生成式AI的快速发展推动了对高性能AI芯片的需求，进而带动了相关半导体制造设备需求增长。HBM凭借高带宽、低功耗特性成为AI芯片性能突破核心组件，引领了先进封装和3D堆叠技术发展，进而带动相关后道设备需求激增，键合设备正是这场繁荣的第一落点。
在HBM制造中，现阶段HBM3/3E（8–12层）主要依赖传统微凸块（Micro Bump）技术，采用的热压键合（TCB）设备以TC-NCF（非导电薄膜热压键合）与TC-MUF（模塑底部填充热压键合）两条路线并行发展。然而，随着堆叠层数的增加，传统TC-NCF的散热问题被逐渐放大，TC-MUF技术成为新一代HBM量产的主流技术。未来伴随着层数进一步增加以及总高受限的大前提，混合键合则被视为未来HBM进一步演进的关键。
技术迭代，HBM与键合设备需求同频共振
为解决芯片凸块间距缩小时倒装键合回流焊步骤中出现的翘曲和精度问题，当凸块间距达40pm以下时，TCB设备成为主流。据摩根大通预测，HBM TCB设备市场规模将从2024年的4.61亿美元大幅增长，到2027年有望突破15亿美元，实现超两倍的扩张。随着半导体技术向更小尺寸、更高集成度方向发展，TCB设备作为先进封装技术的核心设备，需求显著增加。
包括TCB在内，HBM相关制造设备市场需求激增，众多设备厂商已切实感受到这股热潮。
2025财年第一财季（4-6月），日本DISCO公司非合并出货金额达930亿日元，同比增长8.5%，设备出货量环比增长28%，创下历史新高。其设备为HBM制造中的核心流程TSV提供了全面的技术支持，包括晶圆切割、研磨和抛光等关键工艺；韩国韩美半导体2024年营收同比增长252%至5589亿韩元（约合人民币29.8亿元），其TCB设备主要供应SK海力士、三星和美光等，今年上半年营收达3274亿韩元，全年展望更是高达8000亿至1.1兆韩元；韩华SemiTech通过与SK合作，在技术上取得突破，订单金额达4200亿韩元。ASMPT上半年销售收入65.3亿港元，先进封装营收占比达39%，新增订单总额为71.1亿港元，同比增长12.4%。其TCB设备全球装机量超500台，用于逻辑芯片及HBM3E 12层堆叠的量产，12层堆叠HBM4也进入小批量试产，且获多家客户订单。
这些厂商的业绩长虹充分展示了HBM技术对半导体后道设备市场的冲击，推动各厂商纷纷加大投入，抢占市场蓝海。
从技术演进来看，HBM本身正经历着从低层数向高层数堆叠的快速演进，这直接驱动了键合核心工艺的升级换代。早期HBM（如4层堆叠）主要采用TC-NCF工艺。随着市场对更高容量和带宽的需求，技术逐渐演变为现在主流的8层和12层堆叠（如HBM3/3E），并开始采用TC-MUF工艺。这一工艺转变带来了良率的显著提升和成本的缩减。然而，要满足下一代AI/HPC应用对16层HBM4的要求，3D芯片堆叠技术仍是关键挑战。
在HBM总厚度限制有所放宽的前提下，TCB技术依然有能力实现16层堆叠，但“无焊剂”（fluxless）技术的应用变得至关重要。这是因为16层HBM的层间距进一步缩小，使得传统助焊剂的清洗变得极其困难，助焊剂残留成为影响良率的最主要因素。在这方面，ASMPT的TCB机台凭借在fluxless技术上的领先优势，得以在市场上处于遥遥领先的地位。
当HBM层数进一步增加到20层（如未来的HBM4E/5）时，TCB将逐渐接近其物理极限（如微凸块电阻和信号延迟问题）。这时，混合键合（Hybrid Bonding（HB））技术开始进入核心考量范围，也即40-10μm凸块间距需用TCB，而10μm以下凸块间距则需采用混合键合技术。尽管目前混合键合还面临良率和极高设备成本的挑战，尚未进入成熟应用阶段，但它已被业界广泛认为是HBM封装技术的终极解决方案。
