随着摩尔定律逐渐进入其发展轨迹的后半段，芯片产业越来越依赖先进的封装技术 来推动性能的飞跃。在封装技术由平面走向更高维度的2.5D和3D时，互联技术成为 关键中关键。面对3D封装日益增长的复杂性和性能要求，传统互联技术如引线键合、 倒装芯片键合等，正逐步显露其局限。尽管TSV通过热压键合等技术目前可以实现 高效的芯片堆叠互联，但由于每一层互连都要经历再布线，工艺复杂，界面数量过 多，分层失效发生的可能性较大，失效的概率会随着堆叠层数的增加而成倍增长， 在可靠性上限制了3D堆叠的层数。在这种背景下，混合键合技术以其革命性的互联 潜力，正成为行业的新宠。
混合键合（Hybrid Bonding，或称为直接键合），是通过铜-铜金属键合或二氧化硅-二氧化硅介质层键合，来实现无凸点永久键合的芯片三维堆叠高密度互联技术。混 合键合可以实现极小间距的芯片焊盘互联，可以提供更高的互联密度、更小更简单 的电路、更大的带宽、更小的电容和更低的功耗。混合键合的具体加工步骤为：（1） 对晶圆接触面进行化学机械研磨及清洗，保证接触面的平整（平整度小于5nm）和表 面无污染（影响键合良率）；（2）将两片晶圆的铜微凸点面对面对齐，并通过键合 头施压将芯片间的氧化物贴到一起，这一步无需加热，属于室温键合；（3）升高温 度，使得连接点的金属铜融化膨胀形成接触结合。在高温和施压下铜凸点最终因为 范德华力结合在一起，形成电信号连通。
混合键合主要有两种应用方式，W2W应用较为成熟，D2W前景更广。
第一种混合键 合方式是晶圆到晶圆（W2W，Wafer to Wafer），主要用于CIS和NAND产品。作为 异构集成的核心工艺，W2W混合键合已经在CMOS图像传感器和各种存储器、逻辑 技术方面获得良好的成功记录。铜-铜混合键合最早出现在2016年，当时索尼将这项 技术用于CMOS图像传感器，在堆叠的CMOS图像传感器的下部电路芯片和上部像 素芯片之间利用铜混合键合。
另一种是裸片到晶圆（D2W，Die/chip to Wafer），可以实现不同芯片种类的相互连接。由于封装过程中许多小芯片的尺寸不一定相同，因此D2W混合键合方法被认为是在 晶圆衬底上进行存储芯片、高性能计算芯片和光子等异构芯片互联的必要工艺。这 种键合技术由于结合的芯片结构各不相同，需要在流程中引入多次刻蚀、沉积、电 镀、CMP等步骤，因此技术难度远比W2W混合键合要高。D2W目前分为两种解决方案：Co-D2W（集成式D2W）和 DP-D2W（直接放置D2W）。Co-D2W（集成式D2W）：Co-D2W键合是指在单个工艺步骤中将多个晶片一次转移 到最终晶圆上。DP-D2W（直接放置D2W）：用于异构集成的另一种混合D2W键合方法是DP-D2W 键合，主要使用拾放式倒装芯片键合机将晶片逐一单独键合到目标晶圆上。
混合键合技术相比微凸点更具优势，有望成为下一代HBM键合工艺。与目前使用微 凸点连接TSV的技术相比，混合键合减少了层间物理连接的需求，使芯片设计更紧凑，有利于实现更高性能和密度。其次，混合键合还可减少芯片内部的机械应力，减 少信号传输距离，提高产品的整体可靠性，同时支持更高的数据传输速度和更低的 能耗。而第6代HBM（HBM 4）预计将于2026年左右量产，需要 垂直堆叠16个DRAM，这对于当前的封装技术来说具有挑战性，在未来HBM的I/O密 度不断提升以及层高数量需求不断增加的趋势下，混合键合工艺将更具应用前景。
