HBM— 突破 “ 内存墙 ”

CPU 与存储之间 “ 内存墙 ”：随着摩尔定律的不断迭代，CPU运行速度快速提升，CPU主频高达 5GHz，而DRAM内存性能取决于电容充放电速度以及DRAM与CPU之间的接口带宽，存储性能提升远慢于CPU，DRAM内存带宽成为制约计算机性能发展的重要瓶颈；

ØDRAM：DDR4内存主频为 2666~3200MHz，带宽为 6.4GB /s，但是在AI应用中（高性能计算/数据中心），算力芯片的数据吞吐量峰值在 TB/s级，主流的DRAM内存或显存带宽一般为几GB/s到几十GB/s量级，与算力芯片存在显著的差距，“内存墙”由此形成。以Transformer类模型为例，模型大小平均每两年翻410倍，AI硬件上的内存大小仅仅是以每年翻2倍的速率在增长；

Ø 内存墙问题不仅与内存容量大小有关，也包括内存的传输带宽；内存容量和传输的速度都大大落后于硬件的计算能力。

DRAM 概念

Ø 典型的DRAM中，每个芯片有八个DQ引脚（数据传输路径，用作处理器和存储器之间通信的数据总线，必须具备读写功能，所以具备双向特性），即数据输入/输出引脚；

Ø 组成DIMM模块单元后（双列直插式存储模块，安装在PCB板上的存储模块，包含多个存储芯片，被用作PC或者服务器中的主存储单元），共有64个DQ引脚。随着数据处理速度等方面的要求不断提高，数据传输量也不断增加，传统DRAM DQ引脚的数量已无法保证数据快速通过；

Ø 传统DRAM需要大量空间与CPU/GPU等处理器通信，同时封装的形式看需要通过引线键合或PCB进行连接，DRAM不可能对海量数据进行并行处理。

HBM 概念

Ø 随着2.5D/3D系统级封装（SiP）和硅通孔（TSV）技术日益成熟，为高带宽、大容量的存储器产品提供基础；

Ø 高带宽存储器HBM（Highband Memory）使用硅通孔TSV和微凸块技术垂直堆叠多个DRAM可以显著提升数据处理速度，性能提升的同时尺寸有所减少；

Ø 2013年开始，JEDEC制定了高带宽存储器系列标准（包括HBM,HBM2，HBM2E,HBM3），其中，HBM3相比2代标准有显著的提升，芯片单个引脚速率达到6.4Gbit/s，总带宽超过1TB/S。

HBM 技术特点— 高速/ 高带宽

Ø HBM2E和HBM3的单引脚最大输入/输出（I/O）速度分别达3.2Gbit/s和6.4Gbit/s，低于GDDR5存储器的7Gbit/s，但HBM的堆栈方式可通过更多的I/O数量使总带宽远高于GDDR5；例如HBM2带宽可以达到307 GB/s；

Ø 海力士官网数据显示：HBM3E的数据处理速度，相当于可以在 1s 内下载 230 部全高清（FHD）级电影（每部5千兆字节，5GB），优化后可用于处理人工智能领域的海量数据。

HBM 结构特点— 可扩展容量

HBM 结构特点— 可扩展容量

HBM 技术特点— 更低功耗

采用微凸块和TSV技术，存储和算力芯片信号传输路径短，单引脚I/O速率较低，使HBM具备更好的内存功耗能效特性；

Ø 以DDR3存储器单引脚I/O带宽功耗为基准，HBM2的I/O功耗比明显低于DDR3/DDR4和GDDR5，相比于GDDR5存储器，HBM2的单引脚I/O带宽功耗比数值降低 42%

HBM 性能迭代趋势

美国算力芯片禁令

Ø 由于BIS 2022年针对高算力芯片的规则3A090 管控指标较高，英伟达等厂商通过降低芯片互联速率方式对中国持续供应，同时，美国商务部认为中国企业通过海外子公司或者其他海外渠道，规避许可证相关规定获取先进计算芯片。2023年新规修改了3A090芯片及相关物项的技术指标，扩大了针对高算力芯片的许可证要求及直接产品原则的适用范围，并增加了先进计算最终用途管控。

