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2025-05-15
先進(jìn)封裝高密度互聯(lián)推動(dòng)鍵合技術(shù)發(fā)展
一、鍵合技術(shù)分類與演進(jìn)
鍵合核心作用：通過物理/化學(xué)方法將晶圓結(jié)合，形成異質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)。分類依據(jù)多樣：
| 分類維度 | 技術(shù)類型 |
|---|---|
| 目標(biāo)晶圓類型 | 晶圓-晶圓鍵合（W2W）、芯片-晶圓鍵合（D2W） |
| 鍵合持久性 | 臨時(shí)鍵合（可分離）、永久鍵合 |
| 界面夾層 | 直接鍵合、間接鍵合、混合鍵合（Hybrid Bonding） |
| 技術(shù)代際 | 傳統(tǒng)：引線鍵合（Wire Bonding）先進(jìn)：倒裝鍵合（Flip Chip）、混合鍵合 |
二、傳統(tǒng)封裝：引線鍵合主導(dǎo)
核心原理：通過金屬引線連接芯片與基板，實(shí)現(xiàn)電氣互聯(lián)。技術(shù)分支：
熱壓鍵合：金/銅絲熔球壓焊，需高溫（300-500℃），工藝簡單但易氧化。
超聲鍵合：鋁絲超聲波塑變連接，室溫操作但方向敏感。
熱超聲鍵合：加熱+超聲振動(dòng)，效率高且適用廣（金/銅絲）。
設(shè)備格局：
2024年中國進(jìn)口市場約6.18億美元（鋁線鍵合機(jī)占10-15%，單價(jià)25萬美元；金銅線占85-90%，單價(jià)5-6萬美元） 。
海外壟斷：K&S與ASMPT市占率超80%，鋁線設(shè)備主導(dǎo)汽車電子。
三、先進(jìn)封裝鍵合技術(shù)演進(jìn)
驅(qū)動(dòng)方向：
高傳輸速率、多芯片堆疊、微型化（移動(dòng)/穿戴設(shè)備需求）。
技術(shù)路徑對比：
| 技術(shù) | 凸點(diǎn)間距范圍 | I/O密度 | 核心優(yōu)勢 | 應(yīng)用場景 |
|---|---|---|---|---|
| 倒裝鍵合（FC） | 40-50μm | 中等 | 全芯片植球，路徑短 | CPU/GPU/DRAM封裝 |
| 熱壓鍵合（TCB） | 10-40μm | 高 | 局部加熱，抗翹曲 | HBM3多層堆疊 |
| 混合鍵合（HB） | <10μm | 超高 | 無凸點(diǎn)，銅直連，能耗降70% | 3D NAND/HBM4 |
注：混合鍵合精度達(dá)0.1-0.5μm，能量/bit僅0.05pJ，比倒裝鍵合提升400倍I/O密度。
四、熱壓鍵合（TCB）市場分析
規(guī)模：2023年全球市場1.04億美元，2030年預(yù)計(jì)2.65億美元（CAGR 14.5%）。
競爭格局：ASMPT、K&S、BESI等海外五巨頭壟斷**88%**份額，國產(chǎn)化加速（華卓精科等）。
設(shè)備創(chuàng)新：ASMPT FIREBIRD系列支持2.5D/3D封裝，已交付超250臺。
五、混合鍵合（HB）核心工藝
流程三步法：
預(yù)處理：晶圓CMP拋光+活化清洗（粗糙度<0.5nm）。
預(yù)對準(zhǔn)鍵合：室溫下介質(zhì)層（SiO?）熔融橋連，銅觸點(diǎn)物理貼合。
熱退火：促進(jìn)Cu互擴(kuò)散，形成永久鍵合。
技術(shù)難點(diǎn)：
潔凈度要求：需ISO 1級無塵室（傳統(tǒng)封裝僅需ISO 3級）。
精度控制：橫向?qū)?zhǔn)誤差<50nm，銅凹陷（dishing）需納米級管控。
六、臨時(shí)鍵合技術(shù)：超薄晶圓支撐
應(yīng)用背景：晶圓減薄至<10μm時(shí)易翹曲碎裂，需載板提供機(jī)械支撐。
工藝類型：
| 方法 | 原理 | 優(yōu)勢 | 局限 |
|---|---|---|---|
| 機(jī)械剝離 | 物理撕離載板 | 低成本 | 高破片率 |
| 濕化學(xué)溶解 | 溶劑溶解鍵合膠 | 低溫操作 | 耗時(shí)（>10小時(shí)） |
| UV激光解鍵合 | 激光汽化光敏材料 | 無應(yīng)力，精度高 | 設(shè)備成本高 |
設(shè)備壁壘：多材料兼容性、熱應(yīng)力控制、對準(zhǔn)精度（<50nm）。
