半導體設備行業(yè)系列研究之二十七：鍵合設備推動先進封裝發(fā)展的關鍵力量

目錄索引TOC\o"1-2"\h\z\u一、合機——半體裝技進的載 6（一鍵機半體道封環(huán)的要備 6（二受于進裝鍵合迎廣發(fā)展 7二、裝術斷進對鍵工要持提高 10（一封技隨片能要不演進 10（二從線合混鍵合鍵工不發(fā)展 12三、內半體合備公梳理 32（一先優(yōu)明，外龍占高市場 32（二國替需推，國廠加追趕 43四、險示 47（一下行業(yè)發(fā)不預期風險 47（二行競爭加風險 47（三國替進不預期風險 47圖表索引圖1：統(tǒng)合式進鍵加流對比 6圖2：統(tǒng)合式進鍵示圖 7圖3：數(shù)與AI算求驅下半體求期向好 7圖4：球進裝規(guī)模增（美） 8圖5：進裝構出引了多封環(huán)節(jié) 8圖6：球裝備規(guī)模化況（萬） 9圖7：積電CoWoS-R示意圖 12圖8：積電SoIC12圖9：線合結意圖 13圖10：次線合圖（線接片） 14圖11：次線合圖（線接板） 14圖12：裝合構圖 16圖13：線合倒合信傳路對比 16圖14：Bumping藝展歷程 16圖15：UBM（點屬化）意圖 17圖16：C4和C2微制作藝程 18圖17：量流工程示圖 18圖18：流鍵出接現(xiàn)象 19圖19：壓合藝示意圖 20圖20：壓合備圖 20圖21：TCB和回焊量效對比 20圖22：TSV藝程圖 21圖23：HBM各層DRAM的TSV靠Microbump來接 21圖24：士MR-MUF鍵合藝程 22圖25：士HBM堆鍵合術進圖 22圖26：TC-NCF和MR-MUF結對比 23圖27：MR-MUF比TC-NCF技可更著低HBM行度 23圖28：合合藝示意圖 24圖29：的IMX990最早用W2W混鍵技術產(chǎn)品 25圖30：W2W混鍵與D2W合合藝程比 25圖31：Co-D2W和DP-D2W合藝程比 26圖32：合術演進 27圖33：合合以提高位積I/O27圖34：SK海士于HBM2E驗了合工藝可性 28圖35：合合以幅提單積I/O數(shù)量 28圖36：電SoIC-WoW合合工可顯提高點度 28圖37：AMD3DV-Cache技運了合合藝 28圖38：合合統(tǒng)保有預（） 29圖39：時合解步驟 30圖40：學時合驟 30圖41：用壓時+激光鍵的藝程 31圖42：BESI品陣 32圖43：BESI可及品市中據(jù)導位 33圖44：BESI五營及增（美） 34圖45：BESI五凈潤及速億元） 34圖46：BESI五毛率、利情況 35圖47：BESI入構化 35圖48：ASMPT進系列品陣 36圖49：ASMPT五收及速億元） 37圖50：ASMPT五利潤增（美） 37圖51：ASMPT年率、利情況 37圖52：EVG鍵機產(chǎn)品陣 38圖53：EVG320D2W片準與化統(tǒng) 39圖54：GEMINI?FB動混鍵系統(tǒng) 39圖55：SUSS圓合品矩陣 40圖56：K&S導封設備耗產(chǎn)矩陣 41圖57：K&S五營及增（美） 41圖58：K&S五凈潤及速億元） 41圖59：K&S五毛率、利情況 42表1：進裝發(fā)來了合驟設價量的升 8表2：裝術發(fā)段詳解 表3：裝藝發(fā)鍵合備精要逐提高 12表4：線合流質 15表5：Co-D2W（成式D2W）和DP-D2W（放置D2W）優(yōu)勢比 25表6：合合倒合參對比 30表7：BESI先封固/鍵合主產(chǎn)系和數(shù) 33表8：合合倒合參對比 34表9：ASMPT固晶/機產(chǎn)系列 36表10：K&S合產(chǎn)系列 42表11：2023年要制造備土率況 43表12：統(tǒng)裝合引線合、晶）關公布局 44表13/）..............................................................................................................................45表14：進裝合機相公布局 46一、鍵合機——半導體封裝技術進步的承載（一）鍵合機是半導體后道封裝環(huán)節(jié)的重要設備（Deode（eatac）環(huán)節(jié)中最關鍵、最核心的設備。（Leadframe）（Heatsink）（Substrate）或直接安裝到PCB板上，以此來實現(xiàn)芯片與外部之間的電連接。通常來說，芯片鍵合不僅要求封裝好的芯片產(chǎn)品能夠承受后續(xù)組裝的物理壓力，并消散芯片工作期間產(chǎn)生的熱量，還要求其必須保持恒定的導電性以及實現(xiàn)高水平的絕緣性。因此，隨著芯片尺寸變得越來越小，性能要求不斷提高，鍵合技術變得越來越重要，鍵合設備也成為了半導體后道封裝設備中的關鍵一環(huán)，也承載了鍵合技術的進步。鍵合工藝大體可分為傳統(tǒng)鍵合和先進鍵合兩種類型：傳統(tǒng)方法需要芯片鍵合機（或稱固晶機）和引線鍵合機的同時參與。傳統(tǒng)方法包括芯片貼裝(DieAttach)和引線鍵合(WireBonding)兩個環(huán)節(jié)。在芯片貼裝過程中，首pad圖1：傳統(tǒng)鍵合方式和先進鍵合加工流程對比數(shù)據(jù)來源：SK海力士官網(wǎng)，先進方法則采用IBM于60年代后期開發(fā)的倒裝芯片鍵合(FlipChipBonding)，鍵合過程通常在芯片鍵合機中直接完成。FlipChip工藝首先在芯片頂面焊盤上形成名為焊球(SolderBall)圖2：傳統(tǒng)鍵合方式和先進鍵合示意圖數(shù)據(jù)來源：SK海力士官網(wǎng)，（二）受益于先進封裝，鍵合機迎來廣闊發(fā)展大數(shù)據(jù)與AI算力需求驅動，全球半導體規(guī)模向萬億美元進發(fā)。1984PC+互聯(lián)網(wǎng)時代，再到215GSEMI2030圖3：大數(shù)據(jù)與AI算力需求驅動下，半導體需求長期向好數(shù)據(jù)來源：SEMI，BESI官網(wǎng)，摩爾定律逐步放緩，先進封裝接棒先進制程成為后摩爾時代主力軍。向發(fā)展的2.5D/3D2.5D和3D（如C2W），新JWInsights和Yole的統(tǒng)計與預測，全球先進封裝市場規(guī)模有望從2023年408億美元上升至2026年4822019-2026CAGR7.53%。圖4：全球先進封裝市規(guī)模與增速（億美） 圖5：先進封裝架構的出引入了更多的封環(huán)節(jié)全球先封裝場規(guī)模 yoy0

