热压键合 (TCB) 是一种先进的封装技术，在 3D 集成和芯片堆叠中。它通过在堆叠的芯片之间或芯片与基板之间施加热量和压力来创建坚固的电气和机械连接。TCB 对于实现细间距互连至关重要，电子产品的小型化以及人工智能 (AI)、高速计算和移动设备等高性能应用至关重要。
1.热压键合的工作原理：
热压键合是一种“原位”键合工艺，依靠同时施加热量和压力来形成键合：
键合力：需要仔细控制施加到配合表面的压力量，以确保正确对准和键合而不会造成变形。
温度：施加的热量旨在软化键合材料（通常是焊料或铜互连），使其流动并通过界面处的扩散形成牢固的键合。
位移：两个表面之间的距离至关重要，位移控制用于在键合过程中精确保持这一距离。
2.TCB 可根据各种键合要求和步骤分为不同的类别：
大规模回流与热压：大规模回流是一种精度较低的工艺，芯片对齐，焊料通过加热回流。相比之下，TCB 允许更精确地对齐和控制力，非常适合高密度、细间距互连 。
预涂与原位底部填充：热压键合可以使用预涂底部填充（在键合之前分配底部填充材料）或不使用底部填充.适合低键合间距的应用 。
3.TCB 设备的关键部件和热压技术分析：
键合头：键合头负责控制键合过程中施加的压力。它必须保持精确的力施加，以避免损坏芯片或基板的精密结构。
加热系统：该元件对于在整个键合区域提供均匀的热量分布至关重要。必须仔细管理温度上升和下降周期，以防止材料产生热应力。
温度控制：在键合过程中需精确管理加热，确保芯片和基板之间的良好连接。
压力控制：在热压过程中精确调节压力，以确保均匀的应力分布，防止芯片损坏。
多点测温：多个传感器分布在不同区域，确保整个键合面上温度均匀。
局部加热控制：在不同区域内独立调节温度。
独立控制多个加热板：对于多芯片键合或复杂封装，设备可能配置多个加热板，每个板都具有独立的温度控制，以适应不同芯片封装的要求。
快速升温与冷却和强制冷却系统技术
热管理软件技术：需根据具体的工艺要求来设定和优化温度曲线。
材料选择：为了确保温度均匀传递到键合表面，设备的加热头通常由高导热材料制成，如铜钨合金、钼铜，铟钢等。
压力与温度耦合控制：通过控制温度来确保材料在压力下具有最佳的塑性流动性，从而实现理想的键合质量。
对准系统：TCB 需要高精度对准系统，以确保键合表面完美对准。未对准可能导致互连缺陷，从而导致设备故障。
力和位移传感器：集成传感器在键合过程中持续监测力和位移，确保在整个键合区域始终施加所需的压力。
真空室：为避免氧化，TCB 通常在真空或惰性气体中进行。真空室确保键合材料不会氧化，氧化会削弱键合。
4.TCB 技术的应用：
3D IC 集成：TCB 广泛用于 3D 集成电路 (IC) 中的垂直芯片堆叠。高精度键合允许堆叠中存在更多芯片层，从而提高性能并提高空间利用率。
倒装芯片键合：在倒装芯片技术中，芯片面朝下安装在基板上。TCB 可实现更小的焊料凸块，从而减小互连的整体尺寸并提高设备的电气性能。
混合键合：TCB 越来越多地与混合键合技术相结合，这些技术消除了底部填充的需要，并允许金属焊盘之间直接接触，从而提高了电气性能并减小了互连尺寸。
更详细的学习推荐阅读：半导体技术-TCBonding热压键合的技术分析-文末可下载。
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