前言：

IC封裝本身就是一個復雜的市場。據最新統計，半導體行業已經開發了大約一千種封裝類型。

目前，第一波芯片正在使用一種稱為混合鍵合的技術沖擊市場，為基于3D的芯片產品和先進封裝的新競爭時代奠定了基礎。

混合鍵合常出現在圖像傳感器設計中

銅混合鍵合最早出現在2016年，當時索尼將這項技術用于CMOS圖像傳感器， 索尼從現在屬于Xperi的Ziptronix獲得了該技術的許可。

多年來，CMOS 圖像傳感器供應商一直在使用它。為了制造圖像傳感器，供應商在工廠中處理兩個不同的晶圓：第一個晶圓由許多芯片組成，每個芯片由一個像素陣列組成；第二個晶圓由信號處理器芯片組成。

然后，使用混合鍵合，將晶圓與μm級的銅對銅互連鍵合在一起。晶圓上的die隨后被切割，形成圖像傳感器。

這個過程與封裝幾乎無異。但其實大多數芯片不需要混合鍵合，對于封裝而言，混合鍵合主要用于高端設計，因為它是一項涉及多項制造挑戰的昂貴技術。

在當今先進封裝案例中，供應商可以在封裝中集成多裸片的DRAM堆棧，并使用現有的互連方案連接裸片。

通過混合鍵合，DRAM裸片可以使用銅互連的方法提供更高的帶寬，這種方法也可以用在內存堆棧和其他高級組合的邏輯中。

為芯片制造商提供了一些新的選擇，為下一代3D設計、存儲立方體或3D DRAM以及更先進的封裝鋪平了道路。

混合鍵合幾乎消除了信號丟失

混合鍵合技術與傳統的凸點焊接技術不同，混合鍵合技術沒有突出的凸點，特別制造的電介質表面非常光滑，實際上還會有一個略微的凹陷。

在室溫將兩個芯片附著在一起，再升高溫度并對它們進行退火，銅這時會膨脹，并牢固地鍵合在一起，從而形成電氣連接。

混合鍵合技術可以將互聯間距縮小到10 微米以下，可獲得更高的載流能力，更緊密的銅互聯密度，并獲得比底部填充膠更好的熱性能。

混合鍵合技術銅焊點的連接方式，讓這些銅焊點承載著功率、信號以及周圍的電介質，提供比銅微凸點多1000倍的連接性能。

它可以將信號延遲降低到可忽略不計的水平，同時將凸點密度提高比2．5D積分方案還高三個數量級。

混合鍵合的關鍵工藝

在傳統的先進封裝中組裝復雜的芯片可以擴展節點，使用混合鍵合的先進封裝則是另一種選擇。

工藝步驟包括電鍍（電化學沉積、ECD）、CMP、等離子體活化、對準、鍵合、分離和退火。

雖然這些工具已經成熟，例如，用于制造雙焊點銅互連和倒裝芯片鍵合，但這些工藝需要進一步完善以滿足混合鍵合的需求。

其中包括小于100nm對準精度，芯片到晶圓鍵合和分離工具的清潔度達到新水平，具有0．5nm RMS粗糙度的出色CMP平面度以及用于最佳鍵合的電鍍。

GlobalFoundry、英特爾、三星、臺積電和聯電都在致力于銅混合鍵合封裝技術，Imec和Leti也是如此。此外，Xperi正在開發一種混合鍵合技術，并將該技術許可給其他公司。

產業生態系統的重要性

許多合資企業正在通過簽訂許可協議、合作開發新工藝和新技術，來推進混合鍵合產業生態的構建：

Adeia與美光、全視、天行者、SK海力士、索尼、UMC、YMTC等公司簽訂了許可協議；

應用材料公司的介電位、蝕刻、CMP、等離子體活化與應用材料公司新加坡先進技術開發中心的 Besi 芯片鍵合機相結合；

EVG的融合和混合鍵合以及集體組裝／計量與奧地利EVG異構能力中心的ASM Pacific的0．2μm芯片鍵合機相結合；

英特爾和Leti開發了一種自組裝工藝，用于使用水蒸發進行芯片到晶圓的鍵合；

Suss Microtec將其表面處理覆蓋層測量工具與SET的芯片到晶圓鍵合機相結合；

TEL與IBM共同開發了300mm模塊，采用硅載體晶圓和激光釋放薄型產品晶圓。

結尾：混合鍵合代表一個轉折點

在最需要提高性能和功率的時候，混合鍵合為晶體管節點縮放提供了一種可行的替代方案。

在不同工藝間的競爭愈加激烈，混合鍵合很快將會應用到3D DRAM、RF調制解調器和microLED的GaN／Si鍵合等領域。

可以毫不夸張地說，混合鍵合代表了整個行業的一個轉折點，因為它改變了芯片制造的方式。

部分內容來源于：雪球：混合鍵合工藝進入發展快車道；半導體行業觀察：下一代 3D 芯片／封裝競賽開始；下一代3D封裝競賽開打；艾邦半導體網：先進封裝之混合鍵合（Hybrid Bonding）的前世今生

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