随着先进制程放缓与系统级性能需求持续上升,半导体产业正将越来越多的创新重心转向先进封装。Chiplet 架构、2.5D/3D 集成以及异构材料的引入,使封装从“连接技术”逐步演变为系统级性能实现的关键环节。其中,混合键合(Hybrid Bonding)正成为最具代表性的核心工艺之一。
近期,NHanced Semiconductors 宣布其位于美国北卡罗来纳州的先进封装工厂,已正式将 Besi Datacon 8800 CHAMEO ultra plus 混合键合系统投入量产运行。这是全球首台进入实际生产阶段的该型号设备,也为混合键合从技术验证走向规模制造提供了一个具有代表性的产业样本。
NHanced 在行业中具备独特定位,是目前可以同时支持铜(Cu)与镍(Ni)互连的多材料混合键合先进封装代工厂。其自主开发的 DBI®(Direct Bond Interconnect)室温混合键合工艺,可实现介质层共价键合与金属-金属互连的同步融合,从而构建超高密度、超细互连结构。这一技术对高性能计算(HPC)、人工智能(AI)、射频(RF)及光子器件等应用至关重要。
此外,NHanced 进一步扩展了 DBI® 工艺,支持多种材料体系的异构集成,包括:
砷化镓(GaAs)
磷化铟(InP)
铌酸锂(LiNbO₃)
玻璃及金刚石衬底
混合键合:从高端工艺走向量产能力
混合键合的核心价值,在于其可同时实现介质层的共价键合与金属间的直接互连,在不引入焊料或微凸点的前提下,大幅降低互连高度与寄生参数,是支撑超高互连密度与高带宽的关键手段。
从设备能力来看,NHanced 投入量产的 Besi Datacon 8800 CHAMEO ultra plus 平台,面向的是 200 nm 级对准精度、1 μm 级互连间距 的混合键合需求,同时具备 每小时最高 2000 颗裸片的处理能力。这类指标表明,混合键合正在从“实验室级别的极限工艺”,逐步向 可复制、可放大的制造工艺转变。
更重要的是,在吞吐率、良率稳定性和晶圆翘曲控制方面的同步提升,使混合键合不再仅限于少量高端样品,而开始具备支撑 Chiplet 架构量产的现实条件。
Chiplet 架构对混合键合提出更高要求
在 Chiplet 架构下,系统性能不再单纯由单颗芯片制程节点决定,而取决于 多裸片之间的互连密度、延迟与能效。传统微凸点技术在互连间距、信号完整性和功耗方面逐渐显现瓶颈,混合键合因此成为被重点关注的替代方案。
NHanced 作为纯先进封装代工厂,其混合键合应用聚焦于 die-to-wafer 以及多 Chiplet 组合场景,这与当前高性能计算、AI 加速器及高端射频系统的发展方向高度一致。设备层面实现的高精度对准和高吞吐,实质上是为 Chiplet 规模化组装提供基础制造保障。
从产业角度看,混合键合已不再只是“先进制程配套工艺”,而正在成为 Chiplet 系统架构可行性的前置条件。
异构材料走向系统级集成,封装工艺需同步演进
值得关注的是,NHanced 在混合键合量产体系中,明确支持 GaN、GaAs、InP、LiNbO₃、玻璃以及金刚石等多种材料衬底,并通过其 DBI® 室温混合键合工艺实现异构集成。
这反映出一个清晰趋势:先进封装正从“硅基互连”向 多材料系统级集成演进。
其中,金刚石衬底的引入具有明确的工程指向。一方面,金刚石在热管理方面具备天然优势,适用于高功率密度芯片的散热需求;另一方面,其作为封装或中介层材料,对键合工艺在表面质量、热匹配与可靠性方面提出更高要求。混合键合在室温条件下实现高质量连接,为这类材料进入先进封装体系提供了现实路径。
从工艺角度看,能够同时支持 铜与镍互连,也意味着在材料选择与结构设计上拥有更大的灵活性,这对于射频、光子器件及功率器件的异构集成尤为重要。
先进封装设备正在成为产业竞争关键变量
过去,先进封装更多被视为“后段工艺能力”的延伸;但从当前趋势来看,高端封装设备与工艺平台正在成为产业竞争的关键变量。
在这一模式下,封装不再是简单的组装,而是成为 系统架构实现的一部分。这对设备能力、工艺成熟度以及材料适配范围都提出了更高门槛。
可以预见,在未来一段时间内,先进封装设备水平,将成为衡量先进封装竞争力的重要指标,也将持续影响高性能计算、AI、射频与光子系统的技术演进路径。
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