混合键合3D小芯片集成技术与混合键合3D小芯片封装清洗介绍

一、混合键合3D小芯片集成技术

混合键合3D小芯片集成技术是当前电子产品封装领域的热门话题。混合键合技术是一种无凸块（焊球）的直接铜对铜键合技术，相较于采用凸块的传统键合技术，混合键合可降低上下层芯片间距，提升芯片之间的电信号传输性能，增加IO通道数量10。这种技术已在3DNAND闪存中使用，并未来即将用于HBM4内存。混合键合技术具有以下特点：

·         直接互连：它允许不同的芯片层，如存储器层和逻辑层，在无需通过硅通孔（TSV）的情况下直接互连，显著提高信号传输速度并降低功耗5。

·         导线长度缩短：通过芯片和晶圆之间的直接铜对铜键合，最大限度地缩短导线长度5。

·         减少层间物理连接需求：与传统TSV技术相比，混合键合减少了层间物理连接的需求，使芯片设计更紧凑，有利于实现更高性能和密度5。

·         提高可靠性：混合键合还可减少芯片内部的机械应力，提高产品的整体可靠性，同时支持更高的数据传输速度和更低的能耗

随着摩尔定律的逐渐放缓，业界正在寻求新的解决方案来提高芯片性能和降低成本。在这篇文章中，我们将对混合键合3D小芯片集成技术进行详细介绍，并分析其在未来电子产品封装领域的潜力和挑战。

首先，混合键合3D小芯片集成技术的核心思想是将多个具有特定功能的小芯片（Chiplet）集成在一个封装内，以实现更高性能和更低功耗的电子产品。这种技术的优势在于它可以利用已有的成熟工艺和技术，减少设计和开发成本，同时提高生产良率。此外，通过将不同工艺节点的小芯片集成在一起，混合键合3D小芯片集成技术可以在不影响性能的前提下降低整体封装成本。

混合键合技术是实现3D小芯片集成的关键。它是一种无凸块（焊球）的直接铜对铜键合技术，可以将上下层芯片之间的间距降低到2微米，从而提高芯片之间的电信号传输性能和增加IO通道数量。这种技术已经在3DNAND闪存中得到应用，并将很快被用于HBM4内存中。

目前，晶圆到晶圆（W2W）制造中已经采用了细间距直接键合互连（DBI）混合键合，如2.5-8微米的图像传感器，最近还用于1微米左右的NAND存储器制造。随着越来越多的公司开始研究和采用混合键合技术，我们可以预见，在不久的将来，混合键合3D小芯片集成技术将成为电子产品封装领域的主流技术。

然而，混合键合3D小芯片集成技术也面临着一些挑战。首先，实现高良率和高性能的混合键合工艺需要非常高的洁净度和对准精度。其次，随着封装层数的增加，如何保证各层之间的互连密度和信号传输质量也是一个亟待解决的问题。最后，如何在保证封装性能的前提下降低整体封装成本，也是混合键合3D小芯片集成技术得以广泛应用的关键。

二、混合键合3D小芯片集成技术应用：

1. 在小芯片集成中的应用

在小芯片集成中，混合键合技术发挥着关键作用。小芯片（Chiplet）是一种新兴的集成电路设计理念，它将多个小芯片组合在一起，以完成封装或系统内的全功能模块1。混合键合技术使得小芯片能够在不通过硅通孔的情况下直接互连，大大提高了封装的密度和性能5。

·         降低成本：小芯片的市场增长主要来自于其能够从根本上降低成本的同时增强功能1。混合键合技术通过减少互连密度和总体成本的技术挑战，有助于降低小芯片集成的成本1。

·         提高性能：混合键合技术允许在给定区域集成更多铜对铜互连，从而降低了功耗并提高了器件性能3。

·         增强灵活性：小芯片设计增强了整体系统灵活性，减少了下一代产品的设计时间1。

2. 行业巨头的应用

行业巨头如台积电、三星和英特尔正在竞相推进先进制程技术的开发，并在混合键合技术上有着深入的研究和应用5。

·         台积电：台积电是迄今为止唯一一家将混合键合商业化的芯片公司。其3D封装-SoIC就是使用的混合键合技术，该服务名为3DFabric,已应用于AMD V-Cache。SoIC技术为芯片I/O提供了强大的键合间距可扩展性，从而实现了高密度芯片间互连5。

·         三星：三星电子正开始认真引入混合键合，并计划推出采用混合键合的X-Cube和SAINT等下一代封装解决方案5。

·         英特尔：英特尔展示了其采用混合键合技术的雄心，并计划将这一技术应用于其3D封装技术Foveros Direct5。

三、混合键合3D小芯片封装清洗剂选择：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

运用自身原创的产品技术，满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求，打破国外厂商在行业中的垄断地位，为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

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总之，混合键合3D小芯片集成技术具有巨大的潜力，有望成为未来电子产品封装领域的核心技术。然而，要实现这一目标，还需要业界共同努力，解决上述挑战，进一步提高混合键合3D小芯片集成技术的可靠性和成本效益。