混合键合能够实现更高的集成密度和更低的功耗，在互联密度、速度、带宽密度、能耗以及散热效率方面均优于传统TCB。例如专业测评机构对比AMD W2W混合键合芯片与采用TCB的MI300，混合键合芯片在互联密度、速度、带宽密度及能耗均优于MI300，其中互连密度较TCB技术提高了15倍，速度提升了11.9倍，带宽密度提升191倍，能耗降低20倍；而采用混合键合技术的HBM芯片相比之下堆叠热阻降低了20%，从而显著提升散热效率，信号完整性提高20%，减少信号传输过程中的损耗和干扰，动态功耗降低17%，进而提高整体能效，TSV互连面积减少87%，有效提升空间利用率。因而，混合键合技术被认为是HBM封装中改善散热的最有前景的解决方案，能够支持16层甚至20层以上的堆叠。
Yole数据显示，2024年混合键合设备市场增速达67%，其在HBM市场的渗透率将从2025年的1%跃升至2028年的36%，对应市场规模从900万美元爆发式增长至8.73亿美元，年复合增长率超150%。
可以预见，短期内，TCB，尤其是结合了fluxless和MUF工艺的先进TCB，凭借其成熟度与成本优势，将继续主导HBM3E和HBM4的量产。而长期来看（2028年以后），对于20层以上的超高层堆叠（HBM4E/5），混合键合将成为无可替代的选择，当然前提是其良率能够突破且设备成本得以下降。
群雄逐鹿，键合设备厂商拉开攻防战
目前，半导体键合设备市场正因HBM技术迭代迎来格局重塑。国际巨头凭借先发优势占据主导地位，而中国厂商在政策与需求驱动下加速突围，形成多极竞争态势。
在TCB赛道，韩国厂商在部分细分领域具备较强竞争力。HBM热压键合设备的主流工艺路径包括：SK海力士采用的MR-MUF，以及三星电子与美光（Micron）采用的TC-NCF。韩美半导体（Hanmi）的TCB机型可兼容上述两类工艺。按公司与媒体公开信息，2024年Hanmi营收约558.9亿韩元，同比增约252%；在HBM3E 12-Hi量产所用TCB设备这一细分段、以阶段性出货/装机口径统计，其份额一度超过90%。同时，韩美半导体也稳步布局新一代封装技术，包括无助焊剂黏合（fluxless bonding）和混合键合设备。
同样来自韩国的韩华SemiTech自2020年就开始布局HBM相关设备，并成功与SK海力士签下供货合同。2024年，其累计向SK交付12台TCB键合机，总金额达420亿韩元。今年5月，韩华Semitech进行业务重组成立了“先进封装设备开发中心”，计划将其开发能力扩展到HBM生产的关键设备TCB设备之外，以涵盖混合键合设备等下一代技术。
此外，三星作为HBM制造商，也在悄然调整关键设备供应链。以往三星主要从子公司SEMES与日本新川（SHINKAWA）采购TCB设备，但近年已逐步将采购重心转向SEMES，并全面替代新川产品，应用于包括HBM2E在内的多个制程，并以此保障对华为及中国GPU厂的4层HBM供货。依托三星在存储领域的强大实力，SEMES在TCB设备应用与推广方面具有独特优势。
新加坡ASMPT则以超500台TCB的全球装机量构建护城河，TCB作为当前主力，仍然是该公司先进封装业务订单和收入的最大贡献者。目前ASMPT已成功为领先的HBM客户安装了HBM3E 12层堆叠的批量TCB设备，并支持HBM4 12层堆叠的小批量生产（LVM）。其TCB解决方案对于芯片到基板（C2S）逻辑应用也至关重要，ASMPT是领先晶圆代工厂OSAT合作伙伴的独家供应商。
ASMPT在TCB技术方面持续取得进展，其FIREBIRD系列TCB设备提供独特功能，包括可无缝升级至12层及以上堆叠的无助焊剂应用，并能灵活处理不同的HBM封装工艺（NCF、MUF助焊剂/无助焊剂），已交付领先HBM客户用于量产。与领先晶圆代工厂联合开发的用于下一代主动氧化物去除 TCB AORTM 的超精细节距芯片到晶圆（C2W）逻辑应用，正从试生产阶段迈向批量生产。
