【内容目录】
一、高端 Chiplet 和 HBM4 为何偏爱 D2W 工艺？
二、混合键合两大技术路线，国际厂商各自有何优势？
三、群雄逐鹿混合键合，国产设备如何突破国际巨头壁垒？
随着集成电路制程微缩逼近物理极限，传统的二维平面微缩技术（2D Scaling）在成本、功耗及散热上面临重重挑战，半导体产业正加速迈向以三维立体集成（3D Integration）为代表的后摩尔时代。
在诸多先进封装与异构集成技术中，混合键合（Hybrid Bonding）技术因能实现无凸点（Bumpless）的直接互连，被业内普遍视为三维集成的终极核心技术，更是先进封装领域的“光刻机”。
当前，全球半导体巨头、代工厂与存储大厂均在混合键合领域重兵部署。本文结合国内晶圆对晶圆（Wafer-to-Wafer, W2W）及芯片对晶圆（Die-to-Wafer, D2W）混合键合设备的技术应用、领军企业突破、产业链协同及竞争态势展开深度剖析。
高端 Chiplet 和 HBM4 为何偏爱 D2W 工艺？
传统芯片互连高度依赖微凸块（Micro-bump），这种方式如同在芯片间搭建“焊料桥梁”。然而，当堆叠层数增加与互连密度飙升时，微凸块的物理极限逐渐显现。
通常高度约为14.5μm的凸点不仅限制了垂直高度的压缩，还极易引发严重的热应力、芯片翘曲及信号延迟，其高电阻和高功耗难以满足高性能计算的需求。当互连节距（Pitch）缩减至10μm以下甚至亚微米级时，传统凸点工艺已彻底失效。
混合键合技术突破了这一技术瓶颈。其技术本质在于将电介质（如SiO2或SiCN）和金属铜（Cu）在极其光滑的表面通过超高精密化学机械拋光（CMP）进行平坦化处理，并在常温下通过表面活化依靠范德华力实现介质层熔融键合，随后通过退火处理使铜原子相互扩散，形成坚固的铜－铜金属键和介质层共价键连接。
这种“无凸点”直接互连带来了三大颠覆性突破：一是互连节距可缩小至亚微米级，系统集成密度与信号传输带宽提升数个数量级；二是消除了凸点结构，布线长度大幅缩短，信号延迟与寄生电容显著降低，电气性能逼近单片集成；三是去除凸点垫层后，多层堆叠的热阻大幅降低，极大改善了高散热需求场景下的结构可靠性。
在具体工艺路线中，混合键合主要分化为晶圆对晶圆（W2W）与芯片对晶圆（D2W）两大主流方向，二者在适用场景、产能效率及工艺难度上呈现出明显的互补与博弈关系。
1.W2W 混合键合（晶圆对晶圆）
W2W是将两片完整晶圆直接进行高精度对准、贴合与键合，工艺过程省去了单颗芯片的切割与多次清洗，因而污染控制更佳，良率和吞吐量高（吞吐量可达2000 CPH以上），对准精度通常要求在≤50 nm的高精度范围内。
该技术在标准化、大批量量产的同质晶圆堆叠中占据绝对主导地位，其典型应用场景包括三维闪存（3D NAND）、高密度互连的互补金属氧化物半导体图像传感器（CIS）以及未来的3D DRAM等。
2.D2W 混合键合（芯片对晶圆）
D2W则是将单个切割好的芯片逐一翻转、对准并键合到目标晶圆上。尽管D2W涉及更多的精密机械运动，对准精度要求更严苛（通常需达到± 100 nm），且产能仅为W2W的1/3至1/2，设备成本高出30%以上，但它具有不可替代的灵活性优势。D2W允许进行已知合格芯片（KGD）筛选，能够完全避免因单颗不良芯片导致的整片晶圆良率损失，并且支持不同材料、不同尺寸和不同工艺节点芯片的异构集成。
这使得D2W成为系统级芯片（SoC）、图形处理器（GPU）、高性能AI芯片、Chiplet以及下一代高带宽内存（HBM4）等高端领域的决胜工艺。
混合键合两大技术路线，国际厂商各自有何优势？
全球混合键合设备市场目前呈现高度集中的寡头垄断态势。在晶圆对晶圆（W2W）永久键合市场，奥地利的EV Group（EVG）占据了大约82%的绝对市场份额，其基板间对准技术（ISA）代表了行业标准。
日本的TEL凭借其在前道涂胶显影、湿法和清洗领域的整合能力，在W2W键合市场中位居第二，市占率超20%，并且因NAND晶圆级键合需求的爆发而在客户端取得了显著增长。
在芯片对晶圆（D2W）混合键合领域，由于工艺涉及超精密芯片拾取与超微距对准，技术壁垒极高，荷兰的Besi凭借超高良率与贴装精度，在高端D2W市场占据了高达67%的主导份额。应用材料（AMAT）也通过战略投资Besi（收购其9%股份）并与其联合开发全集成混合键合设备，力图打通前道晶圆制备与后道高精密键合的工艺壁垒。
