发布日期：2024-10-21 22:36 点击次数：69
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（原标题：混合键合，如何改变芯片游戏规则）
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随着市场对无处不在的更多数据访问的需求不断增长，混合键合（也称为直接键合互连）有望改变半导体行业，而摩尔定律正在放缓。尽管在这个超越摩尔的时代，行业转向了先进的封装解决方案，但人们逐渐达成共识，认为传统封装技术可能已经达到极限。这一严峻的认识促使越来越多的科学家和工程师开始寻求识别和部署能够实现比传统铜微凸块更高密度互连的技术。
混合键合通过减小互连尺寸来满足这一要求，从而实现更高效、更快速的信号传输。该技术源于 2000 年代末至 2010 年代初的研究。过去几年，随着以 Adeia 为主导的公司和研究机构开发和改进技术以满足对半导体器件更高性能、更大互连密度和更佳热管理的日益增长的需求，该技术取得了重大进展。
混合键合属性
混合键合技术之所以受到关注并被广泛采用，其原因之一是它能够让来自不同节点、功能和制造商的芯片以异构方式组装，同时又像单片构建的芯片一样运行。设计芯片（硅片中的一小部分功能）并将其与标准接口连接起来的概念引发了一场行业革命。
混合键合互连与小芯片架构的结合有望通过以下方式降低产品升级的成本：
减少对晶体管节点扩展产品路线图的依赖，因为这种扩展速度慢且成本高昂
创建在封装级别组合的经济实惠的标准化芯片，从而降低成本，同时降低片上系统 (SoC) 创新和制造运营的进入门槛
混合键合可实现最小间距小至 0.4 μ，远小于传统微凸块的 35 μ 最小间距。这种高效的电气导管可提供更高密度的输入/输出 (I/O) 连接，电感、电容和电阻更低，从而实现更快、更低功耗的信号传输。它是作为标准集成电路晶圆工艺的一部分形成的，从而减少了制造互连的额外步骤。相比之下，焊料微凸块需要在代工厂之外进行多个工艺步骤。
混合键合消除了与缩小微凸块和焊料回流组装相关的短路和可靠性问题。此外，混合互连键合在室温下进行，而微凸块则需要加热来提高对准精度和吞吐量组装工艺。
这些特性使得混合键合被视为先进封装领域的一项变革性技术，并被半导体行业各个领域采用，该技术的优势有助于解决产品性能差异化问题。
混合键合实际应用
混合键合的主要应用之一是图像传感器制造。索尼率先采用这种制造技术，抢占了相当大的市场份额，这使得该公司能够实现堆叠式图像传感器，提供差异化的产品功能。现在，业内 90% 以上的企业都在其产品中使用直接键合和混合键合。
最近，一些NAND制造商（YMTC、Kioxia 和 WD）已采用混合键合技术，推出了性能增强的新架构。其余制造商报告称，计划在几年内采用混合键合技术，表明该技术即将在内存应用中使用。
该技术还被用于射频领域，该领域需要低 I/O 密度和高速度。此外，许多动态随机存取存储器和高性能计算模块制造商正在准备其生产线，以在其产品中引入混合键合互连。AMD 是 chiplet 架构的积极推动者，自 2022 年以来已发布了几代混合键合SoC产品。
混合键合的优点
更高的 I/O 密度：与微凸块技术相比，混合键合可实现单位面积内高 10,000 倍的互连密度，显著提高芯片之间的连接能力，以更低的功耗实现更快的信号传输。
更低的电感、电容和电阻：混合键合互连尺寸减小，导致电感、电容和电阻降低。这可实现更快的信号传输、更低的功耗和更高的整体性能。
可扩展性：由于混合键合可以扩展到亚微米间距，因此可以实现更精细、更精确的互连。研究表明间距为 0.4 微米，未来间距甚至可能更小。
简化制造工艺：与微凸块方法相比，在高带宽内存中切换到混合键合互连需要更少的工艺步骤，从而节省成本并提高效率。该工艺涉及约 11 个步骤，从而实现更精简和高效的生产。
系统架构师的灵活性：混合键合为系统架构师在设计芯片和系统时提供了更大的创作自由，促进了异构组件的集成，并实现了在芯片上构建系统。这种灵活性允许根据特定要求定制和优化系统。
热性能优势
半导体行业一直致力于提高密度和垂直堆叠芯片，这带来了热挑战。与传统封装方法相比，混合键合互连接口通过降低芯片堆栈内芯片之间的温差来提高热性能。这可以提高访问内存和其他功能的效率和速度，从而实现堆叠多个芯片而不影响性能。
简而言之，混合键合技术将成为半导体行业的变革者，有望实现更高的性能、更低的功耗以及增强芯片制造和设计的效率。
https://www.eetimes.com/revamping-the-semiconductor-industry-with-hybrid-bonding/
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