「香港飛龍」標誌 本文内容： 如果您希望可以時常見面，歡迎標星收藏哦~後摩爾時代，隨着芯片製程微縮逼近物理極限，先進封裝技術成爲突破性能瓶頸的關鍵路徑。作爲其中的前沿方向，混合鍵合技術正迎來加速發展期。SK海力士、三星等HBM存儲巨頭，英偉達、博通等行業領軍企業，已相繼釋放明確需求信號並展開技術規劃，標誌着這項能實現芯片高密度、低功耗互連的創新技術，正從研發階段邁向規模化應用的重要節點。近日，應用材料收購BESI股份的消息，再次爲混合鍵合技術的發展增添了一股助力。混合鍵合技術，多方入局混合鍵合技術又稱爲直接鍵合互連，是後摩爾時代先進封裝領域的核心技術之一，其核心原理是通過銅-銅直接鍵合與介質鍵合的協同作用，實現芯片間的高密度垂直互連。因爲混合鍵合無需傳統焊料凸塊，直接通過銅-銅鍵合和介質-介質鍵合的雙重機制，將芯片間的互連間距縮小至亞微米級甚至納米級。混合鍵合技術優勢體現在幾個方面：極致互連密度與性能突破：混合鍵合可實現1μm以下的互連間距，相較傳統凸塊鍵合（20μm以上），單位面積的I/O接點數量提升千倍以上，這種高密度互連使芯片間數據傳輸帶寬大幅提升。熱管理與可靠性提升：緊湊的垂直堆疊結構和直接導電路徑優化了熱傳導效率。三維集成與異構設計靈活性：該技術支持邏輯芯片、存儲芯片、傳感器等不同功能單元的垂直堆疊，推動3D IC和Chiplet架構的發展。工藝兼容性與成本優化潛力：混合鍵合兼容現有晶圓級製造流程，可與TSV、微凸塊等技術結合形成複合封裝方案。當前，全球半導體巨頭正加速混合鍵合技術的產業化落地。例如，SK海力士在HBM3E中採用混合鍵合後，通過增加熱虛擬凸塊和高導熱底部填充材料，散熱性能較傳統方案提升顯著，成功通過12層以上堆疊的可靠性測試。在HBM4內存中，混合鍵合技術將DRAM層間距壓縮至1-2μm，使堆疊厚度降低30%，同時支持16層以上的高密度堆疊，預計實現64GB容量和6.56TB/s的峯值帶寬。此外，混合鍵合減少了芯片內部的機械應力，避免了傳統凸塊因熱膨脹係數差異導致的斷裂風險，在AI芯片等高溫環境下的長期穩定性表現優異。三星在3D DRAM中通過混合鍵合替代部分TSV，在提升集成度的同時降低了30%的芯片表面積。儘管當前設備成本較高，但隨着工藝成熟和規模化應用，其單位互連成本有望低於傳統凸塊技術，尤其在HBM、AI芯片等高附加值領域已展現出顯著的成本效益。此外，三星計劃從2025年下半年量產的V10 NAND開始引入混合鍵合，解決420層以上堆疊的可靠性難題。臺積電的SoIC技術通過混合鍵合實現邏輯芯片與SRAM的堆疊，使AMD 3D V-Cache處理器的L3緩存容量提升3倍，性能提高15%。在異構集成中，混合鍵合允許不同工藝節點的芯片無縫連接，同時保持整體封裝的緊湊性，爲存算一體、AI加速器等新型架構提供了物理基礎。博通的3.5D XDSiP平臺集成12個HBM堆棧和6000mm2硅芯片，通過混合鍵合實現了7倍於傳統封裝的信號密度，同時將平面芯片間PHY接口功耗降低90%，爲生成式AI提供低延遲、高帶寬支持，預計2026年量產。英偉達H100/H200 GPU採用混合鍵合優化CoWoS封裝，提升AI算力密度；英特爾也早在2020年的Architecture Day發表先進封裝採混合鍵合，計劃用於3D封裝Foveros Direct，當時宣佈同年試產混合鍵合芯片；Mobileye計劃在自動駕駛芯片EyeQ7中採用混合鍵合，集成12個攝像頭和激光雷達處理模塊，可實現多芯片堆疊和低延遲互連；蘋果M5芯片預計2026年採用臺積電SoIC-X封裝，通過混合鍵合實現邏輯與存儲堆疊，提升旗艦手機的AI推理性能；儘管讓先進封裝真正聲名大噪並備受關注與追逐的產品是AI芯片，然而第一個採用混合鍵合的商用化產品其實是搭載智能手機的CIS，採用混合鍵合量產最多芯片的公司並非目前代工龍頭臺積電，而是專精CIS的索尼。