20192020202120222023E2024E2025E2026E

16%14%12%10%8%6%4%2%0%數(shù)據(jù)來源：JWInsights，Yole， 數(shù)據(jù)來源：BESI官網(wǎng)，AMD龍代和4和9EPYC50步。Besi8800FCQuantum90008800UltraAccurateC2WHybridBonder150-2001500-2000片，18圖例型號 1st圖例型號 1stGenEPYC 2ndGenEPYC 3rdGenEPYC 4thGenEPYC發(fā)布時間2017201920222023固晶技術倒裝倒裝混合鍵合+倒裝混合鍵合+倒裝所需步驟數(shù)49>30>50對應Besi鍵合機型號 8800FCQuantum 8800UltraAccurateC2WHybridBonder單位產(chǎn)量投資額（美元/片） 單位產(chǎn)量投資額（美元/片） 55.6 1000數(shù)據(jù)來源：AMD官網(wǎng)，Besi官網(wǎng)，從市場規(guī)模來看，鍵合機價值量占封裝設備25%左右。根據(jù)TechInsights統(tǒng)計預測，2023年全球半導體封裝設備市場規(guī)模約為43.45億美元，其中，鍵合/固晶機市場規(guī)模約為10.8525%展，鍵合機市場規(guī)模有望在2025年增長至17.48億美元，2020-2025年CAGR約為（9.8%）。圖6：全球封裝設備市場規(guī)模變化情況（百萬美元）鍵合/固機 包裝&電鍍設備 其他封設備 整體YoY0

2020 2021 2022 2023E 2024E

80%70%60%50%40%30%20%10%0%-10%-20%-30%平均售價（萬美元） 平均售價（萬美元） 50 150-200數(shù)據(jù)來源：TechInsights，BESI官網(wǎng)，二、封裝技術不斷演進，對鍵合工藝要求持續(xù)提高（一）封裝技術隨芯片性能要求不斷演進、5G4.0（階段一（20世紀年代以前）：(TO型(CDIP)DIP)(PDIP)PDIP,階段二（20世紀80年代-90年代）：從通孔插裝型封裝向表面貼裝型封裝的轉變，從平面兩邊引線型封裝向平面四邊引線型封裝發(fā)展。表面貼裝技術被稱為電子封裝領其中的（20世紀年代0.18-0.25μm（BGA）品。BGA按封裝基板不同可分為塑料焊球陣列封裝（PBGA），陶瓷焊球陣列封裝BGA又包括CSPCSPCSPCSP（20世紀末開始MCM)SiP)(3D):(MCM-C)(MCM-D)、多層印制板(MCM-L)。階段五（21世紀前十年開始）：主要是系統(tǒng)級單芯片封裝(SoC)、微電子機械系統(tǒng)封裝(MEMS)。目前,全球半導體封裝的主流正處在第三階段的成熟期與快速發(fā)展期,以CSP和階段應用開始時間封裝技術具體典型的封裝形式120世紀70階段應用開始時間封裝技術具體典型的封裝形式120世紀70年代通孔插裝技術晶體管封裝(TO)、陶瓷雙列直插封裝(CDIP)、塑料雙列直插封裝(PDIP)、單列直插式封裝(SIP)2 20世紀80年代 貼片式裝技術

塑料有引線片式載體封裝(PLCC)、塑料四邊引線扁平封裝(POFP)、小外形表面封裝(SOP)、無引線四邊扁平封裝(POFN)、小外形晶體管封裝(SOT)、雙邊扁平無引腳封裝(DFN)4 20

