一、混合鍵合互連方案概述

 混合鍵合（Hybrid Bonding）是一種先進(jìn)的互連技術(shù)，它允許在不相同的晶圓之間創(chuàng)建永久的鍵合。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于同時(shí)鍵合電介質(zhì)和金屬焊盤，從而提供比傳統(tǒng)凸塊技術(shù)更高的I/O連接密度和更低的信號(hào)延遲。以下是混合鍵合互連方案的一些關(guān)鍵特點(diǎn)和技術(shù)細(xì)節(jié)。

1.技術(shù)特點(diǎn)

 高密度互連

混合鍵合使用緊密嵌入電介質(zhì)中的微小銅焊盤，可以提供比銅微凸塊多1,000倍的I/O連接，將信號(hào)延遲驅(qū)動(dòng)至接近零水平。這種技術(shù)使得設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⒏鞣N工藝節(jié)點(diǎn)和技術(shù)的小芯片帶入更緊密的物理和電氣聯(lián)系，從而提高整體性能、功耗、效率和成本。

 無凸塊互連

混合鍵合的顯著特點(diǎn)是它是無凸塊的。它從基于焊料的凸塊技術(shù)轉(zhuǎn)向直接銅對(duì)銅連接。這意味著頂部die和底部die彼此齊平。兩個(gè)芯片都沒有凸塊，而是只有可縮放至超細(xì)間距的銅焊盤。

 適應(yīng)多種芯片尺寸和技術(shù)

混合鍵合有兩種類型：晶圓到晶圓鍵合（W2W）和芯片到晶圓鍵合（D2W）。D2W是異構(gòu)集成中混合鍵 bonding的主要選擇，因?yàn)樗С植煌男酒叽纭⒉煌木A類型和已知的良好芯片，而所有這些對(duì)于W2W方案來說通常是不可能的。

 2.關(guān)鍵技術(shù)步驟

 預(yù)鍵合層的準(zhǔn)備和創(chuàng)建

混合鍵合技術(shù)的關(guān)鍵工藝步驟包括預(yù)鍵合層的準(zhǔn)備和創(chuàng)建、鍵合工藝本身、鍵合后退火以及每個(gè)步驟的相關(guān)檢查和計(jì)量，以確保成功鍵合。

鍵合界面層

混合鍵合形成的鍵合界面層通常由Cu/SiO2組成，但這種方法容易導(dǎo)致產(chǎn)生Cu2O，在電場(chǎng)作用下Cu^{+}被釋放出，擴(kuò)散到SiO2的絕緣材料中，發(fā)生漏電。

 清潔與激活

在混合鍵合之前，銅焊盤必須具有最佳的碟形輪廓，以允許銅在金屬鍵合過程中膨脹。此外，混合鍵合表面必須超級(jí)干凈，因?yàn)榧词故亲钗⑿〉念w粒或最薄的殘留物也可能會(huì)擾亂工藝流程并導(dǎo)致設(shè)備故障。需要進(jìn)行高靈敏度檢查來發(fā)現(xiàn)所有缺陷，以驗(yàn)證芯片表面是否保持清潔，以實(shí)現(xiàn)成功的無空隙接合。

 3.應(yīng)用領(lǐng)域

 混合鍵合技術(shù)最初在CMOS圖像傳感器中首次亮相，隨后被應(yīng)用于3DNAND公司以及高端計(jì)算、5G和人工智能等領(lǐng)域的子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和異構(gòu)芯片。英特爾概述了其未來的發(fā)展方向，即通過混合鍵合將封裝的互連密度提高10倍以上，晶體管縮放面積提高30%至50%，以及采用新的量子計(jì)算技術(shù)。

 二、芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

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 結(jié)論

 混合鍵合作為一種新興的互連技術(shù)，具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如高密度互連、無凸塊互連以及適應(yīng)多種芯片尺寸和技術(shù)等。然而，這項(xiàng)技術(shù)也面臨著挑戰(zhàn)，如顆粒污染、邊緣碎片以及復(fù)雜的工藝流程等。隨著技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，混合鍵合有望在未來的半導(dǎo)體行業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。