芯耀
与非AI
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吾拾微电子（苏州）有限公司（简称：吾拾微）专注于晶圆级临时键合解键合设备及永久键合设备的开发、销售，为客户提供flow设计在内的一站式服务，致力于为全球半导体客户提供高标准的系统解决方案。公司始终坚持自主研发，拥有一支20余年晶圆级键合经验的研发团队，先后荣获科技领军人才企业、国家级高新技术企业、专精特新中小企业和瞪羚企业等多项荣誉资质。
2020年蔡维伽在《芯片揭秘》预言3D堆叠会成风口，很多人没当回事。如今以3D堆叠实现的HBM火遍全球，晶圆键合成了垂直封装的核心瓶颈——蔡先生也带着吾拾微电子的实战经验回来了。
这次请他再聊，不是炒冷饭，而是要挖出硬货：台积电/三星的「联合开发」模式到底怎么玩？相比于国外12-18个月的固定交期，国产键合设备是怎么缩短到3-6个月的？HBM/AI芯片/MEMS这些热门方向，键合技术进展到什么阶段？
深聊30分钟，干货都整理在下面了。
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*以下为播客文字整理版，已获嘉宾确认和授权。
"戴着镣铐跳舞"：HBM爆火前，我为何4年前就押注这个赛道？
幻实：上次请您作客《芯片揭秘·大咖谈芯》是2020 年，当时您就提到过3D堆叠，说晶圆键合一定是未来的趋势，如今3D堆叠、HBM已成为半导体领域国际前沿会议都要讨论的热词，没想到20 年您都在我们《芯片揭秘》栏目上就已经开始聊过了，还是要跟大家讲一下，听《芯片揭秘》真的能学到知识。那么首先请您简单给我们讲讲最近几年您的一些变化，再请教您最新的3D堆叠、HBM工艺以及先进封装键合这些方向的一些趋势。
高带宽内存（HBM）：一种基于3D堆栈工艺的高性能动态随机存取存储器，采用硅通孔（TSV）和芯片堆叠架构。
蔡维伽：好的，之前2020年我还在德国公司工作，在2024年SEMICON展会后正式入职本土键合设备公司吾拾微，继续深耕晶圆键合领域。2020—2024年，晶圆键合领域发展迅速，国内开始从国际引入先进制程。不少前道的FAB厂也开始关注键合工艺。2020年前国内还没有人在做基于混合键合的D2W（Die-to-Wafer）工艺，2020年以后，特别是2022—2023年我在SUSS期间，将12寸晶圆临时键合以及基于混合键合的D2W等工艺引入国内。
蔡维伽：同时国际上键合技术发展也十分迅猛，台积电、三星、美光、海力士HBM的发展蒸蒸日上。比如，台积电在2023年底成功打通3D堆叠工艺方式，实现基于混合键合3D D2W工艺的量产。而在国内，受中美贸易战影响，国外设备、材料对国内限制增多，因此设备、材料国产化是大势所趋，恰逢当时吾拾微有对应产品的研发和布局，我也觉得这是进一步一个深耕晶圆键合领域的好机会，于是我就到吾拾微这边来继续做相关工作。
临时键合（Temporary Bonding）：半导体制造和先进封装中的一项关键工艺，指将需要加工的晶圆（器件晶圆）通过可逆方式临时粘接到一个载板（如玻璃或硅片）上，以在后续的减薄、研磨等精细工序中为其提供机械支撑，加工完成后再将两者分离（解键合）。
D2W（Die-to-Wafer，芯片对晶圆键合）：半导体 3D 先进封装领域的核心工艺之一，指将完成前端制程的晶圆切割为单颗芯片后，筛选出已知良品芯片（KGD），再通过高精度对准与键合工艺，将单颗芯片逐颗或批量贴合到目标晶圆上的垂直堆叠技术。
