混合芯片封裝技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

混合芯片封裝技術(shù)有諸多顯著的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。以混合鍵合技術(shù)為例，它是一種先進(jìn)的集成電路封裝技術(shù)，結(jié)合了金屬鍵合和介電鍵合的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了不同芯片之間的高密度、高性能互聯(lián) 。

• 無凸塊且直接連接：混合鍵合技術(shù)用于芯片的垂直（或3D）堆疊是無凸塊的。它從基于焊料的凸塊技術(shù)轉(zhuǎn)向直接銅對(duì)銅連接，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，沒有焊料，從而避免了與焊料相關(guān)的問題。

• 超小的互連間距：能夠?qū)崿F(xiàn)亞微米級(jí)乃至納米級(jí)的互連間距，相較于傳統(tǒng)鍵合技術(shù)，比如傳統(tǒng)封裝技術(shù)的間距多在20微米以上，混合鍵合技術(shù)允許在更小的面積上放置更多的連接點(diǎn)。在AMD的Epyc系列高端處理器中，利用混合鍵合技術(shù)將計(jì)算核心和緩存緊密組裝，極大增加了芯片間的數(shù)據(jù)通信帶寬，讓3D芯片在更小的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力 。

• 低電阻低延遲：由于省去了焊錫等中間介質(zhì)材料，直接銅對(duì)銅的連接具有更低的電阻和更短的信號(hào)傳播時(shí)間延遲。這不僅降低了信號(hào)傳輸?shù)哪芰繐p失，還提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群头€(wěn)定性，這對(duì)于高性能計(jì)算、人工智能等對(duì)數(shù)據(jù)傳輸要求苛刻的應(yīng)用場景十分關(guān)鍵。

• 良好的散熱性能：緊湊的結(jié)構(gòu)和直接的導(dǎo)電路徑有助于改善熱管理，降低發(fā)熱問題。在如數(shù)據(jù)中心服務(wù)器這種對(duì)熱管理要求極高的應(yīng)用場景中，有效的散熱能夠避免因過熱而導(dǎo)致的性能下降或芯片損壞 。

• 有利于小型化與高性能封裝：混合鍵合推動(dòng)了3D封裝發(fā)展，芯片以垂直堆疊方式整合，顯著縮小最終產(chǎn)品體積，提升整體系統(tǒng)性能，使得3D芯片在便攜式設(shè)備、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。比如在CMOS圖像傳感器領(lǐng)域，底層像素陣列與頂層電路層通過混合鍵合相連，降低了光路損失的同時(shí)實(shí)現(xiàn)更小型化的相機(jī)模組設(shè)計(jì)，使得圖像傳感器既滿足了性能需求又符合智能手機(jī)、無人機(jī)等便攜式設(shè)備輕薄化的要求 。

• 異構(gòu)集成能力：促進(jìn)異構(gòu)系統(tǒng)的集成，可以把不同尺寸、不同材料和不同工藝節(jié)點(diǎn)制造的芯片有效地結(jié)合在一起，形成一個(gè)單一的高性能封裝體。這樣有助于克服大型芯片的產(chǎn)量挑戰(zhàn)和版圖尺寸限制，提高整體系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。

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當(dāng)前混合芯片封裝技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域

混合芯片封裝技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用：

• 高端處理器與存儲(chǔ)器領(lǐng)域：通過混合鍵合技術(shù)將CPU與額外緩存芯片緊密連接在一起，可以顯著提升系統(tǒng)性能。像AMD的Epyc系列高端處理器，使用混合鍵合技術(shù)組裝計(jì)算核心和緩存，實(shí)現(xiàn)了性能的大幅飛躍。在高性能計(jì)算領(lǐng)域，將內(nèi)存芯片直接堆疊到邏輯芯片上，極大地提高了數(shù)據(jù)帶寬和訪問效率 。

