HBM封裝技術の方向転換！三星とSK海力士が相次ぎ発表：HBM4では混合鍵合を導入しない

過去2年間、高帯域メモリ（HBM）封裝技術の大きな飛躍とされてきた混合鍵合（Hybrid Bonding）の開発ペースに変化が生じている。JEDECが最近HBM4の設計仕様を緩和したことで、必須と見なされていた新技術の緊急性が低下。韓国の2大メモリメーカー、三星とSK海力士（SKHY-US）は相次いで、HBM4製品では既存の封裝アーキテクチャを継続し、混合鍵合の早期導入を見送ると決定した。

『ZDNet Korea』が業界関係者の話として伝えたところによると、三星とSK海力士はHBM4で混合鍵合を採用しないことを相次いで決定。混合鍵合の導入はHBM4E以降になる可能性が高いという。

業界関係者の一人は、16層積層に関する議論の熱が明らかに冷めていると指摘。HBM4E世代に移行しても、12層積層が主流の選択肢のままになる可能性があると述べた。

この方向転換の鍵を握ったのは、国際半導体標準化団体JEDECによる技術的調整だ。HBM封裝の高さの上限が、775マイクロメートルから1000マイクロメートルに緩和されたのである。

HBMは複数のDRAMダイを積層する構造であり、層数が増えるほど容量と帯域が向上するが、封裝の高さには物理的な限界がある。

現在主流の熱圧接合プロセスでは、層間の微細な金属バンプで接合する。この技術は成熟しており、歩留まりも安定しているが、バンプ自体が高さを占める。12層積層ですでに775μmの旧上限に近づいており、16層や20層への拡張には空間が不足していた。

ここが、混合鍵合の本来の強みだった。バンプを取り除き、銅面を直接貼り合わせることで、同じ高さにさらに多くの層を詰め込むことが可能になり、放熱性能も向上する。

しかし、JEDECが上限を緩和したことで状況は一変。追加の225μmにより、熱圧接合という「既存技術」でも12～16層積層に対応できるようになった。市場で必須と見なされていた技術革新が、一気にその直接的な推進力を失ったのである。

高さ制限に加え、混合鍵合のもう一つの強みは放熱性にある。従来のプロセスでは、バンプ周囲に絶縁性の樹脂を充填するが、この材料は熱伝導性が低く、各DRAM層間に断熱材を挟むようなものだ。層数が増えるほど熱が逃げにくくなる。混合鍵合はこの工程を省略できるため、理論上の放熱効率が大幅に向上する。

しかし、三星とSK海力士はそれぞれ代替案を確立した。三星はHPBと呼ばれる熱伝導パス技術を開発し、封裝内部に独立した放熱柱を追加。積層構造に複数の「放熱煙突」を設置するようなものだ。一方、SK海力士はiHBM方式を導入。電気的に絶縁された熱伝導性シリコン部品をDRAM層間に直接埋め込み、熱抵抗を30％以上低下させると発表している。

両者の共通点は、接合方式を変えず、封裝構造に放熱部品を追加することで、混合鍵合が持つ独自の放熱優位性を他の工学的手法で補完している点だ。

真のキープレーヤーであるNVIDIA（輝達）が急いでいない

メモリメーカーの技術路線は、最終的に最大顧客であるNVIDIA（NVDA-US）の意向に左右される。『ZDNet Korea』の報道によれば、NVIDIAはより高層のHBM需要のスケジュールをすでに緩やかにしているという。

その背景は明らかだ。16層HBMは単一チップの容量と帯域を倍増させるが、これにはGPU側のメモリコントローラとインターコネクトアーキテクチャの同時アップグレードが必要になる。

もしNVIDIAの次世代プラットフォームが、12層HBMの搭載数を増やすだけで帯域要件を満たせるなら、歩留まりが低くコストの高い16層プロセスに記憶体メーカーを急かすインセンティブはない。

台湾のTSMC（2330-TW）のSoIC先進封裝技術も、別の観点から高さの制約を緩和している。SoICによりGPUとHBMが3次元垂直積層され、GPU封裝自体が厚くなることで、HBMに割り当てられる高さの余裕が広がったのだ。

つまり、今後のプラットフォームアーキテクチャはHBMの空間制約を圧迫するのではなく、緩和する方向にあるのである。

サプライチェーン：誰が恩恵を受け、誰が圧力を受けるか

アナリストは、この技術路線の延期がサプライチェーンに明確な影響を与えると指摘している。

従来の熱圧接合設備メーカーは明白な勝者だ。韓国のハンミセミコンダクターは現在、世界のHBM熱圧接合設備市場で71.2％のシェアを持つリーダー企業であり、混合鍵合の導入が1世代遅れることで、受注見通しが少なくとも2年間延長される見込みだ。

一方、混合鍵合設備メーカーは需要の先送りを余儀なくされるが、物語が消えたわけではない。オランダのBesiは世界の混合鍵合設備市場で約70％のシェアを持つ。中国の拓荊科技はすでにウェーハ対ウェーハの混合鍵合を量産化しており、2025年の関連事業売上高は41.92％成長すると予想されている。北方華創も今年、チップ対ウェーハの混合鍵合設備を発表している。

これらの企業の成長原動力は現時点でロジックチップ分野が中心であり、短期的な業績への影響は限定的だ。しかし、「まもなく爆発する」とされていた市場ストーリーは、「長期的トレンドは不変だが、導入時期が遅れる」という形に書き換えられた。

もう一つ注目される新興市場は、封裝内部の放熱材料である。三星のHPBとSK海力士のiHBMは同じ方向を示している。HBMの放熱は今後、外部の液冷プレートに依存するだけでなく、封裝内部に専用の熱伝導部品を埋め込むことが新たな選択肢となる可能性がある。

この細分化市場には、まだ明確なサプライヤー図は形成されていないが、需要の方向性はすでに浮上している。

遅くても悪いわけではない

アナリストは、サプライチェーン全体の観点から見ると、今回の技術路線の延期はむしろ好ましいことだと分析している。

混合鍵合は、ナノレベルの平坦度で2枚のウェーハを精密に位置合わせし、無塵環境下で銅原子の直接拡散接合を行う必要がある。HBM製造プロセスの中で歩留まりリスクが最も高い工程だ。

もし三星とSK海力士がHBM4世代に強引に導入した場合、量産歩留まりにばらつきが出れば、すでに逼迫しているHBM供給がさらに悪化する。これは現在のAIサプライチェーンが最も耐えがたい変数である。

まずは成熟した熱圧接合で12層HBM4とHBM4Eの量産を安定させ、HBM5E世代でI/O密度が2048から4096に倍増するタイミングで、混合鍵合を投入して16層、20層積層に挑戦する。このペースはやや遅いが、近い将来のHBM供給をより確実に保つことができる。

かつて混合鍵合を「次のCoWoS級の投資テーマ」と見なしていた市場にとっては、これは確かに冷や水である。しかし、HBM5E世代でのI/O帯域倍増はすでに確定方向であり、混合鍵合はいずれ避けられない技術的ハードルだ。ただ、それが2026年に予定通り到来するわけではない。