在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展進(jìn)程中，半導(dǎo)體封裝技術(shù)作為其中極為關(guān)鍵的一環(huán)，正經(jīng)歷著日新月異的變革。半導(dǎo)體封裝不僅承擔(dān)著保護(hù)芯片、實(shí)現(xiàn)電氣連接的重任，更是隨著科技的進(jìn)步，在提升芯片性能、實(shí)現(xiàn)更高集成度等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。其中，鍵合技術(shù)作為半導(dǎo)體封裝的核心工藝之一，以其多樣化的類型和不斷創(chuàng)新的發(fā)展態(tài)勢(shì)，成為推動(dòng)半導(dǎo)體封裝技術(shù)持續(xù)進(jìn)步的重要力量。

鍵合，從本質(zhì)上來說，是一種借助物理或者化學(xué)手段，將兩片表面極為光滑且潔凈的晶圓緊密貼合在一起的工藝過程。這一工藝在半導(dǎo)體制造中扮演著雙重關(guān)鍵角色，一方面輔助半導(dǎo)體制造工藝的順利推進(jìn)，另一方面能夠構(gòu)建出具備特定功能的異質(zhì)復(fù)合晶圓。鍵合技術(shù)種類繁多，基于不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，形成了多元且清晰的分類體系。

從晶圓目標(biāo)種類的維度來看，鍵合技術(shù)可清晰劃分為晶圓-晶圓鍵合（Wafer-to-Wafer，W2W）和芯片-晶圓鍵合（Die-to-Wafer，D2W）。晶圓-晶圓鍵合，是將兩片完整的晶圓進(jìn)行貼合，這種鍵合方式在構(gòu)建大規(guī)模集成電路、實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)的集成等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。例如，在一些高端芯片的制造中，通過晶圓-晶圓鍵合技術(shù)，可以將不同功能的晶圓層進(jìn)行精準(zhǔn)貼合，從而實(shí)現(xiàn)芯片功能的高度集成與優(yōu)化。芯片-晶圓鍵合則是將單個(gè)芯片與晶圓進(jìn)行連接，這種方式在一些特定芯片的封裝以及小批量、高定制化的半導(dǎo)體產(chǎn)品制造中應(yīng)用較為廣泛。

若依據(jù)鍵合完成后是否需要進(jìn)行解鍵合操作來劃分，鍵合技術(shù)又可分為臨時(shí)鍵合（TemporaryBonding）和永久鍵合（PermanantBonding）。臨時(shí)鍵合主要應(yīng)用于半導(dǎo)體制造過程中的特定階段，例如在晶圓減薄等工藝中，為超薄晶圓提供臨時(shí)的機(jī)械支撐。當(dāng)完成相關(guān)工藝后，通過解鍵合操作將臨時(shí)鍵合的材料去除。而永久鍵合則是一旦完成鍵合，兩片晶圓將永久性地連接在一起，形成穩(wěn)定的電氣和物理連接，廣泛應(yīng)用于各類成熟半導(dǎo)體產(chǎn)品的最終封裝環(huán)節(jié)。

在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，引線鍵合技術(shù)長(zhǎng)期占據(jù)著主導(dǎo)地位，其核心作用在于實(shí)現(xiàn)芯片與外界的電氣互聯(lián)。傳統(tǒng)封裝的流程較為復(fù)雜，首先需要將晶圓切割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的晶粒，然后將這些晶粒精準(zhǔn)地貼合到預(yù)先設(shè)計(jì)好的基板架上。在此基礎(chǔ)上，利用金屬引線，將晶片上的接合焊盤與基板引腳上的對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行逐一連接，從而建立起芯片與外界的電氣通路。最后，為了保護(hù)脆弱的芯片以及已完成的電氣連接，會(huì)使用外殼對(duì)整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝保護(hù)。

以常見的電子設(shè)備芯片為例，如手機(jī)處理器芯片，在其傳統(tǒng)封裝過程中，大量采用引線鍵合技術(shù)。通過精細(xì)的金屬引線，將芯片內(nèi)部的微小電路與手機(jī)主板上的對(duì)應(yīng)接口相連，確保芯片能夠穩(wěn)定地接收和發(fā)送電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)的各種功能。2024年，我國(guó)在引線鍵合機(jī)的進(jìn)口市場(chǎng)方面展現(xiàn)出了較大的規(guī)模，市場(chǎng)空間約達(dá)6.18億美元。在全球半導(dǎo)體鍵合機(jī)市場(chǎng)中，海外的K&S（庫力索法）和ASM憑借其先進(jìn)的技術(shù)和成熟的產(chǎn)品體系，成為行業(yè)內(nèi)的龍頭企業(yè)。它們的鍵合機(jī)產(chǎn)品在精度、速度以及穩(wěn)定性等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，能夠滿足高端半導(dǎo)體制造的嚴(yán)苛要求。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)的企業(yè)如奧特維等也在積極投入研發(fā)力量，努力突破技術(shù)瓶頸，逐漸縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中嶄露頭角，為我國(guó)半導(dǎo)體封裝產(chǎn)業(yè)的自主發(fā)展注入新的活力。

圖表：2024年我國(guó)進(jìn)口引線鍵合機(jī)金額為6.18億美元，同比+21%

數(shù)據(jù)來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院整理

隨著半導(dǎo)體行業(yè)邁入后摩爾時(shí)代，芯片制造面臨著諸多挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的通過不斷縮小晶體管尺寸來提升芯片性能的方式逐漸逼近物理極限。在這樣的背景下，先進(jìn)封裝技術(shù)成為了提升芯片性能、實(shí)現(xiàn)更高集成度的重要突破口。先進(jìn)封裝追求的是更高的傳輸速度以及更小的芯片尺寸，在這一目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下，鍵合技術(shù)也經(jīng)歷了一系列深刻的演變。