• 圖像傳感器領(lǐng)域：在CMOS圖像傳感器中，底層的像素陣列經(jīng)由混合鍵合技術(shù)與頂層的電路層相連。一方面降低了光路損失，另一方面實(shí)現(xiàn)了更小型化的相機(jī)模組設(shè)計(jì)，提高了圖像傳感器的成像質(zhì)量，滿足了智能手機(jī)、無人機(jī)等便攜式設(shè)備對(duì)圖像傳感器在輕薄化情況下成像功能的需求 。

• 汽車電子與5G通信領(lǐng)域：對(duì)于汽車?yán)走_(dá)、自動(dòng)駕駛芯片以及5G基站和終端芯片而言，這些設(shè)備需要高度集成、低延遲和高效能。混合鍵合技術(shù)為此提供了理想的封裝方案，有助于提高系統(tǒng)可靠性并能夠滿足嚴(yán)苛的應(yīng)用環(huán)境需求，為自動(dòng)駕駛和5G通信技術(shù)的普及奠定了基礎(chǔ) 。

• 數(shù)據(jù)中心與人工智能領(lǐng)域：隨著AI服務(wù)器和AIPC的大量上市，數(shù)據(jù)中心對(duì)高性能計(jì)算的需求不斷增長。混合鍵合技術(shù)提升了芯片的集成度和數(shù)據(jù)傳輸速度，從而為數(shù)據(jù)中心提供了強(qiáng)大的算力支持。并且隨著芯片工藝技術(shù)的進(jìn)步和電力需求增速的放緩，它有望在降低數(shù)據(jù)中心運(yùn)營成本方面發(fā)揮重要的作用 。

混合芯片封裝技術(shù)市場的發(fā)展趨勢(shì)

混合芯片封裝技術(shù)在未來呈現(xiàn)出一系列發(fā)展趨勢(shì)：

• 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)模化生產(chǎn)：隨著行業(yè)對(duì)混合鍵合技術(shù)等混合芯片封裝技術(shù)的認(rèn)可度不斷提高，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范將會(huì)逐步建立和完善。例如針對(duì)工藝過程中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)如芯片接觸面的拋光和晶圓的對(duì)齊等可能會(huì)制定標(biāo)準(zhǔn)的操作流程和質(zhì)量控制規(guī)范。同時(shí)，各廠商也會(huì)不斷加大生產(chǎn)投入實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，這樣可以降低生產(chǎn)成本提高生產(chǎn)效率，使得混合芯片封裝技術(shù)在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用。一旦實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心等對(duì)成本較為敏感的應(yīng)用場景中就能夠更廣泛的采用這項(xiàng)技術(shù)來進(jìn)行芯片封裝，進(jìn)一步推動(dòng)行業(yè)發(fā)展 。

• 材料與工藝的進(jìn)一步改進(jìn)：研究人員會(huì)繼續(xù)探索新材料和新工藝在混合芯片封裝技術(shù)中的應(yīng)用。例如探索更好的介電材料，既可以提高絕緣性能又有助于鍵合效果的優(yōu)化等。在工藝改進(jìn)方面，對(duì)于芯片接觸面拋光工藝不斷朝著更精密、更高效方向發(fā)展從而確保納米級(jí)的平整度要求；在晶圓對(duì)齊方面也會(huì)開發(fā)更高精度的機(jī)器視覺和更精密的機(jī)械控制系統(tǒng)來確保銅墊和通孔的準(zhǔn)確無誤連接。這將進(jìn)一步提高混合芯片封裝技術(shù)的性能，如更高密度的互連等。

• 向更復(fù)雜且要求高的系統(tǒng)級(jí)封裝發(fā)展：隨著技術(shù)不斷成熟和成本效益的提升，混合芯片封裝技術(shù)將會(huì)在更多復(fù)雜且要求極高的系統(tǒng)級(jí)封裝解決方案中得到廣泛的應(yīng)用。比如未來對(duì)高性能計(jì)算、人工智能處理有著更高要求的復(fù)雜芯片系統(tǒng)中，混合芯片封裝技術(shù)將成為關(guān)鍵技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)在有限的空間內(nèi)集成更多不同類型的芯片實(shí)現(xiàn)更多功能的同時(shí)保證系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

