2024年HBM產(chǎn)業(yè)鏈專題報告：AI算力核心載體-產(chǎn)業(yè)鏈迎發(fā)展良機(jī)

2024年HBM產(chǎn)業(yè)鏈專題報告：AI算力核心載體_產(chǎn)業(yè)鏈迎發(fā)展良機(jī)1、HBM——AI算力核心載體，需求持續(xù)高速增長1.1、HBM突破了內(nèi)存容量與帶寬瓶頸，性能優(yōu)勢突出HBM（HighBandwidthMemory）即高帶寬存儲器，突破了內(nèi)存容量與帶寬瓶頸，被視為新一代DRAM解決方案。其通過使用先進(jìn)的封裝方法（如TSV硅通孔技術(shù)）垂直堆疊多個DRAM，并與GPU封裝在一起。相較于常見的GDDR5內(nèi)存，HBM擁有著更高的帶寬，大幅提高了數(shù)據(jù)容量和傳輸速率，并且相同功耗下具有超3倍的性能表現(xiàn)，和更小的芯片面積。具體來看，HBMperstack和GDDRperchip的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)對比之下，從單體可擴(kuò)展容量、帶寬、功耗上HBM整體優(yōu)于GDDR。相對于GDDR，HBM主要有以下幾個優(yōu)點：1.可擴(kuò)展更大容量：HBM具有可擴(kuò)展更大容量的特性。HBM的單層DRAM芯片容量可擴(kuò)展；HBM通過4層、8層以至12層堆疊的DRAM芯片，可實現(xiàn)更大的存儲容量；HBM可以通過SiP集成多個HBM疊層DRAM芯片，從而實現(xiàn)更大的內(nèi)存容量。2.更低功耗：由于采用了TSV和微凸塊技術(shù)，DRAM裸片與處理器間實現(xiàn)了較短的信號傳輸路徑以及較低的單引腳I/O速度和I/O電壓，使HBM具備更好的內(nèi)存功耗能效特性。3.更小體積：在系統(tǒng)集成方面，HBM將原本在PCB板上的DDR內(nèi)存顆粒和CPU芯片一起全部集成到SiP里，因此HBM在節(jié)省產(chǎn)品空間方面也更具優(yōu)勢。HBM發(fā)展歷程自2014年首款HBM產(chǎn)品發(fā)布至今，HBM技術(shù)已經(jīng)發(fā)展至第五代，分別是：HBM（第一代）、HBM2（第二代）、HBM2E（第三代）、HBM3（第四代）、HBM3E（第五代），HBM芯片容量從1GB升級至24GB，帶寬從128GB/s提升至1.2TB/s，數(shù)據(jù)傳輸速率從1Gbps提高至9.2Gbps。HBM：2013年10月，JEDEC發(fā)布了第一個HBM標(biāo)準(zhǔn)JESD235A；2014年SKHynix和AMD宣布聯(lián)合開發(fā)TSVHBM產(chǎn)品；2015年6月，SKHynix推出HBM1，采用4×2Gbit29nm工藝DRAM堆疊，該芯片被用于AMDGPU等產(chǎn)品。HBM2：2016年1月，三星宣布開始量產(chǎn)4GBHBM2DRAM，并在同一年內(nèi)生產(chǎn)8GBHBM2DRAM；2018年11月，JEDEC發(fā)布了JESD235B標(biāo)準(zhǔn)，即HBM2技術(shù)，支持最多12層TSV堆疊；2018年三星率先推出Aquabolt（HBM2），數(shù)據(jù)帶寬3.7GB/s。SKHynix緊隨其后推出HBM2產(chǎn)品，采用偽通道模式優(yōu)化內(nèi)存訪問并降低延遲，提高有效帶寬。HBM2E：2020年1月，JEDEC更新發(fā)布HBM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JESD235C，并于2021年2月更新為JESD235D，即HBM2E；2019年，三星推出Flashbolt（HBM2E），堆疊8個16GbitDRAM芯片。SKHynix在2020年7月推出了HBM2E產(chǎn)品，是當(dāng)時業(yè)界速度最快的DRAM解決方案。目前HBM2E是HBM市場的主流產(chǎn)品。HBM3：2022年1月，JEDEC發(fā)布了HBM3高帶寬內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)JESD238，拓展至實際支持32個通道，并引入片上糾錯（ECC）技術(shù)；SKHynix在2021年10月開發(fā)出全球首款HBM3，容量為HBM2E的1.5x，運行帶寬為HBM2E的2x。HBM3E：2024年2月，三星已開始向客戶提供HBM3E12H樣品，預(yù)計于24H2半年開始大規(guī)模量產(chǎn)；2024年2月，美光開始量產(chǎn)HBM3E芯片，將應(yīng)用于英偉達(dá)H200；2024年3月，SK海力士開始量產(chǎn)HBM3E芯片。從HBM各代需求比例來看，根據(jù)Trendforce，2023年需求從HBM2E逐步轉(zhuǎn)向HBM3，需求占比約為50%及39%。隨著使用HBM3的AI芯片陸續(xù)放量，2024年HBM3市場需求將大幅增長，占比預(yù)計達(dá)60%。1.2、AI算力驅(qū)動HBM需求爆發(fā)隨著AI不斷滲透云端/電商服務(wù)、智能制造、金融保險、智慧醫(yī)療及智能駕駛輔助等行業(yè)，AI服務(wù)器與高端GPU需求不斷上漲，并有望持續(xù)推動HBM市場規(guī)模增長。