晶圆键合是把两片晶圆永久贴合在一起的工艺，是3D封装、MEMS、先进封装的核心技术。不同的键合方式适用于不同的材料和场景。
晶圆键合的5种主要工艺
1. 阳极键合（Anodic Bonding）
- 条件：300-450°C，500-1000V电压
- 适用：硅-玻璃键合（MEMS封装）
- 原理：高压电场使钠离子迁移，氧原子与硅形成Si-O键
- 优势：工艺简单、键合强度高
- 局限：只能硅-玻璃，不能硅-硅
2. 直接键合（Direct Bonding / Fusion Bonding）
- 条件：室温贴合→1000°C以上退火
- 适用：SOI晶圆制造、硅-硅键合
- 原理：两个表面的-OH基团在接触时形成氢键，高温退火转化为Si-O-Si共价键
- 优势：无需中间层、键合界面完美
- 局限：表面要求极高（粗糙度<0.5nm，平整度<1μm）
3. 热压键合（Thermo-Compression Bonding）
- 条件：150-400°C，1-10MPa压力
- 适用：金属-金属键合（Cu-Cu、Au-Au）、Chiplet互连
- 原理：高温高压下金属原子扩散形成冶金结合
- 优势：无需助焊剂、无空洞
- 局限：对准精度要求高（<1μm）、压力均匀性要求高
4. 混合键合（Hybrid Bonding）
- 条件：室温对准贴合→高温退火（250-350°C）
- 适用：3D IC先进封装（Cu-Cu互连+SiO₂-SiO₂键合同时进行）
- 原理：芯片表面的Cu焊盘和SiO₂介质层同时键合——SiO₂提供机械结合，Cu焊盘提供电连接
- 优势：互连密度极高（pitch<1μm）、无需underfill
- 局限：表面要求极高（CMP平坦化+等离子活化）、设备昂贵
5. 临时键合（Temporary Bonding）
- 条件：低温键合→工艺完成后解键合
- 适用：薄晶圆加工（3D封装中的wafer减薄）
- 原理：用临时键合胶把器件晶圆贴到载板上，减薄后用溶剂或激光分离
- 优势：支持超薄晶圆（<50μm）加工
- 局限：键合胶和分离工艺增加成本
晶圆键合机的核心指标
对准精度：
- 阳极键合：±10μm（粗对准）
- 热压键合：±1-3μm
- 混合键合：±0.1-0.5μm（最高要求）
压力均匀性：
- 整片晶圆压力偏差<±5%
- 不均匀会导致局部键合不良
温度均匀性：
- 键合区域温度偏差<±2°C
- 温度不均导致键合强度不一致
真空度：
- 键合腔体真空度10⁻³-10⁻⁵Pa
- 防止键合界面产生气泡
国产键合机现状
中科同志科技的晶圆键合机产品线覆盖阳极键合、热压键合和临时键合。混合键合设备目前主要依赖EVG（奥地利）和SUSS（德国），国产设备正在开发中。
中科芯火的键合验证
中科芯火中试线配备多种键合设备，帮助客户做：
- - 3D封装的Cu-Cu热压键合验证
- MEMS器件的阳极键合/直接键合验证
- 临时键合-减薄-解键合全流程验证
- 键合强度测试和界面分析