Hybrides Bonding: Ist der Wendepunkt erreicht?

In den letzten zwei Jahren ist HBM fast zum unausweichlichen Schlüsselwort in der gesamten Branche geworden.

Auf den heiß begehrten AI-Beschleunigern ist neben der zentralen GPU oft dasjenige, was am meisten die Aufmerksamkeit erregt, die paar HBM-Chips, die direkt neben der GPU angebracht sind.

Die meisten von ihnen werden durch thermisches Pressen und Bonden gestapelt. Dabei werden zwischen den DRAM-Chips metallische Mikrobumps angeordnet, und die Verbindung und Formung werden durch Erhitzen und Druckbeaufschlagung erreicht.

Dieses Verfahren wird seit fast zehn Jahren angewendet, ist reif und stabil, und die Ausbeute liegt im kontrollierbaren Bereich. Der echte Engpass tritt jedoch in Bezug auf die Höhe auf: Die standardisierende Organisation JEDEC hat die maximale Packungshöhe auf 775 Mikrometer festgelegt. Innerhalb dieses Raums müssen sowohl der Basischip als auch 16 Kernchips untergebracht werden. Das bestehende thermische Press-Bond-Verfahren scheint diese Anforderungen nicht mehr zu erfüllen.

Zu diesem Zeitpunkt tritt das Hybrid-Bond-Verfahren in den Fokus. Es beseitigt vollständig die Bumps und lässt zwei Kupferoberflächen direkt kontaktieren, um die Verbindung auf atomarer Ebene herzustellen. Dadurch werden ein niedrigerer Kontaktwiderstand, ein kompakterer Schichtabstand, eine kürzere Signalstrecke und eine bessere Wärmeableitung erreicht.

Dieser Ansatz wurde bereits bei Bildsensoren und bei TSMCs 3D V-Cache validiert. Wenn es jedoch um HBM geht, wird die Schwierigkeit vervielfacht. Der Grund ist einfach zu verstehen: Es handelt sich nicht mehr um die Verbindung von zwei Chip-Schichten, sondern um eine hochgestapelte Struktur von 16 oder sogar 20 DRAM-Schichten. Ein Fehler in einer beliebigen Schicht bedeutet die Ausschuss des gesamten Chips. Laut Schätzungen der Branche liegt die Ausbeute des Hybrid-Bond-Verfahrens für HBM derzeit noch bei etwa 10 %. Um wirklich kommerziell erfolgreich zu sein, muss die Marke von 60 % überschritten werden.

Trotzdem haben Samsung und SK Hynix in diesem Jahr gleichzeitig den ersten Schritt zur Serienproduktionsvalidierung unternommen.

Zwei Unternehmen, zwei Strategien

SK Hynix ist derzeit der Marktführer im HBM-Segment, mit einem weltweiten Marktanteil von über 70 %. Der HBM-Umsatz macht mehr als 40 % seines gesamten DRAM-Umsatzes aus. Die Produktionskapazität für 2026 ist bereits im Voraus reserviert. Die frühzeitige Einführung des Hybrid-Bond-Verfahrens sieht eher wie eine defensive Strategie aus, um die Technologie für die nächste Generation in die Hand zu bekommen und zu vermeiden, dass Samsung oder Micron in der HBM-Rennen die Nase vorn haben.

Laut einer Bericht einer südkoreanischen Zeitung hat SK Hynix im vergangenen Monat eine Hybrid-Bond-Online-Anlage bestellt, die von Applied Materials und Besi gemeinsam entwickelt wurde. Der Preis beträgt etwa 20 Milliarden Won. Dies ist die erste Bestellung einer Serienproduktionsanlage für Hybrid-Bond-Verfahren von SK Hynix. Diese Anlage integriert die CMP- und Plasma-Behandlungsschritte von Applied Materials direkt in die Bondmaschine von Besi. Sie wurde bereits in TSMCs Produktionslinie eingesetzt und für die Serienproduktion von AMD 3D V-Cache verwendet.

Interessanterweise plant SK Hynix gleichzeitig auch, Geräte von Hanwha Semiconductor einzuführen und startet im April oder Mai diesen Jahres eine umfassende Verfahrensvalidierung. Die Diversifizierung der Lieferanten macht das Unternehmen flexibler.

Samsung scheint eilig zu handeln.

Laut Berichten hat Samsung beschlossen, das Hybrid-Bond-Verfahren direkt bei HBM4 einzuführen, anstatt der von SK Hynix geführten MR-MUF-Route zu folgen. Dies ist teilweise bedingt durch die Tatsache, dass Samsung in der HBM-Packungstechnologie fast zwei Jahre hinterher ist. Wenn es weiterhin der Konkurrenz folgt, erreicht es nur die vergangene Technologie und verpasst den zukünftigen Markt.

