一文看懂 HBM 產業鏈

11 月 17 日週五，HBM 概念股持續活躍，華海誠科、中富電路 20CM 漲停，壹石通漲超 16%，聯瑞新材、賽騰股份等跟漲。

消息面上，AI 引爆 HBM 存儲芯片需求，英偉達新一代 AI 芯片 H200 搭載 HBM3e，存儲三大巨頭爭相推進 HBM 擴產，三星、SK 海力士計劃將 HBM 產量提高至 2.5 倍。

根據方正證券在最近的報告中的介紹，AI 算力需求增長打開 HBM 市場空間，2022 年全球 HBM 市場規模約為 36.3 億美元，預計至 2026 年市場規模將達 127.4 億美元，CAGR 達 37%。當前 HBM 市場三分天下，SK 海力士技術領先，三星、美光正加速追趕。

其中，TSV 為 HBM 核心工藝，電鍍、測試、鍵合需求也將提升。到 2026 年，先進封裝和高端互聯應用中電鍍材料市場規模預計超過 12 億美元。同時 HBM 高帶寬特徵拉動鍵合需求，推動固晶步驟和固晶機單價提升。

算力帶動 HBM 需求井噴技術迭代加速

HBM 具有高容量、高帶寬、低延時與低功耗等優點，歷經多次迭代後性能得到多維提升。

根據方正證券的介紹：

HBM（High Bandwidth Memory）即高帶寬存儲器，屬於圖形 DDR 內存的一種，通過使用先進的封裝方法（如 TSV 硅通孔技術）垂直堆疊多個 DRAM，與 GPU 通過中介層互聯封裝在一起。

HBM 的優點在於打破內存帶寬及功耗瓶頸，方正證券指出：

而基於 TSV 工藝的 DRAM 堆疊技術則顯著提升了帶寬，並降低功耗和封裝尺寸。根據 SAMSUNG，3DTSV 工藝較傳統 POP 封裝形式節省了 35% 的封裝尺寸，降低了 50% 的功耗，並且對比帶來了 8 倍的帶寬提升。

成本方面來看，HBM 由於其複雜的設計及封裝工藝導致產能較低同時成本較高，HBM 的平均售價至少是 DRAM 的三倍，此前受 ChatGPT 的拉動同時受限產能不足，HBM 的價格一路上漲，與性能最高的 DRAM 相比 HBM3 的價格上漲了五倍。

方正證券指出：

HBM 雖然價格遠高於普通 DRAM，但相對於同樣靠近處理器的 SRAM 價格更低。隨着工藝成熟度提高帶來的產能釋放，其顯著的尺寸及低能耗優勢或將成為驅動 HBM 進入高端消費領域尤其是移動領域應用的重要力量。

HBM 產品問世至今，HBM 技術已經發展至第四代，第五代 HBM3E 已在路上。隨着 AMD、英偉達等推出的 GPU 競相搭載 HBM 芯片，HBM 正成為 HPC 軍備競賽的核心。

方正證券指出，CPU 搭配 HBM 先河已開，配合 DDR 提供靈活計算方案。

CPU 處理的任務類型更多，且更具隨機性，對速率及延遲更為敏感，HBM 特性更適合搭配 GPU 進行密集數據的處理運算。考慮到 HBM 的內存帶寬大但容量相對小，而 DDR 一般容量相對大但內存帶寬小，根據不同場景將 DDR 和 HBM 搭配使用，可提供更為靈活的內存運算形式。

TSV 為核心工藝，電鍍、測試、鍵合需求將提升

展望未來，HBM 市場規模高速增長，HBM3 份額將持續大幅提升。方正證券預計：

2023 年主流 HBM 需求從 HBM2E 升級為 HBM3 甚至 HBM3E，HBM3 需求比重預估約為 39%，較 2022 年提升超 30%，並在 2024 年達到 60%，屆時份額比重也將超過 HBM2E。

根據 TrendForce，2022 年全球 HBM 容量約為 1.8 億 GB，2023 年增長約 60% 達到 2.9 億 GB，2024 年將再增長 30%。以 HBM 每 GB 售價 20 美元測算，2022 年全球 HBM 市場規模約為 36.3 億美元，預計至 2026 年市場規模將達 127.4 億美元，對應 CAGR 約 37%。

具體來看，TSV 為核心工藝，電鍍、測試、鍵合需求將提升，相關電鍍材料市場規模有望進一步增長，同時也將推高固晶步驟和固晶機單價。

1、TSV 需求將增長帶動電鍍市場增長

TSV（Through-Silicon-Via，先進封裝工藝中的重要一環）為 HBM 核心工藝，HBM 需要通過 TSV 來進行垂直方向連接，該環節成本佔比接近 30%。

進一步來看，TSV 通孔填充對性能至關重要，銅為主流填充材料。TSV 加工流程包括孔成型、沉積絕緣層、減薄、電鍍、CMP 等。其中，銅憑藉其超低電阻率和成本，被認為是最合適的填充材料。