混合键合不是一个孤立的设备步骤，而是对晶圆表面质量、平坦度、洁净度有着极端要求的系统工程，其产业落地高度依赖上下游“装备+工艺”的生态协同。由于键合前的表面粗糙度需控制在纳米甚至埃米级，任何微小的颗粒和残留都会导致键合界面产生空洞（Void），进而导致严重的良率损失。因此，混合键合与以下几个核心产业链环节形成深度绑定：
·化学机械拋光（CMP）：用于在键合前对铜和介质层进行极限平坦化。华海清科作为国内首台12英寸CMP装备的突破者，已成功实现国内市场的进口替代，并逐步向减薄、湿法清洗等领域延伸，为混合键合提供高平坦度的晶圆基础。
·高精密湿法清洗与去胶：混合键合对于有机物、金属离子及微尘颗粒的交叉污染容忍度极低。盛美上海（ACM Research）在这一领域提供了全面的前道与先进封装湿法清洗解决方案。其Ultra C wb湿法清洗设备、单片中低温SPM清洗设备、聚合物清洗设备、TSV清洗设备及键合胶清洗设备，通过引入其专利的氮气鼓泡技术和兆声波清洗技术，能够完美去除微小颗粒、干法刻蚀后的聚合物残留以及键合胶残留，全面满足300mm晶圆在混合键合前后的极限洁净度要求。其湿法清洗升级技术在500层以上的3D NAND、3D DRAM和3D逻辑器件中展现出巨大前景。
·临时键合与解键合（TBDB）：在3D堆叠及TSV制造中，随着晶圆需被减薄至10 μm以下，必须引入临时键合技术提供机械支撑，并在工艺完成后进行解键合。芯源微作为国内临时键合与解键合领域的绝对龙头，凭借其在涂胶显影领域的先发对准与涂敷技术优势，实现了在国内多条产线的大批量供货。
群雄逐鹿混合键合，国产设备如何突破国际巨头壁垒？
面对国际巨头在先进封装领域的壁垒，中国本土半导体设备军团正通过自主研发与资本并购双轮驱动，呈现出多点开花、群雄逐鹿的竞争动态：
拓荆科技在前道薄膜沉积设备（PECVD、ALD、SACVD、HDPCVD、FlowableCVD等）的基础上，成功开拓了三维集成设备这一第二成长曲线，构筑了“薄膜沉积+先进键合及配套量检测设备”的双平台发展格局。这一战略卡位使其能够深度协同前道介质层制备与后道高精密键合工艺，率先实现了国产W2W混合键合设备的产业化落地。
北方华创在3D集成混合键合领域的布局展现出极强的平台化协同特征。2026年，北方华创发布了其12英寸芯片对晶圆（D2W）混合键合设备Qomola HPD30以及12英寸W2W混合键合设备Gluoner R50，成为国内率先完成D2W客户端工艺验证并实现产业化的厂商。该设备关键指标达到国际先进水平，对准精度达到≤50 nm，突破了超薄芯片无损拾取、AI实时感知与智能补偿等多项核心技术；
芯慧联（后分立出聚焦键合设备的芯慧联新）是国内混合键合领域的另一股强劲力量。2024年11月，芯慧联新正式出货首台D2W混合键合设备SIRIUS RT300（对准精度±100 nm）以及首台W2W混合键合设备CANOPUS RT300（对准精度±50 nm），其在键合强度、界面缺陷控制等核心技术指标上均达到全球领先水平，打破了国内高端键合机市场的长期空白；
主营光伏HJT电池设备的迈为股份，立足于自有的真空、激光、精密装备三大核心技术平台，积极向半导体2.5D/3D先进封装工艺横向拓展。迈为股份研发的混合键合设备实现了对准精度±100 nm的突破，并已成功交付头部客户，获得了实质性商业订单。迈为的跨界印证了国内高端制造企业在外溢技术和精密运动控制算法上的通用性；
华卓精科在精密运动台和光学对准上拥有天然底蕴。华卓精科开发了兼具W2W和D2W功能的混合键合装备，其D2W键合精度为150 nm，目前其D2W芯粒混合键合装备已成功交付客户；
芯力科官方宣布研发的混合键合机对准精度达到了行业顶级的30 nm，直接对标海外垄断巨头Besi的最先进指标。其已于2026年启动了客户量产验证，一旦顺利通过，将对高端混合键合市场的国产替代产生极其强烈的示范效力。
结语
半导体产业从“平面竞争”走向“立体竞争”已是不可逆转的趋势。混合键合设备技术正在经历从50 nm向10 nm极致对准精度的演进，以期在未来实现互连密度再提十倍的技术飞跃。然而，混合键合设备的国产化绝非单一设备参数的内卷，而是一场前道制程与后道封装、设备与材料、单一机台与整线工艺的全局性重构。
