HBM热潮下的关键拼图：TCB键合机的全球争霸战

随着AI大模型和高性能计算需求爆发，英伟达等科技巨头对HBM的采购量急剧攀升，内存厂商的HBM产能早早被预订一空。尤其是SK海力士，凭借在HBM市场超过70%的市占率，赚得盆满钵满，成为产业最大赢家之一。

然而，在这股HBM热潮背后，一种名为“TCB（Thermal Compression Bonding）热压键合机”的关键设备，正悄然决定着整个HBM产业链的天花板。过去一年，无论是SK海力士、美光，还是三星，都在加大此类设备的投资力度，使得更多设备厂商得以借助AI浪潮分一杯羹。

什么是TCB？

我们先来了解HBM芯片封装中用到的关键连接技术。

传统的倒装芯片（Flip Chip）封装中，芯片会“翻转”放置，使其焊料凸块（C4 bump）与基板上的焊盘对齐，整体组件被放入回流焊炉中，加热至约200–250°C，使焊料熔化，从而形成电连接。

但随着芯片互连密度不断提升，焊点间距缩小至50微米以下，这种方法逐渐遇到瓶颈。芯片与基板因热膨胀系数（CTE）不同，导致热应力产生的变形，加之焊料在熔化过程中容易出现“焊料桥接”现象，进而引发短路与连接失败的问题。

TCB键合技术则很好地解决了上述难题。它通过加热压头，对芯片-基板连接点进行局部加热，同时施加压力，使得焊接过程更精准稳定，避免整体加热引发的热失配。工艺温度一般在150°C至300°C之间，压力范围为10–200MPa，适用于更高密度、更小间距的先进封装场景。

此外，TCB技术支持极高的接触密度，某些工艺中每平方毫米可达10,000个焊点，但也存在产能上的短板：其单机每小时处理量仅为1,000–3,000颗芯片，远低于传统倒装封装的10,000颗以上。

不同厂商的工艺选择

目前，三星与美光在HBM后段封装中采用的是TC-NCF（非导电胶膜）技术。该工艺通过在每层DRAM之间嵌入NCF，并结合TCB设备进行加热压合，实现焊点连接并固定芯片。

SK海力士曾在HBM早期版本中也使用TC-NCF，但自HBM2E开始转向了MR-MUF（Molded Reflow-Mold Underfill）工艺。MR-MUF采用“临时加热连接 + 回流焊接 + 模塑填充”的三步流程，通过环氧模塑料渗入芯片间隙，提升结构强度和耐污染性。

根据SK海力士说法，MR-MUF的热导率约为NCF的两倍，显著提升工艺效率与良率。

无论选择哪种工艺，核心的TCB键合设备都是不可或缺的一环。摩根大通预计，TCB键合机市场将在2024年达到4.61亿美元，并在2027年跃升至15亿美元（约2.16万亿韩元），三年内增长逾两倍。

六强争霸：韩美半导体领跑

当前全球TCB键合机市场呈“六强争霸”格局：

• 韩国：韩美半导体、SEMES、韩华SemiTech
• 日本：东丽（Toray）、新川（Shinkawa）
• 新加坡：ASMPT

其中，韩美半导体凭借与SK海力士的长期合作，占据了HBM领域的头部位置。自2017年起，韩美便与SK联合开发TC键合机，并随着后者成为英伟达HBM独家供应商，韩美的地位水涨船高。2023年，其营业利润暴涨639%，达到2554亿韩元。

除了巩固与SK的合作，韩美半导体也积极拓展客户。2023年，其成功将美光纳入客户名单，替代了原本使用新川设备的供应链。2024年4月，韩美更从美光获得了约50台TCB键合机的订单，订单规模为去年的两倍。值得注意的是，由于美光采用的TC-NCF工艺对设备头部结构要求更高，其订购设备的单价比SK高出30–40%。

CLSA预测，虽然韩美当前有74%的TCB销售额来自SK，但到2027年，这一比例将降至40%，客户结构将进一步多元化。

韩国内战：韩华SemiTech搅局

与韩美半导体针锋相对的，是同样来自韩国、背靠韩华集团的韩华SemiTech（前身为“韩华精密机械”）。

早在2020年，韩华就开始布局HBM相关设备，并成功与SK海力士签下供货合同。2024年，其累计向SK交付12台TCB键合机，总金额达420亿韩元。

不过，韩美半导体对此强烈不满，认为韩华设备存在专利侵权及技术泄漏问题，且价格比其原有设备更高，缺乏合理依据。作为报复，韩美将对SK提供的客户服务从免费转为收费，并将设备供货价格上调28%。

SK则回应称，每家厂商合同条款根据附加选项不同而定，并非对韩华给予“溢价”。韩华方面也强调其设备的自动化系统与维护便利性表现突出，能够支持8–16层堆叠，完全匹配SK工程师的需求。

新加坡：ASMPT崭露头角

新加坡厂商ASMPT近年来也加快了在HBM设备市场的渗透。

据韩媒报道，SK海力士在HBM3E 16层产品开发中引入了ASMPT设备，并在“CES 2025”展会上首次展示其所制造的产品。据称，ASMPT设备在多层堆叠工艺中表现优异，SK目前已部署30余台用于测试。

SK将这套新工艺命名为hMR（heated Mass Reflow），主要针对更薄、更容易弯曲的芯片结构。随着HBM4时代临近，具有高通用性和良率保障能力的HBM3E产品可能会继续维持长期需求。

此外，在新一代无助焊剂键合技术上，ASMPT与同样来自新加坡的K&S（库力索法）正在角力：

• K&S采用甲酸处理去除氧化层，但存在残留风险与产能问题；
• ASMPT则采用等离子清洗，产能高但流程更复杂。

这场新技术之争，也将决定未来谁能在HBM设备市场中占据先机。

三星的低调转向

作为HBM三巨头之一，三星电子则悄然完成了TCB设备供应链的“自我革命”。

过去，三星主要从子公司SEMES与日本新川采购TCB设备，但近年已逐步将采购重心转向SEMES，并全面替代新川产品。业内人士指出，新川设备仅用一台电机驱动双焊头，规格落后，不再适应8层以上的堆叠需求。

三星已将SEMES设备应用于包括HBM2E在内的多个制程，并以此保障对华为及中国GPU厂的4层HBM供货。尽管SEMES 2023年的半导体设备营收下滑，但如果其成为三星TCB设备的独家供应商，后续业务有望强势反弹。

至于韩美半导体向三星供应设备的可能性，业内普遍认为前景不乐观。

随着HBM不断迈向12层、16层甚至更高堆叠结构，TCB键合设备正从幕后走向前台，成为决定产业效率与竞争格局的关键变量。
韩国双雄、日系老将、新加坡新锐，谁能最终成为这场高精度、高门槛、高利润“接触游戏”中的王者？让我们拭目以待。