隨著半導(dǎo)體行業(yè)向更小制程節(jié)點(diǎn)邁進(jìn)，傳統(tǒng)封裝技術(shù)已無法滿足高性能芯片在集成密度、信號傳輸和能效等方面的需求。異構(gòu)集成（HI）、芯片粒(Chiplet) 和系統(tǒng)級封裝(SiP) 等*封裝技術(shù)正在成為行業(yè)焦點(diǎn)，這些技術(shù)對封裝精度提出了更高要求。

01 行業(yè)背景

隨著摩爾定律放緩，*封裝被視為后摩爾時(shí)代持續(xù)提升芯片性能的重要推動力。

近日，美國半導(dǎo)體研究聯(lián)盟（SRC）發(fā)布了備受行業(yè)期待的《微電子與*封裝技術(shù)路線圖2.0》（MAPT 2.0）。該路線圖系統(tǒng)描繪了未來十年半導(dǎo)體封裝技術(shù)的發(fā)展藍(lán)圖，指出未來的半導(dǎo)體封裝將更加依賴異構(gòu)集成與芯片粒等*封裝技術(shù)。

異構(gòu)集成技術(shù)的核心優(yōu)勢在于，能夠?qū)⒉煌に嚬?jié)點(diǎn)、不同功能、甚至不同材料的芯片整合于單一封裝結(jié)構(gòu)中，從而在封裝層面實(shí)現(xiàn)高帶寬、低延遲與低功耗的系統(tǒng)性能，同時(shí)相比全功能單芯片（SoC）具備更靈活的成本控制能力。

圖一：芯片-封裝協(xié)同設(shè)計(jì)的工作流程

如果將異構(gòu)集成看作建造一棟功能齊全的摩天大樓，那么混合鍵合就是其中*、堅(jiān)固的鋼筋連接技術(shù)。在眾多*封裝工藝中，混合鍵合（Hybrid Bonding）因其能夠提供更*的互聯(lián)密度、更高的傳輸帶寬、優(yōu)異的能效表現(xiàn)以及更緊湊的系統(tǒng)尺寸，展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。

02 技術(shù)需求

混合鍵合技術(shù)已逐步走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，正處在產(chǎn)業(yè)化爆發(fā)的前夜。

2015年，索尼在其CMOS圖像傳感器中實(shí)現(xiàn)混合鍵合技術(shù)的量產(chǎn)；2022年，AMD推出了垂直緩存游戲處理器Ryzen 7 5800X3D 。這款處理器最特別的一點(diǎn)就是，在計(jì)算 Chiplet 頂部增加了一個(gè)堆疊的 SRAM 擴(kuò)展芯片，將L3緩存從32 MB擴(kuò)展到96 MB。

這種設(shè)計(jì)使得外置緩存芯片在性能上幾乎等同于直接集成于計(jì)算芯片內(nèi)部，展現(xiàn)了混合鍵合在高性能異構(gòu)集成中的關(guān)鍵作用。

圖二：AMD相關(guān)產(chǎn)品

今年7月，三星宣布最快將從HBM4E（第七代高帶寬存儲器）16層堆疊開始，應(yīng)用混合鍵合技術(shù)；SK海力士計(jì)劃從20層堆疊的HBM4E開始導(dǎo)入混合鍵合技術(shù)；美光則在今年6月宣布，已開始向主要客戶交付其下一代 HBM4 內(nèi)存樣品。

隨著異構(gòu)集成技術(shù)向更高密度、更多組件集成方向發(fā)展，混合鍵合等*工藝對精度的要求也不斷提高。在芯片-晶圓鍵合間距小于3μm的混合互連工藝中，通常要求鍵合對位精度（3σ）需控制在鍵合間距的10%以內(nèi)（即間距＜3μm 時(shí)，3σ 精度需＜0.3μm）。

與此同時(shí)，隨著更多組件與互連被放入單一封裝，潛在失效點(diǎn)的數(shù)量就會上升。任意一顆芯片或一個(gè)互連的缺陷，都可能危及整個(gè)多芯片封裝——造成高成本良率損失。在這種環(huán)境下，更嚴(yán)格的工藝控制對確保高良率與高可靠性變得尤為重要。

