2024年HBM产业链专题报告：国内AI发展胜负手，国产化迫在眉睫

1 HBM正被低估，行业正处1-10前夕

存储器是半导体赛道第二大子行业

存储器占半导体行业规模的25%以上。半导体行业分为集成电路、光电器件、分立器件、传感器等子行业，根据功能的不同， 集成电路又可以分为逻辑电路、存储器、模拟电路、微处理器等细分领域。根据世界半导体贸易统计（WSTS）对世界半导 体贸易规模的最新报告预测，2024年全球半导体行业的整体规模将达到6112.31亿美元，同比增长16.0%。其中存储芯片的 市场规模1631.53亿美元，是半导体中第二大的子行业，仅次于逻辑电路，占比超过1/4。

存储器主要以DRAM和NAND Flash为主

半导体存储器分为易失性存储器和非易失性存储器。存储器是指利用磁性材料或半导体等材料作为介质进行信息存储的器件， 半导体存储器利用半导体介质贮存电荷以实现信息存储，存储与读取过程体现为电荷的贮存或释放。半导体存储器按照是否 需要持续通电以维持数据分为易失性存储器和非易失性存储器。易失存储芯片主要包含静态随机存取存储器（SRAM）和动 态随机存取存储器（DRAM）；非易失性存储器主要包括可编程只读存储器（PROM），闪存存储器（NAND Flash）和可擦 除可编程只读寄存器（EPROM/EEPROM）等。

NAND Flash（闪存）和DRAM（内存）存储器是半导体存储器中规模最大的细分市场。2023年，NAND Flash和DRAM规模 合计占整个半导体存储器市场比例达到95%以上。

非易失性存储器以NAND Flash为主

2024年NAND Flash市场规模预计为656.1亿美元。NAND Flash是非易失性存储的一种，相较于其他非易失性存储产品， NAND Flash具有存储容量大、读写速度快、功耗低、单位成本低等特点，主要应用于有大容量存储需求的电子设备。据中商 产业研究院预测，2024年NAND Flash市场规模为656.1亿美元。

NAND Flash市场集中度很高，CR 5达95%以上。目前全球具备NAND Flash晶圆生产能力的主要有三星、铠侠、西部数据、 美光、SK海力士、英特尔等企业，国产厂商长江存储处于起步状态，正在市场份额与技术上奋起直追。根据TrendForce，截 止2024年6月，五大NAND Flash晶圆厂占据了95%以上的市场份额。

NAND Flash下游需求以固态硬盘和手机为主。随着人工智能、物联网、大数据、5G等新兴应用场景不断落地，电子设备需 要存储的数据也越来越庞大，NAND Flash需求量庞大，市场前景广阔。根据Gartner，2020年NAND Flash下游固态硬盘占 比49%，智能手机占比32%。

易失性存储芯片以DRAM为主

2024年DRAM市场规模约780亿美元。DRAM是动态随机存取存储器，相较于SRAM，DRAM的特征是读写速度快、延迟低， 但掉电后数据会丢失，常用于计算系统的运行内存。根据中商产业研究院预测，2024年DRAM整体市场规模约为780亿美元。

DRAM市场集中度很高，CR 3达95%以上。目前DRAM晶圆的市场供应主要集中在三星、海力士和美光。截止2024年6月三 大厂商市场占有率合计已超过95%，其中三星市场占有率42.9%。国内DRAM晶圆厂商主要为合肥长鑫，目前尚处于起步阶 段。

DRAM下游需求以移动设备和服务器为主。根据华经产业研究院，DRAM下游需求市场格局较为稳定，2023年移动设备占比 最高达37.6%，服务器次之，占比达36%。

HBM快速迭代，目前最新产品已到第五代产品HBM3E

HBM目前总共有五代产品，分别为HBM1/2/2E/3/3E，正开发HBM4。2014年，SK海力士与AMD联合开发了全球首款硅通孔 HBM产品；2018年，海力士发布第二代HBM产品HBM2，关键改进是伪通道模式、用于通道的硬修复和软修复的通道重新映 射模式、防过热保护等，数据速率和能耗均有所改善；2020年，海力士发布第三代产品HBM2E是HBM2的扩展版本，与 HBM2相比，HBM2E具有技术更先进、应用范围更广泛、速度更快、容量更大等特点，同时HBM2E的散热性能也比HBM2高 出36%；2021年10月，海力士依旧全球率先发布首款HBM3，持续巩固其市场领先地位；2024年，海力士全球率先开始量产 8/12层HBM3E，实现了现有HBM产品中最大的36GB容量。11月4日，海力士正式于2024年SK AI峰会上宣布开发全球最大容 量16层堆叠HBM3E；展望未来，预计HBM4 12hi（12层）产品将于2026年发布，而HBM4 16hi（16层）产品将于2027年首 次亮相。

