1、混合鍵合是高集成堆疊最終方案

混合鍵合是實現高密度堆疊的核心路徑。隨著高性能運算帶動的多顆芯片垂直互聯要求提升，傳統(tǒng)的微凸點技術面臨焊料電遷移、熱遷移、橋連短路等可靠性加劇的問題，不再滿足堆疊尺寸極小、I/O密度要求極高的堆疊需求，混合鍵合（或稱Cu-Cu直接鍵合）工藝應運而生。倒裝鍵合工藝pitch尺寸在50~100μm、熱壓鍵合工藝可將pitch size縮小到20μm，而要進一步縮小尺寸，則必須求助于混合鍵合工藝。混合鍵合的本質是，將銅/SiO2打磨出極其光滑的表面，稍微施加壓力或高溫，在范德華力的作用下，就可以實現永久鍵合。由于Cu-Cu、SiO2-SiO2、Cu-SiO2界面間都可以同時鍵合，因此稱為混合鍵合。該技術的關鍵點在低粗糙度的磨平方法、高精度的對準方法、晶圓翹曲的控制方法和銅焊盤凹陷的控制方法等。為了增強表面結合力，需要增加等離子活化等工序，再通過高精度倒裝熱壓，實現多界面間的混合鍵合?；旌湘I合的核心要素有三：高潔凈度（nm級控制）、高平整度及粘合強度，因此需要先進的前端設備及更貴的潔凈室?？梢钥闯觯旌湘I合更類似于前道工藝，而非后道封裝工藝。

（混合鍵合能實現最高密度堆疊）

2、W2W趨近成熟，D2W正崛起

混合鍵合工藝混合鍵合可分為Wafer to Wafer 及Die to Wafer兩類。前者主要應用于3D NAND、CIS等Wafer間堆疊，對準精度要求極高，偏移量在小百nm以內，目前已實現量產。典型代表如長存3D NAND X-stacking架構，先在CMOS外圍電路和NAND存儲陣列兩片晶圓上完成獨立的制造工藝，再通過混合鍵合的方式進行兩片晶圓的鏈接。目前 EVG約占據W2W混合鍵合82%市場，其次為TEL公司。EVG單臺設備價值量約為 500~800萬歐元/臺。

Die to Wafer則主要應用于芯片異構集成，例如SoIC、未來HBM4堆疊等，對準精度要求一致，但對機臺速率及清潔度提出更高要求。當前，D2W尚未十分成熟，BEIS憑借其機臺優(yōu)異良率，基本成為該領域核心玩家。臺積電SoIC平臺即基于此工藝，AMD 2023年發(fā)布的AI芯片MI300系列產品即搭配SoIC和CoWoS封裝，實現12顆晶粒的chiplet堆疊。蘋果M5系列芯片也計劃采用臺積電SolC封裝技術。為滿足客戶需求，臺積電持續(xù)擴產，2023年底SoIC月產能2000片，目標2024年底6000片/月，2025年有望提升至 1.4~1.45萬片/月。當前，Besi設備可以實現10μm以下的連接點間距0.5-0.1μm的對準精度，以及1w~100w連接點/mm2的連接密度。單臺設備價值量也迅速提升，以Besi為例，同系列倒裝用固晶機單價大約50萬美元/臺，而混合鍵合設備單價將提升至150~250萬美元。

3、受AI算力拉動，混合鍵合空間廣闊

當前，混合鍵合設備尚處于產品導入期，在圖像傳感器、邏輯芯片和存儲器領域初步實現產業(yè)化。三星將在XCube、Saint平臺上均將采用混合鍵合，分別用于內存-內存、邏輯芯片-存儲芯片/邏輯芯片的堆疊，英特爾則將把其應用在Foveros上，有望在2024年率先實現邏輯芯片與互連器之間的混合鍵合技術。此外，海力士也可能率先使用混合鍵合至其 HBM4芯片上?；旌湘I合核心應用主要為：邏輯端，SoIC 3D chiplet堆疊、SRAM+Logic堆疊及GAA背面供電；存儲端，3D NAND(W2W)、HBM(>16層，D2W)、3D DRAM等；及背照式CMOS圖像傳感器。根據Yole預測，當前雖然還沒有HBM應用混合鍵合，隨著堆疊層數增加、集成度要求更高，2028年混合鍵合工藝預計將占據HBM所用工藝的36%。根據Besi預測中性假設下，2030年對混合鍵合系統(tǒng)需求將達到1400臺，以200萬歐元測算，設備市場累計總空間為28億歐元。根據Yole測算，2027年W2W和D2W混合鍵合設備市場空間預計達到5億/2.3億美元?；旌湘I合已成為全球半導體設備廠重點布局方向，包括AMAT、ASMPT、Shibaura、TEL、SUSS等紛紛入局，國內大陸公司包括拓荊科技、華卓精科等。

（混合鍵合設備示意圖，圖片來源自網絡）

4、隱冠解決方案及特點

針對半導體混合鍵合設備這個領域，隱冠基于多年的精密運動系統(tǒng)開發(fā)經驗，可提供高速、高精度的粗微動架構運動系統(tǒng)。對于晶圓快速到位，可提供高速、高精度的氣浮運動平臺，對于超精密晶圓對位，可提供nm級定位精度的壓電定位平臺。對于Z軸，可定制磁浮式音圈電機、主動式水冷音圈電機、磁力彈簧等核心零部件解決方案，有效提高Z軸的精度，降低Z軸發(fā)熱風險。通過隱冠高度模塊化的設計，更加便于客戶以低擁有成本來實現極大的配置靈活性。

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