芯片巨头们都在争相研发的3D封装关键技术究竟有多难？

KLA的Hiebert说：“对于混合键合，测量镶嵌焊盘形成后的晶圆表面必须采用亚纳米精度，以确保铜焊盘苛刻的凹凸要求。铜混合键合的主要工艺挑战包括晶圆表面缺陷控制、晶圆表面轮廓纳米级控制以及控制顶部和底部芯片上的铜焊盘的对准。随着混合键距变小，例如晶圆对晶圆间距小于2μm或裸片对晶圆间距小于10μm，这些表面缺陷、表面轮廓和键合焊盘对准挑战变得更加重要。”

不过这可能还不够，在某些时候，还会考虑到探测。FormFactor高级副总裁Amy Leong表示：“传统上认为直接在铜焊盘或铜凸块上进行探测是不可能的，如何在探针尖端和凸块之间保持稳定的电接触是需要关注的重点。”

为此，FormFactor开发了一种基于MEMS的探针设计，称为Skate。结合低接触力，尖端会轻柔地穿过氧化层，从而与凸块形成电接触。

完成计量步骤后，还需要对晶圆进行清洁和退火处理，然后再使用刀片或隐形激光切割系统在晶圆上切割芯片，这将产生用于封装的单个裸片。裸片切割极具挑战性，若切割不当则会产生颗粒、污染物和边缘缺陷。

KLA的Hiebert说：“对于裸片之间的混合键合，晶圆切割和裸片处理增加了额外的颗粒生产源，必须对其进行管理。由于晶圆的污染程度低得多，因此正在研究对晶圆对晶圆进行离子切割的混合键合方案。”

切割之后是粘合，这一步骤需要使用倒装芯片键合机直接从切割框架中拾取芯片，然后将芯片放置在主晶圆或其他芯片上，这两个结构在常温下立即结合。在铜混合键合中，芯片或晶圆先使用电介质键合，再进行金属互连。

粘合过程对粘合剂的对准精度提出挑战，在某些情况下，对准精度需要达到几微米，业界一般需要达到亚微米级别。

“尽管裸片的对准是一项挑战，但倒装芯片键合机已经向前迈了一大步，”EV Group的Uhrmann说：“晶圆间键合正朝着覆盖层小于100nm的方向发展，因此符合先进节点的要求。对于裸片对晶圆，通常精度和生产量之间存在依赖关系，其中较高的精度可以通过较低的总体生产量来平衡。由于工具已经针对诸如焊接和热压连接之类的后端工艺进行了优化，因此1μm的规格在很长一段时间能都是足够的。混合式芯片对晶圆键合改变了设备设计，这是由精度和设备清洁度引起的，下一代工具的规格将远远低于500nm。”

业界正在为这一目标而努力，在ECTC上，BE半导体公司（Besi）展示了一种新的混合芯片-晶圆键合机原型的第一项成果，最终规格目标为200nm、ISO 3洁净室环境以及2000 UPH的300 mm晶圆基板。该机器包括零件晶圆台、基板晶圆台以及镜面拾取和放置系统。该公司表示，机器会根据生产流程的需要自动更换基板和晶圆组件，且为实现高精度，公司发布了用于快速稳固高精度对准的光学硬件。

不过，裸片对准的探索仍未停止，往后可能会出现新的对准问题或缺陷，与所有封装一样，混合粘合的2.5D和3D封装可能需要经历更多的测试和检查步骤。

小结

混合键合是一项可行的技术，可能催生新一类产品。不过客户需要权衡其选择并深挖其中的细节，并不是一件容易的事情。

（编辑：应用网_阳江站长网）

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