HBM技术革新：混合键合技术引领产业变革

HBM（高带宽存储）技术的不断进步，使混合键合（Hybrid Bonding）技术成为焦点，尤其在HBM5 20hi世代的明确采用中，标志着这一技术对堆叠密度、性能和热管理的潜在变革。以下是关键点分析：

1. 高堆叠能力：
   混合键合无需微凸块（micro bump），减少堆叠间隙，支持更高的堆叠层数，例如20hi。
   能容纳更厚的晶粒，解决高堆叠晶片的翘曲问题。
2. 性能提升：
   提供更高的输入/输出（IO）密度，提升数据传输速度。
   改善散热性能，增强整体系统的可靠性。
3. 下一代技术基础：
   HBM5确定采用混合键合，意味着产业正在为新技术的学习曲线积累经验，为后续世代的顺利量产铺路。

1. HBM3e与HBM4（12hi）：
   继续沿用Advanced MR-MUF（模压多点封装）和TC-NCF（填充胶接）架构，这些技术已成熟且具成本效益。
2. HBM4（16hi）：
3. 虽考虑混合键合，但尚无定论，主要因该技术在成本和性能上未显现明显优势。
   微凸块架构仍可能是主流，原厂需要评估技术切换的必要性。
4. HBM5（20hi）：
   确认采用混合键合，以满足更高堆叠层数、IO密度和散热需求。

• 粒子污染控制：混合键合对制程环境的洁净度要求更高。
• 生产良率问题：采用wafer-to-wafer堆叠模式，前段晶圆良率对整体产出影响更大。

• 原厂需投入新设备，增加单位投资金额。
• 微凸块相关技术积累的优势可能被稀释。

• Wafer-to-wafer模式要求基础裸晶与记忆体裸晶尺寸匹配，而基础裸晶通常由GPU或ASIC厂商设计。
• TSMC等既提供ASIC代工又涉足HBM生产的厂商可能在混合键合时代扮演更重要角色，冲击传统HBM厂商的地位。

• 混合键合可能导致HBM厂商在基础裸晶设计与堆叠能力上被代工厂取代，重新划分价值链中各环节的利润分配。

• 混合键合技术的引入是HBM技术迈向更高性能的关键一步，但短期内技术挑战和商业模式的变化将影响其普及速度。HBM5的成功实施将成为测试混合键合商业可行性的标志，同时也可能为HBM4e和未来的HBM6铺平道路。

随着人工智能和高性能计算的快速发展，高带宽存储器（HBM）技术已成为DRAM产业的焦点。三大HBM原厂正在考虑是否在HBM4 16hi产品中采用混合键合（Hybrid Bonding）技术，并已确定将在HBM5 20hi世代中使用这项技术。
混合键合技术相较于传统的微凸块（Micro Bump）堆叠技术，具有显著优势。由于不配置凸块，混合键合能够容纳更多的堆叠层数，并允许更厚的晶粒厚度，以改善翘曲问题。这种技术使得芯片传输速度更快，散热效果也更好。对于HBM3e 12hi及HBM4 12hi世代，制造商将继续使用Advanced MR-MUF及TC-NCF堆叠架构。然而，在HBM4 16hi及HBM4e 16hi世代，混合键合与微凸块相比尚未展现出明显优势，因此尚在评估中。
采用混合键合技术的决定可能基于对新技术学习曲线的早期适应，以确保后续HBM4e和HBM5的顺利量产。三大制造商已确定将在HBM5 20hi世代使用混合键合技术，考量因素包括堆叠高度限制、IO密度和散热等要求。
然而，混合键合技术的采用也面临着挑战。制造商需要投资新设备以导入新技术，这可能会减少对微凸块的需求，并失去原有的技术优势。混合键合技术在微粒控制等方面仍存在技术问题需要克服，这将增加单位投资成本。此外，混合键合需要以晶圆对晶圆（Wafer to Wafer）模式堆叠，对前段生产良率提出了更高要求。
采用混合键合可能导致HBM的商业模式出现变化。在使用晶圆对晶圆模式堆叠时，必须确保HBM基础芯片与存储器芯片的晶粒尺寸完全一致。由于基础芯片的设计通常由GPU/ASIC制造商主导，因此，同时提供基础芯片及GPU/ASIC代工服务的台积电可能将承担基础芯片与存储器芯片堆叠的任务。这一变化可能会影响HBM制造商在基础芯片设计、堆叠以及整体HBM接单等商业环节的产业地位。
综上所述，HBM技术的革新，特别是混合键合技术的应用，预示着DRAM产业的重大变革。随着技术的不断发展和市场需求的增长，HBM技术将继续推动半导体产业的进步。