晶圓尺寸2-12吋，來看國內(nèi)晶圓鍵合工藝發(fā)展如何？

本期話題：

00:51 “鍵合”與“解鍵合”知多少？

05:35?大尺寸晶圓鍵合設(shè)備的Know-how？

10:12?鍵合工藝的發(fā)展趨勢如何？

芯片揭秘與2023年第十一屆半導體設(shè)備材料與核心部件展示會（CSEAC）聯(lián)名專訪十家新銳企業(yè)，精彩內(nèi)容請持續(xù)關(guān)注芯片揭秘·大咖談芯。

“鍵合”與“解鍵合”知多少？

幻實（主播）本期節(jié)目，我們邀請到了蘇州芯?？萍加邢薰举Y深研發(fā)副總張羽成，請張總和大家打個招呼。

張羽成（嘉賓） 大家好，我是蘇州芯?？萍嫉膹堄鸪伞?/p>

芯片揭秘主播 幻實（右）對話，蘇州芯?？萍加邢薰?資深研發(fā)副總 張羽成（左）

幻實（主播） 張總一發(fā)言，便推斷出您來自我國寶島臺灣。請問您在大陸工作了多久？

張羽成（嘉賓）我在我國大陸生活的時間較長，約為六七年，因此對當?shù)丨h(huán)境較為了解。

幻實（主播）芯睿科技是做什么產(chǎn)品和方向的？

張羽成（嘉賓） 蘇州芯?？萍际且患覍Ｗ⒂谧鲦I合與解鍵合設(shè)備的公司，我們從小尺寸的設(shè)備開始做起。由于客戶的需求以及過程中越來越豐富的經(jīng)驗，我們就從晶圓的2吋做到12吋，現(xiàn)在也在給客戶提供相關(guān)設(shè)備的量產(chǎn)。

幻實（主播）剛剛那段話其實對外行來說，理解起來會有點困難，所以我替大家問幾個問題，能先給我們科普一下半導體的鍵合與解鍵合嗎？

張羽成（嘉賓）好的。因為現(xiàn)在的晶圓都會經(jīng)過減薄這道工序，而減薄之后，它就像一張“白紙”，會變得比較“柔軟”，無法做支撐。因此，我們在減薄之前，就需要先拿另一個承載的晶圓將其貼住，貼的過程我們就稱之為臨時鍵合的工藝流程。鍵合完成之后我們會去做減薄與研磨，研磨之后的晶圓就達到了我們需要的厚度，再然后我們就會做一個解鍵合的動作，即把剛剛貼上去的臨時承載盤取走。

幻實（主播）臨時鍵合的工藝環(huán)節(jié)是什么時候開始有的？

張羽成（嘉賓）從有晶圓減薄開始就已經(jīng)有這樣的工藝流程了，當然，以前用的鍵合材料可能跟現(xiàn)在用的不太一樣，但也隨著客戶提出的一些高溫或高粘度的需求，一直在迭代演進。如今，有一些工藝流程已經(jīng)和早期不太一樣。

幻實（主播） 目前行業(yè)發(fā)展有沒有什么新的機遇和趨勢？

張羽成（嘉賓） 目前，我們已經(jīng)走到了先進封裝，我們要讓晶圓變得更薄，從以往的100微米厚度到現(xiàn)在的20或30微米。另外，還有不同芯片之間的堆疊與整合也會用到，目前在臨時鍵合大尺寸對應的先進封裝使用上，仍然有市場。

幻實（主播） 這里能不能給我們再詳細講講，關(guān)注芯片揭秘的很多都是對行業(yè)比較感興趣的人，您剛剛說100微米不夠用了，要20到30微米，這是什么情況？

張羽成（嘉賓） 因為要把各種不同的芯片堆疊在一起，如果單片芯片的很厚，那么之后將多片芯片堆疊在一起的時候，整體厚度就會變得比較大，所以我們在一開始做芯片研磨的時候，就希望把它磨到比較薄的狀況，然后再去做堆疊和鍵合?？剂康秸麄€芯片的尺寸和厚度，所以就會出現(xiàn)這種減薄到極致的需求。

幻實（主播）堆的層數(shù)越多，它的容積就越大，就像樂高積木一樣。

張羽成（嘉賓） 對，厚度薄的話對于散熱等一些性能都會有提升。

幻實（主播） 您這邊有沒有業(yè)內(nèi)的一些數(shù)據(jù)？最薄能薄到什么程度，有沒有極限呢？

張羽成（嘉賓）極限肯定有，但目前還在測試中，根據(jù)已有客戶的測試，尺寸大概在20~25微米。

幻實（主播） 我們經(jīng)常聽到存儲器已經(jīng)實現(xiàn)堆疊多少層了，這是不是您剛剛說的技術(shù)應用？

張羽成（嘉賓） 是的。

大尺寸晶圓鍵合設(shè)備的Know-how？

幻實（主播） 鍵合這個模式你們是從什么時候開始做的？目前有沒有遇到過挑戰(zhàn)呢？

張羽成（嘉賓）我們從2010年就開始做臨時鍵合的設(shè)備，也是因為當時客戶有減薄的需求。雖然鍵合看起來是一個很簡單的環(huán)節(jié)，但過程中必須避免氣泡的產(chǎn)生，同時，壓力與溫度的控制也至關(guān)重要，因此，整個過程需要在真空環(huán)境下進行。而臨時鍵合中間會有一層鍵合材料，可能是液態(tài)蠟或是一些膠材等。

