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半导体行业“AI的IPHONE时刻”系列17:HBM持续向高集成度、高带宽发展 混合键合有望成为下一代HBM制造关键技术

广发证券股份有限公司 2023-08-13

帝奥微 --%

核心观点:

HBM 凭借高集成度、高带宽等优势,成为AI 加速芯片的主流存储解决方案。HBM 是基于硅通孔(TSV)和微凸点(Microbump)技术将多个DRAM die 和Logic die 堆叠而成的具有三维结构的存储产品。HBM 具有高集成度、大容量、高带宽、低功耗的特点,可满足AI 加速芯片训练/推理过程中大量数据吞吐及伴随而来的存储高带宽需求,目前是主流AI 加速芯片的存储方案。HBM 持续向更多堆叠层数、更大容量、更高带宽方向发展。

混合键合可有效提高互连密度、缩减die 间距离,有望成为下一代HBM 制造的关键技术。当前HBM 制造中,实现上下层DRAM die 连接的主要方案有TC-NCF (Thermo-compression bonding with non-conductive film,非导电薄膜-热压键合)和MR-MUF (Mass Reflow Molded Underfill,批量回流焊-模塑底部填充)。TC-NCF 工艺中先使用非导电薄膜填充DRAM die 微凸点侧的微凸点间空隙,之后使用热压键合工艺连接两层die;MR-MUF工艺中先通过回流焊连接两层die,之后灌注高分子材料填充微凸点间空隙。混合键合工艺前,晶圆/芯片键合界面有金属(比如铜)和介电材料(比如SiOx、Polymer)组成,金属表面略低于介电材料;键合过程先由介电材料接触产生共价键,之后在退火中金属膨胀接触并形成密切永久键合;由于金属与金属、介电材料与介电材料分别键合,因此被称为混合键合(Hybrid Bonding)。在HBM 中使用混合键合相较于此前工艺优势在于:

一是更小的横向互连间距(pitch),根据EVG 数据,基于混合键合工艺的HBM 中,互连间距可缩小至3μm,更高的互连密度意味着芯片间可以实现更高的带宽、更大的电流;二是更小的die 间距离,根据海力士数据,基于混合键合工艺的HBM 相较于传统HBM(相同层数DRAM die 堆叠),前者高度减少可达15%以上。HBM主要供应商海力士、三星等表示混合键合有望应用于新一代HBM 产品、成为HBM 制造关键技术。

拓荆科技:布局混合键合产品,产品研发/客户导入进展顺利。拓荆科技是本土少数布局混合键合设备的半导体设备厂商,根据公司2023 年7 月投资者关系活动记录表,公司目前研制了两款混合键合设备,晶圆对晶圆键合产品(Dione 300)和芯片对晶圆键合表面预处理产品(Pollux),两款设备均已出货至客户端进行验证。

投资建议:AIGC 推动AI 服务器需求增长,建议关注:算力:海光信息、工业富联、芯原股份、龙芯中科等;连接:源杰科技、澜起科技、裕太微、聚辰股份、帝奥微等;PCB:胜宏科技、沪电股份;存储:深科技、北京君正、兆易创新、东芯股份等;电源:杰华特;制造:中芯国际、长电科技、通富微电、甬矽电子等;应用:

海康威视、大华股份、韦尔股份、思特威、格科微、恒玄科技、晶晨股份等;制造设备:拓荆科技等。

风险提示:AIGC 发展不及预期,AI 服务器出货量不及预期,国产厂商技术和产品进展不及预期。

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