多芯片組裝技術（MCM）

多層陶瓷基板(MCM-C)、多層薄膜基板(MCM-D)多層印制板(MCM-L)系統(tǒng)級封裝技術（SIP）320世紀90年代BGA系統(tǒng)級封裝技術（SIP）320世紀90年代BGA技術塑料焊球陣列封裝(PBGA)、陶瓷焊球陣列封裝(CBGA)、帶散熱器焊球陣列封裝(EBGA)、倒裝芯片焊球陣列封裝(FC-BGA)晶圓級封裝技術（WLP）芯片級封裝技術（CSP）引線框架CSP封裝、柔性插入板CSP封裝、剛性插入板CSP封裝、圓片級CSP封裝芯片上制作凸點技術（Bumping）系統(tǒng)級單芯片封裝技術(SoC)微電子機械系統(tǒng)封裝(MEMS)晶圓級封裝-硅通孔技術-硅通孔(TSV)5 2110年開始倒裝焊封裝技術(FC)表面活化室溫連接技術(SAB)扇出型集成電路封裝技術(Fan-Out)數(shù)據(jù)來源：《中國半導體封裝業(yè)的發(fā)展》（畢克允等），CoWoS（ChiponWaferonSubstrate）InFO（IntegratedSoIC封（SystemonIntegratedEMIBFoveros和Co-EMIBFOPLP（Fan-OutPanelLevelPackage，2.5D3D3圖7：臺積電CoWoS-R示意圖 圖8：臺積電SoIC示意圖數(shù)據(jù)來源：臺積電官網(wǎng)， 數(shù)據(jù)來源：臺積電官網(wǎng)，（二）從引線鍵合到混合鍵合，鍵合工藝不斷發(fā)展封裝工藝的演進對鍵合工藝和設備的精確度和能量控制要求越來越高。實現(xiàn)IC工藝。從上世紀70-2000200.110pJ/bit變動至小于混合鍵合（2018）混合鍵合（2018）熱壓鍵合（2012）倒裝鍵合（1995）引線鍵合（1975）鍵合工藝結構連接方式引線錫球或銅球銅柱銅-銅連接密度5-10/mm225-400/mm2156-625/mm210k-1000k/mm2基板有機板/引線有機板/引線有機板/硅板無精確度（μm）20-1010-55-10.5-0.1單位能量（pJ/bit）100.50.1<0.05數(shù)據(jù)來源：Besi官網(wǎng)，引線鍵合（WireBonding）引線鍵合是把金屬引線連接到焊盤上的一種方法，即是把內外部的芯片連接起來的一種技術。從結構上看，金屬引線在芯片的焊盤（一次鍵合）和基板焊盤（二次鍵合）SIPDIPQFP圖9：引線鍵合的結構示意圖數(shù)據(jù)來源：SK海力士官網(wǎng)，根據(jù)《集成電路鍵合工藝研究》（葛元超），按照將金屬引線連接到焊盤的方法，引線鍵合可以分為熱壓法，超聲波法和熱超聲波法，分別對應中高、弱、高三種焊合強度。（Thermo-compression200過毛細管劈刀向焊盤施加壓力，從而將金屬引線連接到焊盤上。熱壓法是最早的鍵合技術，但目前此方式已很少使用。超聲波法(Ultrasonic法主要利用金屬絲形變的物理變化代替了加熱和加壓的化學變化過程，因此鍵合拉伸強度（連線后拽拉引線時的承受能力）相對較弱，容易出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。120-240鍵合方法。以最常使用的“熱超聲波金絲球鍵合法”為例，熱超聲波法分為引線連接芯片和引線連接基板兩個鍵合階段。一次鍵合（引線連接芯片）過程如下：金絲穿過毛細管劈（GoldBall），打（loop）。圖10：一次引線鍵合示意圖（引線連接芯片）數(shù)據(jù)來源：SK海力士官網(wǎng)，（（Tail圖11：二次引線鍵合示意圖（引線連接基板）數(shù)據(jù)來源：SK海力士官網(wǎng)，引線鍵合可按材料進行分類，常見材質包括金、銀、銅和鋁。目前來看，常用于引（如表4：引線鍵合主流材質材質 優(yōu)點 缺點 主要應用材質 優(yōu)點 缺點 主要應用高穩(wěn)定性，無需惰性氣體的保護；球焊工藝，鍵合強度較高；金線 對鍵合工藝控制要求低；抵抗封裝膠體滲入有害元素侵蝕反光率高，對熱的反射性能強；銀線可降低芯片溫度，延長壽命硬度較大，機臺參數(shù)調節(jié)變化大；

價格貴，封裝成本較高；金絲有塌絲、拖尾現(xiàn)象；導熱導電和機械性能一般對芯片、支架等表面要求高；硬度軟，機臺參數(shù)調節(jié)不大；強度低，易氧化、硫化