與傳統(tǒng)DRAM相比，HBM具備高帶寬、高容量、低延時與低功耗等優(yōu)勢，可以加快AI數(shù)據(jù)處理速度，更適用于ChatGPT等高性能計算場景。當(dāng)前ChatGPT等AIGC（生成式人工智能）模型需要使用AI服務(wù)器進(jìn)行訓(xùn)練與推理，其中訓(xùn)練側(cè)AI服務(wù)器基本需要采用中高端GPU，如NvidiaA100/H100等，其中HBM的滲透率接近100%；而推理側(cè)隨著AIGC模型逐漸復(fù)雜化，AI服務(wù)器采用中高端GPU將是發(fā)展趨勢，并有望持續(xù)推動HBM滲透率也將快速提升。根據(jù)TrendForce，預(yù)計2023年AI服務(wù)器（包含搭載GPU、FPGA、ASIC等）出貨量近120萬臺，同比增長38.4%，占整體服務(wù)器出貨量近9%，至2026年將占15%，2022~2026年AI服務(wù)器出貨量年復(fù)合增長率至22%。根據(jù)TrendForce，預(yù)計2024年全球主要云服務(wù)廠商（CSP）Microsoft、Google、AWS、Meta對高端AI服務(wù)器（包含搭載NVIDIA、AMD或其他高端ASIC芯片等）全球需求占比分別達(dá)20.2%、16.6%、16%及10.8%，合計將超過60%。1.3、HBM加速迭代，存儲大廠積極擴(kuò)產(chǎn)從競爭格局來看，2022年三大原廠HBM市占率分別為SK海力士50%、三星約40%、美光約10%，SK海力士因具備先發(fā)優(yōu)勢，為NVIDIA提供HBM3，目前市場份額保持領(lǐng)先地位，而2024年三星將開始擴(kuò)大對NVIDIA的HBM3供應(yīng)，美光也開始批量生產(chǎn)HBM3E，三星和美光有望逐步擴(kuò)大在HBM市場份額。HBM廠商最新進(jìn)展：SK海力士：2013年公司與AMD合作開發(fā)了全球首款HBM，并持續(xù)研發(fā)出HBM迭代產(chǎn)品HBM2、HBM2E、HBM3、HBM3E。公司計劃在2024H1將HBM3E投入量產(chǎn)。2026年計劃第六代HBM4。三星：2016年公司推出HBM2，2020年2月HBM2E，2021年2月推出了HBMPIM（存算一體），其HBM3也于2022年量產(chǎn)，24年發(fā)布首款HBM3E。目前公司已向客戶提供HBM3E12H樣品，預(yù)計于24H2開始大規(guī)模量產(chǎn)。美光：公司選擇跳過第四代HBM3，直接布局第五代HBM3E。2023年9月推出HBM3E，并于24年2月26日宣布已開始批量生產(chǎn)HBM3E解決方案。其中24GB8-HighHBM3E將成為NVIDIAH200TensorCoreGPU的一部分，該GPU將于2024年第二季度開始發(fā)貨。受全球GPU需求持續(xù)高增長，HBM領(lǐng)域的主要供應(yīng)商SK海力士、三星和美光等國際存儲芯片大廠正加大產(chǎn)能擴(kuò)張力度。SK海力士：預(yù)計2024年HBM產(chǎn)能同比翻倍增長，同時，SK海力士不僅計劃在美國印第安納州建造一座最先進(jìn)的制造工廠，還計劃與閃存制造商鎧俠在日本共同生產(chǎn)HBM。此外，SK海力士還計劃在2024年保持10萬億韓元的新增資本支出（比2023年增長了近七成），以支持HBM產(chǎn)能增長。三星：預(yù)計HBM芯片產(chǎn)量將比2023年增長2.5倍，2025年將再次翻倍。三星目前已收購韓國天安廠區(qū)內(nèi)部分建筑及設(shè)備，用于HBM生產(chǎn)。美光：今年資本開支約75億美元至80億美元，主要用于HBM量產(chǎn)。此外，公司于2023年11月6日在臺中開設(shè)了新工廠，將致力大規(guī)模生產(chǎn)HBM3E以及其他產(chǎn)品。2、HBM制造工藝演進(jìn)，上游設(shè)備材料迎來發(fā)展良機(jī)2.1、HBM制造帶來額外技術(shù)需求，TSV、鍵合等成為關(guān)鍵工藝如前文所述，HBM由數(shù)個DRAM顆粒和基礎(chǔ)/邏輯顆粒（Base/LogicDie）垂直堆疊組成，其后一般會采用CoWoS工藝，將HBM與GPU/CPU/SoC通過中介層（Interposer）集成在同一封裝體中，最終形成AI/HPC等應(yīng)用所需的芯片。HBM的制造工藝流程主要包括：前道晶圓制造、TSV工藝，然后對其進(jìn)行晶圓測試，其后在測試合格的晶圓兩面進(jìn)行Bumping（凸塊）工藝，凸塊形成后便可以進(jìn)行數(shù)個DRAM芯片的Stacking（堆疊）工藝，并和基礎(chǔ)晶圓進(jìn)行模塑，形成模制晶圓，切割制作成KGSD（KnownGoodStackedDie，良品堆疊裸片），便可以送至2.5D封裝體的客戶手中進(jìn)行后續(xù)和GPU/CPU/SoC的封裝工藝。首先，由于HBM是由數(shù)顆DRAM堆疊而成，因此顯然也需要先將DRAM晶圓生產(chǎn)制造出來，這一過程和前道晶圓制造一致，也需要經(jīng)過光刻、刻蝕、沉積、清洗、CMP拋光、涂膠顯影、離子注入、熱處理，以及檢測量測等工藝環(huán)節(jié)。