從發(fā)展歷程來看，鍵合技術(shù)從最初依賴引線框架實(shí)現(xiàn)電氣連接，逐漸發(fā)展到倒裝（FC）技術(shù)。倒裝技術(shù)通過將芯片翻轉(zhuǎn)，使芯片的電極直接與基板上的焊盤進(jìn)行連接，大大縮短了信號(hào)傳輸路徑，提高了信號(hào)傳輸速度。隨后，熱壓粘合（TCP）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)通過在一定溫度和壓力下，使芯片與基板之間的連接材料實(shí)現(xiàn)良好的電氣和機(jī)械連接，進(jìn)一步提升了封裝的可靠性和性能。接著，扇出封裝（Fan-out）技術(shù)憑借其能夠?qū)⑿酒囊_擴(kuò)展到芯片外部，實(shí)現(xiàn)更高密度的引腳布局，滿足了芯片對(duì)更多電氣連接的需求。而當(dāng)前，混合鍵合（HybridBonding）技術(shù)正逐漸成為先進(jìn)封裝領(lǐng)域的焦點(diǎn)與未來發(fā)展趨勢(shì)。

混合鍵合技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它僅需要銅觸點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)芯片之間的連接，相較于傳統(tǒng)鍵合方式，能夠?qū)崿F(xiàn)更高密度的互聯(lián)。在實(shí)際應(yīng)用中，例如在先進(jìn)的HBM（高帶寬內(nèi)存）和NAND閃存芯片制造中，混合鍵合技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得到了充分體現(xiàn)。HBM芯片對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度和帶寬要求極高，混合鍵合技術(shù)能夠有效減少信號(hào)傳輸延遲，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。NAND閃存芯片在追求更高存儲(chǔ)密度和更快讀寫速度的過程中，混合鍵合技術(shù)也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，混合鍵合技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著諸多工藝難點(diǎn)。其中，對(duì)晶圓表面的光滑度、清潔度以及鍵合過程中的對(duì)準(zhǔn)精度要求極高。任何微小的表面缺陷或者鍵合偏差，都可能導(dǎo)致電氣連接不良，影響芯片性能。盡管存在這些挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，先進(jìn)HBM和NAND等芯片正陸續(xù)全面導(dǎo)入混合鍵合技術(shù)。根據(jù)BESI的預(yù)測(cè)，到2030年，混合鍵合設(shè)備的市場(chǎng)需求有望達(dá)到28億歐元，折合約200億人民幣，這一龐大的市場(chǎng)規(guī)模充分顯示了混合鍵合技術(shù)在未來先進(jìn)封裝領(lǐng)域的巨大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在先進(jìn)封裝技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，晶圓變薄成為了一項(xiàng)核心工藝。超薄晶圓具有諸多顯著優(yōu)點(diǎn)，例如能夠有效降低芯片的功耗、提高信號(hào)傳輸速度，并且直接推動(dòng)了3D堆疊層數(shù)的提高，從而實(shí)現(xiàn)更高的芯片集成度。在一些先進(jìn)的封裝應(yīng)用場(chǎng)景中，對(duì)晶圓的厚度要求極為苛刻，需要將晶圓減薄至10μm以下。然而，如此薄的晶圓在加工過程中面臨著極大的機(jī)械穩(wěn)定性挑戰(zhàn)。

為了解決這一問題，臨時(shí)鍵合和解鍵合技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在晶圓減薄工藝開始之前，首先需要通過臨時(shí)鍵合技術(shù)，將待減薄的晶圓與一個(gè)具有良好機(jī)械強(qiáng)度的載體晶圓進(jìn)行臨時(shí)貼合。這個(gè)載體晶圓能夠?yàn)槌【A提供必要的機(jī)械支撐，確保在后續(xù)的減薄、切割等工藝過程中，晶圓不會(huì)發(fā)生變形、破裂等問題。當(dāng)完成所有需要在超薄晶圓上進(jìn)行的工藝操作后，再通過解鍵合技術(shù)，將載體晶圓與超薄晶圓分離，從而得到符合要求的超薄芯片。

例如，在3D芯片堆疊技術(shù)中，臨時(shí)鍵合和解鍵合技術(shù)的應(yīng)用尤為關(guān)鍵。通過多次的臨時(shí)鍵合、晶圓減薄、芯片堆疊以及解鍵合等工藝步驟，能夠?qū)⒍鄠€(gè)超薄芯片精準(zhǔn)地堆疊在一起，實(shí)現(xiàn)芯片在三維空間上的高度集成，極大地提升了芯片的性能和功能密度。臨時(shí)鍵合和解鍵合技術(shù)作為先進(jìn)封裝工藝中的重要組成部分，為實(shí)現(xiàn)晶圓的超薄化以及更高水平的芯片集成提供了不可或缺的技術(shù)支持，在推動(dòng)半導(dǎo)體封裝技術(shù)向更高層次發(fā)展的過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

半導(dǎo)體封裝技術(shù)中的鍵合技術(shù)正處于快速發(fā)展與變革的時(shí)期。從傳統(tǒng)封裝的引線鍵合到先進(jìn)封裝下的熱壓鍵合、混合鍵合等新技術(shù)，以及臨時(shí)鍵合和解鍵合在先進(jìn)封裝中的關(guān)鍵應(yīng)用，每一次技術(shù)的創(chuàng)新與突破都為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)需求的持續(xù)推動(dòng)，鍵合技術(shù)必將在未來半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域中展現(xiàn)出更為強(qiáng)大的生命力，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。