（证明出品方/作家：东吴证券，周尔双、李文意）

半 导 体 封 装 技 术 不 断 发 展 ， 键 合 种 类 多 元

键合主要作用为将两片晶圆进行勾通，分类法子各样

键合（Bonding）是通过物理或化学的方法将两片名义光滑且洁净的晶圆贴合在沿途，以援助半导体制造工艺或 者形成具有特定功能的异质复合晶圆。键合本领有许多种，时常左证晶圆的指标种类可鉴识为晶圆-晶圆键合 （Wafer-to-Wafer，W2W）和芯片-晶圆键合（Die-to-Wafer，D2W）；左证键合完成后是否需要解键合，又可 分为临时键合（Temporary Bonding）和长期键合（Permanant Bonding）；左证待键合晶圆间是否引入援助界 面夹层，还可分为径直键合、障碍键合、夹杂键合（Hybrid Bonding）等；左证传统和先进与否，传统方法包 括引线键合（Wire Bonding），先进方法聘任倒装芯片键合（Flip Chip Bonding）、夹杂键合等。

传 统 封 装 方 式 主 要 为 引 线 键 合 ， 实 现 电 气 互 联

传统封装依靠引线罢了电蚁合，可分为通孔插装和名义贴装类

传统封装需要依靠引线将晶圆与外界产生电气蚁合。将晶圆切割为晶粒后，使晶粒贴合到相应的基板架上，再 诈欺引线将晶片的接合焊盘与基板引脚衔接，罢了电气蚁合，临了用外壳加以保护。 传统封装大致不错分为通孔插装类封装以及名义贴装类封装。20世纪70年代东谈主们时常聘任双列直插式封装 （DIP）或锯齿型单列式封装（ZIP）等通孔型本领，行将引线插入到印刷电路板（PCB）的装配孔中；自后， 跟着引脚数目的不断加多以及PCB诡计的日趋复杂，通孔插装本领的局限性也日益突显，薄型小尺寸封装 （TSOP）、四方扁平封装（QFP）和J形引线小外形封装（SOJ）等名义贴装型本领陆续问世。

引线键合左证键合能量使用的不同不错分为热压键正当、超声键正当和热超声键正当。（1）热压键正当： 诈欺微电弧使键合丝的端头溶化成球状，通过送丝压头压焊在引线端子上形成第一键合点；尔后送丝压头 进步迁徙，在布线板对应的导体布线端子上形成第二键合点，完成引线蚁合历程。（2）超声键正当：超 声键正当主要应用于铝丝的引线蚁合，超声波能量被铝丝中的位错取舍性领受，使铝丝在极端低的外力作 用下可处于塑性变神情态，铝蒸镀膜名义上形成的氧化膜被梗阻，深远清洁的金属名义，便于键合。 （3） 热超声键正当：在超声键合机中引入加热器援助加热，键合器具聘任送丝压头，并进行超声振动，具有更 高的效力和更宽泛的用途，然而工艺历程较复杂。

引线键合机国外K&S、ASMPT为龙头，CR2约80%

受下贱需求影响及我国成立商国产替代加快，2024年我国引线键合机入口阛阓空间约6.18亿好意思元，仍权贵低于 2021年岑岭期入口阛阓空间的15.9亿好意思元。入口引线键合机包括金铜线键合机和铝线键合机。其中铝线键合机 数目占比约为10~15%，约3000-4000台，单台价值量约为25万好意思元，阛阓空间约为40-50亿元东谈主民币；金铜线键 合机数目占比约为85~90%，单台价值量较低，约为5-6万好意思元，阛阓空间约80亿元东谈主民币足下。

国外K&S（库力索法）、ASM为半导体键合机龙头，2021年CR2约80%。铝线键合机为K&S在2010年收购的好意思 国公司OE业务，键合机自己也属于焊合，稳当K&S的分娩文化，2020年之前汽车电子、功率器件，尤其是汽车电子阛阓K&S市占率高达90%， K&S的Asterion和PowerFusion家具竞争力较强；2020年下半年以来深远出了竞 争敌手，如ASMPT、奥特维等，K&S在冉冉减少功率器件IGBT阛阓的参预，将重点冉冉放至汽车电子 。国外 龙头单台售价25万好意思金/台（对应东谈主民币约180万元），国产成立130万东谈主民币足下。

先 进 封 装 快 速 发 展 ， 热 压 键 合 、 混 合 键 合 为 未 来趋势

后摩尔期间下封装追求更高的传输速率、更小的芯片尺寸

封装冉冉朝着高速信号传输、堆叠、微型化、低资本、高可靠性、散热等标的发展。（1）高速信号运载： 东谈主工智能、5G等本领在提高芯片速率的同期还需要进步半导体封装本领，从而提高传输速率；（2）堆叠： 昔时一个封装外壳内仅包含一个芯片，而如今可聘任多芯片封装（MCP）和系统级封装（SiP）等本领，在 一个封装外壳内堆叠多个芯片；（3）微型化：跟着半导体家具缓缓被用于迁徙以致可穿着家具，微型化成 为一项伏击需求。

