Xperi是一家上市高科技集團公司，旗下DTS、FotoNation
、Invensas和Tessera四個子公司均在各自領域擁有領先的科技專利和超過20年的運營經驗。其中，Tessera和Invensas是提供半導體封裝和互聯解決方案的先驅，采用其技術的芯片已經出貨超過1000億顆。

 

2018~2023年按市場細分的堆疊技術營收

數據來源：《2.5D/3D矽通孔（TSV）和晶圓級堆疊技術及市場-2019版》

 

混合鍵合技術包含直接堆疊的兩片晶圓
，這些晶圓具有平麵絕緣表麵和隔離的銅互聯。混合鍵合已經在CMOS圖像傳感器（CIS）中取代了矽通孔（TSV）互聯，在該應用中達到了占位麵積、TSV成本縮減以及混合鍵合工藝成本之間的盈虧平衡點。它現在被三星、蘋果和華為廣泛用於高端智能手機的CIS。Xperi是一家技術開發和許可公司，為混合鍵合工藝的開發和應用做出了貢獻，並為主要代工廠和集成器件製造商（IDM）提供DBI混合鍵合技術許可。

 

到2023年，80%的CIS製造將基於3D堆疊技術。混合堆疊CIS的市場份額將相應增長，預計2017~2023年期間的複合年增長率（CAGR）將超過43%。

 

消費類市場（主要是CIS應用）
，是2018年堆疊封裝營收的最大貢獻者，占據了65%以上的市場份額。盡管如此，高性能計算（HPC）是推動3D封裝技術創新的主要應用，到2023年期間，該應用增長速度最快，市場份額預計將從2018年的20%增長到2023年的40%。

 

Yole在晶圓到晶圓（Wafer to Wafer，W2W）和芯片到晶圓（Die to Wafer，D2W），3D堆疊NAND，3D堆疊DRAM存儲器和3D片上係統等領域看到了混合鍵合技術的進一步應用。

 

Mario Ibrahim（以下簡稱MI）：作為一家技術開發和許可公司，您能否簡要介紹一下Xperi及其商業模式？Xperi及其子公司展示了悠久的工藝開發曆史，包括一些最早的使能型技術，如Shellcase、ZiBond和DBI技術。請您介紹一下Xperi即將商業化的新解決方案。你們是否在繼續開發新的工藝？你們在和研究機構合作嗎？

 

Paul Enquist（以下簡稱PE）：Xperi及其子公司（DTS、FotoNation、Invensas和Tessera等）致力於打造創新的技術解決方案，為全球客戶提供卓越的用戶體驗。Xperi的解決方案已許可給數百家全球領先的合作夥伴，並已出貨數十億量級的產品
，包括優質音頻、汽車、廣播、計算成像、計算機視覺
、移動計算和通信
、內存
、數據存儲以及3D半導體互聯和封裝等應用領域。關於2.5D/3D技術解決方案
，Xperi專注於Invensas ZiBond直接鍵合和DBIhunhejianhejishudekaifaheshangyehua，shiyongyugezhongbandaotiyingyong。womenhecongcailiaogongyingshangheshebeigongyingshang，daobandaotizhizaoshanghedaigongchang，yijiyouxiuyanjiujigou（如Fraunhofer IZM-ASSID）等整個供應鏈展開合作。

 

采用Xperi公司DBI技術的3D堆疊DRAM

 

MI：2.5D和3D堆疊技術被認為是摩爾定律放緩背景下最有希望的兩種替代方案。預計2023年的堆疊（封裝）營收將超過57億美元。Xperi如何看待這些集成解決方案的未來？

 

PE：對於半導體封裝行業來說，這是一段非常激動人心的時期。隨著摩爾定律的放緩，通過縮小工藝節點以改善性能、功能、功耗和成本的曆史規律大致走向盡頭，業界越來越關注2.5D/3D堆疊和集成技術以滿足市場需求。Invensas 2.5D和3D集成技術使半導體行業超越了摩爾定律。現在，通過Invensas ZiBond和DBI堆疊技術在背照式（BSI）圖像傳感器中的應用，已經可以看出這種轉變。最近
，這些技術已經在堆疊BSI圖像傳感器中實現了亞微米級像素擴展，以及光電二極管
、邏輯和存儲器的異構集成。我們相信，我們堆疊技術基本的成本和性能優勢，將廣泛傳遞至許多其他應用。例如，3D NAND和DRAM內存市場已準備好在不久的將來采用DBI混合鍵合技術。

