东吴证券报告指出,存储芯片正成为混合键合技术导入的前沿阵地。HBM3普遍使用热压键合,但韩系三巨头预计从HBM4开始用混合键合全面替代。混合键合HBM芯片可降低20%堆叠热阻、提高20%信号完整性、降低17%动态功耗、减少87% TSV互连面积。与此同时,长江存储自2016年起布局混合键合,2025年授权三星使用其Xtacking架构专利制造V10 NAND(420-430层),中国存储企业在混合键合领域已形成先发优势。
HBM技术演进,从热压键合到混合键合
HBM(高带宽存储器)通过多层DRAM堆叠实现高带宽,键合技术是决定堆叠层数和性能的关键。HBM3中,美光和三星均采用非导电膜热压键合,海力士则采用了MR-MUF(批量回流焊和模塑填充)技术【21†L5-L6】。
随着HBM4+对堆叠层高、接触点、散热等要求提升,韩系三巨头预计从HBM4开始用混合键合全面替代其他键合方式【21†L7-L8】。混合键合具有多接触点、高堆叠高度以及高效散热的特点【21†L8】。HBM4(2026E)将采用热压或混合键合,HBM5+将全面采用混合键合【21†L8】。
混合键合HBM芯片的优势量化明确:降低20%的堆叠热阻、提高20%的信号完整性、降低17%的动态功耗、减少87%的TSV互连面积需求【17†L12-L14】。
随着HBM4+对堆叠层高、接触点、散热等要求提升,韩系三巨头预计从HBM4开始用混合键合全面替代其他键合方式【21†L7-L8】。混合键合具有多接触点、高堆叠高度以及高效散热的特点【21†L8】。HBM4(2026E)将采用热压或混合键合,HBM5+将全面采用混合键合【21†L8】。
混合键合HBM芯片的优势量化明确:降低20%的堆叠热阻、提高20%的信号完整性、降低17%的动态功耗、减少87%的TSV互连面积需求【17†L12-L14】。
长江存储Xtacking,混合键合在3D NAND的先行者
长江存储自2016年起开始研发混合键合技术,并于2018年推出Xtacking技术,此后持续进行技术迭代与升级【21†L10-L11】。Xtacking技术的核心在于将存储单元和外围电路分别加工在两片独立的晶圆上,然后通过数百万根垂直互联通道(VIA)将二者键合(混合键合)【22†L3-L5】。
Xtacking技术优势显著:高I/O速度(达3.0Gbps)、高存储密度(优化外围电路布局)、高效生产(模块化设计使存储单元和外围电路可并行加工)【22†L8-L9】。传统3D NAND架构中,外围电路约占芯片面积20-30%,堆叠层数增加时外围电路面积占比可能超50%,Xtacking有效解决了这一问题【22†L3-L4】。
2025年,长江存储已授权三星利用其Xtacking架构专利来制造V10 NAND(420-430层NAND)【21†L11-L12】。三星选择与长江存储合作主要系无法绕开长存专利布局及长存方案更为成熟——长存Xtacking专利超1276件,其中56%涉及3D堆叠工艺【21†L14-L15】。
Xtacking技术优势显著:高I/O速度(达3.0Gbps)、高存储密度(优化外围电路布局)、高效生产(模块化设计使存储单元和外围电路可并行加工)【22†L8-L9】。传统3D NAND架构中,外围电路约占芯片面积20-30%,堆叠层数增加时外围电路面积占比可能超50%,Xtacking有效解决了这一问题【22†L3-L4】。
2025年,长江存储已授权三星利用其Xtacking架构专利来制造V10 NAND(420-430层NAND)【21†L11-L12】。三星选择与长江存储合作主要系无法绕开长存专利布局及长存方案更为成熟——长存Xtacking专利超1276件,其中56%涉及3D堆叠工艺【21†L14-L15】。
混合键合导入存储芯片的设备市场机遇
混合键合从3D NAND向HBM的全面导入,正在创造巨大的设备市场机遇。Besi预计混合键合工艺将于2025年逐步导入存储器生产【23†L6-L7】。
从设备需求看,HBM和NAND的混合键合导入将直接拉动混合键合设备需求。Besi预计2030年前混合键合设备累计需求超1400套,对应设备价值量约28亿欧元【23†L6-L9】。
从技术路线看,混合键合设备主要供应商BESI在全球市占率约67%【24†L3-L5】。国内拓荆科技D2W晶圆键合设备研发完成,适用于HBM和AI芯片【39†L7】。芯源微临时键合机已与国内多家2.5D和HBM客户达成合作【40†L7-L8】。
从设备需求看,HBM和NAND的混合键合导入将直接拉动混合键合设备需求。Besi预计2030年前混合键合设备累计需求超1400套,对应设备价值量约28亿欧元【23†L6-L9】。
从技术路线看,混合键合设备主要供应商BESI在全球市占率约67%【24†L3-L5】。国内拓荆科技D2W晶圆键合设备研发完成,适用于HBM和AI芯片【39†L7】。芯源微临时键合机已与国内多家2.5D和HBM客户达成合作【40†L7-L8】。
存储键合技术代际更替的产业意义
存储芯片是半导体行业中规模最大的细分市场之一,HBM和3D NAND的混合键合导入具有深远的产业意义。
对存储厂商而言,混合键合是突破堆叠层数瓶颈的关键。三星V10 NAND采用长存Xtacking技术后,预计可缩短上市周期18-24个月【21†L15】。对设备商而言,存储芯片的大规模导入将带来持续的设备采购需求。混合键合设备单价150-250万美元,是传统倒装设备的3-5倍,单台价值量显著提升【23†L5】。
对中国半导体产业而言,长江存储在混合键合领域的技术积累和专利布局已形成先发优势。长存Xtacking专利超1276件,其中56%涉及3D堆叠工艺【21†L14-L15】。从技术跟随者到专利授权方,中国存储企业在混合键合领域实现了重要跨越。
对存储厂商而言,混合键合是突破堆叠层数瓶颈的关键。三星V10 NAND采用长存Xtacking技术后,预计可缩短上市周期18-24个月【21†L15】。对设备商而言,存储芯片的大规模导入将带来持续的设备采购需求。混合键合设备单价150-250万美元,是传统倒装设备的3-5倍,单台价值量显著提升【23†L5】。
对中国半导体产业而言,长江存储在混合键合领域的技术积累和专利布局已形成先发优势。长存Xtacking专利超1276件,其中56%涉及3D堆叠工艺【21†L14-L15】。从技术跟随者到专利授权方,中国存储企业在混合键合领域实现了重要跨越。
| 时间/技术 | 美光 | 三星 | 海力士 |
|---|---|---|---|
| HBM3(2024) | 非导电膜热压键合 | 非导电膜热压键合 | MR-MUF |
| HBM4(2026E) | 热压或混合键合 | 热压或混合键合 | MR-MUF 2.0或混合键合 |
| HBM5+ | 混合键合 | 混合键合 | 组合键合 |
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