3D Hybrid Bonding技術概述

在摩爾定律的推動下，光刻（Lithography）技術一直是半導體產業實現芯片線寬微縮的核心。然而，進入后摩爾時代，芯片設計理念發生了轉變。除了微縮，芯片堆疊成為增加晶體管數量的重要手段，而鍵合（Bonding）技術則成為實現芯片堆疊的關鍵。鍵合技術的線寬和能耗直接決定了整個芯片系統的性能上限，因此，Hybrid Bonding（混合鍵合）技術在半導體產業中日益重要。

3D Hybrid Bonding是一種先進的封裝技術，它結合了熱壓鍵合和熔融鍵合的優點，允許不同芯片間的銅Pad面對面地在室溫條件下彼此鍵合。這種技術主要應用于高級3D設備堆疊，尤其是在邏輯芯片和存儲芯的3D互連中得到了廣泛應用。

封裝技術的演進：從Wire Bonding到Hybrid Bonding

封裝技術不斷向先進封裝方向發展，從Wire Bonding（引線鍵合）到Die Bonding（芯片鍵合），再到Hybrid Bonding。隨著AI系統對算力的需求爆發，各大廠商開始瘋狂堆疊芯片，高級封裝技術被引入AI芯片系統。2.5D封裝采用Micro bump（微凸點）技術，而需要更高內存和CPU/GPU數據傳輸速度的系統則采用3D Hybrid Bonding技術。

技術特點

熔融鍵合(Fusion Bonding)

熔融鍵合技術是通過熔融或直接晶圓鍵合，使得介電層和功能團在晶圓之間橋接。這種技術能夠提供更精確的活化，并在氫橋鍵的幫助下實現更精細的操作。

混合鍵合(Hybrid Bonding)

混合鍵合技術則是在熔融鍵合的基礎上發展起來的，它擴展了與鍵合界面中嵌入的金屬焊盤的熔融鍵合，從而允許晶片面對面連接。這種技術不僅提供了電力（金屬鍵合），還產生了機械力（熔融鍵合），使得不同芯片間的銅Pad可以直接在室溫條件下相互鍵合。

3D Hybrid Bonding與其他封裝技術的比較

3D Hybrid Bonding與其他封裝技術的比較 3D Hybrid Bonding技術與其他封裝技術相比具有以下優勢： 1. 高密度連接：3D Hybrid Bonding技術可以實現更高密度的芯片連接，其連接間距可以縮小至1μm甚至更低，而傳統凸塊接合的最小接點間距約為20μm。 2. 低能耗：3D Hybrid Bonding技術制作的銅接點傳遞信號不僅更穩定，能耗也只有微凸塊的三分之一甚至更低，有助于節能散熱。 3. 機械應力減少：3D Hybrid Bonding技術還能減少芯片的機械應力，提升產品可靠性。 4. 數據傳輸速度高：3D Hybrid Bonding技術支持更高的數據傳輸速度，完成更低能耗表現。 5. 成本優勢：采用混合鍵合制作銅接點無需使用微凸塊間的填充材料，有助于降低成本。

3D Hybrid Bonding技術的未來發展方向

3D Hybrid Bonding技術的未來發展方向 3D Hybrid Bonding技術在未來的發展可能會集中在以下幾個方面： 1. 提升連接性能：隨著技術的進步，3D Hybrid Bonding可能會實現更小的凸點間距，提高芯片之間的連接性能。 2. 應用拓展：3D Hybrid Bonding技術可能會在更多的領域得到應用，如物聯網、5G通信、人工智能等。 3. 創新設計：3D Hybrid Bonding可能會配合其他新興技術，如硅通孔(TSV)技術、2.5D和3D封裝等，推動集成電路行業的創新設計。 4. 提高生產效率：隨著設備和工藝的改進，3D Hybrid Bonding技術的生產效率有望進一步提高，降低生產成本。 5. 環境友好：未來的3D Hybrid Bonding技術可能會更加注重環保，采用更加環保的材料和工藝。

應用領域

3D Hybrid Bonding技術的主要應用是高級3D設備堆疊，尤其是在邏輯芯片和存儲芯的3D互連中。這項技術使得不同芯片間的銅Pad可以面對面地直接在室溫條件下彼此鍵合，大大提高了設備的性能和效率。

此外，3D Hybrid Bonding技術也在圖像傳感器上得到了廣泛應用。這種技術可以將兩片以上的不相同晶圓通過金屬互連的方式實現三維集成，已經在集成電路工業上開始規模應用。

結論

綜上所述，3D Hybrid Bonding技術是一種先進的封裝技術，它結合了熔融鍵合和混合鍵合的優點，能夠實現不同芯片間的高效連接。這種技術在邏輯芯片、存儲芯以及圖像傳感器等領域有著廣泛的應用前景，為高性能設備的開發提供了新的可能性。

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