晶圓尺寸2-12吋，來(lái)看國(guó)內(nèi)晶圓鍵合工藝發(fā)展如何？

本期話(huà)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(shì)如何？

芯片揭秘與2023年第十一屆半導(dǎo)體設(shè)備材料與核心部件展示會(huì)（CSEAC）聯(lián)名專(zhuān)訪(fǎng)十家新銳企業(yè)，精彩內(nèi)容請(qǐng)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(shí)（主播）本期節(jié)目，我們邀請(qǐng)到了蘇州芯睿科技有限公司資深研發(fā)副總張羽成，請(qǐng)張總和大家打個(gè)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(shí)（右）對(duì)話(huà)，蘇州芯?？萍加邢薰?資深研發(fā)副總 張羽成（左）

幻實(shí)（主播） 張總一發(fā)言，便推斷出您來(lái)自我國(guó)寶島臺(tái)灣。請(qǐng)問(wèn)您在大陸工作了多久？

張羽成（嘉賓）我在我國(guó)大陸生活的時(shí)間較長(zhǎng)，約為六七年，因此對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境較為了解。

幻實(shí)（主播）芯?？萍际亲鍪裁串a(chǎn)品和方向的？

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

幻實(shí)（主播）剛剛那段話(huà)其實(shí)對(duì)外行來(lái)說(shuō)，理解起來(lái)會(huì)有點(diǎn)困難，所以我替大家問(wèn)幾個(gè)問(wèn)題，能先給我們科普一下半導(dǎo)體的鍵合與解鍵合嗎？

張羽成（嘉賓）好的。因?yàn)?strong>現(xiàn)在的晶圓都會(huì)經(jīng)過(guò)減薄這道工序，而減薄之后，它就像一張“白紙”，會(huì)變得比較“柔軟”，無(wú)法做支撐。因此，我們?cè)跍p薄之前，就需要先拿另一個(gè)承載的晶圓將其貼住，貼的過(guò)程我們就稱(chēng)之為臨時(shí)鍵合的工藝流程。鍵合完成之后我們會(huì)去做減薄與研磨，研磨之后的晶圓就達(dá)到了我們需要的厚度，再然后我們就會(huì)做一個(gè)解鍵合的動(dòng)作，即把剛剛貼上去的臨時(shí)承載盤(pán)取走。

幻實(shí)（主播）臨時(shí)鍵合的工藝環(huán)節(jié)是什么時(shí)候開(kāi)始有的？

張羽成（嘉賓）從有晶圓減薄開(kāi)始就已經(jīng)有這樣的工藝流程了，當(dāng)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(hù)提出的一些高溫或高粘度的需求，一直在迭代演進(jìn)。如今，有一些工藝流程已經(jīng)和早期不太一樣。

幻實(shí)（主播） 目前行業(yè)發(fā)展有沒(méi)有什么新的機(jī)遇和趨勢(shì)？

張羽成（嘉賓） 目前，我們已經(jīng)走到了先進(jìn)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(huì)用到，目前在臨時(shí)鍵合大尺寸對(duì)應(yīng)的先進(jìn)封裝使用上，仍然有市場(chǎng)。

幻實(shí)（主播） 這里能不能給我們?cè)僭敿?xì)講講，關(guān)注芯片揭秘的很多都是對(duì)行業(yè)比較感興趣的人，您剛剛說(shuō)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?yàn)橐迅鞣N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(shí)候，整體厚度就會(huì)變得比較大，所以我們?cè)谝婚_(kāi)始做芯片研磨的時(shí)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€(gè)芯片的尺寸和厚度，所以就會(huì)出現(xiàn)這種減薄到極致的需求。

幻實(shí)（主播）堆的層數(shù)越多，它的容積就越大，就像樂(lè)高積木一樣。

張羽成（嘉賓） 對(duì)，厚度薄的話(huà)對(duì)于散熱等一些性能都會(huì)有提升。

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

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

幻實(shí)（主播） 我們經(jīng)常聽(tīng)到存儲(chǔ)器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)堆疊多少層了，這是不是您剛剛說(shuō)的技術(shù)應(yīng)用？

張羽成（嘉賓） 是的。

大尺寸晶圓鍵合設(shè)備的Know-how？

幻實(shí)（主播） 鍵合這個(gè)模式你們是從什么時(shí)候開(kāi)始做的？目前有沒(méi)有遇到過(guò)挑戰(zhàn)呢？

張羽成（嘉賓）我們從2010年就開(kāi)始做臨時(shí)鍵合的設(shè)備，也是因?yàn)楫?dāng)時(shí)客戶(hù)有減薄的需求。雖然鍵合看起來(lái)是一個(gè)很簡(jiǎn)單的環(huán)節(jié)，但過(guò)程中必須避免氣泡的產(chǎn)生，同時(shí)，壓力與溫度的控制也至關(guān)重要，因此，整個(gè)過(guò)程需要在真空環(huán)境下進(jìn)行。而臨時(shí)鍵合中間會(huì)有一層鍵合材料，可能是液態(tài)蠟或是一些膠材等。