幻实：2020年您曾说晶圆键合工艺要做好，核心是“稳”和“精”，您能分享一下经过这几年国际上巨大的变化，这两项要求是否依然是晶圆键合行业的追求目标？当前行业对“稳”和“精”的难度要求是否提升了？行业还出现了哪些新的要求？
蔡维伽：对半导体的设备和工艺来说，“稳”和“精”几乎是所有设备的要求。而晶圆键合作为一个更特殊的门类，部分工艺对精度要求特别高，是一个非常庞杂的体系。我更愿意说键合是一种“戴着镣铐跳舞”的工艺，这个领域不存在一个适用一切场景的完美的解决方法，其核心是根据客户的产品需求，选择合适的键合方式，同时综合考量各类因素，包括对产品特性、材料特性、表面特性的要求，以及满足客户对成本、效率、价格的诉求，区分清高端产品还是中端产品。其中，“稳”是所有FAB厂的要求，“精”是用合适的设备，合适的工艺精准适配客户的产品需求，这个是非常重要的。
幻实：晶圆键合特别特殊，不像炉管设备、晶圆加工设备、热处理设备这类产品，只需要几个细分指标达标即可。键合则需要在众多约束条件下找到合适的解决方案，这非常考验处理问题的综合能力，同时还需要深入了解公司跟厂商之间所需的材料和工艺，并匹配需求。能否为我们描述一下晶圆键合的工艺环节吗？
蔡维伽：对，键合不是只靠单一产品或单一设备去完成工艺，它需要配合不同的设备——比如涂胶、烘烤等环节，都需要不同设备一起配合。在上回节目我提到过，晶圆键合本质上就是把两个晶圆贴在一起，但实际操作有很多不同的要求和做法。有的需要大压力、高真空，有的需要高温等不同环境要求，以及现在最流行的混合键合技术，通过对晶圆表面做高精度的化学机械研磨（CMP，Chemical Mechanical Polishing），然后在常温下，利用表面的特性，通过范德华力实现预贴合，最终通过退火完成完全的贴合。它不需要压紧，也不需要真空，但对精度要求特别高。
化学机械研磨（CMP）：一种结合化学腐蚀与机械研磨的全局平坦化工艺，广泛应用于半导体制造领域。该技术通过协同化学软化材料表面与机械去除反应物，实现晶圆表面纳米级至原子级平整，有效解决多层金属互连及铜镶嵌制程的平坦化需求。
幻实：临时键合这个概念真的很神奇。晶圆经过键合后，还能在下一道工序中毫无损伤地将它们分开，能在小的尺寸下实现这样的工艺，听起来是一个很天马行空的想象。
蔡维伽：临时键合的核心难点在于材料、设备与工艺的精准匹配，对应客户不同需求的临时键合所用的胶也分很多种类，不同材料在耐温性、翘曲度、表面粗糙度等方面呈现不同的特性。根据需求，匹配对应的胶、设备和工艺，才能制备完美的键合对，这是后继工艺包括解键合的核心。当然，你只要来吾拾微，这些我们都会帮你把好关（笑）。总之，基于对客户需求的深度理解，选好工艺路线，选好材料，对前后道工艺把控好，才能做好键合，这些都需要从业者具备非常深厚的行业经验。
幻实：国产晶圆键合设备在推广过程中，是否会遇到客户认可度的问题？比如客户容易将生产问题归咎于设备，而忽略材料或工艺的适配性问题，这是否成为国产化设备推动的一大难点？
蔡维伽：从零开始的工作一定会遇到认可度积累的问题，这是行业面临的挑战，但也是机会。挑战在于，要让客户认可，就必须对各类键合工艺和前后道关系有非常深入的了解，甚至要比客户理解更深，并能证明我们的工艺能满足客户需求，没有隐患。对吾拾微来说，这恰恰是优势，我们对前后道工艺有较深的理解，跟很多家键合胶厂商保持深度合作，在这么多年的研究中，我们遇到过各种各样的情况，解决了各种各样的问题，积累了丰富的解决方案并能快速找到最优的应对措施，达到客户的目标和要求。
