Collage hybride : la technologie de base de l’avenir de l’emballage avancé
Alors que la technologie des semi-conducteurs progresse rapidement, la loi de Moore rencontre des défis. Les processus d’emballage traditionnels sont de plus en plus incapables de répondre aux exigences de la réduction de la taille des puces et des exigences de performance plus élevées. La technologie Hybrid Bonding offre une solution révolutionnaire, permettant des interconnexions à ultra-haute densité et surmontant les limites des boîtiers traditionnels à base de soudure.
La liaison hybride élimine le besoin de micro-bosses conventionnelles, en utilisant une liaison atomique cuivre-cuivre combinée à des couches diélectriques (telles que SiO₂) pour connecter directement les puces. Ce processus permet d’obtenir des valeurs submicroniques (<1μm) interconnects, increasing interconnect density by 100x to 1000x, which is essential for advanced packaging. Compared to traditional packaging, hybrid bonding offers unprecedented performance and space optimization.
Technologie de base : Mécanisme d’interconnexion sans bosse
L’essence du collage hybride réside dans l’élimination des micro-bosses traditionnelles, à la place en utilisant des liaisons cuivre-cuivre et des connexions covalentes diélectriques (comme le SiO₂). Cela permet une conduction électrique très efficace et une isolation électrique optimisée, garantissant la clarté du signal et réduisant le courant de fuite. Ce processus améliore également la vitesse de commutation des transistors, la bande passante et les performances globales de la puce.
Scénarios d’application de base : de HBM aux puces d’IA
- Mémoire à large bande passante (HBM) :Dans le packaging de la mémoire HBM5, le collage hybride est la seule solution qui répond aux normes JEDEC. Il comprime l’espacement entre les couches à 1-2 μm et prend en charge l’empilement de 20 couches avec une hauteur totale de ≤775 μm. De grandes entreprises telles que SK Hynix et Samsung prévoient d’utiliser ce processus dans la production de masse à partir de 2026, en visant une bande passante de 6,56 To/s.
- Intégration hétérogène et puces d’IA :Le SoIC de TSMC intègre des puces logiques (par exemple, le nœud N3) et la SRAM par le biais d’une liaison hybride, permettant l’empilement 3D des puces AMD MI300 AI, multipliant ainsi par 3 l’efficacité de l’interconnexion. La plate-forme Broadcom XDSiP combine 12 couches de HBM avec des puces de silicium de 6000 mm², atteignant une densité de signal 7 fois supérieure à celle d’un boîtier traditionnel et réduisant la consommation d’énergie de l’interface PHY de 90 %.
- Capteurs d’images et stockage :Dans les applications CIS (capteur d’image), des entreprises comme Sony et Samsung utilisent la liaison hybride pour connecter les couches de pixels et les couches logiques, réduisant ainsi la perte de chemin optique de 30 %. Dans le stockage 3D NAND, la V10 NAND de Samsung (qui sera produite en série d’ici 2025) utilise la liaison hybride pour résoudre les problèmes de fiabilité de l’empilage dans les piles à 420 couches, améliorant ainsi considérablement la stabilité de la liaison.
Malgré ses avancées significatives, le collage hybride est toujours confronté à plusieurs défis techniques :
- Planéité de la surface :La rugosité de la couche diélectrique doit être inférieure à 0,5 nm (couche de cuivre) <2nm), which requires nano-level CMP (chemical mechanical polishing) processes.
- Contrôle de la propreté :Le collage hybride est extrêmement sensible à la contamination par les particules. Même des particules de 1 m peuvent provoquer des vides de 10 mm, nécessitant des conditions de salle blanche de classe 1 (niveau ISO 3).
- Précision de l’alignement :La précision d’alignement des équipements de collage hybride doit être de ±100 nm, tandis que celle des équipements de pointe atteint une précision de ±50 nm.
En tant que fabricant d’équipements de premier plan, Smartnoble s’engage à fournir des solutions de collage hybride de pointe pour l’industrie des semi-conducteurs. Notre équipement comprend :
- Systèmes de collage de précision :Assurer des connexions cuivre à cuivre et à couche diélectrique de haute qualité.
- Systèmes CMP au niveau nanométrique :Assurer des surfaces lisses et obtenir une planéité élevée.
- Équipement de nettoyage et d’inspection automatisé :Garantir des environnements propres et un alignement précis pendant la production.
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