在混合键合赛道，全球混合键合设备市场主要由国际龙头企业主导，其中荷兰BESI是该领域的龙头，市占率高达67%。其设备广泛应用于3D IC、MEMS和先进封装等领域，尤其在高端市场具有显著优势。为抢占先机，美国的应用材料公司今年4月份宣布收购BESI公司9%的股份，并率先将其混合键合设备导入系统级半导体市场，抢占应用先机。奥地利EVG、德国SUSS也是该领域设备主要供应商。
ASMPT同样将混合键合视为未来更高HBM堆叠的关键，在保持其在TCB市场领导地位的同时，正积极开发和商业化混合键合技术。该公司在2024年第三季度取得了重要里程碑，向一家逻辑客户交付了首台混合键合设备（LITHOBOLT™），并获得了两台用于HBM应用的下一代混合键合设备的首次订单，预计将于2025年第三季度交付。第二代混合键合设备在对准、键合精度、占地面积和每小时处理单元数（UPH）方面具有竞争力。
与此同时，韩美半导体与韩华半导体也在加速研发下一代芯片堆叠设备，这两家韩国厂商不仅在迅速推进混合键合设备研发，还在积极开发无助焊剂键合设备，以此来增强市场竞争力。7月份，LG电子下属的生产技术研究所 (PTI) 也传出已启动混合键合设备开发，目标在2028年实现大规模量产。
随着混合键合市场的初步开启，该技术有望引发半导体设备领域的一场重大洗牌。一旦成功导入，混合键合将可能成为未来20层以上HBM堆叠的主流工艺。
国内方面，键合设备出现了百花齐放的局面，多家公司走出了各具特色的道路。
华卓精科针对HBM芯片制造的关键环节，独立研发了一系列高端设备，包括混合键合设备（UP-UMA HB300）、熔融键合设备（UP-UMA FB300）、芯粒键合设备（UP-D2W-HB）、激光剥离设备（UP-LLR-300）和激光退火设备（UP-DLA-300），打破了国产HBM芯片的发展瓶颈，为我国存储产业的自主化发展提供了强大的动力。
拓荆科技是国内唯一实现混合键合设备量产（W2W）的厂商，其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（propus）均达到国际领先水平，通过头部晶圆厂验证。
艾科瑞思(ACCURACY)曾2023年发布D2W混合键合设备，成为首个被Yole报告收录的中国D2W设备供应商，后续发展不太顺利。
青禾晶元在今年3月发布全球首台独立研发C2W&W2W双模式混合键合设备SAB82CWW系列，在存储器、Micro-LED显示、CMOS图像传感器、光电集成等多个领域展现了广泛的应用前景。
普莱信智能与客户联合开发了Loong系列TCB设备，兼容晶圆级（12英寸）、板级（620×620mm）封装，支持HBM堆叠等全流程工艺。
迈为股份自主研发的全自动晶圆级混合键合设备在今年7月成功交付国内新客户。
随着国产厂商逐步突破关键技术，有望在未来几年内在TCB键合及混合键合设备市场提升市场份额。
未来展望：键合设备的下一个战场
放眼未来，键合设备的竞赛远未到终局，反而刚刚进入真正的技术深水区。
1~2年来HBM仍将以TCB设备为主要量产方式，而随着堆叠层数增加，尤其是16层以后，fluxless TCB会是破局的重要技术。而3~5年之后，当HBM堆叠层数突破至20层，业内依然在考虑优先选用TCB设备，无助焊剂则是必然的选择，其次是尝试处理超薄芯片（<30um）以及更高的贴片精度（0.8um），同时HBM制造商也会在器件结构和材料方面进一步优化创新。还有业内传闻HBM有希望继续突破目前775um总厚度的限制等，都在为TCB设备延续量产生命力铺设台阶。