设备不能抄！台积电、三星验证的"联名开发"有多难？
幻实：上次采访您还提到当时晶圆尺寸还是在50 微米到100 微米之间，经过这几年发展，如今国际大厂和台积电已经开始追求纳米级精度。结合您的行业经验，目前晶圆键合的良率问题可能会存在于哪几个环节？在先进制程、小尺寸的背景下，晶圆键合的失效原因主要有哪些？
蔡维伽：这是一个非常复杂的行业问题，当前键合的精度需求不断提升，核心原因是芯片的pitch越来越小，电路密度持续提高，厚度越来越薄，对设备，对工艺带来了越来越大的挑战。
首先，以前精度考虑光学识别，机械运控等问题，而当下晶圆结构越来越复杂，其包含金属、半导体材料、molding（塑封）、PI（聚酰亚胺）等不同的层，会造成非常复杂的应力，这些都需要在设计键合工艺路线时提前考虑到才有可能达成精度要求。其次，基于杨氏模量的匹配、晶圆材质的要求、高温环境和化学耐受等选择不同的临时键合胶也是重要问题。最后，具体来讲把控细节，比如从化学角度来看，一个材料对化学的耐受性越高，后续清洗环节就越难去除，诸如此类的两难如何抉择也不能放松。
综上，键合需要好的的良率，设备及工艺路线的设计，耗材的选择，细节的把控缺一不可。
幻实：做晶圆键合设备的同时还要兼顾清洗环节，这好像超出了设备本身的业务范围，这不应该是清洗设备干的事吗？
蔡维伽：如果站在未来的角度看，键合是半导体发展史上的一个重要转折点。想象一下有光刻前和有光刻后的半导体行业有多大变化，有键合前和有键合后可能是类似的，重要变革后萌生很多新的工艺需求，都不是原有设备方案直接可以搬过来用的，需要重新设计，这是挑战但这恰恰也是国产半导体设备发展的机会。
过去国内在国产设备研发存在一个惯性思维，拿一台国外的设备对标，复刻，最后做出一台好的国产设备。但国际大厂和设备厂的合作模式并非如此，台积电每研发一项新的工艺，都会引入多种技术路线，每一条新路线的落地，都是它跟设备厂商，材料厂商共同去合作开发的结果。所以如果我们以现有这种清洗研究积累的经验去从事原有的清洗领域，那是“不务正业”；而配合键合工艺开发对应的清洗装置是我们的“正业”
幻实：我想打断问一下，他们会付钱吗？
蔡维伽：做得好肯定会的（笑）。
幻实：这个就是国产厂商要学习的地方。
蔡维伽：我很高兴地看到，无论是国内还是国际的头部 FAB ，这些真正深耕技术的企业都明白，联合开发才是半导体技术发展的正确路径，因此他们会给我们这样的设备商机会。设备商不能单纯去拷贝别家设备，而是要具备和FAB一起做新工艺、研发更先进技术的能力，只有通过这种方式才能把自己的东西做好。
其实HBM工艺就是典型案例，但早在2013 、2014 年，三星就开始联合SUSS等厂商，共同开发针对 HBM 的临时键合工艺——当时没有现成的工艺能够支持 HBM 的减薄。也正是通过FAB和设备厂商等的协同研发， HBM 领域才能快速发展。国内的FAB和设备商也应该开始这样往前走，这是一条已经证明可以成功的路。
没有极限！从AI芯片到MEMS，键合正在渗透每个领域
幻实：我们国产也需要培养自己的国产供应链。2020年您提到当时国内技术成熟度不足，工艺成本高，企业对HBM工艺的应用思路并不清晰。以这几年您在产业一线的经验，跟我们分享一下哪些产品方向已经确定适合应用HBM工艺？让我们了解一下HBM的应用场景。