應用于各類半導體器件，也多用于LED封裝較廣泛用于內存封裝銅線 價格低，不限制墊片；導熱導電和延展性都較好

氧化性較強，鍵合工藝不穩(wěn)定 車載為主小電流市場；大功率分立器小電流市場；大功率分立器件導電導熱、穩(wěn)定性較一般；焊接強度較一般經(jīng)濟性好（尤其粗線徑下）；電流小時發(fā)熱小不影響器件性能鋁線數(shù)據(jù)來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，倒裝鍵合（FlipChip）倒裝鍵合是通過在芯片頂部形成的凸點來實現(xiàn)芯片與基板間的電氣和機械連接。與傳統(tǒng)引線鍵合一樣，倒片封裝技術是一種實現(xiàn)芯片與基板電氣連接的互連技術。然/輸出（I/O）CPU和高速DRAM圖12：倒裝鍵合結構示圖 圖13：引線鍵合和倒裝合信號傳輸路徑對比數(shù)據(jù)來源：SK海力士官網(wǎng)， 數(shù)據(jù)來源：SK海力士官網(wǎng)，倒裝鍵合主要工藝分為兩種類型：間接鍵合和直接鍵合。間接鍵合指鍵合過程中芯（MassReflow，MR）（Thermo（）。倒裝鍵合凸點制作工藝是關鍵。芯片凸點（Bump）是FC互連中的關鍵組成部分之一，具有在芯片與基板間形成電連接、形成芯片與基板間的結構連接以及為芯片提供散熱途徑三個主要功能。最早的凸塊是由IBM公司于1970片連接技術(Controlled-collapseChipC4Bump密度的C4Bump（Cu-pillarwithsolderCuSnAg。圖14：Bumping工藝發(fā)展歷程數(shù)據(jù)來源：SemiEngineering，陶氏化學官網(wǎng)，UBM層制作：在芯片表面金屬層上制備芯片凸點時，并不是直接在芯片表面制作的。(UnderBumpUBMCrTiNiTiWCr、WTi、TiWNiCr-Cu。阻IMCCuNiPd和PtUBMAu層。圖15：UBM（凸點下金屬化層）示意圖數(shù)據(jù)來源：《微系統(tǒng)集成用倒裝芯片工藝技術的發(fā)展及趨勢》（趙雪薇等），C4BumpFCC4IBM（B（BMCu作為潤濕層，然后電鍍焊料形成bump柱體；（4）C4C2BumpC4Bump(800)C2BumpC4C4bumpC2Cu圖16：C4和C2微凸點制作工藝流程數(shù)據(jù)來源：《StatusandOutlooksofFlipChipTechnology》（JohnH.Lau），批量回流焊工藝批量回流焊主要用于C4Bump的鍵合加工。批量回流焊用于倒裝芯片組裝已有近50C4Bump（1）（2）Bump將C4BumpBump圖17：批量回流焊工藝流程示意圖數(shù)據(jù)來源：《FundamentalsofThermalCompressionBondingTechnologyandProcessMaterialsfor2.5/3DPackages》（SangilLee），批量回流焊優(yōu)缺點明顯。根據(jù)合明科技，通常單個芯片回流焊的時間在5-10分鐘，雖然時間很長，但因一個回流焊爐同時可以容納非常大量的加工產(chǎn)品，所以批量處理下整體的吞吐量非常高，通?？梢赃_到每小時幾千顆芯片的產(chǎn)量。同時，由于，C4在芯片與基板之間的距離在芯片面下的變化非常大。過大的曲翹導致NCO（noncontactedopening虛焊SBB（solderballbridging）圖18：回流焊鍵合出現(xiàn)橋接現(xiàn)象數(shù)據(jù)來源：《焊料凸點回流時的橋接現(xiàn)象研究》（劉豫東等），熱壓鍵合工藝（TCB）在高密度和超細間距倒裝芯片組裝中運用熱壓鍵合C2的方式主要有低鍵合力和高C2:將FC（3）高壓應力C2TCB則必須結合或非導電膜andOutlooksofFlipChipTechnology》（JohnHLau），NCP填充技術在鍵合前就在基板上預涂低粘度的NCP，具有出色的助熔性，有助于形成完整性出色的焊點；NCF則更適合厚度更低的晶圓級封裝，直接在晶圓上覆蓋一層非導電膜，切片過后直接將帶有非導電膜的芯片與基板鍵合。因為非導電膠膜采用超細填膠配方，不僅適用于極細的毛細空間，而且還具有更好的流動性，有利于填角控制，從而實現(xiàn)緊密的芯片貼裝。圖19：熱壓鍵合工藝流程示意圖數(shù)據(jù)來源：《StatusandOutlooksofFlipChipTechnology》（JohnH.Lau），相比批量回流焊，TCB的優(yōu)點在于對芯片和基板可以實現(xiàn)更好的控制，缺點在于產(chǎn)量效率不高。根據(jù)《FundamentalsofThermalCompressionBondingTechnologyandProcessMaterialsfor2.5/3DPackages（SangilLee），TCB板和芯片都有各自的加熱裝置，基板和芯片同樣被真空束縛在非常平整的BondHead上，從而最大限度地減少硅芯片和基板的翹曲。同時，TCB工序少于回流焊。但與回流焊相比，C20.5s內完7200TCB（ASMTCB過程為5720（5μm）。圖20：熱壓鍵合設備示圖 圖21：TCB和回流焊量效率對比數(shù)據(jù)來源：《FundamentalsofThermalCompressionBondingTechnologyandProcessMaterialsfor2.5/3DPackages》（SangilLee），

數(shù)據(jù)來源：《FundamentalsofThermalCompressionBondingTechnologyandProcessMaterialsfor2.5/3DPackages》（SangilLee），TSV3DTSV（V，TSV圖22：TSV工藝流程圖數(shù)據(jù)來源：SemiAnalysis，圖23：HBM中各層DRAM的TSV依靠Microbump來連接數(shù)據(jù)來源：《StatusandOutlooksofFlipChipTechnology》（JohnH.Lau），鍵合是目前主流的在HBM2EDRAM的垂直鍵合，但由于TCB工藝需要對每一層DRAMHBM2EMR-MUF技術。MR-MUFMR-MUF圖24：海力士MR-MUF鍵合工藝流程數(shù)據(jù)來源：SK海力士官網(wǎng)，圖25：海力士HBM堆疊鍵合技術演進圖數(shù)據(jù)來源：SK海力士官網(wǎng)，MR-MUF位的空隙填充。充材質在毛細空間的流動性問題，容易在填充時產(chǎn)生空洞影響可靠性。而海力士的MR-MUF工藝利用環(huán)氧樹脂模塑料（EMC）作為填充劑，本身具備可中低溫固化、EMC圖26：TC-NCF和MR-MUF結構對比數(shù)據(jù)來源：SK海力士官網(wǎng)，MR-MUF相比TC-NCF能有效提升堆疊鍵合的良率和效率，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）MR-MUF無需借助高溫和外力完成凸點進入非導電薄膜，而該過程可能導致芯片翹曲；（2）MR-MUF圖27：MR-MUF比TC-NCF技術可以更顯著降低HBM運行溫度數(shù)據(jù)來源：SemiAnalysis，混合鍵合（HybridBonding）隨著摩爾定律逐漸進入其發(fā)展軌跡的后半段，芯片產(chǎn)業(yè)越來越依賴先進的封裝技術來推動性能的飛躍2.5D和3D倒裝芯片鍵合等，正逐步顯露其局限。盡管TSV通過熱壓鍵合等技術目前可以實現(xiàn)高效的芯片堆疊互聯(lián)，但由于每一層互連都要經(jīng)歷再布線，工藝復雜，界面數(shù)量過多，分層失效發(fā)生的可能性較大，失效的概率會隨著堆疊層數(shù)的增加而成倍增長，在可靠性上限制了3D堆疊的層數(shù)。在這種背景下，混合鍵合技術以其革命性的互聯(lián)潛力，正成為行業(yè)的新寵。（Hybrid混（1）（（升高溫圖28：混合鍵合工藝流程示意圖數(shù)據(jù)來源：BESI官網(wǎng)，toCISNANDCMOS2016CMOS圖像傳感器的下部電路芯片和上部像圖29：索尼的IMX990是最早使用W2W混合鍵合技術的產(chǎn)品數(shù)據(jù)來源：TechInsights，toD2WCMPW2W(HBM)圖30：W2W混合鍵合與D2W混合鍵合工藝流程對比數(shù)據(jù)來源：AMAT官網(wǎng)，Do2（集成式2和P2（直接放置DP-D2WCo-D2WDRAMCo-D2W（集成式D2W） DP-D2W（直接放置D2W）表5Co-D2W（集成式D2W） DP-D2W（直接放置D2W）技術介紹 通過重組載體進行芯片的集中轉移 使用倒裝鍵合機直接對活化的芯片進行鍵合D2W+W2W兩次對準過程有差累劣勢 增加了載體準備、使用、清洗的成本目前進展 經(jīng)過多年小批量生產(chǎn)驗證 量產(chǎn)可行性驗證中Die厚度需要在很窄的范圍內目前進展 經(jīng)過多年小批量生產(chǎn)驗證 量產(chǎn)可行性驗證中

