趋势丨决战混合键合，三星、海力士竞逐设备商布局

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前言：

在存储领域，随着3D NAND和高带宽存储器（HBM）不断向更高堆叠层数与更紧密互连发展，键合技术的精度、密度与良率面临前所未有的挑战。

在此背景下，“混合键合”正从实验室走向大规模量产，成为存储芯片制造的新支柱。

作者| 方文三

图片来源 |网 络

混合键合，蓬勃发展

传统的热压键合或微凸点互连方案，在纳米间距、信号完整性等方面逐渐瓶颈凸显。

而混合键合通过原子级平整接触面，实现金属与金属、氧化物与氧化物的同步键合，消除了传统结构的限制，让信号传输更优。在3D NAND中，它还为更高堆叠层数的稳定制造开辟新路径。

随着AI算力需求爆发对高密度封装的需求增加，混合键合在HBM、3D IC等高端封装场景的渗透率持续提升。

据国泰证券引用Yole数据，2028年混合键合在HBM市场渗透率将从2025年的1%跃升至36% ，凸显该领域强劲增长潜力。

从市场规模来看，2020年全球混合键合设备市场规模达3.2亿美元，预计2027年芯片到晶圆（CoW，即D2W）/晶圆到晶圆（WoW，即W2W）市场规模将分别攀升至2.3亿/5.1亿美元，复合年增长率（CAGR）高达69%/16%。

这表明混合键合技术不仅在技术层面得到认可，在商业市场上也展现出巨大的发展空间，未来有望成为先进封装领域的主流技术之一。

三星：激进布局混合键合

三星对混合键合表现出极高热情。其在12层堆叠HBM前使用热压键合，而确认混合键合对16堆叠HBM必不可少。通过缩小芯片间距，可在775微米内安装17个芯片。

在HBM路线图上，三星计划2025年生产16层堆叠的HBM4样品，2026年量产。2024年4月，其已用子公司Semes的混合键合设备生产出运行正常的16层堆叠HBM样品。并计划最快从HBM4E 16层堆叠开始应用该技术，目前正处于样品测试阶段。

三星电子常务金大祐提到，16层堆叠HBM发热问题难控，故开始尝试混合键合，而HBM4E能否商用化需考量市场接受度和投资成本。此外，三星还筹备定制化HBM业务，收到大量咨询，正开发有自身特色的产品。

除HBM外，2024年2月三星与长江存储签署专利许可协议，获其混合键合技术授权，用于下一代NAND产品，特别是计划2025年下半年量产的第10代V10 NAND。该产品预计堆叠420至430层，引入晶圆对晶圆混合键合技术，以提升性能、改善散热和提高生产率。此前三星采用芯片级封装工艺，因NAND堆叠复杂，外围电路压力大，故在V10 NAND中采用混合键合工艺。

海力士：不甘示弱推进技术

在HBM领域领先的SK海力士，对混合键合也态度积极。其计划2026年量产16层HBM4内存，使用混合键合技术堆叠更多DRAM层。

SK海力士先进HBM技术团队负责人金贵旭指出，正研究用于HBM4的混合键合和MR-MUF技术，虽良率不高，但混合键合有望在厚度不超775微米时实现超20层堆叠。

2024年4月，SK海力士副总裁李康旭强调，计划从HBM4E代开始导入混合键合技术，该代产品采用20层堆叠的DRAM芯片。此前第六代HBM采用MR-MUF技术，而从20层堆叠开始，混合键合因能实现更薄芯片设计，在性能与能效上优势更大，变得“不可或缺”。

在NAND方面，SK海力士正研发400层NAND闪存，目标2025年底量产。其与供应链合作伙伴开发所需工艺技术和设备，计划应用混合键合技术，研究键合新材料及多种连接技术，目标2024年底完成技术和基础设施准备，2026年上半年全面生产400层NAND。

竞逐混合键合市场

设备厂商对混合键合的关注度极高，众多企业纷纷布局。荷兰的BE Semiconductor Industries NV（Besi）和美国的应用材料是该领域领先者。

Besi自2019年起与相关机构合作开发混合键合设备，其系统强调高精度对准等，适用于300mm晶圆对晶圆堆叠，设备已被多家头部厂商导入验证，2023年成功用于相关试产项目。

应用材料2020年左右布局，其平台强调系统级整合，提供整套解决方案，在多个应用中具备核心设备地位，且与其他先进封装平台高度兼容。2024年4月，应用材料收购Besi 9%股份，未来可能有更多合作。

新加坡的ASMPT，由荷兰ASMI持股，2021年左右布局混合键合，设备聚焦两类结构，强调多项性能，在亚洲有广泛客户群，设备进入部分封测厂商验证流程。其去年获首批HBM混合键合机订单，计划2024年第三季度向HBM客户出货第二代设备。

韩系设备厂表现积极

韩美半导体2022年进军该市场，目标提供国产替代方案，2023年完成首台设备样机开发，SK海力士是其主要合作客户，设备有望在HBM4E项目中作为辅助产能导入。

韩华半导体2023年成立半导体设备事业部，以并购+自研方式推进，重点开发晶圆对晶圆混合键合设备，尚处于样机验证阶段，已争取到三星部分技术验证项目支持。

其他厂商中，LG电子着手研发混合键合机，设定2028年量产目标，与韩国Justem联系密切，参与相关政府项目。日本佳能公司子公司佳能机械加紧开发混合键合技术，计划2026年后推出相关封装解决方案。

国内企业，努力突围

国内企业也在混合键合领域努力突破，取得了一定成果。

芯慧联新在江苏常熟举办D2W混合键合设备SIRIUS RT300及首台W2W混合键合设备CANOPUS RT300出机仪式，打破该设备国内市场长期空白状态，实现半导体键合设备关键技术自主可控.

研发的设备在键合强度、键合界面间缺陷情况、对准精度、微扭曲等核心技术指标排名前列，达到全球领先水平。

青禾晶元自主研发的12寸晶圆混合键合机对准精度达国际领先水平，接连突破设备精度、材料融合、工艺量产三大壁垒，建成国内首条高端键合衬底产线，实现成本降低40%，打破国外对键合衬底产品的垄断。

艾科瑞思2023年发布的D2W混合键合设备、拓荆科技2024年发布的W2W混合键合设备被Yole Group收录，成为首次入选的国产设备，标志着中国半导体设备产业在高端封装领域实现技术突破，具备与国际厂商竞争的实力。

不过，与国际先进水平相比，国产设备在精度和稳定性方面仍有一定差距，需要持续投入研发、提升技术水平。

结尾：

混合键合已成为行业未来发展的核心，在摩尔定律放缓的背景下，它作为先进封装关键技术，将推动半导体行业向更高集成度、更优性能迈进。

内容来源于：半导体行业观察：决战混合键合；半导体产业纵横：三星、SK海力士采用混合键合技术改变半导体供应链；中关村在线：三星SK海力士布局HBM4混合键合技术

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