 

MI：Xperi以授權ZiBond和DBI工藝而聞名，Xperi的主要細分市場和應用是什麼？

 

PE：Xperi專注於進一步開發和商業化Invensas ZiBond直接鍵合和DBI混合鍵合技術，用於各種半導體應用，包括圖像傳感器、RF、MEMS
、3D NAND
、DRAM和2.5D和3D-IC配置的邏輯器件。最後
，我們注意到DBI混合鍵合正在賦能一大波新半導體器件，從一開始就以3D思維重新設計，而不是簡單地堆疊傳統的2D架構。

 

ZiBond直接鍵合也已經在射頻（RF）器件中應用，用於將CMOS開關從高RF損耗原生SOI襯底

，轉換到低RF損耗俘獲感應矽或低RF損耗的非矽晶圓。隨著5G的上市及其所提出的高要求，我們預計ZiBond直接鍵合技術的價值和適用性將在RF領域大幅增長。

 

MI：您如何看待從使用TSV的ZiBond到DBI的過渡？您是否看到這些工藝的進一步應用？

 

PE：多年來，ZiBond和DBI都被用於製造BSI圖像傳感器。剛開始ZiBond用於在矽處理晶圓或在具有TSV互聯的CMOS邏輯晶圓上堆疊光電探測器晶圓。在光電探測器晶圓堆疊之前，TSV還與ZiBond一起用於CMOS邏輯器件與存儲器晶圓的堆疊和電氣互聯。使用DBI替代ZiBond進行堆疊
，已經證明通過簡單的焊盤切割替換TSV，可以非常有效地進一步縮小芯片並節省工藝成本。我們預計將看到向DBI混合鍵合的持續過渡，尤其是在圖像傳感器領域，因為行業需要像素到像素級互聯。也就是說
，我們預計ZiBond和DBI將在未來多年內持續共存。

 

MI：2018年末
，Xperi宣布與三星達成了新的專利許可協議。Yole預計在基於DRAM的3D堆疊存儲器中將使用混合鍵合技術。這是否會為混合鍵合技術在高帶寬存儲（HBM）和3D堆疊DRAM市場打開大門？

 

PE：我們非常高興與三星達成協議，並期待在未來幾年實現互利關係。

 

關於在HBM和3D堆疊DRAM中使用Invensas DBI混合鍵合，我們認為這是一種出色的解決方案，特別是在D2W配置中，因為它可以實現更低的電寄生效應
，更低的熱阻抗
，在JEDEC（電子器件工程聯合委員會）高度限製內實現更多堆疊的芯片
，以及與熱壓鍵合相比減少鍵合周期。此外，DBI混(hun)合(he)鍵(jian)合(he)本(ben)身(shen)可(ke)以(yi)在(zai)低(di)溫(wen)下(xia)進(jin)行(xing)，並(bing)且(qie)不(bu)需(xu)要(yao)底(di)部(bu)填(tian)充(chong)，這(zhe)是(shi)相(xiang)比(bi)替(ti)代(dai)鍵(jian)合(he)方(fang)案(an)的(de)顯(xian)著(zhu)優(you)勢(shi)。我(wo)們(men)正(zheng)積(ji)極(ji)與(yu)客(ke)戶(hu)合(he)作(zuo)
，展(zhan)示(shi)這(zhe)些(xie)優(you)勢(shi)
，並(bing)期(qi)待(dai)近(jin)
、中期的商業化產品。

 

我們還將3D NAND視為W2W DBI混合鍵合的重要機遇。微米級DBI互聯可以支持將I/O和存儲器單元構建在單獨的晶圓上實現獨立優化的工藝節點

，然後堆疊
，從而實現顯著的性能
、密度和成本優勢。這是我們具有近、中期商業化潛力的另一個重要業務。

 

