Khi HBM (High Bandwidth Memory) bước qua ngưỡng 16 lớp, ngành bán dẫn đang tăng tốc xem xét thay đổi công nghệ bonding trong khâu đóng gói. Cùng với đó, chuỗi cung ứng thiết bị TC bonder cũng bắt đầu dịch chuyển theo hướng chuẩn bị cho hybrid bonding.

Theo nguồn tin trong ngành ngày 22/5, Samsung Electronics, SK hynix và Micron đang cân nhắc đưa hybrid bonding vào HBM4 hoặc các thế hệ tiếp theo theo lộ trình từng bước. Nguyên nhân là khi số lớp xếp chồng của HBM tiếp tục tăng, giới hạn của phương pháp TC bonding hiện tại ngày càng bộc lộ rõ.

Dù vậy, chi phí vẫn là rào cản lớn. Trong ngắn hạn, kịch bản có khả năng cao là các hãng bộ nhớ tiếp tục duy trì song song quy trình “Advanced MR-MUF” (advanced mass reflow molded underfill) thay vì chuyển đổi toàn diện.

Sự thay đổi này cũng đang tác động đến các nhà cung cấp thiết bị. Trên thị trường TC bonder cho HBM, Hanmi Semiconductor hiện gần như độc quyền cung ứng cho SK hynix, trong khi Hanwha Semitec gần đây đã tham gia chuỗi cung ứng với tư cách nhà cung cấp mới.

Ở mảng hybrid bonder, ASMPT và BESI - hai nhà sản xuất thiết bị đóng gói lớn trên toàn cầu - đã có kinh nghiệm cung ứng cho các khách hàng foundry. Cục diện thị trường có thể thay đổi tùy theo thời điểm các hãng bộ nhớ chốt đối tác thiết bị cho giai đoạn sản xuất hàng loạt.

Trọng tâm của quá trình chuyển đổi nằm ở phương pháp kết nối chip với chip. Với TC bonding truyền thống, các chip được ghép thông qua micro bump, sau đó dùng nhiệt và áp lực để liên kết.

Ưu điểm của phương pháp này là cấu trúc tương đối đơn giản và ổn định. Tuy nhiên, micro bump chiếm không gian, khiến tổng độ dày tăng lên khi số lớp chồng ngày càng nhiều, đồng thời kéo dài khoảng cách truyền tín hiệu. Đây là điểm nghẽn ngày càng rõ khi HBM tiếp tục tăng số lớp.

Trong khi đó, hybrid bonding cho phép liên kết trực tiếp lớp đồng và lớp cách điện mà không cần bump. Cách tiếp cận này giúp giảm độ dày chip, tăng số lớp có thể xếp chồng trong cùng một chiều cao, đồng thời cải thiện tốc độ truyền dữ liệu, hiệu quả điện năng và khả năng tản nhiệt.

Đổi lại, công nghệ này đòi hỏi bề mặt của hai chip phải được xử lý với độ phẳng ở cấp độ nguyên tử trước khi liên kết. Yêu cầu kỹ thuật rất cao khiến việc đảm bảo yield trong sản xuất hàng loạt trở nên khó khăn hơn.

Xu hướng này cũng đã xuất hiện trong các công bố kỹ thuật của SK hynix. Tại một hội nghị bán dẫn tổ chức ở Seoul ngày 28/4, Kim Jong-hoon, lãnh đạo kỹ thuật của công ty, cho biết SK hynix đã hoàn tất xác minh công nghệ hybrid bonding cho HBM 12 lớp.

Theo ông, yield ở giai đoạn sản xuất hàng loạt đã cải thiện đáng kể so với hai năm trước. Dù vậy, bài toán chi phí vẫn chưa được giải quyết hoàn toàn, vì vậy đến HBM3E 16 lớp, công ty vẫn duy trì định hướng sử dụng quy trình MR-MUF.

Các nhà cung cấp thiết bị cũng đang chọn những hướng đi khác nhau. Hanmi Semiconductor, vốn có thế mạnh ở TC bonder, đang đẩy nhanh phát triển hybrid bonder. Trong khi đó, Hanwha Semitec tận dụng việc gia nhập chuỗi cung ứng của SK hynix để mở rộng sang danh mục thiết bị thế hệ mới.

ASMPT và BESI cũng được nhắc đến như những ứng viên có thể mở rộng hiện diện sang mảng bộ nhớ nhờ kinh nghiệm làm việc với khách hàng foundry. Việc giành được đơn hàng cho lô sản xuất hàng loạt đầu tiên có thể ảnh hưởng lớn đến cơ hội nhận đơn trong các giai đoạn tiếp theo.

Một biến số khác là base die, tức chip logic nằm ở lớp đáy của HBM. Hiện SK hynix vẫn duy trì cấu trúc hợp tác theo đó TSMC sẽ sản xuất base die từ HBM4.

Trong một báo cáo gần đây, Eugene Investment & Securities nhận định việc thuê ngoài base die - yếu tố lần đầu được đưa vào HBM4 - đang làm chậm quá trình ổn định sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên, sang HBM4E, tình hình có thể được cải thiện đáng kể. Báo cáo cũng cho rằng khi một phần chuỗi giá trị ở công đoạn sau được xử lý tại Đài Loan, phạm vi hưởng lợi của các nhà sản xuất thiết bị trong nước có thể bị ảnh hưởng tương ứng.

Nhìn chung, quá trình chuyển đổi công nghệ bonding nhiều khả năng sẽ diễn ra theo từng thế hệ thay vì diễn ra đồng loạt trong thời gian ngắn. Eugene Investment & Securities dự báo đàm phán giá HBM cho năm 2027 sẽ được chốt ở mức cao, xét đến biên lợi nhuận của DRAM và NAND phổ thông.

Trong bối cảnh lợi nhuận của các hãng bộ nhớ ngày càng gắn chặt với tốc độ ổn định sản xuất hàng loạt tại thời điểm chuyển đổi công nghệ bonding, diễn biến của chuỗi cung ứng thiết bị được dự báo cũng sẽ thay đổi theo cùng nhịp.