在正常的晶圓前道制造完成后，HBM中的晶圓還需要進(jìn)行TSV工藝和Bumping工藝，為后續(xù)裸片之間的互連和堆疊提供基礎(chǔ)，該工藝也是HBM產(chǎn)品相比典型半導(dǎo)體產(chǎn)品制造的核心增量工藝之一。TSV（ThroughSiliconVia，硅通孔）顧名思義，是在整個硅晶圓厚度上打孔的技術(shù)，從而在晶圓正面和背面之間形成垂直互連，最早用于替代引線鍵合，優(yōu)勢在于信號傳輸路徑更短（垂直互連，信號直接上下傳輸）、引腳數(shù)量大幅增加以及布線更加高效簡單（引線鍵合無法利用芯片中心空間且布線復(fù)雜）、封裝尺寸較小。因此，TSV逐漸成為提升DRAM性能和密度的重要手段。工序方面，硅通孔通常也由前道晶圓制造Fab廠來完成，使用曝光及刻蝕工藝（形成深槽）、沉積工藝（CVD形成絕緣膜，PVD和電鍍形成金屬層和電鍍銅層）、CMP拋光工藝（來使表面平整），最后再進(jìn)行后端金屬化為凸塊的制造和堆疊做準(zhǔn)備。通俗來講，原來Fab廠需進(jìn)行前端器件制造和后端金屬化環(huán)節(jié)，TSV則額外又增加了形成硅通孔的環(huán)節(jié)，主要也是刻蝕、沉積、拋光等步驟。硅通孔及金屬化工序完成后，如通常晶圓制造一樣，F(xiàn)ab廠需對其進(jìn)行晶圓測試（CircuitProbing，CP測試），通過探針臺（封裝前的晶圓需借助探針臺來完成和測試機(jī)的電氣連接）和測試機(jī)的配合使用，對晶圓上的裸片die進(jìn)行測試。確保在芯片封裝前，盡可能地把無效芯片篩選出來以節(jié)約封裝費用。CP測試是抽檢。Bumping（凸塊）晶圓測試完成后，良品晶圓便可以在正面和背面制作凸塊。Bumping工藝是FlipChip封裝、晶圓級封裝等常用的一種工藝，在焊盤上制作凸塊來與基板連接，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的引線鍵合方式。其涉及工藝也主要為沉積（如PVD、電鍍）、曝光、刻蝕等，此外最后的成型環(huán)節(jié)常采用回流焊（Reflow）工藝。FlipChip封裝通常只在晶圓正面制作凸塊，而在HBM的TSV工藝中，則需要在晶圓正面和背面都制作凸塊，以便于后續(xù)和上下裸片堆疊。此外，在HBM的TSV和Bumping工藝流程中，還需要進(jìn)行的其他主要工序則包括減薄和拋光、臨時鍵合和解鍵合等。減薄和拋光，在正面凸塊形成之后、背面凸塊形成之前，需要對背面進(jìn)行TSV銅暴露，即是說將晶圓背面研磨減薄至電鍍銅柱的一端暴露出來。然后進(jìn)行CMP拋光使晶圓表面平坦化。另外，對于HBM中的晶圓而言，由于需要進(jìn)行多個裸片的堆疊（HBM3已經(jīng)可多達(dá)12層），因此單個晶圓的厚度要達(dá)到極薄的程度，對減薄工藝提出了十分嚴(yán)苛的要求。鍵合工藝臨時鍵合和解鍵合，在背面凸塊工藝之前，需要先對已經(jīng)完成凸塊的晶圓正面進(jìn)行臨時鍵合工藝，其主要作用在于解決超薄晶圓的取放問題，即，在對晶圓背面進(jìn)行凸塊制作工藝時，將晶圓正面和晶圓載片進(jìn)行臨時鍵合，以起到承載和保護(hù)晶圓正面的作用。而等背面凸塊也已制作完成后，則需要將晶圓載片與晶圓正面解鍵合，以進(jìn)行后續(xù)堆疊工藝。臨時鍵合首先要將粘結(jié)劑（固態(tài)粘結(jié)膜或液態(tài)臨時鍵合膠）涂于載片或晶圓，然后使用熱壓鍵合或UV固化方式使其鍵合牢固；解鍵合的主要方式有機(jī)械解鍵合法、熱滑移解鍵合法、化學(xué)解鍵合法、激光解鍵合法等。而在TSV及Bumping工藝完成后，基本便進(jìn)入到Stacking（堆疊）環(huán)節(jié)，即通過各種鍵合方法將DRAM堆疊連接起來，具體方法包括TC-NCF、MR-MUF、HybridBonding等。TCB（ThermalCompressionBonding，熱壓鍵合法）是一種常用的倒裝鍵合和晶圓鍵合的方法，以倒裝鍵合為例，基板在涂敷助焊劑后，被真空吸附固定在定制的加熱板上，貼片頭（bondhead）吸起裸片后真空吸附在平整的貼合吸頭（nozzle）下，完成光學(xué)對位后，通過加熱至錫球熔化溫度以及給予裸片適當(dāng)壓力，使凸點與基板連接，最后快速降溫錫焊變?yōu)楣滔?。TCB方法單次處理需要時間較短，但由于不是批量處理，因此吞吐量相對較小，設(shè)備價值量也相對較高。而在間距小、厚度薄的鍵合，以及對準(zhǔn)精度較高的鍵合方面，TCB方法具有一定優(yōu)勢。MR（MassReflow，批量回流焊法），同樣是倒裝鍵合使用較為廣泛的方法之一，具體指的是，將芯片上的凸塊先浸蘸助焊劑，并貼在基板上，之后進(jìn)入回流爐，在特定的升溫降溫下，凸點焊球會熔化為液態(tài)，在潤濕銅微柱的過程中基于表面張力使得芯片回流對位，最后在降溫作用下變成固相連接?；亓骱竼未翁幚頃r間較長，但由于可以批量處理，因此產(chǎn)量和效率通常比TCB方法高，劣勢則在于：對于超薄產(chǎn)品而言，其缺陷率開始增加，包括翹曲、非接觸性斷開、局部橋接等；以及間距越小、芯片越大，位置偏移失效可能越嚴(yán)重。而NCF、MUF則指的是底部填充工藝所用的不同方法，該工藝主要是通過填充基板與芯片間的空隙、或以凸塊連接的芯片與芯片之間的空隙，增強了接合處的可靠性。