索尼2016 年爲三星旗艦手機Galaxy S7 Edge 生產的IMX260 CIS，就採用了混合鍵合技術，將劃素層堆疊於ISP上，達成接點間距僅9μm左右的里程碑。索尼、三星等通過混合鍵合實現CIS像素層與邏輯層的無縫連接，在智能手機攝像頭中實現更薄的模組設計和更低的光路損耗等。可以看到，混合鍵合技術通過物理互連方式的革新，突破了傳統封裝的性能瓶頸，成爲3D集成和異構計算的關鍵使能技術。當前，其發展已從早期的技術驗證階段進入規模化應用的爆發期，開始在HBM、3D NAND、AI芯片、自動駕駛、CMOS圖像傳感器和移動SoC等領域逐漸落地應用，預計到2030年將覆蓋全球30%以上的高端芯片市場。混合鍵合技術將持續推動半導體產業向更高密度、更低功耗的方向演進，成爲後摩爾時代的核心競爭力。混合鍵合設備廠商，競相加速在半導體產業向三維集成躍遷的關鍵階段，混合鍵合作爲實現高密度、低功耗3D集成的核心技術，已成爲突破性能瓶頸的核心路徑，正從研發驗證邁向規模化應用的關鍵階段。這一顛覆性創新不僅重塑了半導體封裝的技術路徑，更催生了設備端的全新需求——從納米級對準精度的鍵合機到全流程檢測系統，從銅互連材料沉積設備到介電層處理平臺，整個產業鏈對高端裝備的需求呈指數級增長。當前，全球混合鍵合設備市場規模增長迅速，2023年約4.21億美元，預計2030年達13.32億美元，年複合增長率30%，市場潛力巨大。在這一技術變革的窗口期，全球設備廠商敏銳捕捉到市場機遇，圍繞混合鍵合的核心工藝環節展開激烈競爭。應用材料、ASMPT、BESI等國際巨頭依託技術積累與生態優勢，率先推出量產級解決方案。這些廠商或深耕鍵合設備的精度極限，或打通從晶圓預處理到封裝測試的全鏈條技術，以設備創新驅動混合鍵合技術落地，爲HBM存儲、AI芯片等戰略領域的產能突破奠定了硬件基礎。應用材料：全流程整合與生態協同引領者應用材料正在通過資本運作與技術整合構建混合鍵合全鏈條能力，爭做全流程整合與生態協同的戰略引領者。2025年4月，應用材料以戰略投資形式持有BESI 9%股權，將其在晶圓預處理（如InsepraSiCN介電層沉積、CatalystCMP平坦化）的技術優勢與BESI的高精度鍵合設備和貼片封裝的深度綁定，形成從材料到鍵合的閉環解決方案，共同開發集成混合鍵合系統。該系統整合應用材料的晶圓處理技術（如TSV電鍍、CMP）與BESI的高精度芯片組裝能力，目標覆蓋從介電層沉積到鍵合的全鏈條需求。實際上，自2020年建立合作關係以來，應用材料與BESI公司已聯合開發基於芯片的混合鍵合（Hybrid Bonding）集成設備解決方案。混合鍵合技術通過直接銅-銅鍵合實現芯片間高密度互連，顯著縮短佈線長度並降低功耗，成爲先進邏輯芯片、HBM及3D堆疊封裝的核心技術。隨着傳統二維微縮速度逐漸放緩，半導體行業正積極轉向異構設計和芯片集成，將其作爲改進性能、功耗、面積、成本和上市時間的全新途徑。爲了更好地順應這一行業趨勢，應用材料公司和BESI制定了聯合開發計劃，並正在籌備建立一箇專注於下一代芯片間鍵合技術的卓越中心。同時，應用材料還與EVG合作開發晶圓到晶圓（W2W）混合鍵合工藝，覆蓋CIS、NAND及潛在DRAM領域，強化在存儲芯片市場的滲透力。針對混合鍵合技術，應用材料在材料創新和檢測閉環方面打造核心優勢。材料創新：開發銅-鍺合金沉積技術，將互連間距縮小至0.1μm，同時通過熱膨脹係數優化降低鍵合應力風險，已在HBM4樣品中驗證；檢測閉環：SEMVision™ H20系統結合AI與電子束檢測，可實現混合鍵合前晶圓表面缺陷的納米級檢測，良率提升至99%以上，成爲量產線標配。基於上述方案與創新，應用材料在韓國與SK海力士共建聯合實驗室，主導HBM4量產設備驗證，預計2026年實現混合鍵合設備產能翻倍。同時，應用材料還不斷推動銅互連與介電層材料的行業標準制定，通過材料-設備協同鎖定長期市場份額。