尽管某些基于晶圆级或面板级风扇输出软件包的过程流量可能不需要过度包装，但此技术方向具有其自己的应用程序限制。例如，当前的质量生产重新布线层主要在五层范围内，因此它不适合服务器芯片包装。基于焊球的三个最常见的涂层晶体键合包装技术技术：质量反射过程，热压缩键合（热压缩键或TCB）过程以及激光辅助辅助键合（激光辅助键合或实验室）过程。

1。热版键合工艺技术简介（TCB）

热压缩键合，英文名称的全名：热压缩键合，称为：TCB，是一种先进的包装过程技术，可通过同时施加热量和压力，将芯片紧密连接到基板或其他材料。该技术可以在微观水平上实现材料之间的牢固联系，从而为半导体设备提供稳定且可靠的电气和机械连接。 TCB工艺技术被广泛用于集成电路，微电子，光电子和其他行业，特别适用于需要高精度和高可靠性包装的高端芯片。

2。热新闻键合（TCB）过程技术的原则

热按键合（TCB）过程技术的原理与传统扩散焊接过程相似，主要依赖于热量和压力的作用。在键合过程中，首先固定芯片和底物的Cu凸起（或其他金属凸起），然后通过加热和施加压力来扩散凸起表面的原子，从而形成原子金属键合。

此外，热压键合（TCB）工艺技术的基本原理与传统的扩散焊接过程相同，即，将上芯片的CU凸点点直接接触。原子扩散键的主要影响参数是温度，压力和时间。由于电镀后Cu凸点的表面粗糙，并且存在一定的高度差，因此在粘结之前需要将表面扁平，例如化学机械抛光（CMP），因此在粘结过程中可以完全接触CU表面。基于当前的研究文献，通过热压键合（TCB）过程实现Cu-Cu低温键合的方法可以分为两类，即，即增加CU原子的扩散速率并预防/减少CU表面的氧化氧化。

说到这一点，许多人肯定会问：为什么高端逻辑芯片的粘结方法逐渐从质量回流转换为热压键合（TCB）？下面的图A显示了常见的质量回流芯片键合过程。首先，用通量浸入芯片上的凸起，或用定量通量喷在基板上的C4（控制折叠芯片连接）区域。然后，使用补丁设备将芯片放在基板上相对准确。然后将模具和基材放入大型反流炉中。下图B中给出了公共质量回流的温度控制。整个质量回流时间通常在5到10分钟之间。尽管这是很长的时间，因为这是批处理处理，但回流炉也可以容纳大量加工产品。因此，总吞吐量仍然很高，通常可以达到每小时几千芯片或更高的输出。

根据所使用的质量反流糊的类型，质量回流度的峰通常在240C和260C之间控制。质量回流后，我们通常需要去除通量并添加CUF（毛细管底部毛细管下填充毛底填充）以填补颠簸之间的空白，以提供产品可靠性。在常见的质量回流过程中，我们不会对芯片和底物施加太多限制。这导致无法有效控制芯片和底物的翘曲，因此芯片间隙的高度在芯片表面下发生了很大变化。过度的翘曲导致NCO（非接触开口）和SBB（焊球桥）的两个最常见的缺陷。基于质量回流的复杂多芯片键的收益率可能非常低，因此质量回流不再是最合适的键合方法。

质量反射芯片键合的产量率与许多因素有关，常见的质量包括芯片尺寸和厚度，凸起音高，底物厚度和热膨胀系数（CTE）（CTE），如上图B所示。同时，凸起音高的进一步降低也进一步增加了SBB的概率。还值得指出的是，即使没有发生NCO和SBB缺陷，芯片间隙的高度变化过多，并且过度的翘曲也为下游包装步骤带来了巨大的挑战。

下图显示了常见的热压键（TCB）螺旋结构。基板和芯片有自己的加热设备。根据焊料糊的类型，底物通常会在150C和200C之间添加。底物是真空结合到非常平坦的基础的，因此底物的翘曲得到了很好的控制。该芯片还可以在非常平坦的键头上真空结合，并且相应的芯片的翘曲也得到很好的控制。