蔡维伽：HBM最大的优点就是通信速度极快，能极大提高芯片的运算效率，如果不考虑成本因素，我认为该工艺适用于所有产品领域。目前HBM应用主要集中在AI以及高端产品领域，核心是AI算力大芯片。但未来随着HBM工艺成本不断降低，它的应用范围会逐步下放到手机、显卡以及我们日常使用的东西上，最终应用的普及速度取决于其成本下降能否达到市场预期。
幻实：那是不是我可以理解为，所有存储类芯片都适合用HBM工艺，来释放其运算潜能？
蔡维伽：可以这样理解，不管是键合还是减薄工艺，我们对晶圆键合提出高精度要求，是因为它实现了芯片的垂直互联。如果说传统的芯片堆叠、2.5 D 以及引线的连接方式，相当于一个楼里面有两个楼道，所有人都是从这个楼道里走。而HBM 就好像消防队的滑梯，每个消防队员都有一根往下直走的滑梯，可以想象这个效率会提高多少。
幻实：过去我们谈半导体设备，大家最熟知的就是光刻机，认为国内光刻机技术的落后，是与欧美国家的核心差距。而现在有了晶圆键合技术，我们就可以在垂直封装领域去做发挥，在光刻机技术暂未突破的情况下，做出差不多同样的一个结果。我看到吾拾微的标语中提到要在垂直领域做到极限，请问这个“极限”如何定义？
蔡维伽：可能我下次跟你见面会给出跟今天不一样的答案。十多年前很多人认为50um就是12寸晶圆的极限厚度了，但是去年12月，我们跟国内一家知名实验室联合实现了12寸晶圆5um的解键合极限——这可能是世界纪录。
从垂直方向发力，核心基于两方面：一是芯片通讯效率极大提高，二是芯片散热问题的优化。我们刚才谈到的键合技术，主要应用于2.5D、3D 这些大运算量芯片，但它在其他领域的应用场景也有很大发展，比如功率芯片、传统的MEMS、功率芯片，甚至在光学领域。有着这些需求的驱动，极限会被重新定义。
幻实：能说一下堆叠工艺怎么帮助MEMS产业发展吗？
蔡维伽：MEMS产品以多层结构为主，当需要多层结构拼装整合时，就需要依靠键合技术；且部分MEMS产品需要特殊的环境腔室，这类腔室的封装也需要通过键合技术完成。
幻实：是的，尤其是很多MEMS企业都在异构集成领域发展。
蔡维伽：这就进入到一个宽泛的3D 堆叠领域。3D 堆叠并非只局限于硅基的HBM和逻辑芯片的堆叠，也包括不同异质材料和芯片的堆叠。这类工艺不仅能采用 W2W（Wafer to Wafer） 的方式，也可以采用D2W的方式，而堆叠过程中的每一层材料，都需要通过临时键合工艺去减薄。
比如手机通讯里的BAW Filter（Bulk Acoustic Wave，体声波滤波器）和 SAW Filter（Surface Acoustic Wave，声表面波滤波器），这两种滤波器都会用到键合技术。SAW产品中有很多碳酸锂，铌酸锂的材料，需要键合技术实现材料整合。而用传统的 MEMS 工艺去做BAW产品，也会用到键合技术。
W2W（Wafer-to-Wafer，晶圆对晶圆键合）：半导体 3D 先进封装领域的基础核心工艺，指将两片完成前端制程的完整晶圆，通过高精度对准、表面处理与键合工艺，在晶圆级别实现垂直贴合与电气互连，后续再经切割、封装形成单颗芯片的堆叠技术。
幻实：那么晶圆键合技术会比传统工艺更有性价比吗？过去键合工艺很难调试，国内调通这个工艺也才没几年时间。
蔡维伽：国内第一个做BAW的客户，在他们还在大学研究的时候我就协助调试的。另外包括加速度计、陀螺仪等国内的MEMS产线，我也参与了客户从无到有的建线过程。国内这些产线产品的快速发展我想就是最好的答案。
幻实：那回到刚刚的问题，您是否有信心觉得键合技术的应用，可以让他们焕发更多的竞争潜力？
蔡维伽：我认为键合永远是一个工具，我们的做法是当客户需要这个工具的时候，我们从原理上和设备上去满足客户的要求，这个是我们能做到的。
