搶攻 AI 記憶體戰場！HBM 關鍵技術「TCB 熱壓鍵合」是什麼？誰握有領先優勢？

在人工智慧（AI）技術快速發展的推動下，高頻寬記憶體（HBM）的需求呈現爆炸性增長。然而，在這股浪潮的背後，一種名為「TCB（Thermal Compression Bonding）熱壓鍵合」的設備，正在悄然決定 HBM 產業鏈的上限。無論是 SK 海力士，還是美光、三星，都在過去一年時間裡加大了設備方面的投入，也讓更多設備廠商有機會分食這波 AI 紅利。

什麼是 TCB？

要了解 TCB，首先需要了解目前 HBM 晶片的鍵合技術。在傳統的覆晶晶片鍵合中，晶片被「翻轉」，以便其焊料凸塊（也稱為 C4 凸塊）與半導體基板上的接合焊盤對齊。整個組件被放置在回流爐中，並根據焊料材料均勻加熱至 200ºC-250ºC 左右。焊料凸塊熔化，在接合和基板之間形成電氣互連。

隨著互連密度的增加和間距縮小到 50µm 以下，覆晶晶片工藝面臨一些挑戰。由於整個晶片封裝都放入烤箱中，晶片和基板會因熱量而以不同的速率膨脹（即不同的熱膨脹係數，CTE），從而產生變形，導致互連出現故障。然後，熔融焊料會擴散到其指定區域之外。

這種現象稱為焊料橋接，會導致相鄰焊盤之間出現不必要的電連接，並可能造成短路，從而導致晶片出現缺陷。這就是 TCB（熱壓鍵合）工藝發揮作用的地方，因為它可以解決間距縮小到某個點以下時覆晶晶片工藝出現的問題。

TCB 的優勢

TCB 的優勢在於，熱量是透過加熱工具頭局部施加到互連點上，而不是在回流焊爐（覆晶晶片）中均勻施加。這樣可以減少向基板的熱量傳遞，從而降低熱應力和 CTE 挑戰，實現更強大的互連。對晶片施加壓力以提高黏合品質並實現更好的互連。典型的工藝溫度範圍在 150ºC-300ºC 之間，壓力水平在 10-200MPa 之間。

除此之外，TCB 允許的接觸密度比覆晶晶片更高，在某些情況下每平方毫米可達到 10,000 個接觸點，但更高精度的主要缺點是吞吐量較低。雖然覆晶晶片機每小時可以達到超過 10,000 個晶片的吞吐量，但 TCB 的吞吐量則在 1,000-3,000 個晶片的範圍內。

HBM 製造中的 TCB 應用

目前，三星和美光在 HBM 製造的後端工藝環節均採用了「TC-NCF（非導電膠膜）」技術。這一工藝是在各層 DRAM 之間嵌入 NCF，並透過 TCB 工藝從上至下施加熱壓，NCF 在高温下融化，起到連接凸點並固定晶片的作用。

而 SK 海力士在前兩代 HBM 上也使用過 TC-NCF 技術，最終在 HBM2E 上切換到了 MR-MUF 技術，這一技術在每次堆疊 DRAM 時，會先透過加熱進行臨時連接，最終在堆疊完成後進行回流焊以完成鍵合，隨後填充環氧模塑料（EMC），使其均勻滲透到晶片間隙，起到支撐和防污染的作用。

就目前而言，MR-MUF 相較於 TC-NCF 具備更多優點，據 SK 海力士稱，與 NCF 相比，MR-MUF 的熱導率大約是 NCF 的兩倍，對工藝速度和產量有顯著影響。

不過無論是哪一種工藝，最終都會需要用到 TCB 鍵合機這類設備，隨著 HBM 的生產規模不斷擴大，TCB 鍵合機市場也在水漲船高。據摩根大通預測，HBM 用 TCB 鍵合機的整體市場規模將從 2024 年的 4.61 億美元增長至 2027 年的 15 億美元（約 2.16 兆韓元），增長兩倍以上。

TCB 鍵合機市場：誰是領頭羊？

目前而言，TCB 鍵合機市場目前呈「六強格局」。其中，韓國有韓美半導體、SEMES、韓華 SemiTech，日本有東麗（Toray）、新川（Shinkawa），新加坡則有 ASMPT。

在這之中，韓美半導體在 HBM TCB 鍵合機市場上擁有最高的市場佔有率。自 2017 年以來，韓美半導體一直與 SK 海力士合作開發用於 HBM 製造的 TC 鍵合機，隨著 SK 海力士事實上成為輝達 AI 晶片 HBM 的獨家供應商，韓美半導體也鞏固了其在 HBM TC 鍵合機市場的地位，其在去年的營業利潤增長了 639%，達到 2554 億韓元。

除此之外，韓美半導體已開始致力於進一步增強其全球市場主導地位，開始將供應線擴大到 SK 海力士以外的公司，據了解，韓美半導體去年就爭取到了此前主要使用日本新川的美光公司作為客戶。

而據韓國業內最新訊息，韓美半導體在今年 4 月從美光獲得了約 50 台 TCB 鍵合機的訂單。這是繼去年向美光供應數十台 TCB 鍵合機之後，今年再次獲得的大規模追加訂單。據悉，美光為避免其產能訊息外洩，將此次合同金額分拆為無需公開披露的小額訂單分別下單，且供應給美光的 TCB 鍵合機價格比 SK 海力士購買的同類設備高出 30%~40%。

價格差異源於兩家公司在技術路徑上的不同。美光採用的 TC-NCF 工藝相比 SK 海力士所採用的 MR-MUF 工藝有所不同，其設備頭部結構更複雜，因此單台設備的價格也更高。

香港證券公司里昂證券（CLSA）預測，「雖然韓美半導體 74% 的 TC 鍵合機銷售額來自 SK 海力士，但透過客戶多元化，到 2027 年，該公司將把對 SK 海力士的依賴度降低到 40%」，並補充道，「目前看來，該公司很可能將在 HBM TCB 鍵合機市場保持較高的市場占有率。」

韓國業內人士表示：「韓美半導體目前已將其 TCB 鍵合機供貨至美光等多個客戶，擁有龐大的客戶基礎，其他廠商要在短期內追趕並不容易。」摩根大通（JP Morgan）最近發布的報告也指出，未來至少三年內韓美半導體仍將主導該細分市場。