除了NCF（NonConductiveFilm，非導(dǎo)電膜）和MUF（MoldedUnderfill，模制底部填充）外，還主要包括CUF（CapillaryUnderfill，毛細(xì)底部填充）和NCP（NonConductivePaste，非導(dǎo)電漿料）。因此通過不同的鍵合和底部填充的結(jié)合，便形成了不同的方法，當(dāng)前HBM中常用的則主要為TC-NCF法和MR-MUF法，如同樣為HBM3E產(chǎn)品，SK海力士使用了AdvancedMR-MUF法，而三星則使用了TC-NCF法。MR-MUF是用特制的EMC直接完成縫隙填充和模塑過程，在較低壓力和室溫下便可完成，而TC-NCF則需要用NCF材料在高溫高壓下進(jìn)行。此外，MR-MUF可一次性將所有芯片間以及和基板間的連接完成，批量處理、吞吐量更高。HybridBonding（混合鍵合），是繼引線鍵合、倒裝鍵合、TCB鍵合、扇出式封裝后最新一代的鍵合方式。指的是同時鍵合金屬電極（如銅電極）和無機(jī)絕緣層的方法。由于銅對銅、絕緣層對絕緣層貼合鍵合，所以在晶圓間或芯片間沒有空隙，不需要用環(huán)氧樹脂進(jìn)行填充。混合鍵合的主要步驟包括等離子活性化、清洗、晶圓對準(zhǔn)、預(yù)鍵合、退火。其優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)更小的間距、更高的互連密度、更短的互連距離，而缺點在于：鍵合需要超高平整度，內(nèi)部應(yīng)力需要管控以減少翹曲度，都對后道工藝控制提出了嚴(yán)苛要求；對潔凈等級提出了遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)封測廠的要求；晶圓對晶圓（WafertoWafer）鍵合時，無法在最初階段就知道失效die，要在完成鍵合、減薄、劃片、測試后才能知道，因此良率受影響。此前混合鍵合已在一些領(lǐng)域得到應(yīng)用，比如背照式CIS中光電二極管+DRAM+邏輯電路的堆疊，3DNAND中NANDblock和外圍電路的堆疊等等。未來HBM也有望使用混合鍵合方法來完成多層芯片的堆疊鍵合。而在堆疊、鍵合工藝以及塑封工藝（MR-MUF方法中，通過使用特制環(huán)氧塑封料，鍵合和塑封是在同一個步驟完成的）完成后，HBM便基本制造完成，對其測試后良品便可以送至2.5D封裝體客戶來進(jìn)行HBM和GPU/CPU/SoC的集成封裝。以CoWoS為例，主要環(huán)節(jié)包括：Interposer（中介層）制作，核心工藝也為TSV工藝，以及RDL工藝，具體工序也主要包括沉積、光刻、電鍍、刻蝕、清洗、拋光等；芯片和中介層的連接鍵合以及中介層和基板的連接鍵合，工序主要包括倒裝鍵合、塑封等，不再重復(fù)贅述。根據(jù)3DInCities早期的測算，4層DRAM堆疊的HBM成本中，前端工藝（FEOL）、后端工藝（BEOL，金屬化等）各自占約20%，TSV創(chuàng)建（深硅刻蝕、沉積、電鍍、CMP拋光等）和TSV暴露（減薄等）分別占約18%和12%，封裝（鍵合等，以相對更貴的TCB鍵合為測算基礎(chǔ)）占約15%，凸塊和測試則分別占約3%、1%。而在4層堆疊HBM和ASIC集成的2.5D封裝成本中，則主要包括原始中介層成本、前端工藝和后端工藝（主要為中介層的RDL）、TSV創(chuàng)建和暴露、凸塊、封裝等工藝成本。2.2、海內(nèi)外HBM產(chǎn)能有序建設(shè)，驅(qū)動上游設(shè)備訂單增長在HBM制造和封測過程中，DRAM晶圓本身的制造自不必說，即使是封測環(huán)節(jié)，也較傳統(tǒng)封裝更大量用到了典型的制造工序。不管是TSV工藝、RDL工藝還是Bumping工藝，刻蝕、沉積、拋光、曝光等均占了較大比例。當(dāng)然，在HBM及后續(xù)的2.5D封測中，也會用到傳統(tǒng)封測工藝，如測試、劃片、塑封、減薄等，且部分工藝及其設(shè)備的重要性更為顯著、要求也更為嚴(yán)格。減薄機(jī)由于HBM是4層乃至12層DRAM和基礎(chǔ)logic的堆疊，單片晶圓要減薄至極薄的程度，這便對減薄工藝以及減薄設(shè)備都提出了極為嚴(yán)苛的要求。全球晶圓減薄機(jī)市場規(guī)模約6+億美元，主要由日本DISCO、東京精密等廠商主導(dǎo)，尤其是DISCO份額較高。國內(nèi)華海清科等廠商也有所突破，如華海清科布局減薄設(shè)備和減薄拋光一體設(shè)備，部分產(chǎn)品已通過客戶驗證并獲得訂單。測試設(shè)備測試主要包括CP測試和FT測試（FinalTest），主要用到探針臺、測試機(jī)、分選臺等設(shè)備。HBM的測試有著新的挑戰(zhàn)，包括：更高的密度和層數(shù)導(dǎo)致測試時間變長，更高的接口速度要求更快的測試速度以及外圍電路負(fù)載增加，以及HBM堆疊和減薄帶來的良率問題加大了對測試的要求。除了傳統(tǒng)的制造和封測工序以外，HBM的封測過程中部分工序是額外新增或者重要性更加凸顯、增量顯著的，如：電鍍設(shè)備電鍍是指在芯片制造過程中，將電鍍液中的金屬離子電鍍到晶圓表面形成金屬互連。在封裝領(lǐng)域，Bumping、TSV、RDL等工藝中均需要金屬化薄膜沉積工藝，因此常采用電鍍來進(jìn)行銅、鎳、錫、銀、金等金屬的沉積，尤其是電鍍銅應(yīng)用較多。