国产不必全自研！效率+开放才是追赶国际巨头的捷径
幻实：好的，我大概理解您想表达的意思了。您曾任职国际大厂，如今深耕国产领域，作为行业技术带头人，您认为国产厂商想在巨头林立的晶圆键合领域站稳脚跟，核心靠什么？国际巨头最难以撼动的优势是什么？国产企业该如何应对这一差距？
蔡维伽：国际巨头的积累比我们早了几十年的时间，这一点都不夸张。但国际巨头的代际间的更迭也是靠人去完成。国产目前最大的优势就是在人和效率，这不是依靠一家公司，而是整个中国供应链体系以及生产体系所带来的便利和优势。
简单来说，目前半导体行业中，同类国外设备的交期在12到18个月，而国产设备交期只3到6个月。比如国内一家大型MEMS公司设备交付，我们只用两个半月，现场调试一个月，设备就已经达到国外设备的标准，且目前已经开始投入生产。这个很了不起，也很不容易。
能实现这么快交期，基于两个方面：一是目前国内企业吸收并借鉴了前辈的经验；二是国内供应链反应迅速，设计更为灵活。基于这两方面，我们不比别人笨，不比别人懒，没有什么不可撼动的，超越只是时间问题。
幻实：这也是国产企业的后发优势，没有历史包袱。
蔡维伽：是的，除此之外，国外大厂也存在他们的弊端——它的效率在变慢。这并不是一个公司或者一个人的问题，而是系统性的，甚至可以称为社会性的问题。
幻实：实际上会有一种个体的无力感。
蔡维伽：你说得一点都没错，我在国外公司工作时每当可以参与一些相对重大的决策时，我和几个同事真的是有很大的无力感——例如在推动在国内建厂的问题。决策体系本来就繁琐，同时会牵扯到政治上的一些局限。
幻实：再问一个跟国际格局有关系的问题，目前行业都在谈供应链的自主可控，但一个设备由众多零部件构成，不可能都自主研发。您从产品掌舵人的角度，能不能给我透露一下有哪几个环节是要自研的？
蔡维伽：目前国产领域有两个利好趋势，一是国外零部件卡脖子问题带动了一大批国产零部件厂商的快速成长，比如光刻机这类高精度、高稳定性要求的设备模块平台，国内已实现部分技术突破，让国产设备企业更容易找到国产替代零部件；二是一些觉悟比较高的国外品牌纷纷在国内建厂，进一步完善了国内的供应链体系。
作为一个公司来说，我们规模不大，不可能什么都做，我们会依托供应链去做定制化产品，同时基于对客户要求的原因，我们也会用一些国外的零部件产品来达到FAB厂稳定性的要求。当然我们也会有自己的国产替代方案。客户选择产品的标准其实很简单，就是最适配其工艺的、效率最高的、性价比最优。
幻实：这其实体现了国产企业需要一个很开放的形态，不追求封闭、独立、垄断的发展模式，而是搭建好整个产业链的协同环节，给客户提供更多的选择方案。
蔡维伽：没错，事实证明，封闭的产业是做不好的。之前在日本有很多这样的例子，甚至可以看到一些采用材料和设备绑定模式的产品，目前都在纷纷解绑，这证明封闭不是一个合时宜的方式。
下一个十年：AI、新能源、AR/VR，键合还有多少机会？
幻实：最后想请教您对行业未来技术前沿的一些思考，您认为未来三到五年键合技术会带来哪些新的变化？发展方向是什么？
蔡维伽：我认为晶圆键合处于行业风口，因为它满足了目前国际上最为热门的三个发展方向的需求： AI 、能源、微显示（例如 AR、VR、microLED 等）。将来键合技术会给我们带来几倍甚至几十倍的晶体管密度，远远优于当下的热管理。想象一下跟桌面电脑一样性能的手机，1分钟100km的充电速度，随身携带的200寸4K大屏......