應用材料表示，混合鍵合的產業化需打破“設備-材料-工藝”的孤島式研發，其通過收購BESI股權及與EVG合作，構建跨環節技術協同生態，爲客戶提供“交鑰匙”解決方案。這種模式正成爲後摩爾時代設備廠商競爭的新範式。應用材料能夠提供全產業鏈覆蓋能力，從薄膜沉積（如ALD、PECVD）到檢測設備的垂直整合能力，支持客戶實現從工藝開發到量產的無縫過渡。尤其是在銅擴散阻擋層、高精度對準算法等關鍵環節擁有超過2000項專利，技術護城河深厚。ASMPT：高精度鍵合技術的絕對領導者從技術路徑來看，ASMPT聚焦熱壓鍵合（TCB）與混合鍵合雙技術路線，以“精度+效率”構築護城河。但TCB是ASMPT當前的營收主力，2024年ASMPT推出AOR TCB™技術，支持12-16層HBM堆疊，I/O間距縮小至個位數微米，較傳統TCB提升70%密度。據悉，AOR TCB™設備已通過SK海力士HBM3E產線驗證，鍵合效率達1000片/小時，支持35μm超薄芯片處理。同時，與IBM合作開發原子級銅-銅混合鍵合技術，實現銅-銅鍵合間距<50nm，爲3D IC提供物理基礎；ASMPT還與臺積電合作開發SoIC-X封裝平臺，通過混合鍵合實現邏輯芯片與光子芯片的無縫連接，功耗降低40%。ASMPT認爲，混合鍵合的普及需要解決兩大痛點——成本與兼容性。其通過TCB技術的持續迭代能降低客戶遷移成本，同時以“設備-工藝”捆綁模式推動混合鍵合在邏輯芯片領域的滲透。但在混合鍵合領域，ASMPT與IBM、臺積電等頭部企業的聯合研發，加速技術標準化進程，降低客戶適配成本。BESI：AI驅動的高精度鍵合設備隱形冠軍長期以來，BESI押注AI芯片與HBM封裝需求，以高精度對準技術搶佔高端市場。BESI的混合鍵合設備被臺積電CoWoS、SoIC-X等先進封裝平臺廣泛採用，同時爲蘋果M5芯片、英偉達GPU提供關鍵設備支持。值得關注的是，BESI在CIS傳感器和顯示驅動芯片領域市佔率超40%，技術Know-How可快速遷移至HBM封裝。BESI表示，從現有和新客戶那裏收到了大量混合鍵合系統的訂單，並預計隨着全球採用的不斷擴大將帶來更多訂單。隨着對AI技術的需求增長，BESI正依賴其用於在芯片內部創建更緊密互連的混合鍵合工具，但汽車和智能手機市場的復甦速度慢於預期，以及高庫存，引發了對全球半導體需求的擔憂。2024年，其訂單增長主要來自AI應用，部分抵消傳統封裝需求下滑的影響。BESI預計2025年對這些系統的需求將急劇增加，BESI與英特爾、臺積電簽訂了長期供應協議，鎖定HBM4及AI芯片封裝設備需求，2025年目標市佔率提升至40%。對此，BESI積極規劃產能擴充，越南胡志明市工廠二期擴產4200萬美元，預計2025年6月投產，新增年產180臺混合鍵合機產能，主要服務於AI芯片與HBM市場。並計劃將其在馬來西亞的潔淨室設施翻倍以滿足需求，潔淨室是控制環境，最小化污染，這對於混合鍵合半導體設備製造至關重要。BESI通過與應用材料的戰略合作，聚焦混合鍵合設備的模塊化設計。其核心產品包括芯片貼裝系統和晶圓鍵合機，目標覆蓋C2W（芯片-晶圓）和W2W（晶圓-晶圓）雙模式需求。BESI判斷，AI芯片的爆發將推動混合鍵合設備需求提前釋放，其通過在越南就近設廠，縮短交付週期並降低成本，同時與客戶聯合研發定製化解決方案，強化技術綁定。庫力索法：高性價比路線顛覆者庫力索法認爲，混合鍵合的高投入（如潔淨室改造、CMP精度要求）短期內難以普及，因此主推Fluxless TCB技術，其成本較混合鍵合低40%，在HBM3E等過渡性產品中佔據主流，且兼容現有產線。庫力索法以Fluxless TCB技術切入中高端市場，通過成本優勢延緩混合鍵合替代進程。在TCB領域，庫力索法APTURA系列設備採用甲酸原位去氧化技術，實現銅-銅鍵合，無需助焊劑且避免IMC問題，鍵合間距可降至10μm以下，已通過兩家客戶量產驗證。