在摩爾定律的推動下，光刻（Lithography）技術一直是半導體產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)芯片線寬微縮的核心。然而，進入后摩爾時代，芯片設計理念發(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）技術則成為實現(xiàn)芯片堆疊的關鍵。鍵合技術的線寬和能耗直接決定了整個芯片系統(tǒng)的性能上限，因此，Hybrid Bonding（混合鍵合）技術在半導體產(chǎn)業(yè)中日益重要。
AI系統(tǒng)與后摩爾時代的需求：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。由于大型語言模型的復雜性，單一芯片無法容納整個模型，AI芯片逐漸演化為系統(tǒng)化設計。AI系統(tǒng)通常包含多個計算芯片（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)設計者將需要大量數(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，先進封裝在系統(tǒng)能耗日益重要的時代扮演著重要角色。
封裝技術的演進：從Wire Bonding到Hybrid Bonding
封裝技術不斷向先進封裝方向發(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)對算力的需求爆發(fā)，各大廠商開始瘋狂堆疊芯片，高級封裝技術被引入AI芯片系統(tǒng)。2.5D封裝采用Micro bump（微凸點）技術，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。
Hybrid Bonding技術應用廣泛，不限于邏輯芯片堆疊
Hybrid Bonding技術不僅應用于3D封裝，還廣泛應用于CMOS圖像傳感器（CIS）、3D NAND、HBM等領域。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，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技術原理與優(yōu)勢
Hybrid Bonding是晶圓鍵合技術，通過在晶圓之間形成直接的銅-銅（Cu-Cu）鍵合，實現(xiàn)芯片之間的互連。與傳統(tǒng)的鍵合技術相比，Hybrid Bonding具有以下優(yōu)勢：
Hybrid Bonding技術對未來AI系統(tǒng)的重要性
盡管Hybrid Bonding技術在目前AI芯片中的應用還不多，但由于未來算力需求將驅(qū)動更多芯片堆疊，芯片間數(shù)據(jù)傳輸要求也將大幅提升，同時多芯片系統(tǒng)的能耗需要更高效，因此Hybrid Bonding技術將在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。
結語
Hybrid Bonding技術作為一種先進的芯片鍵合技術，將在半導體產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展中發(fā)揮關鍵作用。隨著AI、高性能計算等領域的快速發(fā)展，對芯片性能和功耗的要求不斷提高，Hybrid Bonding技術將為滿足這些需求提供強大的支持。我們期待看到Hybrid Bonding技術在更多領域的應用，為半導體產(chǎn)業(yè)帶來更多創(chuàng)新和突破。
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