文章核心观点 - 以青禾晶元为代表的厂商，通过其已量产验证的“超高真空+表面活化+常温键合”完整解决方案，为半导体行业突破热敏感材料异质集成的瓶颈提供了可靠的技术路径，并已在多个前沿领域取得产业化成效 [1] 技术解析：常温键合工艺 - 技术核心是在常温环境下实现晶圆间高强度、高洁净的结合，流程分为两个关键步骤 [2] - 第一步是超高真空环境下的表面活化：在≤5E-6Pa的超高真空度下，通过粒子束轰击去除自然氧化层与污染物，实现晶圆表面的原子级洁净与活化 [3] - 第二步是常温下的精密对准与键合：在常温条件下，将活化晶圆精密对准并施加可控压力，促使表面原子间直接形成强化学键，实现无需加热的原子级结合 [4] 技术优势与特点 - 彻底避免热损伤：全程常温工艺，从根本上消除热应力对敏感结构与异质材料的影响 [6] - 获得超高界面质量：超高真空活化工艺保障界面洁净，可实现>2 J/m²的键合强度 [6] - 突破材料兼容性限制：已成功验证对Si、Ge、SiC、GaN、LiNbO₃、玻璃乃至金属等多种材料的直接键合能力 [11] - 具备量产级工艺可控性：全自动化操作，结合±1 μm级的对准精度与±1%的控压精度，保障了工艺一致性与高良率 [11] 应用实证：GeOI产业化 - 攻克GeOI产业化瓶颈：采用常温键合技术解决了锗材料热导率低、界面氧化层不稳定及成本高昂的问题 [10] - 热管理优化：避免了高温热应力，将锗薄膜直接键合于高阻硅衬底，实测散热效率提升40% [12] - 界面强度提升：在超高真空中活化去除自然氧化层，实现Ge/Si原子级直接键合，键合有效面积提升至95%以上 [12] - 成本显著降低：设备支持混线生产并集成回收模块，使8英寸GeOI衬底单片生产成本从200美元降至75美元 [12] 应用实证：5G SAW滤波器 - 实现SiC基铌酸锂薄膜异质集成：为满足5G/6G高频滤波器对高性能、低成本衬底的迫切需求 [13] - 性能突破：制备的SiC/LN复合衬底结合了SiC的高频散热优势和LN的高机电耦合特性，谐振器在5GHz下实现了 Qmax > 700，K² > 20% 的卓越性能 [18] - 解决热失配问题：常温工艺彻底避免了SiC（4.0×10⁻⁶/K）与LiNbO₃（15×10⁻⁶/K）的热膨胀系数差异带来的热失配问题 [18] - 产业进展：已实现6英寸晶圆规模化制备，良率稳定在95%以上，为5G N77/N78等频段提供了高性能、高可靠性的滤波器解决方案 [18] 行业意义与发展前景 - 该技术已成为一种可复用的平台化解决方案，能够针对不同材料体系的特性解决其异质集成中的核心痛点 [14] - 技术应用范围广泛：不仅适用于第三代半导体的异质集成，也为MEMS、先进封装、光电集成等领域提供了新的工艺选项 [14] - 战略价值凸显：随着异质集成与系统级封装需求增长，能够彻底避免热影响的键合技术其战略价值将日益凸显 [14] - 产业化前景：行业观察认为，该类技术若能持续提升效率、扩大衬底尺寸适配能力并进一步降低成本，将在未来3-5年内进入更广泛的产业化应用阶段 [14]

文章核心观点 - 文章基于Lightcounting报告，系统阐述了硅光子学（SiP）的技术原理、关键组件优势及不同激光器集成路径，指出硅基光调制器等元件是推动SiP产品成功的关键因素 [6] [7] [17] - 硅与二氧化硅的组合使多种关键光学元件成为可能，硅基调制器在驱动电压、速度、温度容差和线性性能上相比传统材料具有优势 [2] [6] - 将III-V族材料激光器集成到硅上存在混合集成与异质集成等多种技术路径，各自在制造吞吐量、成本和工艺复杂性上存在权衡 [8] [11] [16] - 