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怎样理解键合工艺:混合键合,突破I/O密度极限

2025-3-0
怎样理解键合工艺:混合键合,突破I/O密度极限
键合工艺:混合键合,突破I/O密度极限• 混合键合:一种不使用中间焊料凸点,而直接通过芯片间表面材料实现连接的3D集成技术。具体而言,在混合键合中,两片待键合表面同时具备金属连接和介质键合:通常是在晶圆顶层形成铜金属垫,并被二氧化硅等介电层包围,然后对两片表面进行超平坦抛光和活化处理,使其氧化物表面可以在接触时形成键合。该工艺同时实现了介质对介质和金属对金属的结合,被称为“混合”键合或直接键合互连(DBI, Direct Bond Interconnect)• 混合键合最大的特点是彻底取消了凸点焊料:两芯片间没有额外金属填料,只有嵌入在原始晶圆BEOL中的铜垫直接对接,这带来了多重技术优势:首先,键合间距显著缩小。由于不需要凸点焊盘和焊料体积,占位大为减小,可以实现10µm及以下pitch的超密互连;第二,电气性能提升:直接的铜-铜连接避免了焊料的高电阻和高延迟,降低了互连阻抗和电容,提高信号完整性和传输速度;第三,功耗和带宽密度优势:混合键合能提供远超凸点的I/O密度和更短互连长度,意味着在相同功耗下可支持更高带宽,或在相同带宽下降低功耗;第四,堆叠高度降低、散热改善:没有焊料凸点后,芯片间距可以做得非常小,使多层堆叠的总高度降低,从而更容易散热图:回流焊+凸点键合 vs 无凸点混合键合数据来源:半导体行业观察,金元证券研究所图:IO pitch 步入 10μm 后,将只能采用混合键合技术数据来源:K&S,金元证券研究所