AI 算力带动HBM 成最强 辅助

HBM 供给侧趋势

HBM 制造核心：

TSV 和封装

2.5D 封装中TSV结构图

HBM 中TSV 结构图

TSV 分类（按时间顺序）

TSV 工艺流程（通用）

TSV 工艺流程（应用于2.5D 硅中介层）

TSV 工艺流程（存储中3D 堆叠用途）

HBM 制造工艺流程

HBM 工艺流程中所需设备

HBM 堆叠 核心：MR-MUF( 向上堆叠方式）

SK海力士表示，通过先进的MR-MUF堆叠技术加强了工艺效率和产品性能的稳定性；随着对高速高容量的需求不断增加，散热问题预计将成为HBM产品持续迭代的重大技术障碍；

Ø MR-MUF：将半导体芯片堆叠后，为了保护芯片和芯片之间的电路，在其空间中注入液体形态的保护材料，并固化的封装工艺技术。与每堆叠一个芯片铺上薄膜型材料的方式对比 工艺效率高， 散热方面也更有效；

Ø 具体步骤：1）连接芯片的微凸块采用金属塑封材料；2）一次性融化所有的微凸块，连接芯片与电路；3）芯片与芯片之间或者芯片与载板之间的间隙填充，绝缘和塑封同时完成

HBM 堆叠核心：MR-MUF 与TC-NCF 对比

TC-NCF 在高温下通过间隙填充模塑渗透微凸块，同时需要外力；

MR-MUF 键合的关键技术：① 芯片翘曲控制 ；② 间隙填充 -MUF 材料 ；

芯片翘曲控制和规模量产良率有关；MUF 与芯片之间的空隙可靠性有关

MR-MUF （Mass Reflow – Molded Underfill）

MR-MUF ：芯片之间用环氧模塑料作为填充材料，导热率比 TC-NCF 中的非导电薄膜高很多，鉴于 GPU 等高功率芯片散热管理的重要性，这是重要的优势之一；

MR-MUF 使用传统的倒装芯片大规模回流焊工艺堆叠芯片（整个吞吐量高得多）批量工艺堆栈整体执行一次回流焊。

MR-MUF 挑战一：控制芯片翘曲

• 对于非常薄的芯片实现高堆叠，如果翘曲太大，就会导致结形成不精确。而 TCB 的优点便是可以更好地解决翘曲的问题，这也是 TCB 成为 HBM 封装第一种主流技术的原因；

• 英特尔在封装形式上相比 OSAT 封测厂和代工封装更广泛采用TCB ，英特尔的专利细节较少，海力士的方法是在晶圆背面沉积一层预应力薄膜来控制翘曲，此前 HBM 封装多采用 TCB 。

图：室温和高温下 芯片翘曲趋势

MR-MUF 挑战二：确保 EMC 填充没有空隙

• 底部填充的作用是为凸块提供支撑，但如果底填胶中存在空隙则会减弱支撑；同时更密集的凸块和更窄的间隙使 HBM 的底部填充胶的分布难度系数更高；

• SK 海力士优化了3 3 个方面：1 1 ）定制芯片面朝下的模塑工具；2 2 ） EMC 点胶的方式；3 3 ） EMC 不放置在两个 stack 之间，减少气流导致结构中滞留空气从而产生空隙。

图：芯片面朝下（左）/ / 晶圆级 MUF 点胶方式（右） /EMC 放置的位置（下）

不同类型底部填充工艺

晶圆级封装采用非导电膜NCF

倒装芯片封装工艺需要底部填充，保护凸块不受机械应力受损影响

①助焊剂点胶 ②倒装贴合 ③回流焊

④助焊剂清洗 ⑤底填点胶 ⑥固化

底部填充：使用环氧树脂模塑料 EMC 、胶和薄膜填充孔洞，实现接缝保护；

芯片贴合3 3 有3 3 种主要方法：1 1 ） MR ，2 2 ） TCNCP ，3 3 ） LAB

预填充过程中，芯片级封装和晶圆级封装采用的填充方法有所不同，对于芯片级封装，可以选择 NCP 或者 NCF ，对于晶圆级封装， NCF 被作为底部填充的主材。

晶圆级封装，TC-NCF

NCF是一种在芯片之间使用薄膜进行堆叠的方法，

NCF与MR-MUF相比，导热率较低；速度较慢；

SK 海力士在HBM2e中使用 TC-NCF（ThermoCompression – Non-Conductive Film）

HBM 堆叠技术发展趋势

Hybrid Bonding 混合键合

海力士正在加速开发新工艺“混合键合”，截止目前，HBM的DRAM芯片之间通过“微凸块”材料进行连接，通过混合键合，芯片可以在没有凸块的情况下连接，从而显著减小芯片的厚度；

