2025年半导体设备行业专题报告：先进封装产业+键合技术发展，共驱键合设备广阔空间

随着人工智能、高性能计算和5G等技术的快速发展，半导体产业正迎来新一轮的技术革新与市场需求爆发。在这一背景下，先进封装技术作为延续摩尔定律的重要途径，正成为半导体产业链中不可或缺的关键环节。本报告聚焦于键合技术这一先进封装的核心工艺，深入分析其技术演进路径、市场驱动因素及未来发展趋势。报告显示，到2030年混合键合设备市场空间预计将达到28-35亿欧元，而2025年仅AI服务器驱动的键合设备市场规模就将超过143亿元，展现出巨大的增长潜力。通过剖析键合技术的分类、应用场景及竞争格局，本报告为读者提供全面而深入的行业洞察。

关键词：先进封装、键合技术、混合键合、热压键合、HBM、半导体设备、3D集成、异构集成、AI服务器、国产替代

一、键合技术演进：从传统工艺到混合键合的革命性突破

半导体键合技术经历了从传统引线键合到倒装芯片，再到热压键合(TCB)和混合键合(Hybrid Bonding)的演进过程。传统引线键合工艺要求键合焊区的点电极沿芯片四周边缘分布，引线的存在增加了封装体积并阻碍散热，其接触密度仅为5-10mm²，对准精度在20-50μm。随着器件小型化和复杂化，倒装芯片技术应运而生，通过焊料凸点(Bump)实现面阵分布，接触密度提升至25-400mm²，尺寸更小、性能更高。

热压键合(TCB)技术进一步解决了倒装芯片在微缩化过程中的瓶颈。当互连间距缩小到50μm以下时，传统回流焊工艺因热膨胀系数差异导致的翘曲问题日益突出，缺陷率显著上升。TCB通过从芯片顶部局部加热并施加压力(10-200MPa)，将互连间距缩小至30μm，良率大幅提升。而最新的无助焊剂TCB技术更进一步，在真空或惰性气体环境中操作，消除了助焊剂残留导致的污染风险，可将间距缩小至10μm。

混合键合代表了当前最前沿的技术方向，它通过铜-铜直接连接和介电层键合，实现了无凸块互连。与微凸块方案相比，混合键合可将互连间距缩小至1μm以下，同时显著降低封装厚度和电阻。这一技术最早由索尼在2015年应用于CMOS图像传感器，随后在3D NAND(如长江存储的Xtacking®技术)和HBM存储器中得到推广。根据BESI预测，到2030年混合键合设备市场规模将达到28-35亿欧元，年复合增长率超过50%。

表：键合技术演进对比

技术类型	推出时间	接触密度(mm²)	对准精度(μm)	典型应用	代表厂商
引线键合	1975年	5-10	20-50	传统封装	Kulicke & Soffa
倒装芯片	1995年	25-400	10-5	移动设备	台积电、英特尔
热压键合	2012年	156-635	5-5	HBM封装	ASMPT、Hanmi
混合键合	2016年	1000-10000	0.5-0.1	HBM/3D SoC	Besi、EVG

二、AI浪潮驱动：HBM与先进封装催生键合设备百亿市场

人工智能技术的爆发式增长，特别是大规模语言模型和深度学习应用的普及，对半导体存储和计算性能提出了前所未有的要求。高带宽存储器(HBM)作为应对这一需求的关键技术，通过硅通孔(TSV)垂直堆叠多个DRAM芯片，显著提升了数据处理速度和能效比。从2014年的第一代HBM到2026年即将量产的HBM4，带宽从128GB/s提升至1.6-2TB/s，堆叠层数从4层增加到16层，这一演进对键合工艺提出了极高要求。

HBM制造涉及12道关键工序，其中封装组装约占总成本的15%。在堆叠键合技术上，早期主要采用TC-NCF(热压非导电薄膜)工艺，但随着层数增加，SK海力士在HBM2E中率先引入MR-MUF(批量回流模压底部填充)技术，散热性能提升36%。预计在HBM4 16层及HBM5 20层产品中，混合键合将成为主流技术，以满足更高密度互连和散热需求。TrendForce数据显示，2024年HBM需求位年增长率近200%，2025年有望再翻倍，直接带动键合设备需求激增。

在逻辑芯片与HBM的集成方面，台积电的CoWoS和SoIC等2.5D/3D封装技术成为主流解决方案。CoWoS通过硅中介层实现高密度互连，而SoIC则采用混合键合直接堆叠逻辑芯片，如AMD的3D V-Cache技术。据测算，全球AI服务器驱动的HBM键合设备市场空间将从2023年的70.7亿元增长至2025年的143.1亿元，CoWoS键合设备市场从2023年的7.1亿元增长至2025年的12.9亿元。中国市场的增速更为显著，同期HBM键合设备需求从21.2亿元增至32.4亿元。

