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　　混合鍵合是為先進(jìn)封裝的創(chuàng)新未來鋪平道路的關(guān)鍵。混合鍵合提供了一種解決方案，可實現(xiàn)更高的帶寬以及更高的功率和信號完整性。由于業(yè)界希望通過擴展系統(tǒng)級互連來提高最終器件的性能，因此混合鍵合提供了最有前途的解決方案，能夠集成多個互連間距小于 10 μm 的芯片。

　　什么是混合鍵合？

　　要了解混合鍵合，需要了解先進(jìn)封裝行業(yè)的簡要歷史。當(dāng)電子封裝行業(yè)發(fā)展到三維封裝時，微凸塊通過使用芯片上的小銅凸塊作為晶圓級封裝的一種形式，在芯片之間提供垂直互連。凸塊的尺寸范圍很廣，從 40 μm 間距到最終縮小到 20 μm 或 10 μm 間距。然而，這就是問題出現(xiàn)的地方;縮小到 10μm 以上變得非常具有挑戰(zhàn)性，工程師們正在轉(zhuǎn)向一種新的解決方案，以繼續(xù)縮小尺寸。混合鍵合通過完全避免使用凸塊，為10 μm及以下的間距提供了解決方案，而是使用小型銅對銅連接連接封裝中的芯片。它提供卓越的互連密度，支持類似 3D 的封裝和高級內(nèi)存立方體。

　　混合鍵合是一種將介電鍵 （SiOx） 與嵌入金屬 （Cu） 結(jié)合以形成互連的永久鍵。它在業(yè)界被稱為直接鍵互連 （DBI）。混合鍵合擴展了熔融鍵合，在鍵合界面中嵌入了金屬焊盤，從而允許晶圓的面對面連接。

　　為什么要使用混合鍵合？

　　混合鍵合通過緊密間隔的銅焊盤垂直連接晶粒與晶圓 （D2W） 或晶圓與晶圓 （W2W）。雖然 W2W 混合鍵合在圖像傳感領(lǐng)域已經(jīng)投入生產(chǎn)數(shù)年，但業(yè)界正在大力推動 D2W 混合鍵合的發(fā)展。這一發(fā)展將進(jìn)一步實現(xiàn)異構(gòu)集成，從而提供一種強大而靈活的手段來直接連接不同功能、尺寸和設(shè)計規(guī)則的芯片。

　　與其他粘接技術(shù)相比，混合粘接具有許多優(yōu)勢，包括：

　　允許高級 3D 設(shè)備堆疊

　　最高 I/O

　　可實現(xiàn)低于 10μm 的鍵合間距

　　更高的內(nèi)存密度

　　擴展帶寬

　　增加功率

　　提高速度效率

　　無需顛簸，提高性能，而不會造成功率和信號損失

　　圖片來源：Imed Jani。3D 高密度互連的測試和表征。微納米技術(shù)/微電子學(xué)。格勒諾布爾阿爾卑斯大學(xué)，2019 年。英語。NNT ： 2019GREAT094 。電話 02634259

　　用于混合鍵合的無機介電材料與聚合物介電材料

　　SiOx/金屬雜化鍵合與聚合物/金屬雜化鍵合之間的主要區(qū)別如下圖所示。

　　化學(xué)機械拋光（CMP）是晶圓級封裝的關(guān)鍵工藝之一。CMP是一種通過化學(xué)和機械作用的組合來去除材料的過程，以實現(xiàn)高度光滑和平坦的材料表面。通過CMP工藝獲得平面成本高昂，這是使用SiOx作為介電材料的缺點之一。SiOx 要求通過 CMP 的平面表面粗糙度 （Ra） 小于 1 nm。無法獲得平面可能是有害的，因為顆粒或銅盤會導(dǎo)致粘合層出現(xiàn)空隙。此外，SiOx 在鍵合過程中沒有回流焊，這會導(dǎo)致金屬周圍出現(xiàn)氣隙。

　　下面是一個簡化的過程，展示了永久粘接膠粘劑如何在混合粘接中使用。在案例 A 中，將介電聚合物施加在銅柱上，然后在粘合前平坦化。在案例 B 中，聚合物被圖案化，銅柱在粘合之前通過雙大馬士革方法形成。可光圖案化的介電材料的功能使這種流動成為可能。

審核編輯：黃飛