键合（Bonding）是半导体制造和封装中的关键工艺，用于将不同材料或芯片永久或临时连接，以实现电学互连、机械固定或热管理。根据键合原理和应用场景，主要分为以下几类：

一、键合技术分类及原理

1. 阳极键合（Anodic Bonding）

原理：在高温（300-450°C）和高压电场（200-1000V）下，硅与玻璃（如Pyrex）界面发生离子迁移（Na⁺向阴极移动），形成Si-O-Si化学键。

优点：密封性好，适合真空或气密封装（如MEMS陀螺仪）。

缺点：仅适用于硅与特定玻璃材料。

应用：MEMS压力传感器、惯性器件、微流控芯片。

2.共晶键合（Eutectic Bonding）

原理：利用低熔点共晶合金（如Au-Si、Au-Sn）在加热时熔化，冷却后形成牢固连接。

例如：Au-Si共晶点在363°C，远低于纯金（1064°C）和纯硅（1414°C）的熔点。

优点：导电/导热性好，适合高功率器件。

缺点：需精确控制温度和合金比例。

应用：激光器封装、功率电子、射频器件。

3.胶粘键合（Adhesive Bonding）

原理：使用环氧树脂、聚酰亚胺等胶粘剂贴合芯片或晶圆。

类型：

临时键合（Temporary Bonding）：用于超薄晶圆加工，后续可剥离（如激光解键合）。

永久键合（Permanent Bonding）：用于低成本封装。

优点：工艺简单，适应多种材料。

缺点：导热/导电性差，长期可靠性较低。

应用：MEMS封装、柔性电子、临时载板工艺。

二、键合技术的应用场景

1. 3D集成与先进封装

芯片堆叠（3D IC）：通过Cu-Cu热压键合实现垂直互连（如HBM内存）。

硅通孔（TSV）：键合工艺用于TSV晶圆的临时固定与永久封装。

2. MEMS与传感器

气密封装：阳极键合制造真空腔体（如加速度计、红外探测器）。

生物芯片：胶粘键合封装微流道。

3. 功率电子

SiC/GaN器件：共晶键合（Au-Sn）解决高导热需求。

三、技术挑战与发展趋势

1. 挑战

异质材料键合：硅与玻璃、化合物半导体（如GaN）的CTE不匹配导致开裂。

低温键合：避免热损伤（如CMOS器件对温度敏感）。

纳米级对准：3D IC要求键合对准误差<1μm。

2. 趋势

混合键合（Hybrid Bonding）：

结合直接键合（SiO₂-SiO₂）与铜互连（Cu-Cu），实现高密度3D集成（如台积电SoIC技术）。

激光辅助键合：局部加热减少热影响区。

自组装技术：利用化学修饰表面实现自动对准（如DNA定向键合）。