核心观点:
HBM 制造需增加TSV、Bumping、晶圆减薄、堆叠及后道封装等工艺。HBM 的高带宽优势主要得益于其3D堆叠封装结构和垂直TSV 互连。随着海外大厂纷纷加大对HBM 产能的投入,相关先进封装设备市场也获得了显著增量。根据SK Hynix 公布的HBM 制造工艺流程,在DRAM 晶圆前道工艺完成之后,需要经过TSV、Bumping、晶圆减薄、堆叠及后道封装等四个主要工艺环节以制造HBM 堆栈,每个环节又包含若干个具体工艺步骤。
TSV(Through-Silicon Via,硅通孔)是一种通过硅片垂直贯通的微型电通道,用于连接3D 堆叠芯片中的不同层。TSV 的具体工艺步骤包括深硅刻蚀、钝化层沉积、种子层沉积、铜电镀及CMP 等。随着HBM 对容量和带宽的需求不断提升,未来HBM 中TSV 的数量有望进一步增加。
Bumping 是指在芯片上形成微小的焊球或凸点(bumps),用于将芯片与基板或其他芯片连接,特别是在3D 堆叠芯片中,这种技术可以实现高密度、低延迟的垂直连接。HBM 中微凸点的bumping 流程一般包括光刻、UBM(Under Bump Metallization)、电镀、回流焊等。未来,凸点连接可能会被无凸点的混合键合技术取代,以提升垂直互连密度、缩小层间间距。
晶圆减薄,或称背面减薄(Backside Thinning),是HBM 制造中的关键步骤之一,其目的是将晶圆的厚度减薄,暴露出TSV 通孔。晶圆的厚度是决定HBM 堆叠层数的最重要原因。JEDEC 对HBM 堆栈的高度做出了限制。
此前,HBM4 的厚度已从720μm 放宽至775μm,但是如果要容纳12 层乃至16 层DRAM die,晶圆仍需要被减薄至更薄。此外,随着3D 封装日益普及,CIS、MEMS、功率、逻辑等应用对减薄设备的需求也愈加旺盛。
在TSV、Bumping、减薄等环节完成之后,加工好的DRAM 晶圆从载体晶圆上解键合,切割成芯片,并通过D2W(Die to Wafer)堆叠起来,经过模塑(Molding)和切割(Singulation)最终成为封装好的HBM 堆栈。
投资建议。AI HPC 推动先进制造及先进封装技术不断迭代进步。国产半导体产业链相关公司有望加速追赶海外先进公司,提升国产替代份额。建议关注华海清科、北方华创、中微公司、盛美上海、芯源微等半导体设备公司。
风险提示。行业周期波动风险;AI 行业发展不及预期;供应链风险。