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2025-06-17
先进封装高密度互联推动键合技术发展
一、键合技术分类与演进
键合核心作用：通过物理/化学方法将晶圆结合，形成异质复合结构。分类依据多样：
| 分类维度 | 技术类型 |
|---|---|
| 目标晶圆类型 | 晶圆-晶圆键合（W2W）、芯片-晶圆键合（D2W） |
| 键合持久性 | 临时键合（可分离）、永久键合 |
| 界面夹层 | 直接键合、间接键合、混合键合（Hybrid Bonding） |
| 技术代际 | 传统：引线键合（Wire Bonding）先进：倒装键合（Flip Chip）、混合键合 |
二、传统封装：引线键合主导
核心原理：通过金属引线连接芯片与基板，实现电气互联。技术分支：
热压键合：金/铜丝熔球压焊，需高温（300-500℃），工艺简单但易氧化。
超声键合：铝丝超声波塑变连接，室温操作但方向敏感。
热超声键合：加热+超声振动，效率高且适用广（金/铜丝）。
设备格局：
2024年中国进口市场约6.18亿美元（铝线键合机占10-15%，单价25万美元；金铜线占85-90%，单价5-6万美元） 。
海外垄断：K&S与ASMPT市占率超80%，铝线设备主导汽车电子。
三、先进封装键合技术演进
驱动方向：
高传输速率、多芯片堆叠、微型化（移动/穿戴设备需求）。
技术路径对比：
| 技术 | 凸点间距范围 | I/O密度 | 核心优势 | 应用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 倒装键合（FC） | 40-50μm | 中等 | 全芯片植球，路径短 | CPU/GPU/DRAM封装 |
| 热压键合（TCB） | 10-40μm | 高 | 局部加热，抗翘曲 | HBM3多层堆叠 |
| 混合键合（HB） | <10μm | 超高 | 无凸点，铜直连，能耗降70% | 3D NAND/HBM4 |
注：混合键合精度达0.1-0.5μm，能量/bit仅0.05pJ，比倒装键合提升400倍I/O密度。
四、热压键合（TCB）市场分析
规模：2023年全球市场1.04亿美元，2030年预计2.65亿美元（CAGR 14.5%）。
竞争格局：ASMPT、K&S、BESI等海外五巨头垄断**88%**份额，国产化加速（华卓精科等）。
设备创新：ASMPT FIREBIRD系列支持2.5D/3D封装，已交付超250台。
五、混合键合（HB）核心工艺
流程三步法：
预处理：晶圆CMP抛光+活化清洗（粗糙度<0.5nm）。
预对准键合：室温下介质层（SiO₂）熔融桥连，铜触点物理贴合。
热退火：促进Cu互扩散，形成永久键合。
技术难点：
洁净度要求：需ISO 1级无尘室（传统封装仅需ISO 3级）。
精度控制：横向对准误差<50nm，铜凹陷（dishing）需纳米级管控。
六、临时键合技术：超薄晶圆支撑
应用背景：晶圆减薄至<10μm时易翘曲碎裂，需载板提供机械支撑。
工艺类型：
| 方法 | 原理 | 优势 | 局限 |
|---|---|---|---|
| 机械剥离 | 物理撕离载板 | 低成本 | 高破片率 |
| 湿化学溶解 | 溶剂溶解键合胶 | 低温操作 | 耗时（>10小时） |
| UV激光解键合 | 激光汽化光敏材料 | 无应力，精度高 | 设备成本高 |
设备壁垒：多材料兼容性、热应力控制、对准精度（<50nm）。
