SiC迎来AI先进封装第二个“赛道”，规模不容小觑

最近，国外有2家企业/机构正尝试在HBM芯片的先进封装领域采用碳化硅衬底，这是继碳化硅中介层之后的另一个新的机会。

今天，我们跟大家分析以下3个话题：

• HBM内存TCB键合设备为什么要有碳化硅衬底？
• 碳化硅衬底在键合设备中的作用是什么？它相对于其他材料的优势是什么？
• HBM键合设备的碳化硅潜在需求规模有多大？

韩国、美国开始行动

碳化硅将助力HBM内存制造

4月8日，韩国中小企业技术信息振兴院发布了《2026 年度投资・融资联动技术开发项目 定向公告》，正式启动“HBM层压键合机用碳化硅单晶基高速脉冲加热器”开发课题。

据韩国方面，以碳化硅单晶作为基材，有助于为AI算力核心部件HBM（高带宽内存）热键合（TCB），开发高功率、高可靠的脉冲加热技术，攻克高温高速响应、精密脉冲控制、装备集成适配等关键技术，最终实现量产级可靠性验证与性能达标，补齐韩国半导体封装装备产业链短板。

据介绍，该课题最高可获得50亿韩元（约合人民币2300万元）支持，研发内容主要包括：SiC 单晶发热结构设计、SiC发热体制造与样机开发、HBM 键合设备机电接口设计等。我们了解到，美国头部碳化硅衬底企业已经介入了HBM 键合设备领域。

据了解，Coherent（原名贰陆）早在2023年就为客户供应 TCB 喷嘴材料和成品部件，可以制造各种尺寸和形状的 4H SiC 喷嘴部件。

TCB设备需要碳化硅？

具备高导热、高耐温等优势

韩国的研究专题有3个关键词：HBM内存、TCB键合、脉冲加热。要了解碳化硅在其中的作用和优势，我们先逐个搞清楚。

首先，类似英伟达等公司的GPU模组通常要采用4-16层HBM内存芯片，这些芯片采用的是3D垂直封装，而每个芯片的I/O接口数量达到1024—2028个，而传统的倒装芯片键合设备无法满足多层数、多接口的封装需求。

HBM芯片3D封装及GPU模组2.5D封装示意图

热压键合（TCB）是一项专门为扩展HBM内存芯片功能而开发的技术，它不仅可以用极高的精度主动监控和控制裸片及基板的温度、施加的力、位置和方向，其TCB的优势还在于——热量是通过加热工具头局部施加到互连点上，允许的接触密度比倒装芯片更高，在某些情况下每平方毫米可达到10000个接触点。

HBM芯片3D封装TCB键合

那么脉冲加热器是怎么回事呢？

由于HBM芯片要进行4-16层的垂直堆叠，因此通常芯片背面要进行减薄，所以在进行焊点键合时的温度控制拿捏就很重要，它对TCB设备的要求是“既要又怕”：

• 要高温：焊点需要达到金属扩散的温度（通常150–300℃）;
• 怕高温：长时间整体加热会损伤芯片性能（结温超标）。

因此，TCB键合设备需要采用脉冲加热来解决这个矛盾——让它快速升温进行局部加热，同时还要迅速降温，避免伤害芯片。

韩国的课题研究就是将碳化硅衬底应用在脉冲加热器里面，接下来我们先看看它的结构。

TCB键合设备的键合头是由线性伺服电机、倾斜平台和加热模块组成。

TCB键合设备的键合头结构

脉冲加热器是通过加热模块的冷却器和加热器来实现快速升温和降温。

加热器通常是由电阻合金丝（Heater Coil）和加热体组成。

合金丝通过通电可对外辐射发热，而热量要快速传导给芯片，同时又要快速降温，就需要高导热率的加热体材料。

那么，脉冲加热器为什么需要碳化硅衬底？

前面提到，脉冲加热的精髓是在毫秒级内完成“急热急冷”，因此对加热体材料的要求主要有2个：

• 高导热率：迅速将温度从180℃提升至350℃左右；然后从350℃降至180℃。
• 高耐温：通常要求承受1000℃左右。

碳化硅很好地满足这些要求，而且相较于无氧铜、钨、钼的合金更具优势。

接下来，我们分析一下TCB设备加热模块的碳化硅衬底片尺寸规格。

碳化硅衬底主要应用在加热体，为了实现秒级的升温速度，碳化硅衬底通常不能太厚，此前氮化硅加热体的厚度通常为1.5mm，其厚度约为半导体级碳化硅衬底的24.3倍。

加热体的大小通常是根据待键合的裸芯片尺寸进行定制，通常为了保证芯片边缘的热均匀性，加热体尺寸通常会比芯片尺寸大0.5mm—2mm。

据了解，用于小型芯片的加热体常见尺寸为5mm *5mm或10mm*10mm。随着高带宽内存（HBM）和高级逻辑芯片的发展，加热体尺寸已扩展至30mm*30mm甚至更大。

此外，TCB键合设备对加热体材料的平整度要求较高，通常要求加热表面的平面度通常要求在2nm以内，以确保键合压力的均匀分布。

HBM-TCB设备需求火热

加热模块规模或超7.83亿美元

下面我们估算一下，TCB设备加热头的市场规模（注：因缺乏部分关键信息，以下分析仅作估算参考，不构成投资建议或决策依据。）

HBM是AI算力的核心瓶颈，而TCB（热压键合）是目前4层HBM堆叠的最主流量产技术。因此，TCB设备的需求正处于爆发式增长阶段。

据调研，目前用于HBM内存3D先进封装的TCB设备均价约为120万美元，假设每台TCB设备配有4个加热模块，加热模块约占TCB设备成本的10%—20%，4个加热模块的价值含量约为18万美元，则单个加热模块价值为4.5万美元左右。

TCB设备的加热模块的寿命直接与热循环次数（Cycles）挂钩，因此是需要定期更换的消耗品，按3个月1换和1年1换的频率分别估算，预计2025年加热模块在HBM-TCB设备领域的市场需求分别为10.08亿美元和2.52亿美元。预估到2030年该数字将分别提升至31.32亿美元和7.83亿美元。

尽管增长潜力巨大，仍需关注技术路线变化。因为随着HBM向更高层数（16层以上）演进，混合键合（Hybrid Bonding）技术可能在更远的未来取代TCB设备，届时TCB设备市场将面临萎缩风险。而且随着TCB设备技术成熟和设备国产化，加热模块等部件的单价可能存在下行压力。

但是考虑到除了HBM之外，TCB设备正越来越多地应用于更广泛的先进封装场景，加热模块耗材在“泛TCB设备”加热头耗材的市场规模也是值得关注的。

根据前面的推算逻辑，预计2025年加热模块在“泛TCB设备”领域的市场需求分别为39.74亿美元和13.25亿美元。预估到2030年该数字将分别提升至67.61亿美元和22.54亿美元。

加热体只是加热模块的其中一个部分，具体成本占比还未知，我们后续调研后再重新测算，请持续关注。

来源： 行家说三代半

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