TSV 成本結構中通孔填充佔比 25%，先進封裝驅動電鍍市場持續增長。TSV 工藝中，通孔蝕刻佔比最高，為 44%，其次為通孔填充和減薄，分別為 25% 和 24%。TECHCET 預計先進封裝和高端互聯應用中，電鍍材料全球市場規模 2022 年接近 10 億美元，到 2026 年預計超過 12 億美元。

目前，英偉達 H100GPU 訂單已排至 2024 年，CoWos 成 HBM 重要瓶頸。HBM 的高焊盤數和短跡線長度需要 2.5D 先進封裝技術，以實現密集的短連接。而全球先進的封裝廠商雖可以提供類似於 CoWos 的解決方案，但硅中介層仍需外購，這也進一步加大了 AI 芯片廠商對台積電 CoWos 的需求。

2、帶動測試、固晶設備需求增長

HBM 需要進行 KGSD（KnownGoodStackedDie）測試，拉動測試需求。傳統的 DRAM 測試流程包括晶圓級和封裝級測試，晶圓級測試由老化測試、冷/熱測試和修復組成，而 HBM 需要進行額外的預鍵合測試，以檢測電路中的缺陷。除此以外，針對 HBM 中的 TSV、散熱問題均需要進行額外的測試，而 HBM 底部的 Basedie 也需要進行邏輯芯片的測試，測試需求相較於傳統 DRAM 大幅增加。且由於 HBM 的 I/O 密度遠大於 DRAM，測試方案也需要重新開發。

隨着存儲芯片的製造節點不斷縮小，封裝尺寸和凸點間距也需要相應縮小，TCB/混合鍵合技術正在得到越來越多的青睞。混合鍵合推動鍵合步驟和設備單價增加。

SK 海力士技術領先，三星、美光加速追趕

目前 HBM 市場格局三分天下，海力士領先。根據 TrendForce，2022 年全年 SK 海力士佔據了 HBM 全球市場規模的 50%。其次是三星，佔 40%，美光佔 10%。

TrendForce 預測，今年海力士和三星的 HBM 份額佔比約為 46-49%，而美光的份額將下降至 4%-6%，並在 2024 年進一步壓縮至 3%-5%。

SK 海力士技術領先，核心在於 MR-MUF 技術。根據方正證券介紹：

MR-MUF 是海力士的高端封裝工藝，在芯片和芯片之間使用一種稱為液態環氧樹脂塑封的物質填充並粘貼。對比 NCF，MR-MUF 能有效提高導熱率，並改善工藝速度和良率。除了 MR-MUF 技術，SK 海力士還在積極佈局各種封裝技術，包括混合鍵合（HybridBonding）以及 Fan-outRDL（扇出型重新分配層）等多項技術。

方正證券預計，SK 海力士將 HBM4 的生產目標定在了 2026 年：

23 年 4 月，SK 海力士實現了全球首創的 12 層硅通孔技術垂直堆疊芯片，容量達到 24GB，比上一代 HBM3 高出 50%，SK 海力士計劃在今年年底前提供 HBM3E 樣品，並在 2024 年開始量產，公司將 HBM4 的生產目標定在了 2026 年。

三星則萬億韓元新建封裝線，預計 25 年量產 HBM4。方正證券指出：

為了應對 HBM 市場的需求，三星電子建設新的 HBM 封裝線，總投資額達到 7000-10000 億韓元，預計在新的封裝線上大規模生產 HBM，並且正在投入量產 8 層、12 層的 HBM3 產品。

三星預計將在 2023 年 Q4 開始向北美客户供應 HBM3，HBM3 銷售額在三星 DRAM 總銷售額佔比預計將從 2023 年的 6% 提升到 2024 年的 18%，並將在 2023 下半年推出具有更高性能和更大容量的 HBM3P，在 2024Q1 推出 12 層 HBM3E 的樣品，在 2025 年實現 HBM4 的量產，進一步提升 HBM 的性能和容量。

方正證券認為，三星的優勢在於作為存儲廠商和晶圓代工廠，既提供了 HBM 方案也提供了多 HBM 封裝方案，一站式的方案有助於收穫更多訂單。三星提供了 2.5D 和 3D 在內的豐富的先進封裝交鑰匙解決方案。

美光預計在 24 年量產 HBM3E，供應英偉達下一代 GPU，同時還有多代產品研發中。方正證券指出：

在 2024 年通過 HBM3E 實現追趕，預計其 HBM3E 將在 2024Q3 或者 Q4 開始為英偉達的下一代 GPU 供應。

除了即將推出的 HBM3Gen2 產品之外，美光還宣佈已經在開發 HBMNext 內存，預計在 2026 年推出，該 HBM 將為每個堆棧提供 1.5TB/s–2+TB/s 的帶寬，容量範圍為 36GB 至 64GB。

本文選取自方正證券《先進封裝專題二：HBM 需求井噴，國產供應鏈新機遇》，分析師鄭震湘（登記編號：S1220523080004）、佘凌星（登記編號：S1220523070005）