势银（TrendBank）计划于2025年11月举办异质异构集成年会，旨在推动多材料异质异构集成、光电融合等先进封装技术的发展 [17] 硅光子学（SiP）材料与基础元件 - 硅在1300nm和1550nm光谱窗口透明，二氧化硅透明度更高且易通过氧化或沉积添加到硅中，氮化硅是另一种深受青睐的透明材料 [2] - 光栅耦合器能将激光束旋转90度耦合到水平波导中，但光功率损耗较高（3-7 dB），边缘耦合可实现小于1 dB的损耗 [3] - 在硅中添加锗制成的Ge Si PIN和APD接收器性能可与甚至超过基于InP和GaAs的探测器 [6] - 硅基光调制器具有低驱动电压、高速、温度变化容差和线性性能四个重要优势，是现代SiP产品成功的关键 [6] 调制技术与器件设计 - 基于SiP技术的2段MZ调制器可用于PAM4调制，相比基于InP和GaAs的器件，实现4级调制更为容易 [7] - 在MZ结构的每个臂上增加一个额外部分即可实现PAM4调制 [7] 激光器集成技术路径 - 由于硅是间接半导体，需要III-V族材料（如GaAs、InP）才能在硅上创建激光源，集成方法主要分为混合集成与异质集成 [8] - 混合集成是将不同材料的PIC或光子器件芯片连接到一个封装中，异质集成则是将多种材料技术组合到单个PIC芯片中 [8] - 倒装芯片键合工艺要求亚微米级对准精度，先进工具可实现优于0.5µm的精度，耦合效率高达80%，但存在制造吞吐量限制和成本挑战 [11] - 晶圆键合主要有金属/氧化物中间键合和直接晶圆键合两种方法，直接键合因光反射问题更少且温度低（300°C或更低），更适合CMOS工艺 [12] - 异质集成方法可并行处理多个设备，提供高吞吐量，但需要对特殊生产线进行大量投资，且III-V族晶圆直径远小于硅晶圆（200毫米或300毫米） [16] 行业会议与产业推动 - 势银（TrendBank）将联合甬江实验室于2025年11月17-19日举办异质异构集成年会，主题为“聚焦异质异构技术前沿，共赴先进封装芯征程” [17] - 会议将围绕多材料异质异构集成、光电融合、三维异构集成、光电共封装、晶圆级键合等前沿技术展开，旨在助力打造先进电子信息产业高地 [17]

会议概况 - 2025中国国际低温键合3D集成技术研讨会于8月3日-4日在天津举办 吸引来自英国 新加坡 日本等国家的200余名专家学者及企业代表参与 包括20余所国际顶尖高校和10余家行业领军企业 [1] - 会议自2007年起每三年举办一届 本届首次在中国召开 累计输出超过300个议题 覆盖全球20多个国家的顶尖专家 已成为国际键合集成技术领域的权威会议 [5] - 大会围绕表面活化键合 混合键合与3D集成 新型低温键合工艺等六大主题 通过主旨报告 论文张贴等形式展开交流 [5] 主办与协办机构 - 主办方包括中国科学院微电子研究所 先进微系统集成协会 西安电子科技大学 中国电子学会等6家单位 协办方包括IEEE EPS北京分会 天津国家芯火双创平台等3家机构 [3] - 大会名誉主席由西安电子科技大学郝跃教授 武汉大学刘胜教授等4人担任 大会主席由中国科学院微电子研究所刘新宇研究员等3人担任 [3] 技术内容与成果 - 11个主旨报告涵盖表面活化键合发展史 宽禁带半导体器件进展 3D-IC多晶圆混合键合工艺等前沿方向 涉及技术路线总结与新型技术分享 [21] - 17个邀请报告和13个口头报告来自牛津大学 东京大学 清华大学等22家机构 展示低温键合技术在材料 工艺 机理等领域的最新研究成果 [23] - 会议评选出西安电子科技大学和哈尔滨工业大学的两项学术进展为最佳墙报 累计展示22张墙报论文 [23] 行业影响与展望 - 会议推动学术界与产业界深度合作 加速低温键合技术在材料 工艺 设备等领域的研发与应用 [25] - 在AI算力爆发 先进封装等需求驱动下 低温键合技术或将成为延续摩尔定律的核心路径 助力中国半导体产业向高端制造升级 [25] - 青禾晶元等10余家产业链企业参展 业务覆盖金刚石材料 键合设备 检测仪器等关键环节 [26]