需要接觸鍵合表面Die處理過程難度較大，特別是DRAM多層堆疊鍵合過程中的雜質控制有難度通用型方法通用型方法Die厚度不會改變技術成熟W2W氧化過程可控可以直接在載體上對芯片返修優(yōu)勢數(shù)據(jù)來源：EVG官網(wǎng)，集成式Co-D2WDieW2WDieCo-D2WDP-D2W（直接放置D2W）：用于異構集成的另一種混合D2W鍵合方法是DP-D2WDP-D2W鍵合工藝的制造流程包括三個主要部分：載體填充（DieDieDP-D2WCo-D2W圖31：Co-D2W和DP-D2W鍵合工藝流程對比數(shù)據(jù)來源：EVG官網(wǎng)，混合鍵合的主要優(yōu)勢源自銅-銅鍵合的制程簡潔性。相比倒裝等依賴焊料的技術，混2圖32：鍵合技術的演進 圖33：混合鍵合可以大提高單位面積數(shù)量 數(shù)據(jù)來源：《先進封裝技術的發(fā)展與機遇》（曹立強等），

數(shù)據(jù)來源：英特爾官網(wǎng)，BESI官網(wǎng)，HBM凸點連接TSVBussinessKoreaHBM龍頭公司SK海力士在202312月IEDM2023HBMHBMHBM4HBM芯720μm，而第代HBM（HBM202616HBM的密圖34：SK海力士已于HBM2E上驗證了混合鍵合工藝的可靠性

圖35：混合鍵合可以在大幅提高單位面積I/O數(shù)量 數(shù)據(jù)來源：BussinessKorea， 數(shù)據(jù)來源：Xperi官網(wǎng)，BESI官網(wǎng)，臺積電已經(jīng)實現(xiàn)混合鍵合商業(yè)化，現(xiàn)已應用于AMD的3DV-Cache技術。臺積電TSMC發(fā)布名為SoIC的三維集成工藝，是業(yè)界第一款邏輯-邏輯、存儲器-邏輯的3D集成工藝。SoIC技術能夠將不同工藝節(jié)點、材料、功能和尺寸的芯片進行堆疊，設SoIC進行層間縫隙填充。根據(jù)《HybridBondingMovesIntoTheFastLane》（LauraPeters），μ-bump的3DICSoIC鍵合RCIRSoIC-WoW3DV-CacheAMD7000X3DHPCMicroBump3D15倍，互3圖36：臺積電SoIC-WoW混合鍵合工藝可以顯著提高凸點密度

圖37：AMD3DV-Cache技術運用了混合鍵合工藝 數(shù)據(jù)來源：《HybridBondingMovesIntoTheFastLane》（LauraPeters），

數(shù)據(jù)來源：AMD官網(wǎng)，混合鍵合將逐步滲透邏輯、存儲、移動端應用處理器（SoC）場景，有望迎來爆發(fā)性的增量空間。根據(jù)Besi，混合鍵合技術在邏輯芯片領域已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)，將在24年迎來新一輪的需求高峰；隨著越來越多的存儲廠商參與HBM項目，轉向使用混合鍵合技術以及消費應用端對于高帶寬的需求不斷加強，中性預測下混合鍵合系統(tǒng)保有量有望在2030年達到1400臺。圖38：混合鍵合系統(tǒng)未來保有量預測（臺）混合鍵合系統(tǒng)未來保有量預測（臺）數(shù)據(jù)來源：Besi官網(wǎng)，（3）臨時鍵合/解鍵合臨時鍵合TSV3D集成制造需求，往往需要將晶圓厚度減薄到100μm臨時鍵合一般有臨時熱壓鍵合和UV固化兩種方式。臨時鍵合首先要將臨時鍵合膠通過旋涂或噴涂方式在器件晶圓和載片表面均勻涂布，隨后依靠熱壓臨時鍵合或UV固一起。圖39：臨時鍵合和解鍵步驟 圖40：光學臨時鍵合步驟數(shù)據(jù)來源：《臨時鍵合和解鍵合工藝技術研究》（胡曉霞等），

數(shù)據(jù)來源：《臨時鍵合和解鍵合工藝技術研究》（胡曉霞等），根據(jù)解鍵合方式的不同，解鍵合主要分為機械剝離、濕化學浸泡、熱滑移和激光解鍵合4種方法。機械解鍵合法是通過拉力作用分離載片和器件晶圓，碎片率較高；熱解鍵合溫度 耐受溫度 優(yōu)點 缺點表6：混合鍵合與倒裝鍵合參數(shù)對比解鍵合溫度 耐受溫度 優(yōu)點 缺點機械剝離法 室溫