2 HBM制造的核心壁垒在于晶圆级先进封装工艺

HBM制造中TSV成本占比最高，直接决定良率

HBM制造主要包括TSV（硅通孔）、micro bumping（微凸点制作）和堆叠键合。我们假设HBM毛利率为50%左右，2024年 HBM生产各环节合计市场空间预计约为92亿美元。根据3D InCites，以4层DRAM存储芯片与一层逻辑芯片堆叠为例，在 99.5%的封装良率下，TSV生产、TSV显露、晶圆凸点、组装（采用TC-NCF法）在总成本中的占比分别为18%、12%、3%、 15%，其中TSV环节成本包括TSV创建和TSV显露，合计占比达30%，约为27.6亿美元。TSV环节作为成本的重要组成项， 直接影响了产品的良率。

HBM生产核心在于先进封装工艺

HBM生产的核心难点在于晶圆级先进封装技术，主要包括TSV、micro bumping和堆叠键合。HBM首先使用TSV技术、micro bumping技术在晶圆层面上完成通孔和凸点，再通过TC-NCF、MR-MUF、Hybrid Bonding工艺完成堆叠键合，然后连接至 logic die，封测公司采用cowos工艺将HBM、SoC通过interposer硅中介层形成互通，最终连接至基板。

TSV工艺相较传统互联方式优势明显

TSV本质是一种垂直互联方式。TSV （硅通孔技术）是通过垂直堆叠芯片、垂直连接各层来实现信号传输的最新互连方案。 为了实现信号的传输，在通孔的中心填充导电性良好的金属来实现互连。

TSV相较于传统互连方式更有优势。传统方式是采取金属布线和引线键合技术相结合的方式实现互连封装，其信号传输距离 长，信号损耗大，降低了通道和电路的可靠性。同时，平面层内互连布线复杂，容易导致信号和某些器件之间相互干扰。此 外，平面布线也占用了芯片一定的使用面积。相较于传统方式，TSV采用垂直互联方式，其优势在于进一步提高了芯片的集 成度，避免了空间的闲置和浪费，从而提高了芯片的堆叠密度。同时，由于是垂直空间互连，信号的传输效率和可靠性大大 提高。硅通孔的应用使芯片的集成化、小型化和低功耗成为可能。

HBM主要采用micro bumping工艺制备微凸点

晶圆微凸点是先进封装中的关键基础技术之一。其主要作用是电信号互连及机械支撑，目前绝大部分先进封装均需要用到晶 圆微凸点技术，而凸点的制备则是微凸点技术最为关键的环节。 HBM采用电镀法制备微凸点。凸点制备方法有蒸发溅射法、电镀法、化学镀法、机械打球法、焊膏印刷法和植球法等。目 前HBM的DRAM芯片之间主要通过micro bump（微凸点）互联，micro bump是电镀形成的铜柱凸点。

3 HBM国产化是国内发展AI的必要一环

HBM相比传统采用DRAM的方式，更能满足AI发展

HBM相比传统采用DRAM的方式，更能满足AI的高性能和低功耗要求，是AI时代不可或缺的产品。在AI时代，半导体存储器 对AI应用的顺畅运行十分重要，其性能决定了能否释放AI加速卡的全部潜力，主要决胜点在于存储器的性能和功耗。采用堆 叠型动态随机存取存储器芯片的高带宽存储器（HBM，High Bandwidth Memory）是一种超高速存储技术，兼具高性能与低 功耗于一身，是AI领域内不可或缺的存储器产品，能够高效应对AI系统日益增长的需求。

HBM是国内AI发展的胜负手，目前国产化率基本为0

HBM目前国产化自供率基本为0，是国内AI发展的胜负手。随着AI的发展，GPU/TPU与HBM的重要性日益凸显，虽然美国禁 止英伟达和AMD向中国出售高端GPU，我国仍有一批优秀的企业正积极研发突破，并已可顺利量产出具有一定竞争力的 GPU/TPU产品；但在HBM领域，目前国内受制于DRAM和先进封装量产工艺，仍处于积极研发状态，尚无大规模量产产品， HBM生产目前仍由海外三大家（三星、海力士和美光）垄断，一旦产品无法购买，势必将影响到我国AI服务器的搭建乃至整 个AI的发展。