当间距小到20um以内，热压键合过程中细微倾斜使得钎料变形挤出而发生桥连短路，难以进一步缩减互联间距；

HBM芯片标准厚度为720um，预计2026年左右量产的第六代HBM4需要纵向垂直堆叠16层DRAM芯片，当前的封装技术很难让客户满意，所以混合键合的应用被认为是必然的趋势；

2023年海力士用于第三代HBM产品（HBM2e）测试混合键合技术，规格低于HBM4产品；

同时海力士拟计划将新一代的HBM与逻辑芯片堆叠在一起，取消硅中介层。

混合键合分类（W2W 与D2W）

混合键合对比分析（W2W vs D2W） ）

混合键合成本对比

混合键合层工艺

混合键合设备

薄膜沉积设备

封装设备市场规模

固晶机市场规模

CMP （化学机械抛光）

减薄与CMP

LMC 成新一代HBM 材料

LMC 成新一代HBM

片状、GMC和LMC采用压缩法实现芯片包封。其中GMC具有操作简单、工时较短、成本较低等优势；LMC具备可中低温固化、低吸水率以及高可靠性等优点。

LMC可应用于HBM封装中。SK海力士在其HBM3产品上采用了MR-MUF（Mass Reflow-Molded Underfill）技术，大幅提高了散热性能。然而，相比固态EMC，LMC填料含量低

通富微电

公司持续开展以超大尺寸FO及2.5D技术为代表的新技术、新产品研发。根据2023年半年报，公司大尺寸FO及2.5D产品开发顺利推进，已进入产品考核阶段；3D低成本技术方案稳步推进，完成工程验证；面向8K高清显示的双面散热COF产品完成开发，进入批量量产阶段；持续推进5/4/3nm新品研发，凭借FCBGA、Chiplet等先进封装技术优势，不断强化与客户的深度合作，满足客户AI算力等方面的需求。

通过并购，公司与AMD形成了“合资+合作”的强强联合模式，建立了紧密的战略合作伙伴关系，双方在客户资源、IP 和技术组合上具有高度互补性，有利于AMD在 5G、数据中心和汽车市场上进一步迈进。公司是AMD最大的封装测试供应商，占其订单总数的80%以上。

长电科技

长电科技提供全方位的芯片成品制造一站式服务，包括集成电路的系统集成、设计仿真、技术开发、产品认证、晶圆中测、晶圆级中道封装测试、系统级封装测试、芯片成品测试，在中国、韩国及新加坡拥有两大研发中心和六大集成电路成品生产基地。

长电科技推出XDFOI多维先进封装平台。该平台是一种面向Chiplet极高密度、多扇出型封装高密度异构集成解决方案，其利用协同设计理念实现了芯片成品集成与测试一体化，涵盖2D、2.5D、3D集成技术，能够为客户提供从常规密度到极高密度，从极小尺寸到极大尺寸的一站式服务。其中XDFOI-2.5D是一种新型TSV-less超高密度晶圆级封装技术，因此，其在系统成本、封装尺寸上都具有一定优势。在设计上，该技术可实现3-4层高密度的走线，其线宽/线距最小可达2μm

拓荆科技

拓荆科技目前已形成PECVD、ALD、SACVD、HDPCVD等薄膜设备产品系列，并推出了应用于晶圆级三维集成领域的混合键合设备产品系列，产品适配28/14nm逻辑芯片、19/17nm DRAM芯片和64/128层 3DNAND制造产线，客户涵盖中芯国际、华虹集团、长江存储、长鑫存储等国内头部厂商。

华海清科

华海清科产品包括Universal系列CMP设备、Versatile系列减薄设备、HSC系列清洗设备、HSDS/HCDS系列供液系统、膜厚测量设备，以及晶圆再生、关键耗材与维保服务等技术服务，成功打造“装备+服务”的平台化战略布局。公司客户涵盖中芯国际、长江存储、华虹集团、长鑫存储等头部企业

