前言：

IC封裝本身就是一個(gè)復(fù)雜的市場。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)開發(fā)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(shù)沖擊市場，為基于3D的芯片產(chǎn)品和先進(jìn)封裝的新競爭時(shí)代奠定了基礎(chǔ)。

混合鍵合常出現(xiàn)在圖像傳感器設(shè)計(jì)中

銅混合鍵合最早出現(xiàn)在2016年，當(dāng)時(shí)索尼將這項(xiàng)技術(shù)用于CMOS圖像傳感器， 索尼從現(xiàn)在屬于Xperi的Ziptronix獲得了該技術(shù)的許可。

多年來，CMOS 圖像傳感器供應(yīng)商一直在使用它。為了制造圖像傳感器，供應(yīng)商在工廠中處理兩個(gè)不同的晶圓：第一個(gè)晶圓由許多芯片組成，每個(gè)芯片由一個(gè)像素陣列組成；第二個(gè)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(gè)過程與封裝幾乎無異。但其實(shí)大多數(shù)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(shè)計(jì)，因?yàn)樗且豁?xiàng)涉及多項(xiàng)制造挑戰(zhàn)的昂貴技術(shù)。

在當(dāng)今先進(jìn)封裝案例中，供應(yīng)商可以在封裝中集成多裸片的DRAM堆棧，并使用現(xiàn)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(nèi)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(shè)計(jì)、存儲(chǔ)立方體或3D DRAM以及更先進(jìn)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(shù)與傳統(tǒng)的凸點(diǎn)焊接技術(shù)不同，混合鍵合技術(shù)沒有突出的凸點(diǎn)，特別制造的電介質(zhì)表面非常光滑，實(shí)際上還會(huì)有一個(gè)略微的凹陷。

在室溫將兩個(gè)芯片附著在一起，再升高溫度并對它們進(jìn)行退火，銅這時(shí)會(huì)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(shù)可以將互聯(lián)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(lián)密度，并獲得比底部填充膠更好的熱性能。

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

它可以將信號延遲降低到可忽略不計(jì)的水平，同時(shí)將凸點(diǎn)密度提高比2.5D積分方案還高三個(gè)數(shù)量級。

混合鍵合的關(guān)鍵工藝

在傳統(tǒng)的先進(jìn)封裝中組裝復(fù)雜的芯片可以擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)，使用混合鍵合的先進(jìn)封裝則是另一種選擇。

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

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

其中包括小于100nm對準(zhǔn)精度，芯片到晶圓鍵合和分離工具的清潔度達(dá)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(tái)積電和聯(lián)電都在致力于銅混合鍵合封裝技術(shù)，Imec和Leti也是如此。此外，Xperi正在開發(fā)一種混合鍵合技術(shù)，并將該技術(shù)許可給其他公司。

產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要性

許多合資企業(yè)正在通過簽訂許可協(xié)議、合作開發(fā)新工藝和新技術(shù)，來推進(jìn)混合鍵合產(chǎn)業(yè)生態(tài)的構(gòu)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(xié)議；

應(yīng)用材料公司的介電位、蝕刻、CMP、等離子體活化與應(yīng)用材料公司新加坡先進(jìn)技術(shù)開發(fā)中心的 Besi 芯片鍵合機(jī)相結(jié)合；

EVG的融合和混合鍵合以及集體組裝/計(jì)量與奧地利EVG異構(gòu)能力中心的ASM Pacific的0.2μm芯片鍵合機(jī)相結(jié)合；

英特爾和Leti開發(fā)了一種自組裝工藝，用于使用水蒸發(fā)進(jìn)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(jī)相結(jié)合；

TEL與IBM共同開發(fā)了300mm模塊，采用硅載體晶圓和激光釋放薄型產(chǎn)品晶圓。

結(jié)尾：混合鍵合代表一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)

在最需要提高性能和功率的時(shí)候，混合鍵合為晶體管節(jié)點(diǎn)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(huì)應(yīng)用到3D DRAM、RF調(diào)制解調(diào)器和microLED的GaN/Si鍵合等領(lǐng)域。

可以毫不夸張地說，混合鍵合代表了整個(gè)行業(yè)的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因?yàn)樗淖兞诵酒圃斓姆绞健?/p>

審核編輯 ：李倩