影響混合芯片封裝技術(shù)市場應(yīng)用前景的因素

混合芯片封裝技術(shù)的市場應(yīng)用前景受到多種因素影響：

• 技術(shù)方面的因素：

• 工藝的復(fù)雜性：混合芯片封裝技術(shù)的一些工藝，如混合鍵合中的芯片接觸面拋光要求達(dá)到納米級(jí)平整度、晶圓對(duì)齊需要極高的對(duì)準(zhǔn)精度等，這些復(fù)雜的工藝會(huì)影響到技術(shù)的廣泛應(yīng)用。一方面，高精度的工藝要求需要企業(yè)具備高端的生產(chǎn)設(shè)備和高素質(zhì)的技術(shù)人才；另一方面，復(fù)雜工藝會(huì)降低生產(chǎn)效率，增加生產(chǎn)成本，對(duì)于一些預(yù)算有限的企業(yè)或者對(duì)成本控制較為嚴(yán)格的應(yīng)用場景來說可能會(huì)望而卻步。例如，在大規(guī)模生產(chǎn)消費(fèi)電子芯片時(shí)，如果不能有效地控制成本提高生產(chǎn)效率將會(huì)難以應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù) 。

• 技術(shù)創(chuàng)新難度：盡管混合芯片封裝技術(shù)已經(jīng)取得了許多進(jìn)展，但仍然存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)需要克服以便更好地拓展市場應(yīng)用。例如，如何進(jìn)一步提高鍵合強(qiáng)度同時(shí)又不影響其他性能指標(biāo)，每一次將混合鍵合工藝縮小到更小的線寬和間距時(shí)，鍵合強(qiáng)度和對(duì)準(zhǔn)度都必須提高，這需要在材料、工藝等多方面進(jìn)行創(chuàng)新。另外在異構(gòu)集成時(shí)，如何確保不同尺寸、材料和工藝節(jié)點(diǎn)的芯片組合后的性能和穩(wěn)定性也需要不斷創(chuàng)新，這些技術(shù)創(chuàng)新如果不能及時(shí)跟進(jìn)將影響技術(shù)在更多場景和芯片類型中的應(yīng)用。

• 成本因素：

• 制造成本：目前混合芯片封裝技術(shù)中的一些工藝成本較高，例如在混合鍵合技術(shù)中雖然有諸多優(yōu)勢(shì)但目前的加工設(shè)備、工藝材料等的成本偏高。如生產(chǎn)所需的潔凈室要求比其他形式的先進(jìn)封裝所需的潔凈室要先進(jìn)得多，這無疑增加了制造成本。對(duì)于要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，制造成本必須得到有效降低，否則難以在對(duì)成本敏感的市場如消費(fèi)電子等領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。

• 研發(fā)成本：要不斷進(jìn)行混合芯片封裝技術(shù)的研發(fā)，提高技術(shù)水平、開發(fā)新的工藝流程等都需要投入大量的研發(fā)成本。如果企業(yè)在研發(fā)投入上受到資金限制，將會(huì)影響技術(shù)的升級(jí)和市場應(yīng)用的擴(kuò)大。例如一些中小規(guī)模的芯片封裝企業(yè)可能因?yàn)殡y以承擔(dān)高昂的研發(fā)成本而無法跟進(jìn)混合芯片封裝技術(shù)的發(fā)展。

• 市場需求因素：

• 應(yīng)用場景的需求程度：不同的應(yīng)用場景對(duì)混合芯片封裝技術(shù)的需求程度不同。在高端計(jì)算、汽車電子的自動(dòng)駕駛等對(duì)性能、安全性要求極高的領(lǐng)域需求較為強(qiáng)烈。然而在一些對(duì)芯片性能要求不高的傳統(tǒng)電子設(shè)備領(lǐng)域可能需求就相對(duì)較弱。例如在普通家用遙控器等簡單電子產(chǎn)品中，混合芯片封裝技術(shù)帶來的性能提升并不能轉(zhuǎn)化為實(shí)際的需求推動(dòng)。