W2W和D2W DBI混合鍵合晶圓示意圖

 

MI：除了三星之外，一家總部位於中國的新存儲廠商長江存儲（YMTC）
，在2018年底發布了其Xtacking技術（不使用TSV）。DBI和W2W組裝工藝是否與NAND晶圓兼容？Xperi在不斷增長的中國存儲市場的計劃是什麼

？會很快商業化嗎？

 

PE：Invensas DBI技術兼容DRAM和NAND晶圓。Invensas DBI鍵合工藝的熱預算可以限製在150℃，這為廣泛的應用打開了大門。

 

就中國而言，“中國製造2025”計劃正在推動中國對先進半導體技術的需求。因此，我們認為即將興起的中國半導體製造商和代工廠，代表了ZiBond和DBI等3D集成技術的重要機遇。我們正在這個快速增長的市場與各類廠商合作，期待很快將有產品商業化。

 

MI：在低溫鍵合中加入的縮放和低間距技術是混合鍵合的一些優點。所需的極低表麵粗糙度可能是該技術的難點/缺點。您能否詳細介紹一下混合鍵合技術的優缺點
？

 

PE：與其他技術相比

，縮放互聯間距是DBI技術的一個基本優勢。雖然Invensas ZiBond直接鍵合和DBI混合鍵合在表麵粗糙度和表麵清潔度方麵具有嚴苛的要求
，但行業標準的亞微米特征尺寸“大馬士革”（Damascene）工藝和潔淨室環境，已被用於多代CMOS工藝節點後端工藝的多級互聯堆疊，已被證明能夠滿足這些技術的要求，已經出貨數十億顆的BSI圖像傳感器便是有力證明。

 

MI：工藝改進的下一步是什麼

？

 

PE：我們不斷參與自己內部和客戶的工藝改進，以滿足特定應用中出現的特定需求。過去幾年的一個重點領域是D2W DBI混合鍵合

，我們認為這對於DRAM和異構邏輯器件和存儲器集成應用非常重要。我們的研究重點是優化切割
、清潔和高通量芯片鍵合

，已經取得了顯著進展。我們對這種特定方案的前景及其對半導體行業的影響感到非常興奮。

 

MI：由於更小的特征尺寸
，W2W對準精度要求更高。目前在HVM應用中可行的精度是多少，未來幾年的路線圖將如何發展？

 

PE：目前量產的晶圓鍵合設備能夠達到+/- 250nm的對準精度，3 sigma，並且在HVM中支持3.7um間距DBI混合鍵合。設備供應商表示，他們的路線圖中有100nm甚至50nm，3 sigma對準能力，我們很期待到時利用這種性能。

 

MI：高端細分領域的先進封裝正變得多樣化
，包括各種采用或不采用TSV的先進封裝技術，其中包括英特爾的Foveros和EMIB、三星的RDL技術、Chip-on-Wafer-on-Substrate（CoWoS）、台積電的基板上的3D SoC和集成扇出型封裝（InFO）
，以及安靠（Amkor）的SWIFT等技術。您是否認為它們是現有TSV和W2W技術的真正挑戰者？Xperi如何看待這些技術？Xperi會支持這些技術嗎？

 

PE：我wo們men預yu計ji會hui有you各ge種zhong各ge樣yang的de封feng裝zhuang技ji術shu可ke供gong選xuan擇ze
，因yin為wei市shi場chang和he應ying用yong需xu求qiu變bian化hua很hen大da。現xian實shi情qing況kuang是shi，行xing業ye需xu要yao一yi種zhong包bao含han各ge種zhong封feng裝zhuang和he互hu聯lian解jie決jue方fang案an的de工gong具ju集ji，可ke以yi從cong中zhong選xuan擇ze以yi解jie決jue市shi場chang不bu斷duan變bian化hua的de需xu求qiu。雖sui然ran，隨sui著zhe應ying用yong的de成cheng熟shu，可ke能neng會hui對dui這zhe些xie解jie決jue方fang案an進jin行xing一yi些xie整zheng合he，但dan我wo們men預yu計ji各ge種zhong封feng裝zhuang和he互hu聯lian解jie決jue方fang案an將jiang在zai未wei來lai幾ji年nian共gong存cun。需xu要yao注zhu意yi的de是shi，這zhe些xie技ji術shu中zhong的de一yi些xie是shi互hu補bu關guan係xi，而er不bu是shi競jing爭zheng關guan係xi。例li如ru，DBI混合鍵合是一種多功能互聯解決方案，可與各種2.5D和3D封裝組裝技術結合使用。

