01 产业链全景图
02 HBM介绍
存储芯片是半导体打造的电子记忆仓库,核心作用就是存放数据和程序。半导体存储市场的赛道上,DRAM 和 NAND Flash 是当之无愧的双巨头。前者占据约 55.9% 的市场份额,后者拿下大概 44.0% 的份额,两者联手,几乎垄断了整个存储市场。
DRAM 是存储界的一个大家族,HBM 只是这个家族里 GDDR 分支下的一员。整个家族主要分成四大类:传统型 DRAM(Legacy/SDR)、DDR、LPDDR 和 GDDR。其中 DDR 和 LPDDR 是家族里的顶梁柱,两者合计占据了 90% 左右的市场份额,是目前应用最广的成员。
HBM(高带宽存储器)是存储界的立体高速仓库,它采用 3D 堆叠工艺打造,把多块 DRAM 芯片像摞书一样垂直堆叠,再通过 2.5D/3D 先进封装技术直接与 GPU 芯片封装在一起,相当于把仓库建在工厂旁边,大幅缩短数据传输距离,最终形成大容量、高位宽的 DDR 组合阵列,实现远超传统存储的高带宽与高能效。
作为新一代 CPU/GPU 的核心内存芯片,它专门服务于超级计算机、网络交换及转发设备这类需要巨量高速数据吞吐的场景。
核心优势
HBM 技术相较于传统内存技术,凭借串行接口与优化信号传输、3D 堆叠、垂直堆叠结合 TSV 技术等手段,具备高带宽、高容量、低功耗和小尺寸四大优势。
03 上游产业链--制造
制造工艺是 HBM 产业的核心壁垒,其成熟度直接决定产品上限。
从产业链结构来看,HBM 产业的上游环节对应着建造仓库所需的基础物料与专业设备:电镀液、前驱体、IC 载板等半导体原材料;TSV 设备、检测设备等半导体设备供应商,则是提供高精度塔吊与专业质检仪器的核心角色。
03-1、关键设备及材料
HBM 的生产闭环中 TSV 工艺、镀铜、TCB 热压键合、晶圆切割、CMP 及抛光液等核心工艺与材料,相当于手表的机芯、齿轮等关键部件,目前主要由欧美、日本企业掌控;
国内企业中,华海清科在 CMP 工艺、鼎龙股份在 CMP 抛光液领域已实现突破,相当于在手表表镜打磨、专用抛光剂这类环节站稳了脚跟,但在TSV 刻蚀、TCB 热压键合等更核心的 “机芯制造” 环节及相关材料上仍有明显差距,整体国产化率仍处于较低水平。
03-2、关键参与公司--盛美上海
公司自主开发了面向 28nm 及以下先进制程的芯片前道铜互联镀铜技术 Ultra ECP map,以及三维电镀设备 Ultra ECD 3d。其多阳极局部电镀技术,能在极薄的底层金属膜上实现无空隙的铜填充,且最终铜层厚度均匀,适配各类镀铜工艺需求。
在三维堆叠电镀设备领域,公司推出的 Ultra ECP 3d 设备,专为填充 3D 硅通孔(TSV)和 2.5D 转接板设计。
TSV 就像芯片之间的垂直高速电梯,该设备基于盛美半导体电镀设备平台,能为高宽比超过 10:1 的深孔铜填充提供高性能、无孔洞的镀铜效果,保障 “电梯通道” 的顺畅连接。
03-3、关键参与公司--华海清科
公司提供一套完整的芯片制造 “工具箱”,包含打磨、减薄、清洗等设备及配套服务,在 HBM 生产中可覆盖减薄、键合等关键环节,提供一体化工艺设备支持。
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04 中游产业链--核心工艺
04-1、HBM行业规模
高性能计算(HPC)硬件市场就像一条高速扩张的超级算力赛道,机构预测 2025-2035 年将保持 13.6% 的年化增长率,最终市场规模突破 5810 亿美元。
