。其中，環氧塑封料（EMC）通過其優異的性能成為封裝必需的材料。

但在先進封裝中，傳統EMC還遠遠不夠，需要有更好的耐潮性、低應力、低α射線、耐浸焊和回流焊性能，同時還得保證塑封性，因此環氧塑封料必須在無機樹脂基體內摻雜無機填料，市場份額被全球少數幾家廠商完成了寡頭壟斷。

縱觀封測端、設備端與材料端，我們不難看出，HBM作為代表著目前世界最尖端微電子技術融合為一推出的產品，大多環節都被國際大廠牢牢掌握在手中，那么，有哪些國產企業的產品介入了相關產業鏈呢？

封測與設備國內差距明顯，相關材料側或存機會

在封測端，HBM核心封裝技術增量主要存在于TSV、CoWoS、Bumping、RDL等工藝之上，但掌握這些先進封裝工藝的企業均為一體化國際大廠，如韓系廠商三星、臺系廠商臺積電等企業。

而其下設備端的格局也大抵相同。即便相關設備涵蓋了眾多制造領域，中國微電子產業企業卻因技術能力所限，并沒有太多的涉足。在談及有關先進TSV工藝的設備之時，據界面新聞報道，有半導體行業資深人士表示，“國內對TSV技術雖然也研發了很多年，但其成本很高，技術難度大，應用面窄，主要應用于攝像頭，國內外雖然都將此技術稱為TSV，但技術難度上完全是兩碼事。”

“在這一技術水平上，二者不是一個量級的，國外能做3納米芯片，而我們只能做14納米芯片，工藝水平不足。加之國內沒有企業可以做HBM這一存儲器，對TSV技術自然沒有需求，因此國內幾乎沒有企業真正投入研發TSV技術。”前述業內人士表示。

同時，對方還補充道，“更為重要的是，國內現在沒有一家企業能夠制造出HBM存儲芯片，又怎么會去用TSV工藝呢？”

不過，雖然在封測端與設備端國內并沒有出現真正的玩家，但是在材料端中，卻存在許多有競爭力的企業，而華海誠科便是其中之一。

華海誠科成立于2010年，是?家專注于半導體封裝材料的研發及產業化的國家級專精特新小巨人企業，主要產品為環氧塑封料和電子膠黏劑，也是國內少數同時布局FC底填膠與LMC的內資半導體封裝材料廠商。

環氧塑封材料作為一種重要的半導體封裝材料，受益于全球封裝產能逐步轉移至大陸，大陸塑封材料增速高于全球市場，也為公司帶來了良好的發展機遇。

在傳統封裝領域，公司應?于DIP、TO、SOT、SOP等封裝形式的產品已具備品質穩定、性能優良、性價??等優勢，且應?于SOT、SOP領域的?性能類環氧塑封料的產品性能已達到了外資?商相當?平，并在?電科技、華天科技等部分主流?商逐步實現了對外資?商產品的替代，市場份額持續增?。

在先進封裝領域，公司研發了應?于QFN、BGA、FC、SiP以及FOWLP/FOPLP等封裝形式的封裝材料，其中應?于QFN的產品已實現小批量生產與銷售，顆粒狀環氧塑封料(GMC)以及FC底填膠等應?于先進封裝的材料已通過客戶驗證，液態塑封材料(LMC)正在客戶驗證過程中，上述應用于先進封裝的產品有望逐步實現產業化，并打破外資?商的壟斷地位。