在室溫下鍵合成本較低

破片率較高產(chǎn)能低數(shù)據(jù)來源：《臨時鍵合技術在晶圓級封裝領域的研究進展》（王方成等），激光解鍵合主要是利用激光穿過透明載板，光子能量沉積在光敏響應材料層，進而誘發(fā)材料的快速分解、汽化甚至等離子化而失去粘性。同時，快速釋放的分解氣體（圖41：運用熱壓臨時鍵合+激光解鍵合的工藝流程數(shù)據(jù)來源：《臨時鍵合技術在晶圓級封裝領域的研究進展》（王方成等），激光解鍵合為高端超薄芯片制造過程中的易破損和吞吐量低等困境提供了可行的解三、國內外半導體鍵合設備公司梳理（一）先發(fā)優(yōu)勢明顯，海外龍頭占據(jù)高端市場BESI鍵合機龍頭BESI于1995Fab廠商、封測代工廠以及電子行業(yè)公司。公司主要產(chǎn)品矩陣包括半導體固晶//2022年收入的79%圖42：BESI產(chǎn)品矩陣數(shù)據(jù)來源：BESI官網(wǎng)，公司在固晶/鍵合機領域主要圍繞先進封裝設備進行布局。先進封裝固晶/鍵合機方面，BESI可以提供多模塊固晶機、倒裝鍵合機、混合鍵合機在內的多種晶圓鍵合設備。多模塊固晶機主要用于功率模組、攝像頭模組等不同模塊的互連，Datacon2200系37000UPHDatacon8800FCQuantumUPHDatacon8800TCTSV前可以做到2微米的精確度和1000UPH的產(chǎn)能效率；混合鍵合機8800UltraAccurateChiptoWaferHybridBonder0.2微米1500UPH多模塊固晶機 倒裝鍵合機 熱壓鍵合機 混合鍵合機表7：BESI先進封裝固晶/鍵合機主要產(chǎn)品系列和參數(shù)多模塊固晶機 倒裝鍵合機 熱壓鍵合機 混合鍵合機Datacon8800FC 8800UltraAccurateDatacon8800FC 8800UltraAccurateChip系列名稱 Datacon2200 Datacon8800TCQuantumtoWaferHybridBonder多模塊連接（功率模組、攝主要應用 回流焊倒裝鍵合產(chǎn)品像頭模組等）TSV等熱壓鍵合需求產(chǎn)品混合鍵合產(chǎn)品精確度±3μm ±5μm±2μm±0.2μm產(chǎn)能效率 7000（芯片貼裝）1000010001500（μm）（UPH） 2500（倒裝鍵合）數(shù)據(jù)來源：BESI官網(wǎng)，3/4的高端固晶根據(jù)BESITechInsightsBESI（20占有率在32%左右。其中，固晶/鍵合機市場達到13億美元，公司市占率約為（774%圖43：BESI在可觸及產(chǎn)品市場中占據(jù)主導地位數(shù)據(jù)來源：TechInsights，Besi官網(wǎng)，自2020年10(CoE)力，BESI8800UltraAccurateChiptoWaferHybridBonder進BESI8800UltraAccurateC2W1500UPH表8：混合鍵合與倒裝鍵合參數(shù)對比

8800UltraAccurate

8800UltraAccurate所用工藝 回流焊倒裝鍵合混合鍵合所用工藝 回流焊倒裝鍵合混合鍵合混合鍵合單臺價值量≈50（萬美元）150~250150~250加工精確度30.20.122產(chǎn)量效率900015002000（±μm）

8800FCQuantum

ChiptoWaferHybridBonder

ChiptoWaferHybridBonder（改良版）（UPH）數(shù)據(jù)來源：DISCO技術交流會2022，受下游資本開支周期影響，營收規(guī)模波動上升。公司2019-2023年營收和凈利潤CAGR分別約為12.89%和21.51%，整體呈現(xiàn)上漲態(tài)勢。2023年公司實現(xiàn)營業(yè)收入6.351.94圖44：BESI近五年營及增速（億美元） 圖45：BESI近五年凈潤及增速（億美元）營業(yè)收（億元） 營收98765432102019 2020 2021 2022 2023

80%60%40%20%0%-20%-40%

3210

凈利潤（億美元） 凈利潤2019 2020 2021 2022 2023

140%120%100%80%60%40%20%0%-20%-40%-60%數(shù)據(jù)來源：Bloomberg， 數(shù)據(jù)來源：Bloomberg，BESI202344.81%和提高，公司有望持續(xù)受益。圖46：BESI近五年毛利率、凈利率情況毛利率 凈利率50%45%40%35%30%25%20%15%10%5%0%2019 2020 2021 2022 2023Q1-3數(shù)據(jù)來源：Bloomberg，公司的收入結構基本保持穩(wěn)定。17.35%和5.85%，整體來看公司產(chǎn)品結構相對穩(wěn)定。圖47：BESI收入結構變化固晶/鍵機 塑封機 電鍍機100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023數(shù)據(jù)來源：Bloomberg，ASMPTASMPT（ASMPacificTechnology）成立于1975年，成立初期是作為荷蘭ASM1981FICOASMPTLED在半導體先進封裝領域，公司具備有完善的設備產(chǎn)品線供應。公司針對半導體業(yè)務圖48：ASMPT先進封裝系列產(chǎn)品矩陣數(shù)據(jù)來源：ASMPT官網(wǎng)，AEROHERCULESAD8312FCNUCLEUSFIREBIRDTCB芯片2.5D及3D250LITHOBOLTD2W引線鍵合機 倒裝鍵合機 熱壓鍵合機 混合鍵合機表9：ASMPT固晶/鍵合機產(chǎn)品系列引線鍵合機 倒裝鍵合機 熱壓鍵合機 混合鍵合機圖例LITHOBOLTFIREBIRDLITHOBOLTFIREBIRDSeriesNUCLEUSAD8312FCHERCULESAERO產(chǎn)品系列特點統(tǒng)UPH提升30%