芯片和底物之间的比对必须非常准确，包括在XY平面中对齐，芯片和底物之间的距离（在z方向上对照）以及相对尖端倾斜。通常，对齐的准确性要求必须满足3 m 3 Sigma的要求。键合区域中的氧气浓度过高会对粘结产生不利影响，例如影响粘结强度的空隙形成。与质量回流的5到10分钟不同，热压键合（TCB）的整个过程仅需1秒至5秒。但是，由于热按键（TCB）是芯片到芯片键合，而不是基于批次的质量回流，因此热压键合（TCB）的吞吐量仅为质量回流的1/5。带有热压键合（TCB）的设备通常比带有质量回流的设备贵得多。这两个原因导致热压键合（TCB）的成本高于质量回流键合。

另外，由于键合所需的热量主要由加热器在键头处提供，因此C4的热量将扩散到基板的边缘。这会导致C4边缘的温度低于中心。这使热压键合的峰值远远超过了焊料糊的熔化温度，通常在300C以上。与质量回流的峰值温度相比，过高的热压键（TCB）温度给选择材料的选择带来了巨大的挑战，粘结过程的稳定性和产品的可靠性。

如上所述，质量反流键是因为熔融焊料糊具有自我校正以减少表面能的能力，因此这种能力可以帮助芯片的凸起，以更准确地与质量回流后的底物凸起保持一致。然后在热压键合（TCB）中，由于芯片和底物处于焊接状态的融化状态，因此丢失了这一优势。幸运的是，大多数热压键合（TCB）设备可以很好地完成芯片和底物的相对放置精度，并且有些可以使用3实现2M的精度。 ASM Pacific，Kulickesoffa，Besi和Toray是目前最常见的热新闻粘合设备供应商。

下图给出了基于质量回流和热压键（TCB）的芯片间隙高度（CGH）差异。对于该特定产品，CGH的质量回流键在70 m至100 m之间，因此，这种较大的CGH变化使键合的过程余量非常低。只要传入材料略有不同，它可能会导致产量下降。相反，基于热压键（TCB）的产品的CGH变化范围仅为5 m。小CGH的变化不仅可以帮助改善债券本身的过程范围，而且还有助于减少下游包装和测试过程中传入材料的差异，从而使下游包装和测试步骤更加稳定。

3。热媒体键合（TCB）过程技术的分类

1。根据不同的填充材料，热压键合（TCB）可以分为：

（1）TCNCF（非导电膜的热压缩鸟类）；

（2）TCNCP（具有非导电糊状的热压缩鸟类）；

（3）TCCUF（带毛细管下填充的热压缩鸟类）；

（4）TCMUF（带模制下填充的热压缩鸟类）等。

2。根据底物材料，热压键合（TCB）可以分为：

（1）芯片到覆盖物（C2S）;

（2）Chip-to-wafer（C2W）;

（3）芯片片（C2C）;

（4）芯片到面板（C2P）。

4。热压键合（TCB）技术的粘结过程

接下来，让我们简要地谈论最常见的TCCUF（带毛细管下填充的热压缩鸟类）热按键（TCB）步骤过程，整个过程通常为1-5秒。

1。真空吸附基板上的基座上，通常加热至150C至200C。将底物的温度设置为尽可能高以减少粘结时间。

2。在基板的C4区域喷涂足够的通量。

3。热键头至150C和200C之间，并使用键头捡起芯片。

4。使用外观和俯视摄像机来确定芯片和基板的相对位置。使用校准的算法来计算芯片所需的空间位置调整，以完全比较基板的凸起。通过对设备上的精确机械控制完成此步骤。

5。然后，将键头和吸附的芯片放置在靠近基板的靠近基板的情况下，其准确性。目前，芯片和底物均低于热球的熔化温度，因此热球都是固体的。焊球可以在基板上，也可以在芯片上或两者兼而有之。