• 市場的競爭格局：芯片封裝市場競爭激烈，各種封裝技術(shù)都存在，如果混合芯片封裝技術(shù)不能在競爭中凸顯自己的優(yōu)勢(shì)就難以拓展市場應(yīng)用。如在一些對(duì)成本較為敏感的中低端芯片市場，如果混合芯片封裝技術(shù)不能在成本和性能上平衡好與傳統(tǒng)封裝技術(shù)的競爭關(guān)系，就很難突破市場份額的瓶頸，尤其是面對(duì)已經(jīng)成熟且成本較低的傳統(tǒng)封裝技術(shù)的競爭。

未來混合芯片封裝技術(shù)市場的潛在需求分析

混合芯片封裝技術(shù)在未來具有多方面的潛在需求：

• 高性能計(jì)算需求的推動(dòng)：隨著人工智能的發(fā)展，更多高復(fù)雜度的計(jì)算任務(wù)需要芯片具有強(qiáng)大的計(jì)算能力、高速的數(shù)據(jù)傳輸能力以及良好的散熱性。例如數(shù)據(jù)中心需要處理海量的數(shù)據(jù)，芯片如果能夠在體積更小的情況下集成更多功能且保持高性能運(yùn)算就顯得尤為重要。混合芯片封裝技術(shù)中的混合鍵合技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)超高密度的互連、低電阻低延遲以及良好的散熱性能等優(yōu)勢(shì)，正好契合高性能計(jì)算的這種需求，在數(shù)據(jù)中心、人工智能服務(wù)器以及高端個(gè)人計(jì)算機(jī)（AIPC）等領(lǐng)域都有著潛在的大量需求。通過將多個(gè)關(guān)鍵計(jì)算芯片和存儲(chǔ)芯片進(jìn)行高性能封裝，可以提高整體計(jì)算速度，可能會(huì)帶來新的高性能計(jì)算架構(gòu)的變革，進(jìn)一步釋放人工智能等高性能應(yīng)用的潛力 。

• 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展的需求：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備眾多，包括智能傳感器、智能穿戴設(shè)備、智能家居等。這些設(shè)備通常需要芯片體積小、功耗低、功能多樣并能穩(wěn)定運(yùn)行。混合芯片封裝技術(shù)有利于實(shí)現(xiàn)芯片的小型化和多功能集成，例如在可穿戴設(shè)備中，可以將處理傳感器信號(hào)、藍(lán)牙通信等不同功能的芯片模塊集成到一個(gè)封裝體中，減少系統(tǒng)的體積和功耗，提高設(shè)備的使用壽命和性能穩(wěn)定性。所以隨著物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)混合芯片封裝技術(shù)的需求也會(huì)逐步增加。

• 汽車電子智能化的需求：汽車正在朝著電氣化、自動(dòng)駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)的方向快速發(fā)展。汽車中的電子系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，需要處理大量的傳感器信息、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯等。如汽車的自動(dòng)駕駛功能需要處理來自雷達(dá)、攝像頭等大量傳感器的數(shù)據(jù)，高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和車載信息娛樂系統(tǒng)（IVI）等都需要具備高性能、高可靠性以及低延遲的芯片系統(tǒng)。混合芯片封裝技術(shù)可以提高芯片的集成度，保證汽車芯片在復(fù)雜的汽車電子環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，有助于滿足汽車電子智能化過程中對(duì)芯片的各種嚴(yán)苛要求，市場在向汽車智能化和電動(dòng)化轉(zhuǎn)型過程中對(duì)混合芯片封裝技術(shù)將會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的需求 。

芯片封裝清洗介紹

·         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。

·         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。

·         合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。