蔡维伽：当我进入这个行业的时候，它还只是一个非常小众的市场，而在这么多年发展中，它向越来越多的领域铺开。半导体行业发展就像去建设一个城市，从一维的平房，到楼房，到摩天大楼。这是一个趋势，也是需要键合去发力的地方，对键合设备、工艺都会有所挑战。
这无法用一句话概括，而是体现在每一个细节中，比如晶圆键合的清洗环节中，“干净”的级别分为很多种：有没有看得见残留？ 颗粒检测的级别是几百纳米、几十纳米还是几纳米？不同标准的挑战是完全不同。这需要从业者对技术有清晰的认知，对客户需求有精准的理解。跟只需要微米级工艺的客户去谈多少纳米颗粒是没有意义的，因为这个成本他们无法接受；但对于追求几纳米颗粒的高端制程客户，仅承诺无可见污染，客户也不会接受。新的技术有新的挑战，也有新的乐趣。
幻实：能感受到您还有很多想法去一步步解决行业的问题，将晶圆键合从做到，到做好，再做到全球最好，还真的是有不同的阶段和挑战。
蔡维伽：我们公司的名字叫吾拾微，其实中间有一层含义就是“务实”。我们以务实的态度，分析客户需求的可行性、需求空间以及客户的独特要求；同时我们也会务实地评估自身的能力，判断能否帮助和满足客户的需要。公司成立至今，就是这样一步一个脚印稳步发展。我们从不讲大话，但我们确实在帮助一个个客户在每个项目上都能够做好。
幻实：企业风气往往由核心团队的理念决定，听完您的分享，我深受激励。2020年您对入职半导体行业从业者的建议提到要“沉下心来做事”，其实也和您刚刚说的“务实”是一脉相承的。那现在这个行情下，您对想要进入半导体行业年轻人有什么建议？欢迎他们加入这个行业吗？他们可以关注什么？
蔡维伽：目前AI对各行各业都带来了巨大的冲击。讲一句题外话，我曾经参与过义务字幕组的制作，原先翻译以及国外纪录片需要一个星期，现在AI可能10 分钟就能完成，这对于从业者是非常大的一个冲击。但是半导体行业其实很幸运，特别是设备领域，暂时还不会受到AI的冲击，反过来我们是在推动AI芯片的技术发展和升级，去做好更先进的AI芯片。欢迎越来越多比我更年轻的朋友们加入行业，目前这还是可以一个可以做一辈子不用改行的行业。
幻实：你这么说我也很自豪，我也可以跟我团队同事们讲，我们也不会被AI替代，因为AI是对存量的数据进行分析和处理，而我们每天主动在产业一线发现问题，创造增量信息和内容。
蔡维伽：对的。另一方面，因为AI也是基于数据库进行分析，而大部分数据其实还是存在于人的脑子里，AI目前很难代替人与客户去联合开发新的工艺。
对于新的大学毕业生或者是现在进入这个领域的年轻从业者，我还是认为他们应该脚踏实地，要保持开放的思维，要有自己的理解。我认为保持兴趣是最关键的，只有对所从事的领域保持兴趣，这样才能够不断地去学习和了解新的事物。我接触过很多研究生毕业的从业者，刚进FAB厂可能也只是负责一个单独的操作机台，或是分析某一个工艺环节的问题，工作环境相对封闭。但是如果能够保持对行业的兴趣，去不断的积累，就能够实现自身的成长。
现在是一个了解或学习最差的年代，但也是最好的年代。最差的点是，如果自己不主动去了解，就会被信息茧房所包围，所有推送的信息都是之前自己知道的信息；但这又是最好的时代，可以快速从哔哩哔哩搜索资料或询问AI得到回答的方式来获取新信息。如果你希望自己能够进步，希望自己能够成功，不断学习、不断积累永远是最重要的。目前国内晶圆键合领域正处于快速发展阶段，这种阶段对于半导体就像季节的转变，中国的半导体技术不算世界先进，但是键合领域的突破是中国半导体超车的通道之一，亟须大量有能力、有想法、愿意深耕的年轻人加入，一起学习，一起积累，推动国产技术不断突破。
幻实：非常感谢您的分享，也期待国产晶圆键合领域在年轻一代的加入下，实现更快更好的发展。
蔡维伽：谢谢。
采访 | 幻实 编辑 | 小茄 审核 | 幻实