氮化镓半导体技术突破 - 氮化镓（GaN）作为下一代高速通信和数据中心电力电子设备的关键材料，因高成本和集成难度限制了商业化应用 [2] - 麻省理工学院团队开发出低成本、可扩展的制造方法，将GaN微型晶体管集成到标准硅CMOS芯片上，兼容现有半导体代工厂 [2][4] - 新工艺通过切割240 x 410微米的GaN晶体管（小芯片），采用铜柱低温键合（<400°C）替代传统金键合，降低成本并避免污染 [5] 技术优势与性能提升 - 混合芯片仅需少量GaN材料，实现成本控制的同时提升性能，包括更高信号强度、效率和带宽 [2][4] - 功率放大器演示显示：相比硅晶体管，新器件增益更高，芯片面积小于0.5平方毫米，可改善智能手机通话质量、无线带宽和电池寿命 [2][7] - 分立晶体管设计降低系统温度，兼容英特尔16 22纳米FinFET工艺，集成硅电路元件（如中和电容器）进一步优化性能 [8] 应用前景与行业影响 - 该技术可改进现有电子设备并支持未来量子计算应用，因GaN在低温条件下性能优于硅 [3] - 异质集成突破当前技术界限，为无线技术、AI平台提供统一系统解决方案，推动半导体行业持续微型化和能效提升 [8] - 研究获得美国国防部及DARPA支持，利用麻省理工学院纳米中心等设施完成制造，具备商业化潜力 [8]

行业技术趋势 - 键合集成技术正推动全球半导体产业格局变革，打破传统平面缩放的物理极限，通过异质材料融合与三维集成创新开辟新赛道[1] - 半导体行业将进入由不同材料组合制造器件的时代，键合技术是实现这一目标的关键途径[1] 公司技术突破 - 青禾晶元攻克室温键合、3D异构集成等"卡脖子"工艺技术，打造四大核心装备，覆盖先进封装、晶圆级材料集成等前沿领域[3] - 公司拥有200余项授权专利，混合键合精度优于100nm，常温键合、热压键合等模块化设计满足多元化需求[3] - 自主研发晶圆及芯片键合设备包括SAB61系列（超高真空常温键合）、SAB62/82系列（亲水/混合键合）、SAB63系列（热压/阳极键合）等，对准精度达百纳米级[7] 市场竞争力 - 相较进口设备，青禾晶元产品价格优势显著，交付周期缩短至6-8个月，并提供全天候响应服务[3] - 2024年全年订单超30台，在天津和山西建立现代化键合代工量产线，可稳定量产SiC-SiC、LTOI等多种关键键合衬底[3][9] 产品技术亮点 - 62HB系列W2W混合键合设备：采用晶圆翘曲控制技术，键合精度优于100nm，集成全工艺模块[14] - 82系列C2W混合键合设备：独创边缘夹持机构，支持35μm超薄芯片处理，双对准模式精度分别优于300nm和100nm[15] - 83系列C2C/C2W倒装键合设备：支持无助焊剂键合，键合头2秒内实现室温到400°C快速升温[16] - 61系列超高真空常温键合设备：离子源表面处理，超高真空压合，支持异质材料融合[17] - 95系列超原子束抛光设备：亚纳米级表面处理，膜厚修整均匀性达1nm以内[22] 战略布局 - 构建"高端装备研发制造+精密键合工艺代工"双轮驱动业务模式[7] - 在国内和海外建立研发生产基地，包括天津设备研发生产基地、日本海外基地及山西键合代工量产线[11] - 目标成为全球半导体异质集成领域引领者，重新定义键合技术边界[3][24]