ASML混合键合工具问世，半导体封装迎来新突破

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ASML混合键合工具问世，半导体封装迎来新突破

ASML推出混合键合设备

虽然ASML尚未正式公布相关消息，但其专利申请、新闻报道以及公司技术路线图均暗示这一趋势。我们预计，ASML将首先推出芯片到晶圆(D2W)混合键合(HB)设备。尽管此类设备制造难度高于晶圆到晶圆(W2W)方案，但却是ASML可能取得竞争优势的关键领域。我们认为此举是ASML垂直整合战略的自然延伸，将进一步强化其与客户的合作关系。

本文将全面解析该设备的设计理念，从专利文件入手。其独特之处在于采用轨道式运行系统。这一设计改变了设备与芯片的移动方式：每个芯片通过独立载体经过各个处理工位，而设备则在每个工位逐步靠近芯片进行加工。轨道系统的独立穿梭设计还能提高工位利用率，减少重复设备投入，并促进异构集成。

我们认为ASML可能在混合键合的精度控制与颗粒管理方面获得优势。这两大因素决定了键合良率，而ASML在光刻领域已经积累了解决相关问题的丰富经验。

尽管优势明显，ASML仍需应对前馈测量技术、芯片与晶圆接触控制、非键合设备的适应性改造以及整个工艺环境的洁净度维护等多方面的挑战。

预计先进逻辑领域(目前已规模化应用D2W技术)将率先采用ASML的D2W混合键合设备。这对Besi公司而言并非好消息。逻辑业务目前占据了Besi混合键合业务的大部分市场份额，主要集中在台积电和英特尔。ASML与这两家公司合作已有二十余年，并于今年九月宣布了联合光掩模计划。我们不难预见，在后端工艺领域也将出现类似合作。此外，Besi在高带宽存储器(HBM)领域的前景也趋于黯淡。韩国竞争对手正在快速追赶，加之我们预计HBM的采用时间将推迟至2029年或更晚。

ASML混合键合设备解析

我们在2024年对混合键合技术进行了深入研究，仍认为自EUV技术以来，混合键合是半导体制造领域最具变革性的创新。晶圆到晶圆(W2W)混合键合已广泛应用于图像传感器和3D NAND领域，DRAM制造商也将紧随其后。芯片到晶圆(D2W)混合键合的发展相对滞后，因为业界仍缺乏兼具高精度和高通量的成熟设备(我们调研显示当前应用的上限仅为每小时一片晶圆)，导致单位芯片成本居高不下。目前，D2W技术仅在逻辑领域实现规模化应用：AMD自2022年起已交付混合键合的V-Cache存储，台积电SoIC技术的键合间距目前已达到约6微米，并计划在2029年左右降至4.5微米。市场原本预计HBM将成为2028年D2W大规模应用的主要驱动力。然而，我们的观点有所不同：我们认为HBM在2029年前不太可能采用D2W混合键合技术，即使最终采用也可能推迟更长时间。

Besi公司目前是D2W技术的领导者，也是唯一实现设备规模化生产的供应商。其他厂商仍在努力使其首台设备通过认证。但我们认为这一局面即将改变，因为ASML正在开发D2W混合键合设备。管理层尚未正式公布相关信息。但数据显示，ASML在2022年12月至2024年11月间已提交27项键合相关专利家族，其中大部分涉及D2W技术，且实际数量可能更高，因为2024年11月后提交的专利尚未公开。The Elec也在三月份报道，ASML已与Prodrive Technologies和VDL ETG合作开始混合键合设备的架构设计工作。

在核心专利文件(WO2025201788A1)中，ASML详细描述了其键合流程的工作原理。有趣的是，该系统与传统D2W键合设备截然不同(有关传统设备的工作原理，请参见《先进封装第五部分》)。ASML并非采用键合头从切割晶圆上拾取单个芯片并放置的方式，而是将单个芯片置于独立载体上，围绕轨道移动(图1)。每个芯片在到达键合工位前，需依次经过检测、清洗、等离子活化和测量(形貌、水平度和对准)等工位。在键合工位，卡盘将底部晶圆向上提升，与芯片完成键合。我们将在下文中详细解析这一设计。

图1：基于轨道的ASML D2W键合设备(经SemiAnalysis简化标注)

ASML可能同时开发W2W混合键合设备。根据仁荷大学的专利分析，ASML可能正在其TWINSCAN平台上开发W2W混合键合设备，并依靠其晶圆套刻精度优势。本文主要聚焦D2W设备，因为这是更难制造的设备，也是ASML可能获得真正竞争优势的领域。

垂直整合战略的重要组成部分

我们认为这是ASML持续推进垂直整合战略、深化客户关系的重要举措。ASML分别在2013年收购Cymer公司获取光源技术，2016年收购HMI公司布局电子束检测业务，2020年收购Berliner Glass公司拓展光学模块能力。公司在2025年第三季度交付了首款后端产品——XT:260 i-line封装扫描仪。最近，ASML还与台积电宣布了联合倡议，推动行业向大尺寸光掩模过渡，以适应高数值孔径(High-NA)光刻技术的需求。