幻實(shí)（主播） 是用一種膠把兩者粘在一起嗎？

張羽成（嘉賓） 沒(méi)錯(cuò)，而它充當(dāng)?shù)木褪擎I合材料。

幻實(shí)（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(xì)化的控制下，這個(gè)環(huán)節(jié)聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)不可思議。所以你們做設(shè)備的同時(shí)，也會(huì)涉及到設(shè)備和材料之間的匹配與驗(yàn)證環(huán)節(jié)，對(duì)嗎？

張羽成（嘉賓） 因?yàn)椴牧险娴挠刑喾N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?cè)谠O(shè)計(jì)命題的時(shí)候就需要參考這些材料的條件范圍，以便對(duì)應(yīng)修改命題設(shè)計(jì)，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(yīng)用。

幻實(shí)（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(huì)小。其實(shí)我們欄目有一項(xiàng)“國(guó)貨我們推”的環(huán)節(jié)，下面請(qǐng)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(dāng)然，在客戶(hù)使用場(chǎng)景上我們?nèi)匀辉诓粩嗟氐?，因?yàn)榭蛻?hù)的需求一直在變化，他們的工藝也在進(jìn)步，所以，我們的設(shè)備也必須對(duì)應(yīng)客戶(hù)的工藝需求做一些改進(jìn)。而先進(jìn)封裝12寸的設(shè)備，我們依照客戶(hù)對(duì)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(shí)對(duì)于客戶(hù)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(dǎo)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(hù)在整個(gè)鍵合與解鍵合都達(dá)到一個(gè)很好的搭配應(yīng)用。

幻實(shí)（主播） 我們目前面對(duì)的場(chǎng)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(shí)鍵合與解鍵合，大尺寸的12吋臨時(shí)鍵合與激光解鍵合產(chǎn)品，另外，我們今年也在開(kāi)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(hù)使用。

幻實(shí)（主播）? 您剛剛把產(chǎn)品以小尺寸和大尺寸做分類(lèi)，這里想請(qǐng)教您一個(gè)問(wèn)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?yàn)?strong>鍵合會(huì)涉及到溫度和壓力，當(dāng)晶圓較小的時(shí)候，我們控制溫度和壓力就會(huì)相對(duì)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(méi)有那么容易。另外，在整個(gè)下壓的過(guò)程中壓力的調(diào)整以及壓板的材質(zhì)也會(huì)有一些差異，因此，這部分問(wèn)題的解決也花了我們較多的時(shí)間。

幻實(shí)（主播） 晶圓越大是不是對(duì)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?yàn)榭蛻?hù)最在乎的就是良率高不高，工藝做的成不成功。

幻實(shí)（主播）而且這款設(shè)備對(duì)于Fab來(lái)說(shuō)應(yīng)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(méi)錯(cuò)，客戶(hù)當(dāng)然都希望這臺(tái)設(shè)備有更高的產(chǎn)能、良率，不會(huì)破片，也不用過(guò)多維護(hù)。

鍵合工藝的發(fā)展趨勢(shì)如何？

幻實(shí)（主播） 我想再問(wèn)您一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槟銈兪窃趪?guó)內(nèi)量產(chǎn)這款產(chǎn)品，這個(gè)賽道的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)是怎么樣的呢？不管是咱們中國(guó)的技術(shù)積累，還是團(tuán)隊(duì)的掌握能力，和國(guó)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(shí)鍵合這一塊，一方面，目前,國(guó)內(nèi)在生產(chǎn)做量產(chǎn)的企業(yè)可能更多還是在使用國(guó)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(dāng)然，作為后來(lái)居上的一家設(shè)備廠商，我們也會(huì)去了解客戶(hù)在使用國(guó)外設(shè)備時(shí)遇到的問(wèn)題，比如在對(duì)位，或是一些控制、操作方面，對(duì)他們來(lái)講不是很方便。那么，我們?cè)谇捌陂_(kāi)發(fā)設(shè)備的時(shí)候，就會(huì)先和客戶(hù)溝通，了解到他們的需求，從而針對(duì)這些需求做一些設(shè)計(jì)與改善。