鋁線鍵合機，適用于大規(guī)模生產(chǎn)

支持SOIC,QFN,BGA等低引腳數(shù)封裝

Fan-outSoIC封裝

主要用于異構集成的芯片2D、2.5D及3D封裝

超高精度混合鍵合，可支持D2W鍵合數(shù)據(jù)來源：ASMPT官網(wǎng)，公司收入水平受行業(yè)影響波動較大。公司2019-2023年營收和凈利潤CAGR分別約為-1.78%和3.60%，整體業(yè)績趨于平緩，上下波動幅度較大。2023年，公司營收達到19.02億美元，同比下滑23.64%；實現(xiàn)凈利潤0.91億美元，同比下滑72.70%，主要原因由于全球半導體行業(yè)周期下行導致。圖49：ASMPT近五年收及增速（億美元） 圖50：ASMPT近五年利潤及增速（億美）營業(yè)收（億元） 營收3025201510502019 2020 2021 2022 2023

60%50%40%30%20%10%0%-10%-20%-30%

4.54.03.53.02.52.01.51.00.50.0

凈利潤（億美元） 凈利潤2019 2020 2021 2022 2023

200%150%100%50%0%-50%-100%數(shù)據(jù)來源：Bloomberg， 數(shù)據(jù)來源：Bloomberg，2339，20202021開支剛性較強影響，公司2023年凈利潤率下滑明顯，約為4.78%。圖51：ASMPT近年毛利率、凈利率情況毛利率 凈利率45%40%35%30%25%20%15%10%5%0%2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023數(shù)據(jù)來源：Bloomberg，公司提供的TCBASMPT2013TC-CUFTC-CUF圓）C2WFIREBIRDTCB0.8μm250TCBTCBASMPacificTechnology和EVG聯(lián)手打造D2W混合鍵合技術。2021年1月，ASMPT和EV集團(EVG)宣布簽署聯(lián)合開發(fā)協(xié)議（JDA），共同開發(fā)用于3D-IC異構EVG密芯片到晶圓混合鍵合解決方案LithoBolt與前道制程工具設計相同，為Chiplet集成而設計，具備D2W混合鍵合的靈活工藝能力，設備可以達到200nm的加工精確度。EVGroupEVG（EVGroup）1980MEMSEVG也是目前先進封裝領域納米技術晶圓級鍵合及光刻技術領域公認的技術引領者，供(NIL)鍵合機方面，EVG可以提供滿足科研和批量生產(chǎn)的解決方案。EVG公司提供的鍵合機品種多樣，包括適合陽極鍵合、共晶鍵合、金屬擴散鍵合、直接鍵合、聚合物鍵合、熔融與混合鍵合和瞬時液相鍵合的小批量、半自動晶圓鍵合解決方案，如EVG510、EVG520、EVG540晶圓鍵合系統(tǒng)等；還提供可以實現(xiàn)全自動、大批量、滿足EVG560EVGGEMINI、EVGCombondEVGBondscaleEVG850EVG850TB、EVG850LT圖52：EVG鍵合機系列產(chǎn)品矩陣數(shù)據(jù)來源：EVG官網(wǎng)，2021年月，EVG（D2W）EVG320D2WEVG320D2WD2WASMPT在D2W3D100%。圖53：EVG320D2W晶片準備與活化系統(tǒng) 圖54：GEMINI?FB自動混合鍵合系統(tǒng) 數(shù)據(jù)來源：EVG官網(wǎng)， 數(shù)據(jù)來源：EVG官網(wǎng)，SUSSSUSSMicroTec70/顯XB8SB6/8Gen2DB12T和LD128英寸和12英寸晶圓片的鍵合，主要用以科研與測試用途。全自動晶圓鍵合機方面，SUSS主要包括XBS200（8英寸）、XBS300（12英寸混合鍵合）、XBS300（12英寸臨時鍵合機）和XBC300Gen2（解鍵合與清洗機）等系統(tǒng)。圖55：SUSS晶圓鍵合產(chǎn)品矩陣數(shù)據(jù)來源：SUSS官網(wǎng)，SUSSXBS300英寸和英寸的混合鍵合熱壓鍵合。XBS300擁有高度的模塊化設計來實現(xiàn)極大的配置靈活性。通過更換對應模塊，XBS300以提供熱壓鍵合和混合鍵合兩種鍵合工藝。新型XBS300混合鍵合平臺可用于HBM和3DSOCW2W（晶）100nmK&SK&S（KulickeandSoffaIndustries創(chuàng)立于19512877公司圍繞半導體封測設備和耗材布局。作為半導體行業(yè)的先鋒，K&S幾十年來致力于為客戶提供市場領先的封裝解決方案。公司從半導體貼片機和焊線機起步，逐步通過戰(zhàn)略性收購和自主研發(fā)，逐步增加了先進封裝鍵合機、電子裝配、楔焊機等產(chǎn)品，同時配合其核心產(chǎn)品進一步擴大了耗材的產(chǎn)品范圍。目前公司已經(jīng)形成了半導體封測設備銷售為核心，配套耗材為輔的產(chǎn)品結構。圖56：K&S半導體封測設備與耗材產(chǎn)品矩陣數(shù)據(jù)來源：K&S官網(wǎng)，公司2019-2023（23財年8.21%和47.63%，整體呈現(xiàn)上升趨勢。2023年公司實現(xiàn)營業(yè)收入7.42億美元，同比下降0.57圖57：K&S近五年營及增速（億美元） 圖58：K&S近五年凈潤及增速（億美元）營業(yè)收（億元） 營收16141210864202019 2020 2021 2022 2023

