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一种使用铜质混合键合的技术

发布时间: 2021-05-17

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       有些厂家正在研究铜质混合键合技术,这项技术可以为下一代2.5D和3D封装铺平道路。代工厂,设备供应商,研发组织和其他机构正在开发铜质混合键合,该工艺使用高级封装中的铜-铜互连来堆叠和键合管芯。这个技术仍在研发中,与现有的堆叠和键合方法相比,用于封装的混合键合技术可提供更高的带宽和更低的功耗。但是混合键合也更难以实现。另外,现有技术的扩展范围可能超出预期,从而推开了混合键合的切入点。
       事实上,铜质混合键合并不是新事物。从2016年开始,CMOS图像传感器供应商开始使用晶片到晶片的混合键合技术来制造产品。供应商处理逻辑晶片,然后,供应商用相关技术处理单独的晶圆,使用细间距铜-铜互连将两个晶片结合在一起,再将各个芯片切成小片,形成CMOS图像传感器。

       对于高级封装,混合键合的工作方式几乎相同,但更为复杂。供应商正在开发另一个不同的变体,称为管芯对晶片的键合,您可以在内插器或其他管芯上堆叠和键合管芯。业内人士表示:“我们看到发展晶片对晶片混合键合的强劲行业动力。“管芯对晶片的混合键合的主要优势在于它能够实现不同尺寸芯片的异构集成。”厂家EVG的晶圆键合机是专门用于芯片的异质集成的机台。

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图1  EVG的异质集成混合键合技术 来源:EVG

       此技术将高级封装提高到一个新的水平。在当今高级封装的一个示例中,供应商可以在封装中集成多管芯DRAM堆栈,并使用现有的互连方案连接管芯。通过混合键合,DRAM管芯使用细间距铜-铜互连线连接,从而实现了更大的带宽。这种方法也可以用于存储器堆栈和其他组合的高级逻辑。 “示例应用程序包括3D DRAM,异构集成和芯片分解。”
       这是一个具有挑战性的过程。芯片到晶圆的混合键合需要原始的芯片,先进的设备和完美的集成方案。但是,如果供应商能够使它起作用,那么该技术将成为高级芯片设计的诱人选择。
       传统上,为了推进芯片设计,该行业会开发一个片上系统(SoC),在该系统中,您可以在每个节点上缩小不同的功能,然后将它们封装到单片式裸片上。但是,这种方法在每个节点上变得越来越复杂和昂贵。尽管有些人将继续走这条路,但许多人正在寻找替代方案。获得扩展优势的一种方法是在传统的高级封装中组装复杂的芯片。使用混合键合的高级包装是另一种选择。
       GlobalFoundries,英特尔,三星,台积电和联电都在致力于铜杂化封装技术,Imec和Leti也是如此。此外,Xperi正在开发一种版本的混合键合。Xperi将技术许可给他人。
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图2  具有混合键合的3D集成  来源:Xperi
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