混合键合，大热

混合键合，被推到了台前。

在Yole最新的预测中，混合键合是先进封装中最陡峭的增长曲线。三星、SK 海力士都表示，到HBM 5时就会用上混合键合技术。

目前，韩美半导体宣称砸1000亿韩元开发下一代混合键合技术；LG 电子瞄准HBM应用的混合键合设备；国内拓荆科技将混合键合设备视为第二增长曲线。

混合键合的时代到了。

01先进封装的转变

封装，已经成为驱动摩尔定律发展的重要因素，先进封装更是如此。

一般来说，封装模式的发展，伴随着键合方式的改变，键合发展的主线是实现更高密度的互联和更小的封装尺寸。

封装史上，经历过多次转变。

倒装芯片（Flip-Chip），作为封装史上的“常青树”，起源于20世纪60年代，是迄今应用最广、技术最成熟的方案之一。

把芯片功能区朝下以倒扣的方式背对基板，通过Bump和基板进行互联。不过，其核心短板也随芯片集成度提升愈发明显：倒装的回流焊是在炉里进行的，整个电路板都会被加热，冷却过程中因热膨胀系数不匹配可能造成键合减弱或芯片翘曲。

热压键合（TCB），由英特尔和ASMPT公司联合开发，在2014年导入量产。其核心创新在于 “局部加热”。

从顶部逐片对芯片施加热与压力实现键合，并且在芯片和基板热压键合的时候，不是加热整个基板，而是对芯片及其焊球加热，从而减小翘曲风险，兼顾了可靠性与封装效率，恰好契合了高带宽存储器（HBM）这类高密度堆叠产品的需求。

正因如此，目前三星、SK 海力士、美光等巨头的 HBM 产品，均将 TCB 作为标配封装方案，使其稳稳占据当前先进封装的“主流席位”。

混合键合，最大的特点就是无凸块连接。尽管TCB 技术解决了热胀问题，但封装行业对 更高密度互联的追求从未停止，而混合键合技术的出现，正是跳出了传统方案依赖凸块（Bump）的固有框架。

之前，在封装的时候，采用的都是基于焊料的凸块技术，现在混合键合能够采用铜对铜的连接，这就带来了三方面好处：第一，顶部芯片和底部芯片彼此齐平；第二，芯片间无凸块，能够微缩到超细间距；第三，不使用焊料，避免了与焊料相关的问题。

从技术迭代逻辑来看，混合键合与TCB并非简单的“替代”关系，而是针对不同需求场景的互补方案。

TCB 凭借成熟度和成本优势，仍是HBM等量产产品的首选；混合键合则瞄准未来更高集成度的芯片需求，比如3D堆叠层数突破20层的先进存储、算力密度极高的AI芯片等，成为行业布局下一代封装技术的核心方向。

从市场来看，TCB封装还是主流。Yole Group 估计，2025 年 TCB 键合机的收入约为 5.42 亿美元，预计到 2030 年将增长到约 9.36 亿美元，复合年增长率为 11.6%。订单量追踪着 HBM3E 的产能爬坡和向更厚堆栈的过渡，SK 海力士和美光在 2025 年上半年进行了大额采购。

据摩根大通预测，HBM用TCB键合机的整体市场规模将从 2024 年的 4.61 亿美元增长至 2027 年的 15 亿美元，增长两倍以上。

目前，TCB键合机市场目前呈“六强格局”。其中，韩国有韩美半导体、SEMES、韩华SemiTech，日本有东丽（Toray）、新川（Shinkawa），新加坡则有ASMPT。在这之中，韩美半导体在HBM TCB键合机市场上拥有最高的市场占有率。

TCB设备的火热，从韩美半导体的业绩中能够一窥究竟。韩美半导体近日发布的业绩预告显示，公司预计2025年第一季度合并营收达1400亿韩元（约6.9亿元人民币），营业利润达686亿韩元。与2024年同期相比，营收增长81%，营业利润增幅高达139%。并且，今年4月，韩美半导体已经正式通知韩国本土客户，用于制造HBM的TCB价格上涨25%。

02混合键合，应用多样

混合键合的提出，刷新了行业内封装的方式，也标志着半导体集成电路技术发生了根本性的转变。

目前混合键合有两种方式：一种是把单一尺寸的单个芯片键合到更大尺寸芯片的晶圆上（die-to-wafer：D2W），另一个是将两块相同尺寸的整块晶圆键合在一起（wafer-to-wafer：W2W）。

第一个吃螃蟹的是索尼。在2015年，索尼在CMOS图像传感器中应用了Cu-Cu直接键合，成为了第一个混合键合量产的产品。后来的一段时间里，混合键合一直用在CMOS图像传感器上。随着混合键合技术的成熟，逐渐走向了逻辑、3D NAND、HBM等场景。

