一、TCB工艺概述：热压键合的基本原理

大家好，我是做封装工艺的老工程师了。今天咱们聊聊TCB——热压键合。说实话，这技术我接触了快十年，每次看到新同事对着工艺参数发愁，我就想起自己当年踩过的坑。

TCB，全称Thermal Compression Bonding，中文叫热压键合。说白了，就是一边加热一边加压，把芯片和基板焊在一起。你想想看，传统的回流焊是把整个板子放进烤箱，而TCB是局部加热、局部加压。为什么要这么麻烦？因为现在的芯片越来越薄，间距越来越小，传统方法搞不定了。

我记得2018年做过一个项目，客户要求焊点间距只有40微米。当时用传统回流焊，良率不到60%。换成TCB后，良率直接跳到95%以上。嗯，这就是TCB的价值所在。

TCB工艺流程

TCB的流程，我习惯分成五个步骤。每一步都有讲究，少一个都不行。

1. 芯片拾取：从晶圆上把芯片拿起来，用吸嘴吸住。这里要注意吸力大小，我曾经因为吸力太大把芯片吸裂了...
2. 助焊剂涂布：在芯片的凸点上涂一层助焊剂。这步很关键，后面会专门讲。
3. 对准：把芯片对准基板上的焊盘。现在都用机器视觉，精度能到微米级。
4. 热压：加热头下降，接触芯片背面，同时施加压力和温度。焊料熔化、流动、形成连接。
5. 冷却：保持压力，让焊点冷却凝固。然后抬起加热头，完成键合。

整个流程看起来简单，但每个参数都像走钢丝。温度高了，芯片会坏；压力大了，焊料会挤出来；时间短了，焊点没长好。

关键工艺参数：温度

温度是TCB的灵魂。我一般把温度分成三段：

• 预热区：100-150°C，让助焊剂慢慢挥发。太快了会飞溅，我见过一次飞溅导致短路，整批报废。
• 峰值区：220-260°C，焊料熔化。具体温度看焊料成分，SnAgCu一般在240°C左右。
• 冷却区：从峰值降到室温，速度要控制。太快了焊点会开裂，太慢了影响效率。

参数	典型值	我的经验值
预热温度	100-150°C	120°C，助焊剂挥发最均匀
峰值温度	220-260°C	240°C，对大多数焊料都适用
冷却速率	2-5°C/s	3°C/s，焊点组织最致密

关键工艺参数：压力

压力这个参数，很多人觉得越大越好。其实不是。压力太大，焊料会被挤出来，形成桥接短路。压力太小，焊料不流动，焊点空洞多。

我一般按芯片面积算压力，单位是MPa。比如一个5x5mm的芯片，面积25mm²，我通常给10-20MPa。换算成力就是250-500N。具体多少，要看焊料高度和凸点数量。

为什么会这样？因为压力要刚好让焊料变形，但又不能把焊料全部挤走。你想想看，焊料就像面团，压力是擀面杖。擀得太薄，面皮就破了；擀得太轻，面皮太厚。

关键工艺参数：时间

时间包括三个部分：预热时间、保压时间、冷却时间。

• 预热时间：5-10秒，让温度稳定。太快了热冲击大，芯片容易裂。
• 保压时间：10-30秒，焊料熔化和凝固都在这个阶段。时间太短，IMC层太薄，焊点强度不够。
• 冷却时间：5-15秒，看冷却速率。我一般控制在10秒左右。

我记得有个项目，客户要求保压时间只有5秒。我说不行，IMC层长不够。客户不信，结果做出来的焊点一拉就断。后来改成15秒，强度翻了一倍。嗯，有些参数不能省。

TCB工艺的核心逻辑

下面这张图是我自己画的，把TCB的整个逻辑串起来了。你看，温度、压力、时间三个参数互相影响，最终决定焊点质量。

从图上你能看到，温度、压力、时间三个参数不是孤立的。温度高了，焊料流动性好，压力可以小一点；温度低了，焊料黏度大，压力就得大。这就是为什么我总说，调参数要三个一起调，别只动一个。

助焊剂残留的影响

说到助焊剂残留，这是TCB工艺里最让人头疼的问题之一。助焊剂的作用是去除氧化层、防止再氧化、促进焊料润湿。但残留的助焊剂会带来麻烦。

我遇到过最典型的问题：助焊剂残留导致焊点空洞。空洞率超过5%，可靠性就大打折扣。还有一次，残留的助焊剂在高温下碳化，变成了绝缘层，导致焊点开路。

为什么会这样？因为助焊剂里的溶剂和活性剂，如果没完全挥发，就会留在焊点周围。在后续的可靠性测试中，这些残留物会吸湿、膨胀，甚至腐蚀焊点。

所以，控制助焊剂的涂布量和挥发条件，是TCB工艺的重中之重。我一般建议助焊剂厚度控制在5-15微米，太薄了去氧化不彻底，太厚了残留多。

好了，这一章就讲到这里。TCB的基本原理和关键参数，你心里应该有数了。下一章我们会深入仿真分析，看看怎么用软件预测助焊剂残留的影响。

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