混合键合技术是一种先进的3D芯片封装技术，它通过在极小的尺寸下实现芯片间的直接铜到铜互连，从而提供比传统微凸块更高的连接密度和带宽。这项技术在多个领域展现出其重要性，包括CMOS图像传感器、高性能计算、3D NAND和DRAM存储器等。在3D芯片堆叠和先进封装领域，它允许不同芯片层或芯片与基板之间实现紧密的电气和机械连接，对于提高芯片性能、减小尺寸、降低功耗等方面具有重要意义。近年来，芯片制造商一直在追求缩小电路尺寸，有业内人士表示混合键合技术在未来五年内同样重要。
混合键合在3D芯片中的重要作用
增加晶体管数量：混合键合技术允许将两个或多个芯片堆叠在同一封装中，这使得芯片制造商能够在不增加芯片物理尺寸的情况下，显著增加处理器和存储器中的晶体管数量。这对于继续提升芯片性能至关重要，尤其是在晶体管尺寸缩小速度普遍放缓的背景下。
提高集成度与性能：混合键合技术通过垂直堆叠芯片，显著提高了芯片的集成度。这种高集成度不仅有助于缩小最终产品的体积，还大大提升了数据传输速度和系统性能。在3D芯片中，线缆的分布面积扩大至整个处理器的表面，有效缩短了各个处理器之间缆线的长度，从而提高了数据传输效率和降低了功耗。
图：混合键合技术在3D芯片中扮演重要角色（图源：IEEE Spectrum）
实现高密度互连：相较于传统键合技术，混合键合能够实现亚微米级乃至纳米级的互连间距。这种极高密度的互连允许在更小的面积上放置更多的连接点，大大增加了芯片间的数据通信带宽。在3D芯片封装中，每平方毫米硅上可能达到数百万个连接点，这为实现高速、高效的数据传输提供了坚实基础。
降低电阻与延迟：混合键合通过直接铜对铜的连接方式，省去了中间介质如焊锡等材料，从而降低了电阻和信号传输的能量损失。同时，这种直接连接也减少了信号传播的时间延迟，有助于提升系统的整体性能。
提升散热性能：紧凑的结构和直接的导电路径有助于改善热管理，降低发热问题。这对于高性能计算、人工智能和其他高速运算应用尤为重要，因为它们往往产生大量的热量。混合键合技术通过优化芯片堆叠结构，提高了散热效率，确保了系统的稳定运行。
目前，混合键合技术已被广泛应用于图像传感器、高端处理器、HBM内存堆栈、AI加速器等领域。例如，在图像传感器领域，混合键合技术被用于连接底层的像素阵列和顶层的电路层，降低了光路损失并实现了更小型化的相机模组设计。在高端处理器领域，混合键合技术被用于将计算内核和缓存紧密堆叠在一起，显著提升了系统性能。
随着技术的不断成熟和成本效益的提高，预计未来混合键合技术将在更多复杂且要求极高的系统级封装解决方案中得到广泛应用。同时，混合键合技术也将继续推动3D芯片的发展和创新，为现代电子产品的微型化、高性能化提供有力支持。