键合情势冉冉从引线键合、倒装键合、热压键合再到夹杂键合

封装局势演变下，键合本领追求更小的互联距离以罢了更快的传输速率。封装本领资格了从最先通过引线框架 到倒装（FC）、热压粘合（TCP）、扇出封装（Fan-out）、夹杂封装（Hybrid Bonding）的演变，以集成更多 的I/O、更薄的厚度，以承载更多复杂的芯片功能和稳当更轻薄的迁徙成立。在最新的夹杂键合本领下，键合的 精度从5-10/mm2进步到10k+/mm2，精度从20-10um进步至0.5-0.1um，与此同期，能量/Bit则进一步减弱至 0.05pJ/Bit。

为了使芯片尺寸更小，封装尺寸和凸点间距齐需要相应地减弱；10μm的凸点间距提供的I/O数目简易是200μm 凸点间距的400倍。跟着电子器件朝着更轻薄、更微型和更高性能的标的发展，凸点间距照旧鼓励到20μm，并 且一些行业巨头照旧罢了了小于10μm的凸点间距；10μm凸点间距所提供的I/O数目简易是200μm凸点间距的 400倍。

50-40μm凸点间距可通过倒装键合罢了，40-10μm凸点间距需用热压键合（TCB），而10μm以下凸点间距则需 聘任夹杂键合本领。（1）倒装键合的回流焊适用于40-50μm凸点间距，但跟着凸点间距减弱会导致翘曲和精度 问题，使回流焊不再适用。（2）热压键合40-10μm凸点间距中无意胜任，但当凸点间距达10μm时，TCB可能 产生金属间化合物，影响导电性。（3）10μm凸点间距以下的高集成度封装将全面转向夹杂键合本领。

倒装键合取代引线键合应用于CPU、GPU与DRAM封装

倒装键合是通过在芯片顶部形成的凸点来罢了芯片与基板间的电气和机械蚁合。与传统引线键合相同，倒片 封装本领是一种罢了芯片与基板电气蚁合的互连本领。相较于引线键合，倒装键合①领有更多的蚁合密度， 引线键合只可围绕芯片四周进行引线蚁合，关于可进行电气蚁合的输入/输出（I/O）引脚的数目和位置有罢休， 而倒装键合不错在统共芯片正面植球，不错权贵提高蚁合密度； ②信号传输旅途更短：倒装键合径直诈欺凸 块(Bump)进行电信号传输,传输旅途远短于引线键合，不错带来更快的计划传输智商。因此在先进封装鸿沟， 倒装键合本领凭借其优胜的电气性能和空间诈欺率成为主流键合本领，被宽泛应用于CPU、GPU和高速 DRAM芯片的封装。

热压键合适用于超细间距、高密度互联封装

为贬责芯片凸点间距减弱时倒装键合回流焊方法中出现的翘曲和精度问题，当凸点间距达40μm以下时，TCB （Thermal Compression Bonding）热压键合成为主流。TCB键合诈欺高精度相机完成待键合芯片间的瞄准， 并通过限度热压头的压力与位移搏斗基座，施加压力并加热以罢了芯片间的键合。

TCB从芯片顶部加热，仅芯片和C4（可控熔塌芯片互连， Controlled Collapse Chip Connection ）焊料会升 温，最大法式减少基板、裸片翘曲歪斜问题。压力确保均匀粘合，陆续隙变化或歪斜。TCB本领在交流I/O间 距下罢了更好的电气特色，并允许I/O间距络续减弱，可封装更薄的芯片，因此多叠层HBM3时常聘任TCB。

热压键合阛阓主要由国外企业把持，CR5约88%

左证QY Research数据，2023年巨匠热压键合机（TCB）阛阓销售额达到了1.04亿好意思元，瞻望到2030年将达 到2.65亿好意思元，年复合增长率为14.5%。跟着半导体本领向更小尺寸、更高集成度标的发展，热压键合机作 为先进封装本领的中枢成立，需求权贵加多。稀薄是在HBM3应用，其多层芯片堆叠本领依赖热压键合工艺， 推动了热压键合机阛阓的快速增长。

巨匠热压键合机阛阓主要由国外企业把持，主要参与者包括ASMPT、K&S、BESI、Shibaura和SET，前五 大制造商的阛阓份额（CR5）约为88%。由ASMPT官网，其热压键合机包括FIREBIRD TCB系列，主要用于 异构集成的芯片2D、2.5D及3D封装，已批量委派卓越250台，是巨匠TCB热压键合工艺成立的龙头厂商。同 时，国产厂商如华卓精科、唐东谈主制造等亦积极布局该鸿沟，国产厂商热压键合成立阛阓份额有望冉冉扩大。