全球半導(dǎo)體電鍍設(shè)備市場規(guī)模約8億美元，其中，前道電鍍設(shè)備主要由LamResearch一家壟斷；后道封裝領(lǐng)域有AMAT、LamResearch、Ebara、ASMP等廠商，其中ASMP的nexx系列產(chǎn)品主要為8英寸產(chǎn)品，而Ebara的產(chǎn)品在中國應(yīng)用較少。國內(nèi)盛美上海（我司科創(chuàng)板做市企業(yè)）已實現(xiàn)較好銷售。直寫光刻機(jī)在封裝領(lǐng)域，Bumping、TSV、RDL等工藝均需要用到曝光環(huán)節(jié)，除了應(yīng)用廣泛的掩膜光刻技術(shù)外，直寫光刻也逐漸應(yīng)用趨多，主要是由于先進(jìn)封裝對于對準(zhǔn)精度要求高，直寫光刻在此方面更具優(yōu)勢，且由于不需要涂光刻膠，因此翹曲情況會得到減少。2022年全球激光直寫光刻設(shè)備市場規(guī)模約8+億美元，其中PCB下游占比較高。市場主要參與者包括Orbotech（已被KLA收購）等。國內(nèi)芯碁微裝在先進(jìn)封裝領(lǐng)域已經(jīng)實現(xiàn)突破。貼片固晶機(jī)（DieAttachEquipment）對于傳統(tǒng)引線封裝而言，需要貼片和引線鍵合兩個步驟來完成芯片和基板間的電氣連接，而自倒裝封裝開始，由于無需引線，因此貼片和鍵合步驟往往合并至倒裝鍵合（Flipchipbonding）。而鍵合工藝同樣是HBM至關(guān)重要的核心工藝之一，HBM常用的鍵合方法與倒裝鍵合大體一致，主要包括TCB熱壓鍵合、MR批量回流焊等。全球貼片機(jī)市場規(guī)模約16億美元，是封裝設(shè)備中占比較大的一類設(shè)備，其中，倒裝鍵合機(jī)市場規(guī)模為數(shù)億美元。該類設(shè)備全球市場主要由Besi、ASMPT、K&S、HANMI等海外廠商主導(dǎo)?；旌湘I合隨著2.5D/3D封裝等異構(gòu)集成技術(shù)發(fā)展，晶圓鍵合（WaferBonding）成為其至關(guān)重要的技術(shù)之一，除了和倒裝鍵合一樣依然可以使用TCB等方法外，混合鍵合等方法也逐漸興起。具體來看，晶圓鍵合可分為直接鍵合（如熔融鍵合和混合鍵合）、介質(zhì)層鍵合（如TCB鍵合、焊料鍵合等）。而根據(jù)鍵合后是否解鍵合，又分為臨時鍵合和永久鍵合。據(jù)Yole統(tǒng)計，2020年全球永久鍵合設(shè)備市場規(guī)模約2.6億美元，臨時鍵合及解鍵合設(shè)備市場規(guī)模約1.06億美元，而近年異構(gòu)集成快速發(fā)展，我們判斷晶圓鍵合的需求和設(shè)備市場規(guī)模增速值得樂觀。如前文所述，混合鍵合作為一種快速發(fā)展的直接鍵合方法，通過銅對銅、絕緣層對絕緣層貼合鍵合，在晶圓間或芯片間沒有空隙，不需要用環(huán)氧樹脂進(jìn)行填充。而根據(jù)鍵合的產(chǎn)品不同，混合鍵合如同其他晶圓鍵合一樣，可分為D2D（DietoDie，裸片對裸片）鍵合、D2W（DietoWafer，裸片對晶圓）鍵合、W2W（WafertoWafer）鍵合。HBM未來有望采用混合鍵合，由于混合鍵合是直接鍵合、不用環(huán)氧塑封料填充，因此可以實現(xiàn)更薄的HBM厚度或更多層的DRAM堆疊。目前混合鍵合處于蓬勃發(fā)展的早期，設(shè)備出貨量和市場規(guī)模還相對較小，未來隨著存儲和邏輯等領(lǐng)域均有望更多采用混合鍵合，其設(shè)備市場想象空間巨大。當(dāng)前全球晶圓鍵合設(shè)備主要由EVGroup、Besi等少數(shù)海外廠商主導(dǎo)，而國內(nèi)拓荊科技（混合鍵合設(shè)備）、芯源微（臨時鍵合和解鍵合設(shè)備）、上海微電子等廠商也在有序布局和突破。2.3、HBM擴(kuò)產(chǎn)拉動上游材料需求，空間廣闊HBM的工藝流程中，晶圓制造、TSV等工藝都依然會用到光敏材料、拋光材料、濕電子化學(xué)品等材料，同時Bumping、TSV工藝以及封裝過程中也會大量用到封裝材料。2022年全球封裝材料市場規(guī)模約280億美元，其中以封裝基板規(guī)模最大，引線框架、引線/鍵合絲、塑封料等也有較大占比。其中：環(huán)氧塑封料，是用于半導(dǎo)體封裝的一種熱固性化學(xué)材料，是由環(huán)氧樹脂為基體樹脂，以高性能酚醛樹脂為固化劑，加入硅微粉等填料，以及添加多種助劑加工而成，主要功能為保護(hù)半導(dǎo)體芯片不受外界環(huán)境（水汽、溫度、污染等）的影響，并實現(xiàn)導(dǎo)熱、絕緣、耐濕、耐壓、支撐等復(fù)合功能。塑封主流方法主要為注塑成型法和壓縮成型法，前者將環(huán)氧樹脂熔化為液態(tài)，施加壓力使其流入模具并填充間隙，以形成塑封；后者在模具中會預(yù)先填充環(huán)氧樹脂模塑料粉末，基板放入模具中后，隨后施加熱量和壓力，粉末液化成型。作為模塑環(huán)節(jié)的核心材料，環(huán)氧塑封料在HBM的制造過程中的重要性較普通封裝進(jìn)一步提升，主要是因為HBM龍頭SK海力士自HBM2E開始采用MR-MUF方法。一方面，MUF（MoldedUnderfill，模塑底部填充）方法是將底填和塑封兩種工藝整合，環(huán)氧塑封料除了通常的塑封作用外，還用于填充芯片間或芯片和基板間的縫隙，充當(dāng)了底部填充膠的作用；另一方面，通常來講，TCB方法更適用于間距小、厚度薄、對準(zhǔn)精度要求高的鍵合，而MR方法在處理厚度薄、間距小的晶圓時更易產(chǎn)生翹曲、對準(zhǔn)偏移等問題，因此，SK海力士需采用改進(jìn)后的環(huán)氧塑封料，并運用新型的MR-MUF技術(shù)來突破壁壘。