6。在下降期间，键头始终处于压力敏感控制之下，并且正在进行非常灵敏和实时的力测量。

7。当芯片和基板接触时，系统会检测到压力的变化，以判断接触的发生，并迅速将键头从压力敏感控制转换为关节压力和位置控制。

8。此时，通过键头上的加热设备，将芯片迅速在300C上方加热。值得指出的是，热按键的温度变化速率通常为100C/s。相比之下，反流键的温度变化速率要低得多，通常在2C/s时。

9。当热球处于熔融状态时，键头对芯片的精确位置控制可确保每对颠簸均为粘合，并且芯片间隙高度在合理的范围内受到控制。值得指出的是，在加热过程中，整个系统将热膨胀，并且扩展的这一部分需要精确控制键头位置以抵消它。

10。迅速冷却热球熔点以下的键头温度，使热球成为固相。冷却温度变化速率通常低于加热温度变化速率，通常在-50C/s时。

11。将键头的真空吸附到芯片上，然后将芯片与键头分开。从基材上的热压键合设备中删除芯片键，并完成键合。

同时，为了更好地说明热压键合（TCB）的关键步骤，我们在下图中使用粘结配置文件作为进一步解释的示例。实际上，根据不同的产品，粘结曲线可能会大不相同。所有这些键合轮廓都是根据温度，压力，位置等的精确控制来实现的，由热压键（TCB）设备进行。如下图A所示，红线，蓝线和黑线分别代表键头的温度，压力和位移曲线随时间。当键头检测到压力变化时，这意味着芯片和底物已触摸它，并且芯片和底物很快在热球的熔点上方加热。对于通常的SAC305球（96.5SN，3Ag和0.5CU），该温度约为300C或更高。由于温度梯度巨大，即使C4中心的颠簸可能已经超过300C，C4边缘的焊球也可能几乎不在焊球球的熔点上方。

正是由于这个原因，键头的峰值通常比热球的熔点高得多。图中的蓝线表明，在加热过程中，键头处于恒定压力控制模式，直到热球融化。由于热球的熔融压力立即下降，因此取决于所选的芯片间隙高度，此时，键头可能会从原始压力变为拉伸力。目前，我们调整键头高和低位置以保持恒定的压力控制。该位置的调整也可以用于补偿整个设备的热膨胀的影响。通常，在检测到热球的熔化后，我们将继续将芯片向下按5至10m。这样做的主要原因是，焊料凸起的水平不一致，通常的共晶型可能在5至10m的范围内。债券头可能会继续向下压，以确保没有NCO（接触式开放）。然后，债券头可能会上升，以使芯片间隙高度保持在合理的范围内。然后，键头迅速冷却到热球的熔点下方以完成粘合。

在整个热压键合（TCB）过程中，热按键合（TCB）设备将监视前头温度，前头的压力和前头的位移（键头Z pection）。粘合设备必须具有子微米甚至纳米级位置对准精度，以确保在高温压迫期间可以准确连接要粘结的芯片。需要精确控制粘结温度，压力和时间，以确保形成理想的金属间化合物层，同时避免过度扩散引起的粘结失败或电降解。

5。热媒体键合（TCB）过程技术的优势

与传统的包装技术（例如反流焊接）相比，热新闻键合（TCB）过程具有很大的优势：

1。高精度

热压键（TCB）过程可以实现高精度键合，从而确保芯片和基板之间的精确比对和连接。这对于提高包装的可靠性和性能至关重要。

2。高可靠性

通过热压的作用，热压键合（TCB）过程可以实现原子级金属键合，从而形成强大的电气和机械连接。这种键合方法具有更高的可靠性，并且可以承受更大的机械和热应力。

3。灵活性

热压键（TCB）过程适用于各种材料和结构的芯片和基板，并且具有广泛的适用性。同时，热压键合（TCB）过程也可以与其他包装技术结合使用，以形成更有效的包装解决方案。

