人工智能（AI）和高性能计算（HPC）爆发式增长，推动高带宽内存（High Bandwidth Memory，HBM）成为半导体产业关键技术。HBM通过3D垂直堆叠多层DRAM芯片，实现超高带宽、低功耗和高密度互联，已广泛应用于NVIDIA GPU、AMD加速器等AI芯片。

从HBM3E到HBM4，堆叠层数从8Hi/12Hi向16Hi推进，对键合工艺提出严苛要求。热压键合（Thermal Compression Bonding，TCB）凭借精密热-力-压力控制，成为HBM堆叠主流工艺。

TCB采用局部加热（顶部加热头达450°C以上）和高精度压力施加，结合铜柱+焊料帽或Cu-Cu直接键合，实现亚10μm甚至5μm细间距互联。搭配非导电膜（NCF）、模塑欠填（MUF），有效解决CTE失配、翘曲和氧化问题。

2025-2026年HBM市场激增，SK海力士、三星、美光HBM4量产，带动TCB设备市场从2025年约1.66亿美元增至2032年4.22亿美元，CAGR达14.4%。单台设备售价约120万美元，是OSAT和内存IDM厂商重点投资方向。

（上图：HBM典型3D堆叠结构示意图，展示DRAM Die通过TSV和微凸块垂直互联，与逻辑Die及基板集成）

TCB热压键合技术原理及其在HBM中的应用机制

TCB核心在于“热-压-时序”协同：芯片置于加热头下方，基板置于底部加热台，加热头快速升温（<3秒达峰值）并施加精确压力（精度±0.05N~±5%），实现焊料熔化或Cu原子扩散键合。相比传统回流焊，局部加热限制热应力，避免基板大面积变形。

在HBM中，TCB主要用于Die-to-Die（D2D）或Die-to-Wafer（D2W）堆叠：

• 微凸块互联：HBM3E采用Cu Pillar + SnAg焊料帽，间距30-50μm，结合NCF实现无空洞键合。

• 高堆叠可靠性：16Hi HBM4要求总高度<1mm，TCB需应对累计翘曲，通过Active Tip-Tilt和实时力反馈解决。

• 案例：细间距(<10μm)下，Fluxless TCB（甲酸还原或等离子活化）成为主流，支持Cu-Cu直接键合，提升热导率和电性能。

TCB与混合键合（Hybrid Bonding）互补：Hybrid Bonding密度更高（<5μm pitch），但对表面平整度和清洁度要求极高，目前HBM4仍以TCB为主，Hybrid Bonding预计2027年后在HBM5+导入。

（上图：原位甲酸Fluxless TCB工艺流程示意图，展示加热头、还原环境与键合阶段，适用于HBM高精度无残留互联）

（上图：HBM热压键合结合非导电膜（TC-NCF）的堆叠示意图，高应力键合后实现多层DRAM无间隙填充）

TCB在HBM中的最新进展（2025-2026）

2025年HBM4量产元年，TCB技术多点突破：

1. 堆叠层数扩张：SK海力士HBM4 12Hi量产，16Hi验证中；三星Cheonan工厂扩产，美光加速导入。2026年HBM产能翻倍，TCB设备新增订单数百台。

2. Fluxless TCB成熟：ASMPT AOR工艺、Besi等离子/甲酸还原方案，实现<20μm pitch无残留键合，提升信号完整性和散热（垂直热导率提升2-3倍）。

3. 工艺集成创新：双加热头、自适应压力控制、激光辅助加热，良率提升18%以上。HBM4结合玻璃基板，成为CoWoS备选。

4. 市场数据：2024年TCB出货约152台，2025年HBM专用市场达1.66亿美元，韩系IDM大单采购推动订单激增。

5. 挑战应对：高堆叠CTE失配通过SiCN介质层、低温等离子活化及纳米孪晶Cu解决，Cu覆盖率≥20%平衡热阻与应力。

这些进展使HBM带宽从HBM3E的1.2TB/s跃升至HBM4的2TB/s+，直接支撑AI训练效率提升。

（上图：SK海力士HBM4内存芯片实物照片，展示HBM4封装外观，已进入量产阶段）

主要设备厂商产品详解

TCB键合机市场“六强格局”：ASMPT、Besi、K&S、韩系Hanmi/Hanwha、日系Toray/Shinkawa；中国PrecisioNext打破垄断，CR5市占率约88%。

1. ASMPT——全球TCB龙头，HBM4 POR供应商，核心产品FIREBIRD TCB系列（C2S/C2W/HBM专用）。贴放精度±2.0μm（可sub-micron），循环时间<2秒；Fluxless AOR工艺；加热头450°C+，兼容多基板。  HBM应用交付超500台，支撑TSMC CoWoS、SK海力士HBM3/HBM4，2025年斩获多台大单，占据HBM4约50%份额。优势在于工艺成熟度高、良率稳定。 

（上图：ASMPT FIREBIRD TCB键合机实物，专为HPC和HBM高精度堆叠设计）

2. Besi——精密高端代表，核心产品9800 TC Next。 关键规格键合力500N（可选1kN），精度sub-micron；支持≤16Hi HBM、大尺寸Die；Fluxless+保护气体。优化HBM4 16Hi，已获IDM follow-on订单（2025年价值2000万美元），Micron预计采用。兼顾向Hybrid Bonding过渡。 

（上图Besi 9800 TC Next键合模块特写，支持HBM高功率精密键合）

3. K&S（Kulicke & Soffa）——Fluxless  APAMA PLUS / APTURA Dual-Fluxless TCB。 关键规格3σ精度0.5-0.8μm；支持Cu-to-Cu（甲酸还原），间距<10μm。  HBM应用专注超细间距HPC，已验证量产路径。

4. 韩系厂商：Hanmi TC Bonder 4（HBM4专用）曾主导市场，2025年向Micron供50台；Hanwha 2025年首供SK海力士14台。

5. 国产：PrecisioNext（普莱信）。核心产品Loong Advance Fluxless TCB。关键规格精度±0.5μm；Active Tip-Tilt；支持HBM/CPO全流程。HBM应用已为10+客户验证，助力国产供应链安全，成本与交付优势显著。

挑战、边缘案例与未来趋势

挑战：16Hi+堆叠热阻激增、良率成本压力、CTE失配导致delamination。解决方案包括等离子活化、低温键合。

未来趋势：2026-2027年TCB仍为主力，2028年后Hybrid Bonding逐步替代。集成激光加热、AI维护提升智能化。国产化加速，PrecisioNext扩大市占，降低全球HBM成本。

2.5D/3D集成与封装大会

5月28日，CSPT 2026 子论坛 2.5D/3D集成与封装大会将在无锡国际会议中心举办。2.5D/3D集成技术通过高密度互连与立体堆叠，实现了更高的系统集成度、更优的能效比，并助力Chiplet（芯粒）异构集成从架构走向规模化量产，正深刻重塑半导体产业链格局。

作为业界旗舰平台，本次大会旨在打造一个聚焦技术前沿、促进产业链协同的专业高端论坛。会议将系统探讨从技术可行到规模化量产的全链条核心议题，包括混合键合（Hybrid Bonding）、硅/玻璃中介层、高带宽内存（HBM）集成、先进RDL（再布线层）、以及热管理与可靠性等关键技术。来自中国科学院上海微系统与信息技术研究所、华大九天、泰瑞达、迈为科技、晶方半导体、赛美特、武汉芯丰精密科技有限公司、奥芯明半导体设备技术（上海）有限公司、爱德万测试（中国）管理有限公司、快克芯、通快（中国）有限公司等上下游企业将为我们带来最新的技术分析。