目前全球環(huán)氧塑封料市場主要由住友電木、日立化成等廠商主導(dǎo)，國內(nèi)以華海誠科、衡所華威等為代表的廠商在傳統(tǒng)封裝用環(huán)氧塑封料也實現(xiàn)了較好的國產(chǎn)化突破，部分應(yīng)用領(lǐng)域在國內(nèi)市場已形成主導(dǎo)地位或與海外相當(dāng)，但在QFN、BGA等先進(jìn)封裝領(lǐng)域銷售規(guī)模還相對較小，在MUF、FOWLP等領(lǐng)域尚處于布局階段。封裝基板封裝基板是用于封裝內(nèi)部芯片和外部印刷電路板之間的電氣連接的基板產(chǎn)品，能夠為芯片提供電連接、保護(hù)、支撐和散熱等作用。因此，在HBM和GPU集成的2.5D封裝過程，如CoWoS工藝中，需要采購封裝基板。根據(jù)Prismark，按照產(chǎn)品分類，封裝基板可簡單分為FCPGA/LGA/BGA、FCCSP/FCBOC、WBPBGA/CSP、SIP/Module四類。2022年封裝基板市場規(guī)模預(yù)計在164.7億美元，其中FCBGA/PGA/LGA占比最大、超過一半，且未來預(yù)計將保持最快增速。此外，SIP/Module也將保持較快復(fù)合增速。從材料來看，封裝基板所用的樹脂材料主要分為BT材料和ABF材料：BT載板具有玻纖紗層，較ABF材料的FC基板更硬，比較難布線，鉆孔難度高，無法滿足細(xì)線路的要求，主要應(yīng)用于存儲芯片、MEMS芯片、RF芯片與LED芯片，應(yīng)用終端主要為智能手機(jī)等各類移動設(shè)備。ABF樹脂可制成較細(xì)線路、適合高腳數(shù)、高傳輸?shù)腎C封裝，主要由日本味之素生產(chǎn)，基本是FCBGA的標(biāo)配材料。ABF載板主要用于CPU、GPU、FPGA、ASIC等高性能計算（HPC）芯片F(xiàn)C封裝。由于IC載板技術(shù)難度高，需要多年積累，具有先發(fā)優(yōu)勢的日本、韓國和中國臺灣廠商占據(jù)了行業(yè)的主要份額，且頭部效應(yīng)明顯。2021年，欣興集團(tuán)、揖斐電和三星電機(jī)分別占15%、14%和11%，位居前三，共占比接近40%。中國大陸的深南電路、珠海越亞、興森科技、普諾威合計占比在5%左右。同時，先進(jìn)封裝不斷發(fā)展趨勢下，許多環(huán)節(jié)和前道制造逐漸接近或相仿，HBM作為采用了2.5D/3D封裝這種代表先進(jìn)封裝最前沿技術(shù)的產(chǎn)品，自然也用到了較多先進(jìn)封裝和前道制造材料，主要包括：電鍍化學(xué)品電鍍液是電鍍工藝使用的配方型化學(xué)品，由主鹽、導(dǎo)電劑、絡(luò)合劑及各類電鍍添加劑組成，其中電鍍添加劑是影響電鍍功能的核心組分。電鍍添加劑通常在電鍍液中含量極少，但具有顯著改善電鍍液和鍍層的各種物理性能的作用，可實現(xiàn)平整鍍層表面、降低電極與溶液界面張力、提高鍍層韌性、降低鍍層內(nèi)應(yīng)力或使鍍層結(jié)晶更加細(xì)致等功能。缺少合適電鍍添加劑的電鍍液無法正常工作，不能鍍出合格的鍍層。電鍍效果由各組分的品質(zhì)、配比、化學(xué)特性，以及電鍍工藝參數(shù)（溫度、電流密度、電鍍時間等）共同決定。據(jù)TECHCET數(shù)據(jù)，2023年全球半導(dǎo)體電鍍化學(xué)品市場規(guī)模約9.9億美元，預(yù)計2024年將同比增長5.6%至10.47億美元，2027年將達(dá)到約12億美元。半導(dǎo)體電鍍液市場中，銅互連電鍍約6+億美元，鍍銀錫/錫近1億美元，先進(jìn)封裝鍍銅約3+億美元，鍍鎳也有一定市場。而根據(jù)中國電子材料行業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，2021年國內(nèi)集成電路封裝用電鍍液及配套試劑市場需求為1.5萬噸，其中先進(jìn)封裝和傳統(tǒng)封裝的需求量比例大約為1:2。格局方面，全球電鍍液主要供應(yīng)商包括美國杜邦、日本石原等，國內(nèi)上海新陽、艾森股份等廠商也實現(xiàn)了較高國產(chǎn)化率，封裝領(lǐng)域超過50%，尤其是傳統(tǒng)封裝領(lǐng)域超過75%。光刻材料在先進(jìn)封裝過程中用到的光刻材料包括封裝光刻膠和封裝PSPI光刻膠。光刻膠和PSPI均由光敏劑、高分子樹脂材料和有機(jī)溶劑構(gòu)成，且兩類材料在光照后均會改變材料的基本特性。但由于應(yīng)用的不同，在樹脂結(jié)構(gòu)等方面會存在一定的差異。光刻膠主要用于具體器件和線路的制作，制作完成后需清洗干凈；PSPI主要用于制作集成電路中的阻擋層，用于特定絕緣和保護(hù)作用，形態(tài)完成后保留在晶圓上無需去除。光刻膠方面，根據(jù)曝光光源波長，又包括紫外寬譜（一般用于分立器件）、gline、iline、KrF、ArF、EUV等。而先進(jìn)封裝領(lǐng)域一般用到g/iline光刻膠。全球光刻膠市場規(guī)模約百億美元，主要下游為半導(dǎo)體、顯示面板、PCB等。