電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李彎彎）當(dāng)下，人工智能大模型正以狂飆之勢重塑全球科技，算力需求呈指數(shù)級增長。在這場技術(shù)競賽中，GPU的性能不斷攀升，但“內(nèi)存墻”瓶頸卻日益凸顯——處理器的計(jì)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于數(shù)據(jù)從內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)教幚砥鞯乃俣?。為了打破這堵無形的墻，高帶寬內(nèi)存（HBM）應(yīng)運(yùn)而生，成為連接算力與數(shù)據(jù)的關(guān)鍵橋梁。

然而，隨著HBM堆疊層數(shù)向12層、16層甚至更高邁進(jìn)，原有的堆疊技術(shù)正逼近物理極限。為了突破這一瓶頸，各家存儲巨頭紛紛押注“混合鍵合（Hybrid Bonding）”技術(shù)。近日，韓國存儲巨頭SK海力士披露，其應(yīng)用于HBM的混合鍵合良率較兩年前顯著提升，技術(shù)成熟度持續(xù)改善。這一突破不僅標(biāo)志著HBM技術(shù)演進(jìn)的關(guān)鍵拐點(diǎn)，更預(yù)示著AI算力基礎(chǔ)設(shè)施即將迎來一場深刻的變革。

技術(shù)原理：從“微凸點(diǎn)”到“原子級焊接”的跨越

要深刻理解混合鍵合技術(shù)的革命性意義，首先需要回顧芯片堆疊技術(shù)的演進(jìn)歷程。在過去，芯片之間的垂直互連主要依賴“熱壓鍵合（TCB）”技術(shù)，其核心是利用微小的焊球（Micro-bumps）將上下兩層芯片物理連接起來。這種技術(shù)雖然成熟，但焊球本身占據(jù)了物理空間，且電阻相對較高，限制了信號傳輸?shù)乃俣群兔芏?。隨著HBM堆疊層數(shù)的增加，這些微小的焊球逐漸成為了限制帶寬提升和能效優(yōu)化的瓶頸。

混合鍵合技術(shù)則徹底顛覆了傳統(tǒng)架構(gòu)。它是一種無凸點(diǎn)（Bump-less）的連接技術(shù)，直接在芯片表面通過銅-銅（Cu-Cu）金屬鍵合與介電層（Dielectric）鍵合，將上下兩層芯片“原子級焊接”在一起。這種技術(shù)帶來了三個(gè)顛覆性的優(yōu)勢：

首先是極致的互連密度?；旌湘I合將互連間距從傳統(tǒng)的幾十微米縮小到10微米甚至更低，使得單位面積內(nèi)的連接點(diǎn)數(shù)量呈指數(shù)級增長，極大地拓寬了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?。其次是性能的飛躍。銅與銅的直接接觸使得電阻極低，信號傳輸損耗大幅降低，帶寬和能效顯著提升。最后是超薄的堆疊高度。去除了焊球結(jié)構(gòu)后，芯片堆疊的整體厚度大幅降低，這使得在有限的封裝空間內(nèi)堆疊更多層DRAM裸片成為可能，直接推動(dòng)了HBM容量的擴(kuò)容。

SK海力士的良率突圍與量產(chǎn)提速

在混合鍵合技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程中，SK海力士無疑走在了行業(yè)前列。近日，SK海力士技術(shù)負(fù)責(zé)人金鐘勛在行業(yè)會議上披露，公司已成功完成采用混合鍵合技術(shù)的12層HBM堆疊結(jié)構(gòu)驗(yàn)證，且良率較兩年前有了顯著提升。這一消息在業(yè)界引起了強(qiáng)烈反響，因?yàn)榱悸室恢笔侵萍s混合鍵合技術(shù)大規(guī)模量產(chǎn)的最大攔路虎。

為了實(shí)現(xiàn)這一突破，SK海力士在設(shè)備與工藝上進(jìn)行了巨額投入。今年3月，SK海力士訂購了一套價(jià)值約200億韓元的混合鍵合量產(chǎn)設(shè)備，其中包括應(yīng)用材料（Applied Materials）的化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）和等離子體刻蝕設(shè)備，以及維西公司（Vesi）的混合鍵合機(jī)。這些設(shè)備的引入，旨在解決混合鍵合對晶圓表面平整度和對準(zhǔn)精度的苛刻要求。

目前，SK海力士采取的是“雙軌并行”的策略。一方面，公司正全力優(yōu)化混合鍵合工藝，推動(dòng)其在HBM4及后續(xù)產(chǎn)品中的大規(guī)模應(yīng)用；另一方面，為了銜接技術(shù)過渡期，SK海力士仍在持續(xù)迭代現(xiàn)有的MR-MUF（大規(guī)模回流成型底部填充）工藝，已成功達(dá)成HBM3E產(chǎn)品16層堆疊的高度標(biāo)準(zhǔn)。這種穩(wěn)健的技術(shù)路線圖，確保了SK海力士在保持當(dāng)前市場領(lǐng)先地位的同時(shí)，為下一代技術(shù)爆發(fā)做好了充分儲備。