幻實（主播） 是用一種膠把兩者粘在一起嗎？

張羽成（嘉賓） 沒錯，而它充當?shù)木褪擎I合材料。

幻實（主播）膠和蠟不能污染產(chǎn)品，之后需要將之消除，還不能有殘留，在如此精細化的控制下，這個環(huán)節(jié)聽起來有點不可思議。所以你們做設(shè)備的同時，也會涉及到設(shè)備和材料之間的匹配與驗證環(huán)節(jié)，對嗎？

張羽成（嘉賓） 因為材料真的有太多種了，并且各家材料有不同的特性，可能溫度不同，所需的壓力也不同。

我們在設(shè)計命題的時候就需要參考這些材料的條件范圍，以便對應修改命題設(shè)計，我們不希望自己的設(shè)備只適用于某一種材料，而是希望所有材料都可以在我們的設(shè)備上做鍵合與解鍵合的應用。

幻實（主播） 如果要讓材料更具有通用性，那研發(fā)上的難度必然不會小。其實我們欄目有一項“國貨我們推”的環(huán)節(jié)，下面請您給我們講一講今天想推薦什么產(chǎn)品？

張羽成（嘉賓） 目前，我們8吋以下的小尺寸的鍵合與解鍵合設(shè)備已經(jīng)比較成熟，當然，在客戶使用場景上我們?nèi)匀辉诓粩嗟氐?，因為客戶的需求一直在變化，他們的工藝也在進步，所以，我們的設(shè)備也必須對應客戶的工藝需求做一些改進。而先進封裝12寸的設(shè)備，我們依照客戶對膠材的需求，提高了可能比其他設(shè)備廠商更大的壓力和更高的真空度，這些調(diào)整其實對于客戶的工藝和生產(chǎn)都有一定的幫助。

另外，在解鍵合這一塊，以12吋的大尺寸的設(shè)備為例，我們導入了激光解鍵合需求的功能，所以搭配激光解鍵合這一塊也可以讓客戶在整個鍵合與解鍵合都達到一個很好的搭配應用。

幻實（主播） 我們目前面對的場景不少，現(xiàn)在一共有幾款產(chǎn)品在建設(shè)呢？

張羽成（嘉賓） 我們現(xiàn)在的產(chǎn)品有小尺寸的臨時鍵合與解鍵合，大尺寸的12吋臨時鍵合與激光解鍵合產(chǎn)品，另外，我們今年也在開發(fā)一款8吋的永久鍵合產(chǎn)品，以便提供給更多不同的客戶使用。

幻實（主播）? 您剛剛把產(chǎn)品以小尺寸和大尺寸做分類，這里想請教您一個問題，大小尺寸在做設(shè)備上的難度有什么區(qū)別呢？

張羽成（嘉賓） 因為鍵合會涉及到溫度和壓力，當晶圓較小的時候，我們控制溫度和壓力就會相對比較容易，可一旦放大到12吋的晶圓上，它的溫度均勻度與壓力均勻度在控制上就沒有那么容易。另外，在整個下壓的過程中壓力的調(diào)整以及壓板的材質(zhì)也會有一些差異，因此，這部分問題的解決也花了我們較多的時間。

幻實（主播） 晶圓越大是不是對良率的穩(wěn)定性等方面就提出了更高的要求？

張羽成（嘉賓）是的，主要是良率方面，因為客戶最在乎的就是良率高不高，工藝做的成不成功。

幻實（主播）而且這款設(shè)備對于Fab來說應該算是生產(chǎn)型的設(shè)備，其產(chǎn)品質(zhì)量和Fab的成本有很大關(guān)系。

張羽成（嘉賓） 沒錯，客戶當然都希望這臺設(shè)備有更高的產(chǎn)能、良率，不會破片，也不用過多維護。

鍵合工藝的發(fā)展趨勢如何？

幻實（主播） 我想再問您一個問題，因為你們是在國內(nèi)量產(chǎn)這款產(chǎn)品，這個賽道的國際競爭趨勢是怎么樣的呢？不管是咱們中國的技術(shù)積累，還是團隊的掌握能力，和國際的那些龍頭企業(yè)區(qū)別大不大？您作為業(yè)內(nèi)從業(yè)者能給我們分享一下您的看法嗎？