半導(dǎo)體光刻膠市場規(guī)模約26億美元，其中g(shù)/iline占比相對較小。而根據(jù)中國電子材料行業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，2022年中國封裝用g/iline光刻膠市場規(guī)模約5.5億元。市場格局方面，主要由日本TOK、日本JSR、美國杜邦、日本信越化學(xué)等主導(dǎo)，封裝領(lǐng)域也類似，由日本TOK、日本JSR、美國杜邦、德國默克等廠商主導(dǎo)。國內(nèi)廠商彤程新材（北京科華）、徐州博康、晶瑞電材等在半導(dǎo)體領(lǐng)域也已經(jīng)實現(xiàn)了一定程度的較好突破。PSPI方面，全球市場規(guī)模約3+億美元，下游包括面板、封裝等，未來隨著先進(jìn)封裝以及柔性顯示的快速發(fā)展，市場有望較快增長。全球PSPI市場主要由日本Toray主導(dǎo)，國內(nèi)強力新材、鼎龍股份等廠商在下游領(lǐng)域也實現(xiàn)了一定程度的突破。3、HBM產(chǎn)業(yè)鏈部分國產(chǎn)廠商梳理3.1、設(shè)備廠商芯碁微裝公司于2015年成立，于2021年上市，是國內(nèi)領(lǐng)先的直寫光刻設(shè)備廠商，產(chǎn)品主要用于PCB領(lǐng)域和泛半導(dǎo)體領(lǐng)域。公司在PCB領(lǐng)域，主要應(yīng)用于PCB制造過程中的線路層及阻焊層曝光環(huán)節(jié)，業(yè)務(wù)從單層板、多層板、柔性板等PCB中低階市場向類載板、IC載板等高階市場縱向拓展。在泛半導(dǎo)體領(lǐng)域，應(yīng)用場景涵蓋IC封裝、先進(jìn)封裝、FPD面板顯示、IC掩模版制版、IC制造等領(lǐng)域，產(chǎn)品布局豐富。2022年，公司向引線框架、新型顯示等領(lǐng)域進(jìn)軍，擴(kuò)寬直寫光刻新型應(yīng)用場景。在泛半導(dǎo)體領(lǐng)域：IC載板方面，公司目前已儲備3-4um解析能力，技術(shù)指標(biāo)比肩國際龍頭企業(yè)；在制版光刻機(jī)領(lǐng)域，目前主流制程在100-400nm工藝區(qū)間，公司將盡快推出量產(chǎn)90nm節(jié)點制版需求的光刻設(shè)備；在晶圓級封裝領(lǐng)域，公司的WLP系列產(chǎn)品可用于8/12inch先進(jìn)封裝領(lǐng)域。在新型顯示的Mini/MicroLED封裝環(huán)節(jié)中，公司NEX系列產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于MiniLED封裝環(huán)節(jié)中；在引線框架領(lǐng)域，公司實行大客戶戰(zhàn)略，利用在WLP等半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域內(nèi)的產(chǎn)品開發(fā)及客戶資源積累，推動蝕刻工藝對傳統(tǒng)沖壓工藝的替代。精智達(dá)公司于2011年成立，于2023年上市。公司是檢測設(shè)備與系統(tǒng)解決方案提供商，主要從事新型顯示器件檢測設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售業(yè)務(wù)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于以AMOLED為代表的新型顯示器件制造中光學(xué)特性、顯示缺陷、電學(xué)特性等功能檢測及校準(zhǔn)修復(fù)，并逐步向存儲測試設(shè)備領(lǐng)域延伸發(fā)展。公司面向半導(dǎo)體存儲器件行業(yè)布局了晶圓測試系統(tǒng)、老化修復(fù)系統(tǒng)、封裝測試系統(tǒng)等產(chǎn)品線，開展了DRAM測試機(jī)及探針卡預(yù)研，形成了MEMS探針卡連接系統(tǒng)設(shè)計、老化修復(fù)系統(tǒng)調(diào)試及應(yīng)用等階段性技術(shù)儲備，并實現(xiàn)了部分型號探針卡的批量銷售，個別型號測試設(shè)備也已經(jīng)進(jìn)入驗證階段。在AMOLED檢測設(shè)備領(lǐng)域，公司形成了Cell/Module制程的豐富產(chǎn)品線，持續(xù)聚焦客戶痛點，充分利用長期積累沉淀的核心技術(shù)及量產(chǎn)經(jīng)驗，為客戶輸出高性價比的檢測解決方案，與行業(yè)主要客戶合作關(guān)系保持穩(wěn)定。同時，公司積極布局Micro-LED、Micro-OLED等微型顯示領(lǐng)域。公司持續(xù)取得Micro-LED相關(guān)檢測設(shè)備訂單。微型顯示領(lǐng)域的有關(guān)技術(shù)開發(fā)、設(shè)備驗證等工作有序開展。賽騰股份公司成立于2001年，于2017年上市，在消費電子、半導(dǎo)體、新能源等智能組裝及檢測方面具有較強的競爭優(yōu)勢和自主創(chuàng)新能力，公司產(chǎn)品主要運用于消費電子、半導(dǎo)體、新能源等行業(yè)，適用于智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、可穿戴設(shè)備、新能源零部件、鋰電池、8寸/12寸晶圓等。