先进封装Hybrid bonding Process介绍

Hybrid Bonding 技术研报总结

1. 半导体制程整合与 Chiplet 芯片设计

• SoC 工艺限制与 Chiplet 解决方案：随着半导体前段制程微缩面临技术与成本挑战，先进封装技术（如 Chiplet）成为关键。通过将 SoC 上的功能模块拆分成多个 Chiplet，利用 2.5D/3D 封装技术重新组合成完整系统，实现性能提升、设计灵活性和成本控制。
• Chiplet 应用：汽车人工智能芯片（ADAS）通过 Chiplet 集成提高性能和设计灵活性，InFO-oS 用于逻辑+逻辑，CoWoS 用于逻辑+HBM 集成。

2. Hybrid Bonding 制程演进

• 核心键合设备厂商：
  • 国际：Besi（荷兰）、EVG（奥地利）、东京电子（TEL）、SUSS（德国）。
  • 国内：拓荆科技（TJEC）、青禾晶元、迈为股份、芯慧联新。
• 混合键合制作流程：晶圆准备、氧化物沉积、金属层沉积、对准与键合、退火处理、检测与测试。
• 技术原理：表面预处理（CMP 和清洁活化）、高精度对准（±100nm）、预键合（室温压合）、退火（300°C-400°C 加热加压实现铜焊盘融合）。
• 主要类型与优势：
  • W2W：工艺成熟，适合 CMOS 图像传感器和 3D NAND，但良率受影响。
  • D2W：适合大芯片和异构集成，提高良率，但技术难度高。
  • 优势：超高密度互连（间距达亚微米级）、低电阻与延迟、低功耗（降低至传统技术的三分之一）、更佳散热性能、实现小型化。

3. Hybrid Bonding 主要应用与挑战

• 主要应用：3D 芯片堆栈（如 AMD 3D V-Cache）、高带宽内存（HBM）、CMOS 图像传感器、异构集成（智能手机、物联网设备）。
• 面临挑战：极高的工艺要求（表面平整度、洁净度、对准精度）、良率控制困难、技术难度大（退火过程控制）。

4. Hybrid Bonding 应用于 3D 先进封装新技术-SoIC

• SoIC 技术：业界首个高密度 3D 小芯片堆栈技术，用于十纳米及以下晶圆级键合，分为 SoIC-P（微凸块堆栈）和 SoIC-X（混合键合）。
• 应用领域：SoIC-P 适用于行动应用，SoIC-X 适用于 HPC、AI 领域。

5. 无尘室洁净度要求

• 洁净度标准：ISO Class 3–5，使用微粒子计数器（Particle Counter）进行悬浮粒子数测量。
• 换气次数：一般换气频率需根据内部粉尘量设计，无尘室需使用 HEPA/ULPA 过滤器（FFU）进行换气。

6. AB1 Process (CoWoS-S) 简介

• CoW 流程：将多个裸芯片（Die）倒装焊接到晶圆基底上，是 CoWoS 封装技术的核心环节。
• 流程步骤：
  1. 芯片贴合（拾取、对准、热压键合 TCB）。
  2. 底部填充（毛细现象填充、固化）。
  3. 晶圆切割。
• 流程定位：CoW 是实现 2.5D 封装高密度互连的关键一步。

7. TCB 工艺技术介绍

• 技术原理：热-力协同作用，局部加热芯片微凸点，精确施压，形成冶金结合。
• TCB vs. 传统回流焊：TCB 为局部回流，精度更高，适合大算力芯片（如英伟达 H100/H200）。
• 核心工艺流程：上料与预对准、精密对位、拾取与键合、冷却与固化。
• 主要应用领域：AI/HPC 芯片、HBM、2.5D/3D IC 集成、共封光学（CPO）与光模块。
• 演进方向：无助焊剂 TCB，避免助焊剂残留风险，适合超细间距和高可靠性应用（如 HBM4、CoWoS-L）。

8. Hybrid Bonding VS TCB 核心差异概览表

• 差异：主要在键合方式、对准精度、适用场景等方面。

9. Hybrid Bonding Process 案例

• 案例展示：提供多个 Hybrid Bonding Process 应用案例。

10. Q&A 与参考文献

• Q&A：预计 2~3 个问题。
• 参考文献：IEEE Hybrid Bonding Symposium、YOLE group、科技新报 Tech News、优分析 Uanlayze 等。