同時對工藝要求也相對簡化，對CMP精度要求僅3nm（混合鍵合需0.3-0.5nm），切割工藝無需等離子處理，工廠潔淨度要求從Class10降至千級，大幅降低客戶改造成本。同時，庫力索法還在開發雙頭TCB設備，將UPH從1000片/小時提升至1500片/小時，計劃2026年推出支持90×120mm大芯片的機型。此外，庫力索法也在加強產能建設，在蘇州基地新增Fluxless TCB產線，2025年產能提升至50臺/年，重點服務國內HBM封裝廠商。庫力索法認爲，混合鍵合對於製造環境有很高的要求（類似晶圓廠級別），且成本會較高，在HBM4階段仍需與TCB共存。其通過“漸進式升級”策略，幫助客戶以較低成本實現技術過渡，同時在銅-銅鍵合領域持續突破，縮小與混合鍵合的性能差距。在庫力索法看來，在10μm的pitch之後，TCB仍有機會。HBM可能涉及8層、12層甚至16層以上的堆疊，因此在HBM領域，TCB的需求量預計會遠超邏輯芯片，市場規模也將進一步擴大。行業趨勢與競爭格局展望當半導體產業的競爭焦點從“二維微縮”轉向“三維集成”，設備廠商的技術佈局不僅決定着混合鍵合的產業化節奏，更將重塑全球先進封裝的競爭格局。而混合鍵合設備市場的競爭本質是“精度、成本、生態”的三重博弈。應用材料通過全流程整合形成全產業鏈整合能力，成爲混合鍵合設備的“一站式供應商”，鎖定長期優勢；ASMPT以精度壁壘引領HBM封裝升級，鞏固龍頭地位；BESI憑藉高精度設備在AI領域實現快速增長；庫力索法則以TCB性價比延緩技術替代。隨着HBM4量產臨近（預計2026年），具備設備-材料-工藝協同能力的廠商將主導市場，而技術路線的多元化（混合鍵合、Fluxless TCB、原子級鍵合）將共同推動半導體產業向更高密度、更低功耗的三維集成時代邁進。在這個過程中，生態合作也在加劇，設備廠商通過聯合研發（如ASMPT+IBM、應用材料+BESI）推動技術標準化，同時與代工廠、材料商綁定構建產業壁壘。與此同時，國產設備廠商在混合鍵合領域也在加速佈局，拓荊科技、青禾晶元、芯慧聯等國內廠商通過自主創新突破技術壁壘，加速國產替代進程。在半導體行業面臨"後摩爾時代"發展瓶頸的當下，鍵合集成技術正以顛覆性創新姿態，推動着全球半導體產業格局的深刻變革。這項技術不僅打破了傳統平面縮放的物理極限，更通過異質材料融合與三維集成創新，開闢出全新的半導體技術賽道。有業內專家曾指出，半導體行業將很快進入由不同材料組合製造器件的時代，而鍵合技術正是實現這一目標的關鍵途徑。然而，儘管混合鍵合備受業界期待，被視爲是發展3D封裝下的革命性技術，但它也仍面臨多項技術發展的挑戰。像是成品裸晶的良率問題，以及鍵合介面需要超高平整度對封裝製程的大考驗。另一方面，混合鍵合的製程需要ISO3 以上的潔淨等級，對傳統封測廠廠來說將大幅增加成本，以及考驗其廠務和環境管控能力。不過，芯片性能提升從過去僅掌握在製程演進手中，轉變爲先進封裝扮演關鍵角色，已是產業共識。越來越多供應商投入混合鍵合技術的開發，無疑將大舉加速這項技術的發展，並進一步驅動芯片性能的快速推進。半導體精品公衆號推薦專注半導體領域更多原創內容關注全球半導體產業動向與趨勢*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅爲了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。今天是《半導體行業觀察》爲您分享的第4022期內容，歡迎關注。『半導體第一垂直媒體』實時 專業 原創 深度公衆號ID：icbank喜歡我們的內容就點“在看”分享給小夥伴哦 (本文内容不代表本站观点。) --------------------------------- |
本網站是"非商業"(non-commercial)。 暫統計至2025年6月6日，本網站共17125篇文章。 本網頁使用CDN cache緩存，顯示的網頁內容可能並非最新版本。