在凸點(diǎn)間距持續(xù)縮小、集成密度不斷提高以及異構(gòu)集成日趨復(fù)雜的趨勢下，精密運(yùn)動平臺需在納米級定位精度以及多軸同步控制等方面實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步突破，以支撐下一代*封裝工藝的嚴(yán)苛需求。

圖三：NHanced Semiconductors，Inc. 的10μm間距混合鍵（左）和1.9μm間距混合鍵（右）

03 地心方案

以應(yīng)用為導(dǎo)向，地心科技深耕高精密運(yùn)動平臺領(lǐng)域多年，在半導(dǎo)體行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中積累了豐富的定制經(jīng)驗(yàn)。針對混合鍵合技術(shù)對運(yùn)動平臺的嚴(yán)苛要求，地心科技提供多款高精密運(yùn)動平臺，精準(zhǔn)匹配客戶應(yīng)用場景：

1.ONEXY系列 XY直線電機(jī)機(jī)械臺

? 實(shí)現(xiàn)芯片在水平面內(nèi)的高精度、高速定位，減少因定位誤差導(dǎo)致的鍵合錯位問題

? 電子分辨率1nm，最小步進(jìn)小于20nm

? 豐富的行程選項(xiàng)，兼具大行程、高精度、重負(fù)載與低側(cè)向高度等優(yōu)勢

? 開放式結(jié)構(gòu)，易組成多種多軸配置

2.Surface系列 平面氣浮

? 在實(shí)現(xiàn)芯片高精度、高速定位的同時(shí)，滿足混合鍵合的高潔凈度要求

? 高動態(tài)性能（截止頻率>330Hz）

? 雙驅(qū)軸、橫梁軸均采用空氣導(dǎo)軌的H型式結(jié)構(gòu)

? 選用高精密零膨脹系數(shù)光柵反饋，膨脹系數(shù)低，受溫漂影響小

3.SurfaceZ系列 直驅(qū)升降臺

? 精密控制上下貼合過程，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的垂直運(yùn)動，防止芯片損傷

? 高動態(tài)性能（空載截止頻率大于120Hz）

? 低側(cè)向高度，適合空間緊湊應(yīng)用場景

? 在位穩(wěn)定性5nm（配置線性驅(qū)動器，帶隔振實(shí)驗(yàn)室環(huán)境）

4.SMH-165V系列 直驅(qū)升降臺

? 精密控制上下貼合過程，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的垂直運(yùn)動，防止芯片損傷

? 配置靈活，可選不同行程與斷電自鎖功能

? 最小步進(jìn)20nm，重復(fù)定位精度±200nm，定位精度±500nm

? 在位穩(wěn)定性20nm（配置線性驅(qū)動器，帶隔振實(shí)驗(yàn)室環(huán)境）

5.ZTT-V2系列 三軸偏擺臺

? 實(shí)時(shí)調(diào)整芯片高度及位姿，確保鍵合界面全面積均勻接觸，避免局部未鍵合或應(yīng)力集中

? 升降(Z)和調(diào)平（Tip-tilt）一體平臺

? 采用球形鉸鏈結(jié)構(gòu)，多軸聯(lián)動控制

? Z向微動步距20nm，Tip-tilt微動步距0.05 arc sec

除了標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，地心科技更可基于客戶具體需求，在精度、軸數(shù)、行程等關(guān)鍵維度進(jìn)行深度定制，打造專屬運(yùn)動平臺解決方案，助力客戶項(xiàng)目高效落地。

從異構(gòu)集成的宏大架構(gòu)，到混合鍵合的精微連接，*封裝技術(shù)的每一次飛躍，都離不開底層運(yùn)動控制精度的堅(jiān)實(shí)支撐。地心科技將以與時(shí)俱進(jìn)的高精度運(yùn)動平臺，以此為基石，助力客戶實(shí)現(xiàn)集成密度、系統(tǒng)性能與生產(chǎn)良率的代際跨越，制勝半導(dǎo)體下一輪產(chǎn)業(yè)競爭。