近日据知情人士透露,韩国设备厂商韩美半导体(Hanmi Semiconductor)通知中国客户,将暂停供应热压键合机(TC Bonder)。要知道,热压键合是生产高带宽内存(HBM)芯片的核心装备,韩国此次断供明显是冲着中国HBM产业来的,企图将打断中国HBM产业的发展进程。
一、热压键合:HBM芯片的“精密焊工”
我们知道自从人工智能爆发以来,HBM就成为炙手可热的核心部件之一,其是一种通过垂直堆叠多层DRAM芯片实现高带宽、低功耗的内存技术,广泛应用于AI芯片、高性能计算(HPC)等领域。
而TC Bonder的作用,正是将这些芯片像“叠积木”一样精准地堆叠并键合,确保电气连接和散热性能。其核心工艺涉及三个关键点:
1、亚微米级对准精度:芯片间的凸点(Bump)需精准对接,误差需控制在±1微米内,否则会导致短路或信号失效。
2、高温高压控制:通过瞬间升温至300°C以上(升温速率达100°C/s)熔化锡球,再施加压力使芯片键合,最后快速冷却固化。整个过程需在数秒内完成,对温度曲线的控制要求极高。
3、良率决定者:TC Bonder的精度和稳定性直接决定了HBM的良率。例如,12层堆叠的HBM3E芯片若键合失误,可能直接报废,损失高达数千美元。
也就是说,没有TC Bonder,HBM芯片的复杂堆叠结构就无从实现。甚至全球存储巨头(如SK海力士、三星)在扩产HBM时,TC Bonder的采购优先级甚至高于光刻机。
二、韩国垄断TC Bonder
巧合的是,当前全球TC Bonder设备主要被相关的韩国厂商所垄断。如上述提到的韩美半导体(Hanmi Semiconductor)占据HBM3E设备90%的市场份额,独家供应SK海力士的12层堆叠工艺,单台设备售价约20亿韩元(约合人民币1000万元)。其最新型号“Griffin”支持TC+MUF混合工艺,已获美光大额订单。其次,不得不提的是三星子公司SEMES,其主攻TC-NCF工艺,2024年出货量达到了2500亿韩元,并研发混合键合技术以适配下一代HBM4。
另外,日本新川(Shinkawa)和东丽(Toray)提供高精度热控模块,也涉及TC Bonder设备部分核心环节。
而当前中国厂商中涉及TC Bonder设备的只有普莱信的“Loong系列”设备,虽然已实现±1μm精度,但尚未通过大规模量产验证,且仅支持部分工艺(如TC-NCF),与韩国半导体厂商的技术代差的落后。
并且当前韩国厂商的垄断地位不仅体现在单独设备厂商,其已与存储巨头进行了深度绑定。例如,韩美半导体与SK海力士联合研发设备,甚至根据客户需求定制工艺参数,形成技术壁垒。这种“设备-制造”生态闭环,使得后来者极难突破。因此,此次断供对中国HBM厂商的影响将是广泛的。
三、韩国断供TC Bonder对中国HBM厂商的影响
随着人工智能需求的保障,HBM的应用也越来越广泛。在此背景之下,虽然韩国主导了全球HBM市场,但近期中国HBM的突破也在明显增速。据公开消息,某国产存储厂商已经于2024年下半年实现了HBM2的量产,比原计划提前了两年。据说其目标是在2026年实现量产第四代HBM3,2027年量产第五代HBM3E。
也就是说,虽然中国整体HBM产业落后于韩国至少2年以上的时间,但追赶的速度是惊人的。因此,时常有韩国业界赶到恐慌。
而此次,韩国断供TC Bonder显然有此考量。具体来说,如果韩国断供TC Bonder成为实现,对中国HBM产业将以下几个方面的挑战。
首当其冲的就是,短期内国产HBM产能的扩张将受到极大的限制。其次,就是国产HBM的良率或将降低,相比而言国产设备良率若仅能达到80%,而韩国设备可达到95%,这也将导致晶圆加工的成本增加将近30%。最为严重的是,设备的断供将使得国产HBM技术迭代的停滞;HBM3E已进入12层堆叠阶段,下一代HBM4需更高精度的混合键合技术(Hybrid Bonding)。韩国企业已布局相关设备研发,而中国尚处于空白。
因此,发展国内的TC Bonder,已经刻不容缓!这不仅关系到国产HBM产业能否突围,更深远的影响在于,HBM是AI芯片的核心部件,断供可能延缓中国AI芯片企业的算力升级,进而影响大模型训练等前沿领域的发展。