混合键合：半导体封装技术的新篇章

混合键合技术，正被推向半导体封装技术的最前沿。

在Yole最新的预测中，混合键合无疑是先进封装领域中增长最为迅猛的曲线。三星、SK海力士等巨头均表示，未来HBM 5将全面采用混合键合技术。

目前，韩美半导体宣布投入1000亿韩元研发下一代混合键合技术；LG电子瞄准HBM应用的混合键合设备；国内拓荆科技也将混合键合设备视为第二增长曲线。混合键合时代已经到来。

01 先进封装的转型

封装，已经成为驱动摩尔定律的重要推手，尤其是在先进封装领域。

封装模式的发展，伴随着键合方式的演变，而键合的核心在于实现更高密度的互联和更小的封装尺寸。

在封装史上，经历了多次转型。

倒装芯片（Flip-Chip）作为封装史上的“常青树”，起源于20世纪60年代，是迄今应用最广、技术最成熟的方案之一。然而，随着芯片集成度的提升，其短板愈发明显：倒装的回流焊需整体加热电路板，冷却过程中因热膨胀系数不匹配可能导致键合减弱或芯片翘曲。

热压键合（TCB）由英特尔和ASMPT公司联合开发，在2014年导入量产。其核心在于“局部加热”，从顶部逐片对芯片施加热与压力实现键合，减小翘曲风险，兼顾了可靠性与封装效率，契合了高密度堆叠产品如HBM的需求。

正因如此，目前三星、SK海力士、美光等巨头的HBM产品均将TCB作为标配封装方案，稳占当前先进封装的“主流席位”。

混合键合的最大特点是无凸块连接。尽管TCB技术解决了热胀问题，但封装行业对更高密度互联的追求从未停止。混合键合技术的出现，跳出了传统方案依赖凸块（Bump）的框架。

之前采用的都是基于焊料的凸块技术，而混合键合能采用铜对铜的连接，带来三方面好处：第一，顶部芯片和底部芯片彼此齐平；第二，芯片间无凸块，能微缩到超细间距；第三，不使用焊料，避免了与焊料相关的问题。

从技术迭代逻辑来看，混合键合与TCB并非简单“替代”关系，而是针对不同需求场景的互补方案。TCB凭借成熟度和成本优势仍是HBM等量产产品的首选；而混合键合则瞄准未来更高集成度的芯片需求，成为行业布局下一代封装技术的核心方向。

02 混合键合，应用多样

混合键合的提出，刷新了行业内封装的方式，也标志着半导体集成电路技术的根本性转变。

目前混合键合有两种方式：D2W（单个芯片键合到更大尺寸芯片的晶圆上）和W2W（两块相同尺寸的整块晶圆键合在一起）。

索尼在2015年率先在CMOS图像传感器中应用了Cu-Cu直接键合，成为首个混合键合量产产品。此后，混合键合逐渐应用于CMOS图像传感器、逻辑、3D NAND、HBM等场景。

2022年，AMD推出了首款垂直缓存(V-Cache)游戏处理器Ryzen 7 5800X3D。该处理器将计算和I/O功能划分到独立的Chiplet中，并在计算Chiplet顶部增加了一个堆叠的SRAM扩展芯片，通过混合键合连接，使L3缓存从32MB扩展到96MB。

火热的市场与竞争格局

尽管应用领域众多，但HBM对混合键合的需求最为突出。不同于普通内存技术的迭代周期，HBM更新速度更快。目前HBM每两到两年半就会更新换代一次。

三星计划在HBM4中采用混合键合技术以降低发热量并实现超宽内存接口。同时，三星还与长江存储签署了堆叠4 (...) 所需的混合键合技术专利许可协议。

SK海力士在HBM制造中已采用并认证了混合键合工艺。其第三代HBM（HBM2E）在采用混合键合工艺后通过了所有可靠性测试。未来SK海力士将继续推进混合键合在HBM上的应用。

美光在HBM3E芯片封装中采用了铜硅混合键合工艺。

火热的混合键合领域吸引了众多设备企业竞相追逐。全球混合键合设备市场由国际龙头企业主导，其中荷兰BESI市占率高达67%。该公司累计混合键合订单已超过1 (...) 设备出货。