4。效率

热压键（TCB）过程的粘结速度和更高的生产效率。通过优化键合参数和过程流，可以进一步提高生产效率，并可以降低成本。

6。热压键合（TCB）技术的应用

热按键合（TCB）工艺技术已在半导体包装领域广泛使用，其独特的优势。以下是一些典型的应用程序场景：

1。3DIC集成

在3D集成电路（3D IC）中，热压键合（TCB）过程技术可以使垂直芯片堆叠以提高集成和性能。通过高精度键合技术，可以在堆叠的芯片之间形成稳定的电气和机械连接，从而达到较高的数据传输速率和较低的功耗。

2。翻盖芯片键合

在翻转芯片技术中，芯片在基板上固定在基板上，并且可以通过热压键合（TCB）工艺实现较小的焊料颠簸，从而降低了互连的整体尺寸并改善了设备的电气性能。此外，在传统的质量回流过程中，热压键合（TCB）过程还可以解决举重，非接触断开，本地桥接等的问题。

3。混合键合

热压键（TCB）过程越来越多地与杂交键合技术相结合，这些技术消除了对底层的需求并允许金属垫之间的直接接触，从而改善了电性能并减少互连大小。混合键合技术在高性能计算，人工智能和其他领域中具有广泛的应用前景。

7。热新闻粘合（TCB）技术面临的挑战和发展趋势

尽管热媒体键合（TCB）技术具有显着优势和广泛的应用前景，但其发展仍然面临一些挑战：

1。成本问题

热压键合（TCB）过程技术需要高精度设备和复杂的过程流量，从而导致高包装成本。将来，有必要通过技术创新和过程优化来降低成本并提高市场竞争力。

2。技术挑战

随着半导体技术的持续发展，包装技术的要求越来越高。热媒体键合（TCB）流程技术需要不断提高键合的准确性，可靠性和生产效率，以满足市场需求。

3。市场竞争

在半导体包装领域，在某种情况下，多个包装技术相互竞争。热媒体键合（TCB）过程技术需要与其他包装技术相结合，以形成更有效的包装解决方案，以在市场竞争中获得优势。

为了应对这些挑战，热媒体键合（TCB）过程技术的未来发展趋势可能包括以下方面：

1。技术创新

不断开发新的粘结材料和过程技术，以提高粘结准确性，可靠性和生产效率。例如，使用了新的金属凹凸材料，优化的加热和压力施用方法等。

2。过程优化

通过优化键合参数和过程流来降低成本并提高生产率。例如，采用自动化和智能生产设备来提高生产线的灵活性和可扩展性。

3。与其他技术集成

将热压键合（TCB）过程技术与其他包装技术相结合，以形成更有效的包装解决方案。例如：将热新闻键合（TCB）过程技术与混合键合技术，晶圆级包装技术等相结合，以改善包装集成和性能。

4。扩展应用程序字段

随着半导体技术的持续发展，热新闻键合（TCB）过程技术的应用领域也将继续扩展。例如，在新兴领域（例如高性能计算，人工智能和物联网）中将有更广泛的应用程序前景。

最后写的单词

作为在半导体包装领域的创新力量，热压键合（TCB）工艺技术在高性能和高密度包装领域占据了其独特的优势。随着半导体技术的持续发展，热新闻结合（TCB）过程技术将带来更多的机会和挑战。通过技术创新，过程优化和与其他技术的集成，热媒体键合（TCB）过程技术将不断提高粘结准确性，可靠性和生产效率，并为半导体行业的发展做出更大的贡献。将来，预计热媒体键合（TCB）工艺技术将被应用于更多领域，从而促进半导体包装技术的持续进展和开发。

参考

[1] 3D微电子包装，从体系结构到应用程序，Springer

[2] a。 Eitan，K.Hung，在第65个电子组件的会议记录中

技术会议（ECTC）（2015）

[3] Die附件设备市场报告2019 Market and Technology yole报告

[4] s。 lau，用于细息铜支柱翻盖芯片互连的热压缩键，在半高级包装研讨会上