本文来自微信公众号“电子发烧友网”，【作者】吴子鹏。
电子发烧友网报道（文/吴子鹏）Hybrid Bonding（混合键合）是一种先进封装技术，结合了介电键合（如SiO₂）和金属键合（如铜-铜键合），无需焊料凸块，可实现芯片间高密度、高性能互连，适用于3D IC、先进逻辑芯片、存储芯片及图像处理器芯片的三维堆叠。
Hybrid Bonding的主要特点包括高密度互连、低电阻、高可靠性连接以及多功能性。整个工艺流程涵盖表面准备（CMP、活化、清洗）、对准、键合及后处理，可见Hybrid Bonding涉及一系列复杂的工艺步骤，需要专门的设备来处理。主要相关设备包括但不限于对准设备（Alignment Systems）、清洁设备（Cleaning Equipment）、等离子激活设备（Plasma Activation Systems）、键合设备（Bonding Systems）和检测与测试设备（Inspection and Testing Equipment）。
日前，有消息人士透露，LG电子下属的生产技术研究所（PTI）已启动混合键合设备开发，并计划于2028年实现大规模量产。
LG电子瞄准HBM这块“香饽饽”
该消息人士透露，LG电子所研发的设备瞄准的是HBM应用的Hybrid Bonding设备。在这一领域，Besi和应用材料处于领先地位，而韩国两大内存企业SK海力士和三星电子有实现关键设备供应本地化的需求，LG电子希望从这一市场打开局面。
HBM是一种旨在实现更高数据传输速率同时减少功耗的堆叠式动态随机存取存储器（DRAM）。通过垂直堆叠多个DRAM芯片并使用硅通孔（Through Silicon Vias,TSVs）进行互连，HBM能够在更小的空间内提供更高的内存带宽。因此，Hybrid Bonding设备在HBM中有着重要的应用。比如在高密度互连方面，目前HBM3E采用的12层堆叠依赖微凸块技术（如MR-MUF/TC-NCF），但凸块高度（14.5μm）和芯片厚度（55μm）导致总高度接近JEDEC标准上限（775μm），且难以支持16层以上堆叠。Hybrid Bonding设备通过消除微凸块，支持芯片厚度减至20μm，堆叠间隙压缩至1-2μm，可轻松实现16层甚至24层堆叠。
Hybrid Bonding还能帮助HBM实现性能跃升，由于其可以提供极低电阻的电气路径，这有助于减少信号传播延迟，对于需要快速数据访问的高性能计算、图形处理和AI应用来说极为关键。Hybrid Bonding可以让HBM芯片堆叠厚度减少30%，支持20μm超薄芯片实现20层以上堆叠。例如，三星在3D DRAM中采用混合键合技术，使芯片表面积减少30%。
根据Yole预测，全球混合键合机市场规模有望由2020年的2.7亿美元增至2027年的7.4亿美元，7年复合增长率约16%。华安证券数据指出，当前全球混合键合设备市场主要由国际企业主导，BESI一家占据67%的市场份额。除了Besi和应用材料，国际Hybrid Bonding设备厂商还有EVG、韩美半导体、SEMES、Disco等。
在HBM领域，据悉混合键合设备已成为HBM5及以后世代堆叠技术的关键支撑，其无凸块、超薄间隙、超高密度互连特性，直接决定了HBM能否突破20hi以上堆叠并在775μm模块高度限制下实现集成。未来3年，三星、SK海力士、美光将全面导入混合键合设备，带动产业链从“可选”走向“必需”。
国产Hybrid Bonding设备进展
目前，国产Hybrid Bonding设备也取得了积极进展，我们来看一些重点厂商。
拓荆科技主要从事半导体专用设备的研发、生产、销售与技术服务，公司主要产品包括等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备、原子层沉积(ALD)设备、次常压化学气相沉积(SACVD)设备、高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)设备、超高深宽比沟槽填充（Flowable CVD）设备、先进键合(W2W/D2W Hybrid Bonding)设备以及相关量测设备等系列。该公司是混合键合反应腔及薄膜沉积设备龙头，其晶圆对晶圆键合产品(Dione300)于2023年实现量产。财报显示，截至2024年上半年，拓荆混合键合设备首台订单均实现重复采购，其中晶圆对晶圆键合设备（Dione300）已进入产业化应用阶段。
芯慧联新主营业务涵盖半导体器件制造、集成电路技术开发及3D打印服务等领域。2024年11月，该公司首台D2W混合键合设备SIRIUS RT300及首台W2W混合键合设备CANOPUS RT300正式出厂，打破了该设备在国内市场的长期空白状态，实现了半导体键合设备关键技术的自主可控。
青禾晶元是先进半导体键合集成技术与方案的提供商，核心业务涵盖高端键合装备研发制造与精密键合工艺代工，技术广泛应用于先进封装、半导体器件制造、晶圆级异质材料集成及MEMS传感器等前沿领域。目前，青禾晶元自主研发了一系列技术领先的晶圆及芯片键合设备，涵盖超高真空常温键合（SAB61系列）、亲水/混合键合（SAB62、SAB82系列）、热压/阳极键合（SAB63系列）、临时键合/解键合（SAB64系列）以及高精度TCB键合（SAB83系列）等。这些设备凭借其卓越的对准精度（可达百纳米级）和广泛的材料兼容性，赢得了市场的广泛认可。
艾科瑞思专注于高端装片机的研发、设计与制造，为集成电路、微波组件、高速光模块、MEMS传感器、摄像头模组、二极管、桥式整流器、热敏电阻等领域提供封装解决方案。Yole Group最新报告首次收录了2023年发布D2W（芯片到晶圆）混合键合设备的艾科瑞思(ACCURACY)，使其成为该报告中首个被收录的中国D2W设备供应商。
结语
混合键合技术作为支撑HBM等先进封装与3D集成的关键工艺，正随着高密度堆叠、高性能互连需求的激增迎来快速发展期。从全球市场看，Besi等国际厂商占据主导地位，LG电子瞄准HBM领域的布局更凸显其战略价值，而Yole预测的16%复合增长率也印证了行业的广阔前景。在此背景下，国内厂商的突破尤为亮眼——拓荆科技、芯慧联新、青禾晶元、艾科瑞思在细分技术领域崭露头角，不仅实现了关键技术的自主可控，更打破了国际垄断的格局。
