随着摩尔定律逐渐进入其发展轨迹的后半段,芯片产业越来越依赖先进的封装技术 来推动性能的飞跃。在封装技术由平面走向更高维度的2.5D和3D时,互联技术成为 关键中关键。面对3D封装日益增长的复杂性和性能要求,传统互联技术如引线键合、 倒装芯片键合等,正逐步显露其局限。尽管TSV通过热压键合等技术目前可以实现 高效的芯片堆叠互联,但由于每一层互连都要经历再布线,工艺复杂,界面数量过 多,分层失效发生的可能性较大,失效的概率会随着堆叠层数的增加而成倍增长, 在可靠性上限制了3D堆叠的层数。在这种背景下,混合键合技术以其革命性的互联 潜力,正成为行业的新宠。
混合键合主要有两种应用方式,W2W应用较为成熟,D2W前景更广。
第一种混合键 合方式是晶圆到晶圆(W2W,Wafer to Wafer),主要用于CIS和NAND产品。作为 异构集成的核心工艺,W2W混合键合已经在CMOS图像传感器和各种存储器、逻辑 技术方面获得良好的成功记录。铜-铜混合键合最早出现在2016年,当时索尼将这项 技术用于CMOS图像传感器,在堆叠的CMOS图像传感器的下部电路芯片和上部像 素芯片之间利用铜混合键合。
混合键合技术相比微凸点更具优势,有望成为下一代HBM键合工艺。与目前使用微 凸点连接TSV的技术相比,混合键合减少了层间物理连接的需求,使芯片设计更紧凑,有利于实现更高性能和密度。其次,混合键合还可减少芯片内部的机械应力,减 少信号传输距离,提高产品的整体可靠性,同时支持更高的数据传输速度和更低的 能耗。而第6代HBM(HBM 4)预计将于2026年左右量产,需要 垂直堆叠16个DRAM,这对于当前的封装技术来说具有挑战性,在未来HBM的I/O密 度不断提升以及层高数量需求不断增加的趋势下,混合键合工艺将更具应用前景。