 

MI：Yole認為，隨著台積電作為代工廠
，3D SoC技術將在2019年進入市場。混合鍵合作為所使用的互聯技術處於有利位置。你們的技術是否適用於邏輯W2W或D2W堆疊的存儲
？

 

PE：W2W和D2W方案中的Invensas ZiBond直接鍵合和DBI混合鍵合技術
，都適用於邏輯堆疊應用中的3D SoC和存儲器。早期的一個例子還是圖像傳感器市場，其中存儲已經與三層堆疊圖像傳感器中的邏輯堆疊
，ZiBond直接鍵合提供了機械鍵合，TSV提供了電氣互聯。DBI混合鍵合也已經可以用於實現這種類型的集成。我們目前重點關注的3D堆疊DRAM的D2W研究，實際上與3D SoC直接相關。

 

DBI混合鍵合為3D SoC提供的令人興奮的功能

，是能夠以與芯片內互聯間距相媲美的間距

，連接堆疊中的每個芯片。這可以消除I/O接口，實現芯片間與芯片內互聯相當的芯片級互聯。這對功耗
、占位麵積和金屬層減少具有積極意義。實現這種新設計方案的一個挑戰是改變設計過程中的2D思維。以3D堆疊結構設計器件是一種架構模式的轉變，利用DBI混合鍵合可以實現很多3D SoC優勢。

 

 

MI：顯示和增強現實/虛擬現實/混合現實（AR/VR/MR）市場需要高互聯密度來連接顯示器及其驅動，混合鍵合技術是否與這些市場和應用兼容？

 

PE：Invensas DBI混合鍵合也非常適合顯示和AR/VR/MR市shi場chang。這zhe些xie市shi場chang的de常chang見jian應ying用yong是shi在zai邏luo輯ji驅qu動dong陣zhen列lie層ceng上shang堆dui疊die光guang學xue發fa射she器qi陣zhen列lie層ceng
，這zhe類lei似si於yu在zai圖tu像xiang傳chuan感gan器qi應ying用yong的de邏luo輯ji讀du出chu陣zhen列lie層ceng上shang堆dui疊die光guang學xue探tan測ce器qi陣zhen列lie層ceng。DBI混合鍵合可以支持低至1um的互聯間距
，這些應用可能需要使用當前或即將推出的新設備。此外，這些光學發射器市場通常需要非矽發射器材料
，例如GaN


，這類材料具有與矽顯著不同的熱膨脹係數。這可以通過DBI混合鍵合工藝的低熱預算來實現，這與其他具有較高熱預算的鍵合技術不同，這些技術無法滿足這些市場和應用的需求。

 

MI：W2W組裝以及混合鍵合是純代工業務，搶奪了外包半導體封測廠商（OSAT）先進封裝業務的營收。您是否看到OSAT廠商嚐試在這個領域重新尋求市場定位
？

 

PE：Invensas DBI混合鍵合的低擁有成本和高附加值，使其成為有意提高利潤並擴大供應能力的OSAT廠商的理想候選技術。尤其是D2W DBI混合鍵合技術即將商業化，為OSAT利用其高度相關的芯片處理經驗和專業知識提供了機遇。

 

關於Xperi

 

Xperi公司以及旗下全資子公司DTS
、FotoNation、Invensas 及 Tessera致力於打造各種創新技術方案
，為全球消費者呈現獨一無二的體驗。數百家全球領先的合作夥伴獲得了Xperi解決方案的授權，數十億件授權產品遍布全球，產品範圍涵蓋音頻、廣播
、計算成像、計算機視覺
、移動計算和通訊、存儲

、數據儲存
、3D半導體互聯和封裝等領域。

 

來源：據麥姆斯谘詢介紹