另一方面，客戶(hù)對(duì)于國(guó)外設(shè)備的客制化需求沒(méi)有那么高，很少會(huì)有客戶(hù)臨時(shí)要求修改，客制化這個(gè)需求對(duì)國(guó)外的廠商來(lái)講是比較困難的一件事情，而對(duì)我們而言，給客戶(hù)最好的使用感是我們的追求，所以在剛開(kāi)始的研發(fā)過(guò)程中就會(huì)把一些客戶(hù)的想法以及意見(jiàn)導(dǎo)入到我們?cè)O(shè)備，再交付給客戶(hù)，這樣一來(lái)，他們?cè)诤竺娴氖褂蒙弦矔?huì)更加得心應(yīng)手。

此外，國(guó)內(nèi)和國(guó)外比較而言，我們的服務(wù)也會(huì)比國(guó)外的更迅速及時(shí)。所以這方面我認(rèn)為我們會(huì)做得比國(guó)外的廠商更好。

幻實(shí)（主播）接下來(lái)，你們有什么規(guī)劃嗎？

張羽成（嘉賓） 我們考慮先進(jìn)封裝領(lǐng)域的市場(chǎng)，這里面涉及到了臨時(shí)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(shí)鍵合往永久鍵合方面做研究，因?yàn)橛谰面I合與臨時(shí)鍵合會(huì)涉及到完全不一樣的基礎(chǔ)。當(dāng)然我們現(xiàn)在也已經(jīng)投入相對(duì)的人力來(lái)做這方面的開(kāi)發(fā)，所以接下來(lái)我們希望把所有的鍵合設(shè)備做到完善的布局，達(dá)到全系列產(chǎn)品都可以讓客戶(hù)進(jìn)行量產(chǎn)。

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

張羽成（嘉賓） 以二三代化合物半導(dǎo)體為例，它們的晶圓尺寸一般在8寸以下，這樣的市場(chǎng)其實(shí)還是有增長(zhǎng)需求，因?yàn)樗械木A，其實(shí)都需要經(jīng)過(guò)減薄的工藝流程，只要涉及減薄，就會(huì)有鍵合的需求?，F(xiàn)在三代化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)其實(shí)還是在持續(xù)增長(zhǎng)，所以我們也很看好這塊領(lǐng)域，相信它在接下來(lái)的時(shí)間里仍然會(huì)有一定的成長(zhǎng)空間。

另外，12寸的布局對(duì)應(yīng)到先進(jìn)封裝這塊，國(guó)內(nèi)從去年開(kāi)始到今年，漸漸有產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)在量產(chǎn)2.5D或3D的先進(jìn)封裝的產(chǎn)品。此外，我們預(yù)期明年到后年這段時(shí)間，會(huì)是它的成長(zhǎng)爆發(fā)期。因?yàn)榻酉聛?lái)所有芯片區(qū)會(huì)往高端的芯片市場(chǎng)整合，所以我們認(rèn)為接下來(lái)的2~3年，也是我們積極拓展市場(chǎng)的一個(gè)時(shí)機(jī)。

幻實(shí)（主播） 只要減薄就要用到鍵合，只要做先進(jìn)封裝，大部分情況下還是離不開(kāi)鍵合，所以這也是您堅(jiān)定走這條賽道的一個(gè)信心。確實(shí)，鍵合我們以前聊得非常少，只知道這個(gè)東西特別難，聽(tīng)起來(lái)都是關(guān)于機(jī)械的問(wèn)題，但今天聽(tīng)您講了這么多，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它不僅涉及到機(jī)械，還涉及到各種特殊場(chǎng)景下，對(duì)穩(wěn)定性的控制，以及材料工藝的融合，這本身就是一門(mén)交叉學(xué)科，可以說(shuō)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(xué)到了不少，感謝您，也期待后續(xù)能有更多的機(jī)會(huì)和您交流。

晶圓級(jí)鍵合設(shè)備是指將兩片晶圓高精度對(duì)準(zhǔn)、接合，借助外加能量使接合界面的原子產(chǎn)生反應(yīng)形成共價(jià)鍵而結(jié)合成一體，從而使兩片晶圓間的接合介面達(dá)到特定的接合強(qiáng)度，實(shí)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(fèi)市場(chǎng)主要集中在中國(guó)、日本、歐洲和美國(guó)等地區(qū)。其中，中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展較快，晶圓鍵合設(shè)備銷(xiāo)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(guó)分別占有19%和11%。雖然晶圓鍵合設(shè)備帶來(lái)了一些投資機(jī)會(huì)，但是行業(yè)技術(shù)壁壘較高，比較難以進(jìn)入。隨著半導(dǎo)體行業(yè)要求越來(lái)越高，過(guò)小的企業(yè)規(guī)?；蚣夹g(shù)開(kāi)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求企業(yè)不斷擴(kuò)大規(guī)模及投入更多的研發(fā)力量。