張羽成（嘉賓） 臨時鍵合這一塊，一方面，目前,國內(nèi)在生產(chǎn)做量產(chǎn)的企業(yè)可能更多還是在使用國外的設(shè)備，像日本設(shè)備公司所生產(chǎn)設(shè)備就比較多。當然，作為后來居上的一家設(shè)備廠商，我們也會去了解客戶在使用國外設(shè)備時遇到的問題，比如在對位，或是一些控制、操作方面，對他們來講不是很方便。那么，我們在前期開發(fā)設(shè)備的時候，就會先和客戶溝通，了解到他們的需求，從而針對這些需求做一些設(shè)計與改善。

另一方面，客戶對于國外設(shè)備的客制化需求沒有那么高，很少會有客戶臨時要求修改，客制化這個需求對國外的廠商來講是比較困難的一件事情，而對我們而言，給客戶最好的使用感是我們的追求，所以在剛開始的研發(fā)過程中就會把一些客戶的想法以及意見導入到我們設(shè)備，再交付給客戶，這樣一來，他們在后面的使用上也會更加得心應手。

此外，國內(nèi)和國外比較而言，我們的服務也會比國外的更迅速及時。所以這方面我認為我們會做得比國外的廠商更好。

幻實（主播）接下來，你們有什么規(guī)劃嗎？

張羽成（嘉賓） 我們考慮先進封裝領(lǐng)域的市場，這里面涉及到了臨時鍵合設(shè)備以及解鍵合設(shè)備，另外，也有永久性鍵合設(shè)備的需求。我們希望一步一步完善鍵合設(shè)備的布局，因此，我們從臨時鍵合往永久鍵合方面做研究，因為永久鍵合與臨時鍵合會涉及到完全不一樣的基礎(chǔ)。當然我們現(xiàn)在也已經(jīng)投入相對的人力來做這方面的開發(fā)，所以接下來我們希望把所有的鍵合設(shè)備做到完善的布局，達到全系列產(chǎn)品都可以讓客戶進行量產(chǎn)。

幻實（主播）您剛剛說了一堆方向，其實都是圍繞鍵合在做，那么這個行業(yè)賽道怎么樣呢？

張羽成（嘉賓） 以二三代化合物半導體為例，它們的晶圓尺寸一般在8寸以下，這樣的市場其實還是有增長需求，因為所有的晶圓，其實都需要經(jīng)過減薄的工藝流程，只要涉及減薄，就會有鍵合的需求?，F(xiàn)在三代化合物半導體市場其實還是在持續(xù)增長，所以我們也很看好這塊領(lǐng)域，相信它在接下來的時間里仍然會有一定的成長空間。

另外，12寸的布局對應到先進封裝這塊，國內(nèi)從去年開始到今年，漸漸有產(chǎn)線已經(jīng)在量產(chǎn)2.5D或3D的先進封裝的產(chǎn)品。此外，我們預期明年到后年這段時間，會是它的成長爆發(fā)期。因為接下來所有芯片區(qū)會往高端的芯片市場整合，所以我們認為接下來的2~3年，也是我們積極拓展市場的一個時機。

幻實（主播） 只要減薄就要用到鍵合，只要做先進封裝，大部分情況下還是離不開鍵合，所以這也是您堅定走這條賽道的一個信心。確實，鍵合我們以前聊得非常少，只知道這個東西特別難，聽起來都是關(guān)于機械的問題，但今天聽您講了這么多，我們會發(fā)現(xiàn)它不僅涉及到機械，還涉及到各種特殊場景下，對穩(wěn)定性的控制，以及材料工藝的融合，這本身就是一門交叉學科，可以說是一條不容易做成的綜合賽道。

非常感謝張總今天和我們分享這么多，也讓我們學到了不少，感謝您，也期待后續(xù)能有更多的機會和您交流。

晶圓級鍵合設(shè)備是指將兩片晶圓高精度對準、接合，借助外加能量使接合界面的原子產(chǎn)生反應形成共價鍵而結(jié)合成一體，從而使兩片晶圓間的接合介面達到特定的接合強度，實現(xiàn)兩片晶圓之間功能模塊集成的設(shè)備。

全球晶圓鍵合設(shè)備消費市場主要集中在中國、日本、歐洲和美國等地區(qū)。其中，中國半導體行業(yè)發(fā)展較快，晶圓鍵合設(shè)備銷量份額最大，2022年占據(jù)全球的40%，日本占據(jù)5%，而歐洲和美國分別占有19%和11%。雖然晶圓鍵合設(shè)備帶來了一些投資機會，但是行業(yè)技術(shù)壁壘較高，比較難以進入。隨著半導體行業(yè)要求越來越高，過小的企業(yè)規(guī)?；蚣夹g(shù)開發(fā)投入不足，都難以跟上新技術(shù)的發(fā)展步伐，日趨激烈的市場競爭要求企業(yè)不斷擴大規(guī)模及投入更多的研發(fā)力量。