公司2019年收購Optima進(jìn)入半導(dǎo)體領(lǐng)域。Optima主要產(chǎn)品覆蓋晶圓背面、邊緣、正面、Notch等檢測，客戶覆蓋全球一線晶圓廠商，已在半導(dǎo)體檢查和量測設(shè)備行業(yè)深耕多年，擁有深厚的技術(shù)積累。未來隨著半導(dǎo)體檢測、量測設(shè)備進(jìn)程不斷加速，公司未來半導(dǎo)體業(yè)務(wù)有望保持高速增長。3.2、材料廠商興森科技公司于1993年成立，于2010年上市。公司專注于印制電路板產(chǎn)業(yè)，圍繞傳統(tǒng)PCB業(yè)務(wù)（樣板快件及批量板）和半導(dǎo)體業(yè)務(wù)（IC封裝基板和半導(dǎo)體測試板）兩大主線開展，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備、服務(wù)器、工業(yè)控制及儀器儀表、醫(yī)療電子、軌道交通、計算機(jī)應(yīng)用、半導(dǎo)體等多個行業(yè)領(lǐng)域。公司是中國本土IC封裝基板行業(yè)的先行者之一，于2012年投資擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)入IC封裝基板行業(yè)，積累了三星、長電、華天、瑞芯微、紫光等國內(nèi)外頭部芯片設(shè)計、封裝公司。目前，公司擁有CSP、FC-CSP、SiP、FMC和PBGA五類產(chǎn)品，最小線寬/線距為15/15μm，下游應(yīng)用涵蓋智能手機(jī)、平板電腦、服務(wù)器等領(lǐng)域。公司現(xiàn)有CSP封裝基板產(chǎn)能3.5萬平方米/月。FCBGA項目方面，珠海FCBGA封裝基板項目擬建設(shè)產(chǎn)能200萬顆/月（約6,000平方米/月）的產(chǎn)線，已于2022年12月底建成并成功試產(chǎn)，目前良率持續(xù)提升，2023年第二季度開啟客戶認(rèn)證，等待產(chǎn)品認(rèn)證結(jié)束之后進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段；廣州FCBGA封裝基板項目擬分期建設(shè)2000萬顆/月（2萬平方米/月）的產(chǎn)線，一期廠房已于2022年9月完成廠房封頂，目前設(shè)備安裝調(diào)試已基本完成，已進(jìn)入內(nèi)部制程測試階段。華海誠科公司于2010年成立，于2023年上市，主要產(chǎn)品為環(huán)氧塑封料和電子膠黏劑，是國內(nèi)少數(shù)具備芯片級固體和液體封裝材料研發(fā)量產(chǎn)經(jīng)驗的廠商。公司是國內(nèi)環(huán)氧塑封料龍頭，公司應(yīng)用于SOT、SOP領(lǐng)域的高性能類環(huán)氧塑封料產(chǎn)品性能已達(dá)到了外資廠商相當(dāng)水平，并在長電科技、華天科技等部分主流廠商逐步實現(xiàn)了對外資廠商產(chǎn)品的替代，市場份額持續(xù)增長；應(yīng)用于QFN的產(chǎn)品700系列產(chǎn)品已通過長電科技及通富微電等知名客戶驗證，并已實現(xiàn)小批量生產(chǎn)與銷售；應(yīng)用于FC、SiP、FOWLP/FOPLP等先進(jìn)封裝領(lǐng)域的相關(guān)產(chǎn)品正逐步通過客戶的考核驗證，有望逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。在電子膠黏劑方面，公司重點發(fā)展應(yīng)用于先進(jìn)封裝的FC底填膠與液態(tài)塑封料（LMC），有望逐步實現(xiàn)放量。華海誠科已與華天科技、通富微電、長電科技、富滿微、揚杰科技、氣派科技、銀河微電等下游知名廠商建立了長期良好的合作關(guān)系，并已發(fā)展成為部分主要封裝廠商的第一大環(huán)氧塑封料內(nèi)資供應(yīng)商。未來，公司高性能塑封料份額提升、先進(jìn)封裝塑封料逐漸突破，F(xiàn)C底填膠也將成為新的增長點。雅克科技公司成立于1997年，2010年于深交所上市。從2016年以來，公司通過一系列并購，深化產(chǎn)業(yè)布局，開拓產(chǎn)品多元化，目前已經(jīng)拓展了半導(dǎo)體材料前驅(qū)體、電子特氣、硅微粉以及新型顯示材料TFT光刻膠和彩色光刻膠等業(yè)務(wù)。目前公司客戶涵蓋SK海力士、三星電子、東芝存儲器、英特爾、臺積電、長江存儲、中芯國際、合肥長鑫和上海華虹等海內(nèi)外優(yōu)質(zhì)客戶。公司前驅(qū)體產(chǎn)品類型豐富，是目前全球領(lǐng)先的前驅(qū)體廠商之一。公司收購的韓國前驅(qū)體廠商UPChemical是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體級SOD和前驅(qū)體產(chǎn)品供應(yīng)商，是全球頂級儲存芯片廠商SK海力士的核心供應(yīng)商。目前公司前驅(qū)體產(chǎn)品覆蓋硅類前驅(qū)體、High-K前驅(qū)體、金屬前驅(qū)體，在DRAM可以滿足全球最先進(jìn)存儲芯片制程1b、200X層以上NAND、邏輯芯片3納米的