「配線より“面”でつなぐ」—HBM4 は接続様式の大転換点
生成AIに、より高度な学習能力などが求められるなか、高い帯域幅を持ったDRAMである「HBM」は、スタック数を増やすことと1スタック当たりの帯域を上げることで進化してきた。2025年4月、米国のJEDECが「HBM4」を正式発表し、1スタック当たり最大2 TB/sの帯域が標準化された。スタック数の増加と組み合わせれば、パッケージ総帯域をほぼ線形に拡張できる。
一方で、従来のマイクロバンプ主体のチップは、さらなるI/O増に伴い、実装高さ・高歩留まり・低熱化といった複合の制約が顕在化している。これに対し注目されているのが、ハイブリッドボンディング（Hybrid Bonding：HB）技術だ。これは、銅（Cu）バンプなどの介在物を使用せずに半導体チップ同士を直接、高密度に接続できるため、I/O密度を飛躍させつつスタックを薄型化できるからだ。そして、HBM4/4Eにおいては、このHBをどこで・どの程度使うかが、量産化への鍵を握っているのだ。
この状況に対し、明確な動きを見せているのが韓国勢である。SK hynixはHBM4の12層のサンプルを主要顧客へ供給しており、2025年下期の量産準備完了を掲げている。この件に関しては、顧客側の要求も強いらしく、NVIDIAはHBM4量産開始時期についての前倒し要請を行っている。また、SamsungもHBM4投入に向けた実装プロセスの刷新を急いでいる。
本稿では、HBM4時代を支えると思われる「ハイブリッドボンディング（HB）」に焦点を当て、その動向を考察する。
1. 「I/Oを増やしつつ電力を抑える」設計が現実に
HBM4はインターフェース幅と転送速度の拡充により、2 TB/s/スタックの帯域を標準化した。そして、I/O数の増加と速度引き上げに伴い、配線長や寄生容量・寄生インダクタンスを抑制できる接合様式が求められている。HBは酸化膜と銅の平坦化・直接接合によって配線を面接触で短絡化し、ドライバ負担やトレーニング時間の低減にも効果的をもたらす。HBM4では「I/Oを増やしつつI/Oあたり電力を抑える」設計が現実となるのだ。
2. Intelの「Foveros Direct」がサブ5µm級ピッチを達成
HBは、金属表面の洗浄剤や厚い保護樹脂剤に依存しないため、狭ピッチ化と薄型化を同時に狙うことができる。ロジックでは、Intelのデータセンター向け最先端のプロセス・テクノロジー「Foveros Direct」がサブ5µm級ピッチを達成し、サブ10µm時代の量産化が視野に入った。これで、HBMベースダイとDRAMダイ間の配線長が短くなるため、信号品質（SI）と電源品質（PI）の両面で余裕が生まれ、スタック上層までの信号損失や遅延も抑えられる。
3. 規格側の信頼性対策と歩調を合わせた“システム最適化”が必要
HBによりI/O密度を引き上げるほど、1レーンの速度を下げて総帯域を確保する設計も可能になり、I/O電力低減の余地が広がる。他方、配線密度の上昇は、局所的な発熱密度の増加や熱拡散経路の不足を招く可能性がある。このため、スタックが薄くなる利点（熱経路短縮）と、面接触の拡大（界面熱抵抗低減の可能性）を活かしながら、材料・構造・動作条件を合わせ込むことが必須となる。HBM4で導入されたリフレッシュ制御の工夫など、規格側の信頼性対策とも歩調を合わせた“システム最適化”が求められる。
4. 韓国勢の量産計画とその狙いどころ
SK hynixは、HBM4の12層サンプル供給と2025年下期の量産準備を公表した。2025年2Q決算ではAIメモリ需要の追い風を確認し、HBM関連の投資増を示唆。HBM3E（12-high）の拡販と並走しつつ、HBM4の歩留まり立ち上げを急ぐ構えだ。
Samsungは、HBM3Eの品質改善と並行してHBM4投入を準備中と伝えられている。特に評価・認定の前倒しや、実装プロセス（フラックスレスや薄膜樹脂、HB適合プロセス）の適用範囲をどこまで広げるかが焦点でとなる。
5. 装置ベンダーの攻防
オランダのBE Semiconductor Industries N.V.は、2025年4月に大手メモリ向けにHBM4用途のHB装置を受注したと報告した。同社は、AIデータセンター需要に牽引され、アジアのサブコンやファウンドリからも高精度HB装置の引き合いが拡大している。
シンガポールのASMPTは、2025年に入り、HBM用途のHBツールを“初受注”し年央の出荷を明確にしている。HB市場シェア35〜40%を目標に掲げ、2027年にかけてHBのTAM拡大を見込んでいる。既存のTCB資産とHBの橋渡し提案で、HBM案件の装置採択を押し広げる戦略だ。
市場全体の動向としては、2025年下期にHBM向けHB装置需要が上昇するとの調査結果が示されており、BESIとASMPTが競い合う展開に。2026〜27年の量産世代を取り込むうえで、今期中の指名顧客獲得数が勝敗を決めることになるだろう。
6. TC-NCF／改良MR-MUFとHBの併用が現実的
HBM4初期（12層）は、成熟度・コスト・タクトの観点からTC-NCF／改良MR-MUFとHBの併用が現実的だと言える。そして、より高段化（16層）やI/O電力・帯域の限界が迫った段階で、HBの比重が高まる、という段階的移行が合理的だ。HBは装置と前後工程の立ち上げコストが高い一方で、I/O密度・薄型化・信号品位面でのメリットが大きく、“投資回収ライン”が一段と前倒しになる可能性がある。
7. 様々な要件の同時最適化が必要
2 TB/s/スタック級の帯域を現場で安定的に引き出すには、I/O密度・I/O電力・熱・歩留まり・検査を同時に最適化する設計運用力が必要だ。2025年内にHBとTC系の併用方針を製品別に定義し、HBラインの歩留まり・UPH・保全KPIを定量でモニタリングする体制の確立が、この分野での勝敗を決する鍵を握るのだ。
＊この記事は以下のサイトを参考に執筆しました。
参考リンク（直近1年以内の公式・有力メディア・調査機関のみ。本文中にURLは記載していません）
- JEDEC® and Industry Leaders Collaborate to Release JESD270-4 HBM4 Standard: Advancing Bandwidth, Efficiency, and Capacity for AI and HPC
- SK hynix Showcases HBM4 at TSMC 2025 Technology Symposium
- SK hynix Announces Q2 2025 Financial Results
- Nvidia’s Huang asked SK Hynix to bring forward supply of HBM4 chips by 6 months, SK’s chairman says（Reuters）
- Besi reports higher bookings as AI demand picks up in Asia（Reuters）
- ASMPT FY2024 Q4 Results Press Release（HBツール初受注・25年中頃出荷予定・HBシェア目標ほか）
- Intel Foundry Gathers Customers and Partners, Outlines Priorities（Foveros Direct <5µmピッチ）
- HBM Hybrid Bonder Demand Reportedly Rising in 2H25, as BESI and ASMPT Eye Growth（TrendForce）
- JEDEC Finalizes HBM4 Standard, Potentially Easing Pressure on Hybrid Bonding Adoption（TrendForce）