表：AI服务器驱动的键合设备市场空间测算(2023-2025年)

市场	设备类型	2023年(亿元)	2024年(亿元)	2025年(亿元)	CAGR
全球	HBM键合设备	70.7	114.5	143.1	42.3%
全球	CoWoS键合设备	7.1	10.3	12.9	34.8%
中国	HBM键合设备	21.2	28.0	32.4	23.7%
中国	CoWoS键合设备	2.1	2.5	2.9	17.5%

三、竞争格局与国产机遇：国际巨头主导下的本土突破

当前键合设备市场呈现高度集中的竞争格局。根据QY Research数据，2023年全球前五大晶圆键合设备厂商占据约86%市场份额。在永久键合领域，EV Group、SUSS MicroTec和Tokyo Electron处于领先地位；热压键合设备主要由ASMPT和韩国Hanmi主导；混合键合设备则以Besi为行业龙头，其8800系列设备对准精度可达0.2μm，产能约1500UPH(每小时单位产量)。Hanmi半导体凭借与SK海力士的深度合作，其TC键合机订单从2023年初至2024年6月累计达3587亿韩元(约18亿元人民币)，推动公司股价同期上涨超过1300%。

中国键合设备产业整体仍处于追赶阶段，但已涌现出一批具有技术突破能力的企业。拓荆科技推出的Dione 300混合键合设备已通过客户验证并获得复购订单，成为国产首台实现产业化应用的混合键合设备；芯源微的全自动临时键合及解键合机已获得多家大客户订单，应用于InFO、CoWoS等先进封装工艺；华卓精科自主研发出混合键合设备UP-UMA®HB300，面向HBM芯片制造核心环节。2024年美国对华HBM出口限制进一步加速了国产化进程，武汉新芯、盛合晶微等企业纷纷加码先进封装产线建设，为国产设备提供了验证和迭代的宝贵机会。

从技术路线看，国产设备厂商多采取差异化竞争策略。在混合键合领域，重点突破D2W(芯片到晶圆)工艺，相较于国际巨头主导的W2W(晶圆到晶圆)方案更适应异构集成需求；在热压键合领域，聚焦于满足国内HBM和CoWoS封装的本土化需求。随着下游产能扩张和技术迭代，预计到2026年国产键合设备在先进封装领域的渗透率有望从目前不足5%提升至15-20%，形成百亿级的市场机会。

常见问题解答（FAQs）

什么是半导体键合技术？它在先进封装中扮演什么角色？

半导体键合技术是指将晶圆或芯片固定于基板或其他晶圆上的工艺，是封装过程中的关键步骤。在先进封装中，键合技术不仅提供机械连接，还实现芯片间的电气互连。随着摩尔定律逼近物理极限，键合技术成为提升芯片性能、缩小封装尺寸的核心手段，特别是在3D堆叠和异构集成中不可或缺。

混合键合相比传统键合技术有哪些优势？

混合键合通过铜-铜直接连接和介电层键合，实现了无凸块互连，主要优势包括：1)互连间距可缩小至1μm以下，显著提升I/O密度；2)消除焊料凸块，降低电阻和功耗；3)减小芯片间隙，改善散热性能；4)降低整体封装厚度，特别适合多层堆叠。这些优势使其在HBM、3D SoC等高性能应用中成为首选。

为什么AI发展会推动键合设备需求增长？

AI应用对计算和存储性能提出极高要求，推动了HBM高带宽存储器和2.5D/3D先进封装技术的普及。这些技术高度依赖先进的键合工艺，如HBM需要通过键合堆叠多层DRAM芯片，CoWoS需要通过键合实现逻辑芯片与HBM的高密度互连。随着AI服务器需求激增，相关键合设备市场呈现爆发式增长，预计2025年全球市场规模将超过150亿元。

中国键合设备产业目前处于什么发展阶段？

中国键合设备产业整体仍处于追赶阶段，但在部分领域已实现突破。目前国产设备在先进封装键合领域的市场份额不足5%，主要依赖进口。不过，拓荆科技、芯源微等企业已推出混合键合和热压键合设备，并获得客户验证。在美国限制HBM对华出口的背景下，国产替代进程有望加速，预计到2026年渗透率将提升至15-20%。

键合技术未来的发展趋势是什么？

键合技术未来将向几个方向发展：1)更高精度，混合键合对准精度向50nm以下演进；2)更高效率，开发更高吞吐量的批量处理方案；3)更低温度，减少热预算对芯片性能的影响；4)更多材料，开发适用于不同材料体系的键合方案；5)智能化，集成更多在线检测和工艺控制功能。这些发展将更好地满足3D集成和异构集成的需求。