Im März dieses Jahres hat Samsung auf der Nvidia GTC 2026 ein Video über das Hybrid-Bond-Verfahren veröffentlicht und behauptet, dass der Wärmewiderstand im Vergleich zum herkömmlichen TC-Bond-Verfahren um mehr als 20 % reduziert werden kann. Darüber hinaus hat es auf der ISSCC eine Publikation über die Herstellung von 4F² DRAM mit dem Wafer-zu-Wafer-Hybrid-Bond-Verfahren vorgestellt, was in Bezug auf die sonst eher zurückhaltende Technologieoffenlegung bemerkenswert aktiv ist. Samsung-CTO Song Jae-hyuk hat in seiner Keynote-Sprache auf der Korea Semiconductor Expo 2026 die Fortschrittlichkeit der Technologie betont. Er hat angegeben, dass die Temperatur des Basischips um mehr als 11 % gesenkt werden kann, wenn 12- und 16-Schicht-HBM mit Hybrid-Bond-Verfahren betrieben werden.

Jedoch ist Samsung-Subsidiär Semes eine Variable. Samsung evaluiert derzeit die Chip-zu-Wafer-Hybrid-Bond-Maschine von Semes. Die Logik der internen Produktion ist klar: Die Abhängigkeit von externen Lieferanten zu reduzieren und die Kernprozesse zu kontrollieren. Das Problem ist jedoch, dass die Gesamtqualität von Semes in Bezug auf Hybrid-Bond-Geräte derzeit hinter Besi zurückbleibt. Bevor dieser Weg erfolgreich ist, muss Samsung weiterhin auf externe Geräte setzen.

Der Stich in den Rücken von der Standardisierungsorganisation

Während die beiden großen Unternehmen aktiv tätig werden, setzt die standardisierende Organisation ihnen einen Stich in den Rücken.

Laut Berichten diskutiert JEDEC die Erhöhung der HBM-Höhenstandard von 775 Mikrometer auf etwa 900 Mikrometer. Der neue Standard soll ab der siebten Generation HBM4E gelten. Dies bedeutet, dass es möglich wird, mit den bestehenden TC-Bond-Geräten mehr Schichten auf dickeren Chips zu stapeln. Das Hybrid-Bond-Verfahren, das bei 20 Schichten zwingend erforderlich war, kann nun noch einige Jahre gewartet werden.

Es ist bemerkenswert, dass sowohl Nvidia als auch Amazon AWS laut Berichten planen, TSMCs SoIC-Advanced-Packaging-Lösung zu verwenden. SoIC stapelt die Systemhalbleiter vertikal, was die Gesamtpackungshöhe erhöht. Dies gibt dem gesamten GPU-Ökosystem mehr Spielraum bei den HBM-Höhenspezifikationen.

Darüber hinaus liegt der Bondpad-Abstand von HBM4 genau in der Nähe der 10-Mikrometer-Grenze. Bei diesem Abstand ist die Kostenvorteil des Hybrid-Bond-Verfahrens im Vergleich zum Mikrobump-Ansatz schwierig zu erreichen. Selbst ohne Standardanpassung für dieses Produkt gibt es möglicherweise keine ausreichenden wirtschaftlichen Gründe, das Hybrid-Bond-Verfahren zwangsweise einzuführen.

Die Änderung des Standards bringt das niederländische Unternehmen Besi in die Öffentlichkeit.

Der Gerätehersteller: Boom und Crash

Besi ist der auffälligste Gewinner der Hybrid-Bond-Welle, aber auch das offenkundigste Ziel.

Laut einer Prognose der Financial Times könnte der Umsatz von Besis Hybrid-Bond-Geschäft von 36 Millionen Euro im Jahr 2023 auf 476 Millionen Euro im Jahr 2026 steigen und dann etwa ein Drittel des Gesamtumsatzes des Unternehmens ausmachen. Diese Wachstumsprognose ist ein wichtiger Pfeiler für die hohe Bewertung von Besi. Als die Nachricht von JEDEC bekannt wurde, fiel der Aktienkurs von Besi während der Börsensitzung um mehr als 19 %. Vorher hatte diese Aktie im vergangenen Jahr um 58 % und in fünf Jahren um mehr als 200 % gestiegen.

Aber weniger als zwei Wochen später stieg der Aktienkurs von Besi um mehr als 10 % aufgrund eines anderen Ereignisses. Laut einer Meldung der Reuters hat Besi von mehreren externen Parteien Angebote zur Übernahme erhalten, darunter Lam Research. Applied Materials, das bereits über 9 % der Anteile von Besi hält, wird ebenfalls als potenzieller Käufer angesehen. Dasselbe Unternehmen hat in derselben Zeitspanne einmal wegen der möglichen Verzögerung des Hybrid-Bond-Verfahrens gefallen und einmal wegen der hohen Nachfrage nach Hybrid-Bond-Technologie gestiegen, was eine gewisse Ironie mit sich bringt.