2022年，AMD推出了首款垂直缓存(V-Cache) 游戏处理器Ryzen 7 5800X3D。这款处理器把计算和I/O 功能划分到独立的 Chiplet 中。其中最特别的一点就是，在计算 Chiplet 顶部增加了一个堆叠的 SRAM 扩展芯片，将 L3 缓存从 32 MB 扩展到 96 MB。这块额外的内存是在单独的芯片上制造的，但是用了混合键合进行连接，让扩展的缓存能够像直接集成在计算芯片上一样运行。

AMD Instinct MI300 系列架构芯片堆栈

2024年，AMD又推出了一款使用混合键合技术的芯片——专为 AI 训练应用而设计的Instinct MI300系列。凭借MI300，AMD 在利润丰厚的 AI 硬件市场上与 Nvidia 展开直接竞争。

在3D NAND领域，长江存储Xtacking架构，将CMOS和存储阵列进行混合键合，实现了更高的密度、更小的面积以及更快的速度。Xtacking 4.0能够实现IO速率3600MT/s。铠侠在最新的BiCS8 218 层 3D NAND 中采用了 CMOS 直接键合阵列 （CBA）。

03混合键合，大热

尽管应用的领域众多，但对于混合键合需求最突出的还是在HBM上。

不同于普通的内存更迭周期，HBM更新换代的速度越来越快。GPU供应商正在将新技术发布的频率加快到每年一次，这比内存标准的典型刷新周期要快得多。传统内存技术的转型通常需要四到五年时间，而HBM现在每两到两年半就会更新换代一次。

这对HBM提出了更高的要求。

韩国“海力士HBM 之父”Joungho Kim在今年强调：混合键合等新兴技术，将对未来内存设计起到决定性作用。

未来HBM 设计可能需要数十万甚至数百万个硅通孔。为支持如此高的密度，线路间距需大幅缩小。Joungho Kim认为，传统热压键合设备将难以跟上需求，混合键合技术因此变得不可或缺。目前键合间距仍处于数十微米级别，而下一代技术必须达到 1 微米级别。

分析机构TrendForce集邦咨询表示，三大 HBM 内存巨头在对堆叠高度限制、I/O 密度、散热等要求的考量下，已确定于HBM5 20hi（20层堆叠）世代全面应用混合键合技术。

三星这边，在首尔举行的人工智能半导体论坛上透露，该公司计划在其HBM4中采用混合键合技术，以降低发热量并实现超宽内存接口。此外，今年，三星也与长江存储签署了堆叠400 层NAND 所需的混合键合技术的专利许可协议。

SK 海力士在2023年就宣布，其用于HBM制造的混合键合工艺已获得可靠性认证。SK海力士第三代HBM（HBM2E）将DRAM堆叠成8层，在使用混合键合工艺制造后，通过了所有方面的可靠性测试。在今年4月，SK海力士副总裁表示，SK海力士正在推行混合键合在 HBM 上的应用。目前正处于研发阶段，预计最早将应用于HBM4E。

美光在2022年就从Xperi获得了Cu–Cu混合键合的授权，其HBM3E芯片封装采用了铜硅混合键合工艺。

火热的混合键合领域，也成为众多设备企业竞相追逐的焦点。

在混合键合赛道，全球混合键合设备市场主要由国际龙头企业主导，其中荷兰BESI是该领域的龙头，市占率高达67%。2021年至2024年，公司累计混合键合订单已经超过100套，2024年首批100nm精确度的混合键合设备出货，并计划在2025年底实现50nm精确度的混合键合设备。

韩美半导体也将混合键合视为未来更高HBM堆叠的关键。最近，韩美半导体率先掷下 “重磅炸弹”，宣布将豪掷 1000 亿韩元，全力进军混合键合技术的研发与生产领域。韩美半导体还制定了明确的设备发布规划，计划在2027年底前成功推出混合键合机设备。

无独有偶，ASMPT也在混合键合获得进展。从2021年开始布局混合键合，ASMPT在2024年第三季度向一家逻辑客户交付了首台混合键合设备，并获得了两台用于HBM应用的下一代混合键合设备的首次订单，预计将于2025年第三季度交付。

7月份，LG电子下属的生产技术研究所(PTI) 也传出已启动混合键合设备开发，目标在2028年实现大规模量产。

总而言之，混合键合技术的崛起，是半导体产业在摩尔定律逼近物理极限时的必然选择。从设备企业的重金投入，到各大厂商在不同领域的积极应用，都彰显出其蓬勃生命力。只有提前布局技术、构建产业链优势的玩家，才能在半导体产业的下一轮竞争中，握住决定格局的“关键筹码”。