对于TCB而言，其瓶颈主要在于性能和可扩展性。随着芯片互连密度持续增长，TCB的凸块尺寸和间距成为限制其进一步发展的主要因素，尤其是间距低于10μm时，TCB面临材料极限，例如易形成脆弱金属间化合物、可靠性下降等，这将倒逼成本更高的混合键合走上前台。此外，TCB在极高I/O数（上万以上）芯片上操作时间较长，也可能成为生产瓶颈。热管理与热阻困境也是一个重要挑战，随着堆叠层数增加（如HBM4 16层），TCB工艺的接合间隙高度限制和热量滞留问题加剧，难以满足高功耗堆叠芯片的热耗散需求，可能导致功耗增加和整体容量受限。
当器件达到物理极限，混合键合依然是最终的方案，只不过目前混合键合在HBM领域还不成熟，良率和成本效益还达不到量产的要求。技术方面主要面临极端精度与洁净度壁垒、翘曲与形貌控制难题等。要降低成本，需要提高设备产出/小时（提升贴片并行度或速度）、简化工艺步骤以及提高成品率。其中任何一点都有相当难度：例如提升速度可能影响精度和良率，需要在机器和流程上重大创新。目前业界在尝试通过晶圆级键合和芯粒级键合相结合，优化不同尺寸芯片的良率和成本曲线。
由此可见，TCB要继续支撑更先进封装将受限于可实现的间距和速度，而混合键合要走向大规模商用则需突破成本高和产能低的障碍。总体而言，TCB和混合键合在产能上都面临权衡：精度越高，速度往往越低，这对大规模应用提出挑战。而两者在一定时期内也将并存互补：成本敏感且Pitch≥20-30μm的场合倾向沿用TCB，极致性能要求且Pitch<10μm的先进产品才会使用混合键合。
面对未来战场，设备厂商正从多个维度进行创新。
首先，先进工艺控制是核心方向之一。例如投入开发创新的芯片键合解决方案，以精确解决工艺控制和贴装精度难题。这包括采用非接触式测量实现精确点胶、卓越的XY定位精度、键合力控制以及实时补偿功能，以便在工艺过程中及时验证和纠正问题。
其次，材料创新是另一个重要方向。行业正转向使用耐高温材料，如纳米银浆，以解决功率器件中导电连接因高温和负载变化而老化的问题。
另外，ASMPT的无助焊剂键合技术正在开发中，旨在为2.5D和3D小芯片集成以及具有精细凸块节距路线图的HBM器件实现无残留。
最后，随着AI算力需求持续释放，设备行业可能会出现技术路线变革、市场格局重塑以及新兴技术融合的情况，合作与生态系统发展至关重要。ASMPT正积极与主要客户和领先材料供应商合作，共同开发最佳封装解决方案。例如与IBM在推进Chiplet封装的TCB和混合键合方法方面的合作；与EV Group的联合开发旨在通过结合EVG的芯片制备和晶圆键合技术与ASMPT的超高精度芯片键合能力，提供C2W混合键合的最佳集成客户解决方案。
值得一提的是，奥芯明作为ASMPT集团在中国设立的本土品牌，正积极携手国内晶圆代工、封测、材料及设备生态合作伙伴，构建适配本土工艺路径的先进封装解决方案体系。在HBM关键工艺上，该公司正依托ASMPT成熟的FIREBIRD系列热压键合平台，结合本地客户在工艺开发阶段的特殊需求，优化助焊剂控制、键合力学参数与多芯片协同贴合策略。同时，奥芯明也在推动下一代混合键合技术在中国市场的量产导入条件，包括本地化设备调试团队、本地供应链整合，以及针对中试阶段的快速响应能力建设等。可以说，奥芯明不仅是设备提供者，更积极作为系统方案共建方参与国产HBM堆叠工艺路线的早期评估与验证。通过与国内领先IDM、封测厂及研究机构开展联合评估，其致力于推动从设备到材料、工艺到量产的协同，加快实现具备自主可控能力的HBM国产封装生态落地。
展望未来，随着国内HBM制造技术逐步迈入量产验证阶段，封装环节所需的键合精度、热管理能力与良率保障成为产业链能否落地的关键门槛，对键合设备提出了更极致的对位精度、压力控制与表面洁净度要求。随着AI算力需求持续呈指数级增长，设备厂商也必须在精度、成本、良率的“不可能三角”中取得平衡，才能在这场由算力驱动的“堆叠竞赛”中胜出。
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