近日中国半导体行业协会集成电路设计分会理事长魏少军教授在其题为《中国芯片设计业要自强不息》的主旨报告中指出，我国集成电路产业应更加关注不依赖先进工艺的设计技术，并提出两条可行路径，其一为架构的创新，其二为微系统集成。所谓微系统集成即包含2.5D/3D封装、Chiplet、FOWLP等先进封装技术。

加上台积电CoWoS的持续扩产，以及日月光对先进封装项目资本支出的倍增，半导体设备厂商纷纷看好未来十年先进封装的机会。本期【半导体设备】主要聊聊先进封装中的晶圆键合设备。

表：国产键合设备厂商代表

先进封装键合设备分类及特点

随着摩尔定律逐步放缓，先进封装接替先进制程成为新的时代主力军的呼声越来越大。在先进封装的技术推动下，键合步骤和键合设备的价值量逐渐提升。尤其随着存储应用的爆发，拉动混合键合设备的需求，根据华卓精科招股书，1万片晶圆/月的产能需要配置4-5台晶圆级键合设备。Besi预计2024年混合键合系统累计需求达100套，预计2025年后随着混合键合技术在存储中的应用，2026年累计需求将超200套。

键合技术有很多种，通常根据晶圆的目标种类可划分为晶圆-晶圆键合（Wafer-to-Wafer，W2W）和芯片-晶圆键合（Die-to-Wafer，D2W）；根据键合完成后是否需要解键合，又可分为临时键合（Temporary Bonding）和永久键合（Permanant Bonding）；根据待键合晶圆间是否引入辅助界面夹层，还可分为直接键合、间接键合、混合键合（Hybrid Bonding）等；根据传统和先进与否，传统方法包括引线键合（Wire Bonding），先进方法采用倒装芯片键合（Flip Chip Bonding）、混合键合等。

图：键合工艺设备分类

数据来源：《异质集成核心工艺晶圆键合综述》，东吴证券研究所在封装形式的演变下，键合设备需要更高的精度及更精细的能量控制。Besi的数据提及，在最新的混合键合技术下，键合的精度从5-10/mm2提升到10k+/mm2，精度从20-10um提升至0.5-0.1um，与此同时，能量/Bit则进一步缩小至0.05pJ/Bit，因此，键合机的控制精度和工作效率都需达到新高度。

图：封装形式对键合设备的要求

数据来源：Besi，方正证券研究所

晶圆键合设备总体技术发展方向是高精度、高集成化、高可靠性、高动态、高效化的趋势，关键技术指标为：对准精度≤50 nm；键合温度均匀性≤±1%；最大晶圆尺寸304.8 mm（12英寸）；最大键合压力100 kN；最高键合温度550 ℃。

头部企业布局

在键合设备领域，全球主要的设备供应商包括BESI、K&S(KulickeandSoffa)、ASMPT、EVG和SUSS等，以临时键合与临时解键合设备为例，国内以奥地利EVG、德国SUSS等企业占据主要市场地位，国产替代处于刚起步阶段。

表：全球领先键合设备厂商

国内拓荆科技、芯源微、华卓精科等积极响应国家支持Chiplet 产业大发展的号召，在晶圆键合设备上大力布局：

在具体布局上：

拓荆科技混合键合系列产品包括晶圆对晶圆键合（Wafer to Wafer Bonding）产品、芯片对晶圆键合表面预处理（Die to Wafer Bonding Preparation and Activation）产品以及键合套准精度量测产品（Bonding Metrology）。自主研发了键合套准精度量测产品。该设备产品可以实现晶圆对晶圆混合键合和芯片对晶圆混合键合后的键合精度量测，具有超高精度、超高产能和无盲区量测等特点，同时兼容晶圆对晶圆和芯片对晶圆混合键合量测场景，可以解决客户在未来混合键合技术迭代时量测精度不够、产能不足、兼容性不够等需求；

源微自主研发的全自动临时键合及解键合机，主要针对Chiplet 技术解决方案，可应用于 InFO、CoWoS 、HBM 等 2.5D、3D 技术路线产品，兼容国内外主流胶材工艺，能够适配 60 μm 及以上超大膜厚涂胶需求，可实现高对准精度、高真空度环境、高温高压力键合工艺，键合后产品 TTV 及翘曲度表现优异，对应开发的机械、激光解键合技术，可覆盖不同客户产品及工艺需求。

晶圆键合设备未来趋势

整体而言，国内晶圆级键合技术主要受限于国内器件设计与工艺、设备稳定性与精确度等领域的基础理论与关键技术的发展水平，国内键合设备技术发展方向由手动向半自动转换，国内没有多模块集成的晶圆键合设备，与国外设备代差距较大。但先进封装作为后摩尔时代的必然选择，国产厂商必将进一步开拓市场，与国际领先企业展开竞争，撬动晶圆键合设备市场格局。

*参考资料：1.《Chiplet晶圆混合键合技术研究现状与发展趋势》-东南大学机械工程学院 中国电子科技集团公司第二研究所 西安交通大学；2.Besi官网