芯源微

芯源微产品包括光刻工序涂胶显影设备和单片式湿法设备，可广泛应用于前道晶圆加工领域、后道先进封装领域以及化合物、MEMS、LED 等小尺寸芯片制造领域。

公司作为国内唯一提供量产型前道涂胶显影机的厂商，目前已完成在前道晶圆加工环节28nm及以上工艺节点的全覆盖。根据2023年半年报，公司浸没式涂胶显影机客户端导入进展良好，超高温烘烤Barc设备已实现客户重复订单；应用于其他旋涂类工艺的SOC设备实现了客户端导入。

盛美上海

盛美上海掌握了SAPS兆声波清洗技术、无应力抛光技术等多项核心技术，成功研发出单晶圆及槽式湿法清洗设备、电镀设备、无应力抛光设备、立式炉管设备和前道涂胶显影设备和等离子体增强化学气相沉积设备等多种设备，并致力于为半导体制造商提供定制化、高性能、低消耗的工艺解决方案

耐科装备

耐科装备主要产品为应用于半导体封装及塑料挤出成型领域的智能制造装备，具体为半导体封装设备及模具、塑料挤出成型模具、挤出成型装置及下游设备。境内市场销售主要是半导体封装设备及模具，后三种设备主要销往境外市场。

半导体封装设备产品主要为半导体全自动塑料封装设备、半导体全自动切筋成型设备，主要应用于半导体产品后道关键工序的塑装工艺，客户涵盖通富微电、华天科技、长电科技等头部半导体 封装 企业。

华海诚科

公司专注于半导体封装材料的研发及产业化，产品包括环氧塑封料和电子胶黏剂，掌握了高可靠性技术、翘曲度控制技术、高导热技术、高性能胶黏剂底部填充技术等一系列核心技术。

环氧塑封料：公司环氧塑封料可分为基础类、高性能类、先进封装类以及其他应用类四大系列。其中，基础类应用于TO、DIP等传统封装形式；高性能类产品应用于SOD、SOT等封装形式，具有超低应力高粘结力、高电性能、高可靠性等特点。

电子胶黏剂：公司聚焦于芯片级电子胶黏剂的技术研发，该市场基本由外资厂商垄断，公司是国内极少数同时布局FC底填胶与LMC的内资厂商

天承科技

公司专注于PCB功能性湿电子化学品，产品包括水平沉铜专用化学品、电镀专用化学品、铜面处理专用化学品、SAP孔金属化专用化学品（ABF载板除胶沉铜）等，应用于沉铜、电镀、棕化、粗化、微蚀、化学沉锡等生产环节。

水平沉铜专用化学品是公司最主要营收来源，2022年营收占比为75.48%。公司成功打造四大系列水平沉铜专用化学品，具有优异的盲孔处理能力、高可靠性等优势。

封装基板方面，根据公司2023年10月投资者调研纪要，公司表示2024年载板专用电子化学品销售额预计将有明显提升。BT载板部分仍保持稳定增长，ABF载板部分会在2024年上量。公司ABF载板的核心功能性湿电子化学品已陆续通过客户的认证。在FC-BGA领域，公司目前与各大客户的样品打样测试正有序进行，和国际巨头安美特等公司处于同一起跑线。

雅克科技

公司现有电子材料、LNG保温绝热板材和阻燃剂三大业务板块，其中电子材料业务包括前驱体材料、光刻胶及配套试剂、电子特气、球形硅微粉和LDS设备。2023年电子材料业务营收占比为66.47%。

光刻胶及配套试剂：公司积极实现面板用光刻胶全产品线覆盖，已为三星电子、LG Display、京东方、华星光电、惠科等厂商批量供应产品。OLED用低温RGB光刻胶、CNT防静电材料已正式量产；CMOS传感器用RGB光刻胶、先进封装RDL层用I-Line光刻胶等产品正按计划在客户端测试，半导体制程光刻胶及SOC材料研发工作稳步进行，并有产品进入测试导入阶段。 前驱体材料：公司产品在DRAM可以满足全球最先进存储芯片制程1b、200X层以上NAND、逻辑芯片3nm的量产供应。

新益昌

新益昌是国内领先的LED和半导体固晶机综合解决方案提供商，在电容器老化测试设备方面亦具有领先优势。

在半导体设备领域，公司主要提供固晶设备和焊线设备两大产品。公司半导体固晶设备近年来客户导入顺利，业务收入快速增长；此外，公司通过收购开玖自动化，积极进入半导体焊线设备市场，实现固晶与焊线设备的协同销售，有效扩展公司在封测流程中的产品应用和市场空间，助力公司未来多元化成长。