三星與美光的追趕與布局

面對SK海力士的領(lǐng)先優(yōu)勢，三星、美光也在全力布局。三星電子在先進(jìn)封裝領(lǐng)域擁有深厚的技術(shù)積累，其X-Cube技術(shù)早已涉及混合鍵合領(lǐng)域。為了縮小與SK海力士的差距，三星正積極引入混合鍵合設(shè)備，并計(jì)劃在未來的HBM4及HBM5世代全面導(dǎo)入該技術(shù)。今年3月，三星發(fā)布了一段展示其HBM混合鍵合技術(shù)的視頻，演示了使用晶圓對晶圓（W2W）混合鍵合制造4F2 DRAM的工藝。此外，三星還在與多家擁有超聲波和X射線無損檢測技術(shù)的公司洽談合作，旨在通過高精度的缺陷檢測來提升工藝良率，最大限度減少昂貴晶圓的損耗。

美光科技雖然在這一輪HBM競賽中起步稍晚，但也并未缺席這場技術(shù)革命。美光已公開其混合鍵合研發(fā)計(jì)劃，并致力于提升HBM3E及后續(xù)產(chǎn)品的競爭力。美光采取的策略相對穩(wěn)健，力求在特定細(xì)分市場中通過技術(shù)差異化獲得優(yōu)勢，同時(shí)也在密切關(guān)注行業(yè)龍頭的技術(shù)動(dòng)向，以避免在下一代技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中掉隊(duì)。

鍵合設(shè)備是重中之重，傳ASML已入局

在核心設(shè)備領(lǐng)域，鍵合設(shè)備是重中之重。奧地利的EV Group（EVG）和德國的SUSS MicroTec長期占據(jù)晶圓鍵合機(jī)市場的主導(dǎo)地位，其設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)納米級的對準(zhǔn)精度。而應(yīng)用材料（Applied Materials）通過收購Besi的股份，強(qiáng)勢切入這一市場，提供集成的混合鍵合解決方案。

據(jù)最新消息，韓國仁荷大學(xué)教授Joo Seung-hwan在首爾舉行的先進(jìn)封裝技術(shù)會議上透露，通過分析專利發(fā)現(xiàn)，荷蘭光刻機(jī)巨頭阿斯麥（ASML）可能正利用其旗艦光刻平臺Twinscan的技術(shù)積累，研發(fā)晶圓對晶圓(W2W)混合鍵合設(shè)備。Twinscan平臺憑借雙晶圓臺設(shè)計(jì)大幅提升了制造效率，若將此技術(shù)遷移至W2W混合鍵合設(shè)備，可望顯著縮短兩片晶圓直接鍵合的生產(chǎn)周期。

此外，韓國本土企業(yè)也在迅速崛起，如杰諾賽姆（Genesem）推出的GHB-1000C芯片對晶圓（D2W）混合鍵合一體化集群系統(tǒng)，通過集成清洗、活化和鍵合模塊，顯著降低了超凈間成本和污染風(fēng)險(xiǎn)，已申請多項(xiàng)國內(nèi)外專利。

寫在最后

盡管前景廣闊，但混合鍵合技術(shù)的量產(chǎn)之路依然充滿挑戰(zhàn)。首先是表面平整度的極限挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)銅與銅的直接鍵合，晶圓表面的粗糙度必須控制在原子級別。任何微小的顆?；虬纪共黄蕉紩?dǎo)致鍵合失敗，形成空隙，進(jìn)而導(dǎo)致芯片失效。這要求極高精度的化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）工藝，以及近乎完美的無塵室環(huán)境。

其次是對準(zhǔn)精度的極限。上下兩層晶圓的銅觸點(diǎn)必須精準(zhǔn)對齊，誤差容忍度在亞微米級別。這對鍵合設(shè)備的機(jī)械穩(wěn)定性和控制算法提出了近乎苛刻的要求。此外，良率與成本的博弈也是一大難題。HBM本身價(jià)格昂貴，如果采用混合鍵合技術(shù)后良率無法維持在高位，將導(dǎo)致巨大的成本浪費(fèi)。

展望未來，混合鍵合技術(shù)將不再局限于HBM領(lǐng)域，而是會擴(kuò)展到CPU、GPU甚至圖像傳感器等更廣泛的領(lǐng)域，成為后摩爾定律時(shí)代的核心引擎。隨著AI對算力和帶寬的需求永無止境，這場技術(shù)革命將重塑全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的競爭格局。而那些能夠率先掌握并量產(chǎn)這一技術(shù)的玩家，無疑將在未來的AI時(shí)代中占據(jù)絕對的制高點(diǎn)。SK海力士的此次突破，正是這場宏大敘事中的精彩序章。