这条赛道上,95% 的 HPC 设备都需要搭载 HBM 技术作为核心性能支撑,相当于给超级算力装上专属动力引擎,预计到 2035 年,HBM 的单位销售额将较 2024 年实现 15 倍的爆发式增长。
04-2、HBM行业格局
全球 HBM 供给市场被三星、海力士、美光三家海外巨头牢牢垄断,相当于高端存储领域的 “三分天下” 格局,2024-2025 年这一格局仍将延续,国产产品的市场份额几乎为零。
根据 Trendforce 数据,2024 年三家的 TSV 月产能分别为 12 万片、12 万片、2.5 万片,对应市场占比 45%、45%、10%;2025 年产能占比将调整为 47%、41%、12%。
04-3、TSV(硅通孔)环节
TSV 工序是 HBM 制造环节里的核心技术难关,相当于给立体堆叠的芯片打通垂直数据高速通道,涉及光刻、涂胶、刻蚀等一系列精密操作,也是整条产业链中价值量最高的环节。
其本质是一种垂直互联方案,就像在多层堆叠的芯片 “高楼” 里打通垂直电梯井,再在井内填充导电性良好的金属作为 “电梯轨道”,从而让信号在各层芯片之间直接高速传输,无需绕路。
成本拆分
假设 HBM 毛利率维持在 50% 左右,2024 年 HBM 全生产环节的市场空间达 92 亿美元。
按照 3D InCites 的数据,以 4 层 DRAM 存储芯片加 1 层逻辑芯片的堆叠方案为例,在 99.5% 的封装良率下,TSV 生产、TSV 显露、晶圆凸点、TC-NCF 法组装的成本占比分别为 18%、12%、3%、15%。
其中 TSV 相关环节(含创建与显露)的成本占比合计达到 30%,对应市场规模约 27.6 亿美元,这一环节的工艺水平直接决定了 HBM 产品的最终良率。
TSV国内供应商(设备)
TSV工艺的国产化链条已初步形成,覆盖了从刻蚀、薄膜沉积、电镀、抛光等关键设备,到电镀液、抛光液、前驱体等核心材料。
04-4、晶圆微凸点技术
晶圆微凸点是先进封装领域的微型桥梁,核心作用是承担芯片间的电信号传输与机械支撑功能,几乎所有先进封装方案都离不开这项基础技术,而凸点制备就是搭建这些 “微型桥梁” 的核心工序。
凸点制备有蒸发溅射法、电镀法、化学镀法等多种技术路线,相当于搭建桥梁的不同施工方案。HBM 选择电镀法作为专属技术路径,其 DRAM 芯片之间的互连,依靠的正是电镀工艺制成的铜柱微凸点,通过这些微小的导电 “桥墩”,实现芯片层间的稳定连接。
04-5、国内现状
国内已经掌握 HBM 生产所需的 TSV、bumping、堆叠等先进封装工艺,以武汉新芯的晶圆级三维集成技术为例,其核心原理就是在垂直方向上堆叠载片或功能晶圆,再通过 TSV、混合键合等工艺,为不同芯片层搭建起直接的电气互连通道,这项技术已经覆盖了 HBM 生产的三大核心工艺。
但国内目前缺乏 HBM 商业化量产的实战经验,像工匠掌握了所有工序却没有大规模造器的实操积累。量产良率的高低,恰恰取决于对晶圆级先进封装工艺的熟练驾驭程度,国内 HBM 产业化落地,还需要积累大量的实际生产经验。
05 下游产业链--应用场景
AI 服务器是 HBM 最大需求端,占比 70%,是 AI 大模型的 “数据高速通道”,贡献主要增量;HPC 作为传统核心场景,95% 设备依赖 HBM 支撑超算任务。自动驾驶是未来蓝海,以 75% 高增速领跑。
2024 年 HBM 市场约 170 亿美元,后续呈爆发式增长,需求核心由 AI、超算、汽车电子三大领域驱动。
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