夹杂键合仅需要铜触点，无意罢了更高密度互联

夹杂键合是因其键合界面同期包含金属和介质或团员物( 如Cu/SiO2, Cu/SiCN等）两种材料，通过堆叠搏斗方 式改日自不同工艺的晶圆勾通在沿途罢了电气互联。夹杂键合不需要金属引线或微凸点，仅通过铜触点罢了 短距离电气互连，可在芯片间有望罢了更短的互连距离、更高密度、更低资本及更高性能。

典型的Cu/SiO2 夹杂键合主要包括三个要津工艺方法。（1）键合前预处理：晶圆需经过化学机械抛光/ 平坦 化（CMP）和名义活化及清洗处理，罢了平整洁净且亲水性名义；（2）两片晶圆预瞄准键合：两片晶圆键 合前进行预瞄准，并在室温下缜密贴合后介质SiO2 上的吊挂键在晶圆间罢了桥连，形成SiO2 -SiO2 间的熔融 键合，此时，金属Cu 触点间存在物理搏斗或凹下间隙（dishing），未罢了澈底的金属间键合；（3）键合后 热退火处理：通事后续热退火处理促进了晶圆间介质SiO2 反映和金属Cu 的互扩散从而形成长期键合。

先 进 封 装 晶 圆 变 薄 ， 临 时 键 合 & 解 键 合 为 阶 段 所 需 工 艺

晶圆级堆叠封装本领催生对超薄晶圆及临时键合工艺需求

晶圆减薄工艺成为先进封装的中枢工艺，超薄晶圆的诸多优点径直推动3D堆叠层数提高。在一些先进的封 装应用中，需要将晶圆减薄至10μm以下。①增强散热：超薄晶圆不错有用抑制热阻，改善先进封装中晶圆 多层堆叠酿成的积热问题。②增强电学性能：聘任超薄晶圆使得元器件间互连长度裁汰，从而提高信号的传 输速率、减少寄生功耗、进步信噪比。③提高集成度：在三维集成硅通孔TSV本领中聘任超薄晶圆，在保证 深宽比的同期不错制造节距更小、密度更高的硅通孔。④抑制资本：对超薄晶圆进行刻蚀、钻孔、钝化、电 镀等后续工艺，其加工速率和产量齐能大大提高，同期有用抑制材料使用资本。

晶圆减薄工艺需要引入临时键合以提供机械撑捏。当硅片被减薄到100μm以下时，晶圆在工艺中产生残余应 力、机械强度抑制，加之受到自身质地的影响，会阐扬出权贵的柔性和脆性，很容易翘曲、弯折，以致离散。 因此关于超薄晶圆，必须使用外部撑捏的方法对其进行保护，便于在超薄晶圆上进行后续工艺并进步芯片制 造中的良率、加工精度和封装精度，由此催生对临时键合/解键合工艺的需求。在后面减薄前，聘任临时键 合的情势将晶圆挽救到晶圆载板上为其提供强度撑捏，完成后面减薄过火他后面工艺后进行解键合。

临时键合工艺可分为临时热压键合和UV固化键合

临时键合一般有临时热压键合和UV固化两种情势。临时键合最先要将临时键合胶通过旋涂或喷涂情势在器 件晶圆和载片名义均匀涂布，随后依靠热压临时键合或UV固化临时键合情势，使载片和晶圆键合稳当。（1） 热压临时键合：在高温、真空的键合室内对叠放在沿途的器件晶圆和载片施加一定的力使之达到精熟的键合 收尾；（2）UV固化临时键合：紫外光透过载片照耀到键合胶名义发生反映，使载片和器件晶圆键合到沿途。

临时键合成立的兼容性与瞄准精度组成中枢壁垒

临时键合成立主要由限度系统、曲折片机构、旋涂职责台、翻改动械手、瞄准系统和UV固化职责台组成。 限度系统限度成立启动时序；曲折片机构完成晶圆（和载片）的装/卸载；旋涂职责台完成在器件晶圆和载 片名义临时键合胶的涂覆，临时键合胶的均匀性和厚度会径直影响临时键合的收尾；翻改动械手限度晶圆在 不同工位上的传输和翻转；瞄准系统将载片和器件晶圆瞄准，再通过CCD图像系统和X、Y、θ 向明白机构 罢了扫描瞄准；瞄准完成后，在UV 固化职责台上由紫外光照耀同期施加一定的压力，完成临时键合。

临时键合成立的中枢本领壁垒和本领难点在于多材料/曲折温适配性、高瞄准精度、机械应力限度等。①机 械应力限度：驻防超薄晶圆在处理中受到机械应力的影响导致翘曲或破裂。②高温适配性：临时键合材料通 常需要加热进行固化或软化，成立需要能处理高温工艺。③高瞄准精度：晶圆和载板必须精确瞄准以驻防后 续工艺中错误蕴蓄，在波及多层级光刻工艺时瞄准精度的条目极端高，国际先进水平小于50nm。④多工艺 兼容性：临时键合成立必须无意兼容不同的工艺需求，举例不同键合材料、不同温度条目、不同晶圆厚度等。

证明节选：

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