200%150%100%50%0%-50%-100%

凈利潤億美） 凈利潤2019 2020 2021 2022 2023

700%600%500%400%300%200%100%0%-100%-200%數(shù)據(jù)來源：Bloomberg， 數(shù)據(jù)來源：Bloomberg，設備技術含量高，盈利水平出色。K&S45%48.30%2023圖59：K&S近五年毛利率、凈利率情況毛利率 凈利率60%50%40%30%20%10%0%2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023數(shù)據(jù)來源：Bloomberg，先進封裝鍵合機方面，公司擁有先進的封裝設備組合，覆蓋高精度芯片貼裝、高精度倒裝芯片和晶圓級扇出工藝、TCB（熱壓鍵合）工藝等。K&S的倒裝鍵合機Katalyst?3μm15000UPHAPAMATCB（C2S）（C2W）TCB倒裝鍵合機 熱壓鍵合機表10：K&S鍵合機產(chǎn)品系列倒裝鍵合機 熱壓鍵合機型號 Katalyst C2S C2W圖例精度 <3μm 2μmTCB：3500產(chǎn)量UPH 15k易于使用的自動配方，配有完全向導式的設置向導；特征自動UPH中性精度校準；自動熱漂移補償；

FOWLP/HAFCMode：4500+HDFOWLPHAFCTCB低成本，保護客戶的投資數(shù)據(jù)來源：K&S官網(wǎng)，（二）自主開發(fā)需求推動，國內廠商加速追趕半導體設備國產(chǎn)化率有所提升，但自主開發(fā)空間仍然廣闊。中美貿(mào)易摩擦背景下，美國不斷加大對我們高端制造業(yè)的封鎖力度，自主開發(fā)需求的愈演愈烈不斷迫使我國的本土廠商加速發(fā)展，填補國產(chǎn)化空白。根據(jù)MIRDatabank統(tǒng)計，近幾年隨著國內半導體設備廠商不斷突破，主要晶圓制造設備的本土化率明顯提升，除光刻機外，其余主要晶圓制造設備國產(chǎn)化率截止2023年都有了長足的進步，預計未來到2027年中國半導體設備仍將持續(xù)突破，自主開發(fā)空間廣闊。設備類型2017本土化率2023外資廠商本土廠商設備類型2017本土化率2023外資廠商本土廠商2026E涂膠顯影機2%~20%25%TEL、DNS芯源微光刻機 ＜1% 涂膠顯影機2%~20%25%TEL、DNS芯源微刻蝕機 3% ~15% 25% 、LAM、TEL 中微半導體、北方華創(chuàng)CVDCVD4%~15%25%AMAT、LAM、TEL北方華創(chuàng)、沈陽拓荊PVD 5% ~20% 30% 、北方華創(chuàng)上海盛美、北方華創(chuàng)、芯源微、至清洗設備 12% ~35% 65% DNS、LAM、TEL純科技離子注入機1%~15%20%AMAT、Axcelis、Sumitomo凱世通、電科裝備CMP設備3%~40%70%AMAT、Ebara華海清科量檢測設備1%~5%15%KLA、AMAT、HITACHIHT上海睿礪、中科飛測、精測電子綜合本土化率4%~15%30%數(shù)據(jù)來源：MIRDatabank，傳統(tǒng)封裝方面，奧特維、新益昌率先突破高端鋁線鍵合機、高精度固晶機國產(chǎn)化。引線鍵合機領域，奧特維于2018年立項研發(fā)鋁線鍵合機，作為進入半導體封測領域2021AS-WBA603um，產(chǎn)能9k/h，兼容2-20milLED“”這道LED2017年開展半導體封裝設備的研發(fā)，并成功推出半導體固晶機設備。公司目前銷售的HAD81218k/h20μm。奧特維公司為光伏串焊機龍頭，2021年切入半導體引線鍵合機領域，目前鋁線鍵奧特維公司為光伏串焊機龍頭，2021年切入半導體引線鍵合機領域，目前鋁線鍵AS-WBA603um9k/h2-20mil化，已經(jīng)實現(xiàn)了小規(guī)模的客戶端驗證導入。企業(yè)名稱 產(chǎn)品 簡介HAD812系列固晶機HAD812系列固晶機LEDHAD812領域，采用雙點膠、全自動疊料兼容料盒進出技術，配備高速高精度邦頭，穩(wěn)定提升固晶效率，產(chǎn)能18k/h，精度可達20μm。新益昌數(shù)據(jù)來源：微見智能官網(wǎng)，華封科技官網(wǎng)，艾克瑞思官網(wǎng)，艾邦半導體，華卓精科官網(wǎng)，拓荊科技2023年7月投資者關系活動記錄，拓荊科技2023年10月投資者關系活動記錄表，先進封裝方面，堆疊鍵合工藝受益企業(yè)主要為專注先進鍵合工藝、為先進封裝龍頭客戶供貨的專精特新鍵合設備廠商。先進封裝的鍵合設備需求集中在倒裝鍵合機、碁1.5umTCB0.5μmDeeTee2060W晶圓級封裝貼片機、2060P倒裝2060M2060PFlipChip、MCP、MEMS±5μm，UPH8k；芯碁SEMICONCHINA2024WB88MEMS100kN，550邁為股份也成功開發(fā)了全自動晶圓臨時鍵合設備MX-21D1和晶圓激光解鍵合設備MX-2.5D和FOMX-21D160%；MX-21D1企業(yè)名稱 鍵合機類型 產(chǎn)品 簡介表13：先進封裝鍵合機（倒裝鍵合、熱壓鍵合、臨時鍵合/解鍵合）相關公司布局企業(yè)名稱 鍵合機類型 產(chǎn)品 簡介微見智能

倒裝鍵合/熱壓鍵合機

1.5umBOX、AOC/COB、TO、RF/HybridDevice、Fan-out、FlipchipTCB0.5um聚焦先進封裝設備領域的高端裝備制造商，服務的客戶有臺積電、日月光