Es ist bemerkenswert, dass der Analyst Michael Roeg von Degroof Petercam darauf hinweist, dass JEDEC in der Vergangenheit bereits die HBM-Stacking-Höhenspezifikationen angepasst hat. Die aktuelle Diskussion wird eher die Einführungskurve des Hybrid-Bond-Verfahrens verändern als es vollständig beenden. UBS ist der Meinung, dass die Vorteile in Bezug auf Leistung und Wärmeableitung bei höheren Schichtzahlen das Hybrid-Bond-Verfahren immer noch unumgänglich machen.

Betrachtet man Besi selbst, ist es nicht ausschließlich auf Hybrid-Bond-Geräte angewiesen. Es hat auch einen Platz auf dem Markt für TC-Bond- und Hochpräzisions-Bestückungsgeräte. Allerdings wird das Wachstum voraussichtlich etwas verlangsamen.

Jeder sucht seinen eigenen Weg?

Die Unsicherheit der HBM-Standards lässt jeden Gerätehersteller seine eigene Entwicklungsstrategie neu überdenken.

Hanmi Semiconductor ist derzeit der unangefochtene Marktführer im TC-Bond-Segment. Laut Daten von TechInsights hat es einen Marktanteil von 71,2 % am globalen HBM TC-Bond-Maschinenmarkt. SK Hynix ist fast sein einziger großer Kunde, und Micron hat auch Bestellungen aufgegeben.

Die Standardänderung von JEDEC ist für Hanmi kein schlechtes Zeichen. Dies bedeutet, dass die Lebensdauer seines bestehenden Geschäfts verlängert wird. Auf der Semicon Korea 2026 im Februar dieses Jahres hat Hanmi Semiconductor eine neue breite TC-Bond-Maschine für HBM5 und HBM6 vorgestellt. Es hat angegeben, dass diese Maschine aufgrund der Verzögerung der Hybrid-Bond-Kommerzialisierung die Lücke auf dem Markt füllen kann.

Allerdings investiert Hanmi auch mehr als 50 Milliarden Won in die Fabrik Nr. 7 in Incheon, um eine Hybrid-Bond-Produktionslinie aufzubauen. Die Produktion soll im ersten Halbjahr nächsten Jahres beginnen. Die Hybrid-Bond-Maschine für HBM wird voraussichtlich 2027 und die Version für SoC erst 2028 eingeführt. Seine Strategie scheint klar zu sein: TC-Bond für die Gegenwart und Hybrid-Bond, wenn der Markt richtig heiß wird.

Die Situation des anderen südkoreanischen Geräteherstellers Hanwha Semitech ist viel komplizierter. Das Unternehmen hat große Anstrengungen unternommen und mit dem niederländischen Präzisionshersteller Prodrive zusammengearbeitet, um die zweite Generation Hybrid-Bond-Maschine SHB2 Nano zu entwickeln. Die Genauigkeit erreicht ±100 Nanometer, was mit den Genauigkeitskriterien von Besis Flaggschiffsprodukt vergleichbar ist. Die Maschine wurde in den Niederlanden montiert und nach Südkorea zurückgebracht und soll an SK Hynix zur Testung geliefert werden.

Das Problem, das es zu lösen hat, ist, dass die Kostenstruktur der gemeinsamen Entwicklung höher ist als die der Eigenentwicklung, und der Markt wird durch die Standarddiskussion noch unsicherer. Einige Branchenmitglieder haben darauf hingewiesen, dass die Entwicklungsgeschwindigkeit von SHB2 Nano schneller ist als die normale Arbeitsweise von Prodrive, und die langfristige Stabilität der Präzision muss noch in der Serienproduktion validiert werden. Offener gesagt, hat Hanwha Semiconductor bereits viele Wetten auf einen noch unklaren Zeitplan gesetzt.

Applied Materials (AMAT) verfolgt eine andere Strategie. Es hat frühzeitig etwa 9 % der Anteile von Besi erworben und ist damit der größte einzelne Aktionär. Gleichzeitig hat es zusammen mit Besi das Kynex D2W Hybrid-Bond-Online-System entwickelt. Dieses System, das die CMP-, Plasma-Behandlung- und Bond-Schritte integriert, wird bereits in TSMCs Produktionslinie in Serienproduktion eingesetzt. AMAT möchte seine langjährige Erfahrung in der Vorfeld-Prozessierung auf die Packungstechnologie ausweiten und seine Stärken wie CMP in den Packungsprozess integrieren, um eine vollständige Plattform aufzubauen, die für Konkurrenten schwer zu replizieren ist. Gleichzeitig nutzt es Besis Gerätenetzwerk und Kundenbeziehungen, um direkt in die Lieferketten von SK Hynix und Samsung einzudringen. Tatsächlich war das gemeinsame Gerät von AMAT und Besi der Sieger bei SK Hynix' erster großen Bestellung für Hybrid-Bond-Geräte.

