在摩爾定律的推動(dòng)下，光刻（Lithography）技術(shù)一直是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)芯片線寬微縮的核心。然而，進(jìn)入后摩爾時(shí)代，芯片設(shè)計(jì)理念發(fā)生了轉(zhuǎn)變。除了微縮，芯片堆疊成為增加晶體管數(shù)量的重要手段，而鍵合（Bonding）技術(shù)則成為實(shí)現(xiàn)芯片堆疊的關(guān)鍵。鍵合技術(shù)的線寬和能耗直接決定了整個(gè)芯片系統(tǒng)的性能上限，因此，Hybrid Bonding（混合鍵合）技術(shù)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中日益重要。
AI系統(tǒng)與后摩爾時(shí)代的需求：算力堆疊與芯片間數(shù)據(jù)傳輸
近年來，AI芯片需求迅猛增長(zhǎng)。由于大型語言模型的復(fù)雜性，單一芯片無法容納整個(gè)模型，AI芯片逐漸演化為系統(tǒng)化設(shè)計(jì)。AI系統(tǒng)通常包含多個(gè)計(jì)算芯片（如CPU、GPU、ASIC）和內(nèi)存芯片（如HBM）。為了提升AI系統(tǒng)性能和降低能耗，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者將需要大量數(shù)據(jù)溝通的芯片放置得更近，甚至采用2.5D或3D封裝串接。這種串接不僅能加速傳輸速度，還能降低能耗，先進(jìn)封裝在系統(tǒng)能耗日益重要的時(shí)代扮演著重要角色。
封裝技術(shù)的演進(jìn)：從Wire Bonding到Hybrid Bonding
封裝技術(shù)不斷向先進(jìn)封裝方向發(fā)展，從Wire Bonding（引線鍵合）到Die Bonding（芯片鍵合），再到Hybrid Bonding。隨著AI系統(tǒng)對(duì)算力的需求爆發(fā)，各大廠商開始瘋狂堆疊芯片，高級(jí)封裝技術(shù)被引入AI芯片系統(tǒng)。2.5D封裝采用Micro bump（微凸點(diǎn)）技術(shù)，而需要更高內(nèi)存和CPU/GPU數(shù)據(jù)傳輸速度的系統(tǒng)則采用3D Hybrid Bonding技術(shù)。
Hybrid Bonding技術(shù)應(yīng)用廣泛，不限于邏輯芯片堆疊
Hybrid Bonding技術(shù)不僅應(yīng)用于3D封裝，還廣泛應(yīng)用于CMOS圖像傳感器（CIS）、3D NAND、HBM等領(lǐng)域。HBM4（第四代高帶寬內(nèi)存）可能部分采用Hybrid Bonding，而HBM5則需要Hybrid Bonding來滿足性能需求。Hybrid Bonding作為連接不同芯片或模塊的技術(shù)，能夠大幅提高數(shù)據(jù)傳輸速度，其重要性將日益凸顯。
Hybrid Bonding技術(shù)原理與優(yōu)勢(shì)
Hybrid Bonding是晶圓鍵合技術(shù)，通過在晶圓之間形成直接的銅-銅（Cu-Cu）鍵合，實(shí)現(xiàn)芯片之間的互連。與傳統(tǒng)的鍵合技術(shù)相比，Hybrid Bonding具有以下優(yōu)勢(shì)：
Hybrid Bonding技術(shù)對(duì)未來AI系統(tǒng)的重要性
盡管Hybrid Bonding技術(shù)在目前AI芯片中的應(yīng)用還不多，但由于未來算力需求將驅(qū)動(dòng)更多芯片堆疊，芯片間數(shù)據(jù)傳輸要求也將大幅提升，同時(shí)多芯片系統(tǒng)的能耗需要更高效，因此Hybrid Bonding技術(shù)將在AI芯片系統(tǒng)中扮演重要角色，無論是在3D封裝還是在新一代HBM制造方面。AMD的AI GPU發(fā)展（MI300及下一代芯片）也印證了這一趨勢(shì)。
結(jié)語
Hybrid Bonding技術(shù)作為一種先進(jìn)的芯片鍵合技術(shù)，將在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。隨著AI、高性能計(jì)算等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)芯片性能和功耗的要求不斷提高，Hybrid Bonding技術(shù)將為滿足這些需求提供強(qiáng)大的支持。我們期待看到Hybrid Bonding技術(shù)在更多領(lǐng)域的應(yīng)用，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來更多創(chuàng)新和突破。
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