HBM国产化需要DRAM生产和先进封装的产业化能力

HBM生产需同时具备DRAM生产和先进封装工艺的产业化能力。目前国内部分企业虽有一定的DRAM和先进封装技术基础， 但掌握的DRAM工艺制程明显落后于国际水平，且在DRAM上应用TSV、micro-bumping和堆叠键合等先进封装工艺的经验 仍有较大差距。未来随着国内厂商在生产过程中不断积累经验和完善工艺，有望实现HBM的量产突破。

国内具备DRAM生产制造能力，但工艺制程差距仍大

从DRAM三巨头工艺尺寸的发展历程来看，三星、SK海力士、美光在2016-2017年进入1X阶段，2018-2019年为1Y阶段， 2020年处于1Z时代。后续，行业厂商朝着1α、1β、1γ等技术阶段继续迈进，当前全球量产最高制程节点水平处于1β阶 段。不同代际的HBM产品采用不同工艺制程技术，目前我国长鑫虽具备DRAM生产工艺，但和市场主流代际差相差2代左右， 仅具备制造HBM2的工艺节点水平。

国内具备先进封装工艺潜力，但仍需积累经验

国内具备TSV、bumping和堆叠等HBM中使用到的先进封装工艺，但仍需积累生产经验以实现商业化量产。以国内武汉新芯 的晶圆级三维集成技术为例，主要工作原理是在垂直方向上将载片或功能晶圆堆叠，或将芯片与晶圆进行堆叠，并在各层之 间通过TSV（硅通孔）、混合键合等工艺技术实现直接的电气互连。武汉新芯的三维集成工艺涉及了HBM生产的核心三大工 艺（即TSV、bumping和堆叠键合技术），但目前国内没有HBM的量产经验，在实际生产过程中，能否熟练应用晶圆级先进 封装工艺决定了HBM的良率，国内产业化落地仍需积累大量的生产经验。

4 重点公司分析

赛腾股份：晶圆检测设备提供商

公司是自动化设备和整体解决方案提供商。公司主要从事自动化生产设备的研发、设计、生产、销售及技术服 务，为客户提供自动化解决方案。公司的自动化设备主要包括非标准化自动化设备和标准化自动化设备两大类， 消费电子及新能源汽车行业主要是非标准化自动化设备，依据客户需求提供生产制程中所涉及组装及检测的非 标准化自动化设备；在半导体、光伏行业主要是行业标准设备，具体产品如固晶设备、分选设备，晶圆包装机、 晶圆缺陷检测机、倒角粗糙度量测、晶圆字符检测机、晶圆激光打标机、晶圆激光开槽机、光伏组件自动化单 机及整线等。

公司收购OPTIMA之后切入半导体检测领域。晶圆检测是所有半导体检测赛道中壁垒最高的环节之一。自2019 年收购日本OPTIMA以来，公司高效完成技术整合，持续拓宽在高端半导体领域的设备产品线和在HBM等新兴 领域的应用，并着力提升单台设备价值量。通过“全球技术+中国市场”战略，公司晶圆检测及量测设备正在 快速打开国内市场空间，将经过业内头部客户验证的先进技术加速导入国内半导体厂商，助力国产晶圆检测设 备占有率不断提升。目前，公司已成为Sumco、三星、协鑫、奕斯伟、中环半导体等境内外知名晶圆厂商晶圆 检测量测设备供应商。

精智达：存储芯片测试设备提供商

公司是测试检测设备与系统解决方案提供商。公司主要从事新型显示器件检测设备和半导体存储器件测试设备 的研发、生产和销售业务，产品广泛应用于以AMOLED为代表的新型显示器件制造中光学特性、显示缺陷、电 学特性等功能检测及校准修复场合，以及以DRAM为主的半导体存储器件的晶圆测试和修复、封装老化测试和 修复、封装颗粒高速测试等场合。作为国家级专精特新“小巨人”及高新技术企业，公司持续发力于测试检测 设备的自主可控和国产化替代。

芯源微：临时键合和解键合设备提供商

公司产品主要包括光刻工序涂胶显影设备、单片式湿法设备。公司成立于2002年，主要从事半导体专用设备的 研发、生产和销售，产品主要包括光刻工序涂胶显影设备、单片式湿法设备。经过20余年的技术发展，公司在 巩固传统优势领域的基础上不断丰富产品布局，目前已形成了前道涂胶显影设备、前道清洗设备、后道先进封 装设备、化合物等小尺寸设备四大业务板块，产品已完整覆盖前道晶圆加工、后道先进封装、化合物半导体等 多个领域。

报告节选：

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