Der andere Gerätehersteller K&S (Kulicke & Soffa) verfolgt eine Strategie, die sowohl traditionell als auch innovativ ist. Dieses traditionelle Unternehmen, das seit über 70 Jahren Drahtbonding betreibt, hat im März 2026 angekündigt, sein Produktportfolio für Speicher-Interconnect-Lösungen zu erweitern. Es wird erwartet, dass sein TCB-Geschäft im Geschäftsjahr 2026 um etwa 70 % im Vergleich zum Vorjahr wachsen wird. Darüber hinaus hat es die Forschung und Entwicklungsprojekte für Hybrid-Bond beschleunigt und das Interesse von frühen Kunden geweckt. Man kann sagen, dass K&S eher auf TCB setzt und gleichzeitig die Forschung und Entwicklung von Hybrid-Bond vorantreibt. Wenn der Markt wirklich reif ist, wird es dann gezielt investieren.

ASML, unangekündigt

Das überraschendste an diesem Hybrid-Bond-Spiel ist eigentlich ein Unternehmen, das bisher keine Packungsgeräte herstellt.

Laut einer Meldung der südkoreanischen Zeitung The Elec hat ASML begonnen, die gesamte Architektur von Hybrid-Bond-Geräten zu entwerfen und hat sich mit seinen langjährigen Partnern Prodrive Technologies und VDL-ETG zusammengetan. Diese beiden Unternehmen sind jeweils für den Linearmotorantrieb des EUV-Maglev-Systems und die Herstellung der mechanischen Struktur verantwortlich. Diese beiden Unternehmen sind auch die Kernpartner von Hanwha Semiconductors SHB2 Nano. Wenn ASML tatsächlich in den Markt eintritt, würde es in gewisser Weise den Aufbauweg von Nachzüglern von der Ebene der Teilelieferkette unterbrechen.

ASML-CTO Marco Peters hat öffentlich erklärt, dass er nach dem Studium der Technologiestrategien von Speicherherstellern wie SK Hynix die Nachfrage nach Stacking-Prozessgeräten bestätigt hat und persönlich die Produktportfolio-Richtung des Unternehmens im Bereich der Halbleiterpackung prüft. ASML-CEO hat jedoch auch zugegeben, dass die Wahrscheinlichkeit, dass die Hybrid-Bond-bezogene Geschäftstätigkeit vor 2030 einen signifikanten Einfluss auf den Unternehmensumsatz hat, relativ gering ist. ASML möchte die technologische Reserven aufbauen und die Ökosystem-Positionierung vor der Reife des Marktes abschließen.

Wenn man es genau betrachtet, ist die Durchführbarkeit dieser Art der Querschnitts-Positionierung von ASML technisch nicht niedrig. Der Alignment-Präzision des High-NA EUV-Systems von ASML erreicht 0,7 Nanometer. Die Justierkontrolle, die für das Hybrid-Bond-Verfahren erforderlich ist, liegt in einer Größenordnung, die ASML bereits vertraut ist. Sobald es tatsächlich in den Markt eintritt, startet es nicht auf der Anfangsstufe anderer Packungsgerätehersteller, sondern mit jahrzehntelanger Erfahrung in der Nanometer-Präzisionskontrolle. Einige Branchenmitglieder haben sogar bewertet, dass die Hybrid-Bond-Maschine von ASML, sobald sie auf den Markt kommt, das bestehende Wettbewerbsgeschehen sofort verändern wird.

Die Umsetzung ist das eigentliche Problem

All diese Strategien, Wetten, Markteintrittsversuche und Abwartspositionen warten letztendlich auf dieselbe Antwort: Wann kann das Hybrid-Bond-Verfahren endlich in der HBM-Serienproduktion eingesetzt werden?

Nach dem bestehenden Roadmap deutet die Antwort grob auf HBM5, die Generation mit 20 Schichten. Die drei großen Speicherhersteller haben im Wesentlichen bestätigt, dass sie das Hybrid-Bond-Verfahren in dieser Generation in großem Maßstab einführen werden. Laut der allgemeinen Erwartung der Branche liegt das Zeitfenster für HBM5 zwischen 2028 und 2030. Bis dahin wird das TC-Bond-Verfahren durch lötmittelfreie Verfahren weiterent