定義
TCB（thermal compression bonding，熱壓接合）是以 Cu pillar 加銲料微凸塊，在加熱與加壓下接合晶粒的先進封裝鍵合技術。它是 HBM 堆疊與 CoWoS 晶片接合的現行成熟主流路線，具備良率、成本與量產經驗優勢。
圖解
圖說：左為接合過程：熱壓頭吸住上層 die、加熱並往下壓，Cu pillar 加焊帽的微凸塊與下層接合，載台同時加熱。右為接合後的 HBM 堆疊：各層 DRAM 以微凸塊與 TSV 相連，間隙由 underfill 填滿。當 pitch、封裝高度與散熱逼近微凸塊限制時，下一階段候選為 技術_混合鍵合。自繪剖面，結構依本頁 TCB 描述，微凸塊層序參考庫內辛耘 MicroBump 結構圖。
技術原理
TCB 的核心是微凸塊接合。晶粒 pad 上形成 Cu pillar 與銲料，鍵合時透過精準對位、加熱與加壓，使銲料回流並與對側 pad 形成金屬接合。典型微凸塊間距約 20-40um，已足以支撐 HBM3E、HBM4 初期與多數先進封裝需求。
Fluxless TCB 是重要趨勢，透過甲酸或電漿去氧化降低殘留污染，改善接合可靠度與後續清洗負擔。
HBM 廠商在 TCB 基礎上有不同封裝材料策略。SK hynix 採 MR-MUF（mass reflow molded underfill）思路，以大量回流搭配模封提升堆疊效率與散熱/機械保護；Micron 採 TC-NCF（thermal compression non-conductive film），使用非導電膜作為接合與間隙填充材料。兩者都屬 TCB 系列演進，而非混合鍵合。
關鍵參數 / 判斷指標
| 指標 | 意義 | 觀察重點 |
|---|---|---|
| microbump pitch | 互連密度 | 約 20-40um，越小越接近製程極限 |
| bonding force / temperature | 接合條件 | 影響銲料回流、warpage 與可靠度 |
| warpage control | 大尺寸封裝變形 | HBM 層數增加後更重要 |
| void / non-wet defect | 接合缺陷 | 影響良率與可靠度 |
| underfill / NCF / MUF | 保護材料 | 影響散熱、應力與製程吞吐 |
技術瓶頸 / 風險
- 微凸塊高度與 pitch 限制封裝厚度與互連密度。
- HBM 堆疊層數增加後，warpage、熱阻與應力管理更困難。
- 更小 pitch 會提高對位、銲料一致性與缺陷檢測難度。
- HBM4 初期仍以 TCB 系列為主，混合鍵合導入時點需視封裝高度上限規格待官方確認、層數與成本而定。
關鍵廠商
| 環節 | 廠商 | 角色 |
|---|---|---|
| HBM TCB 設備 | Hanmi | HBM TCB 龍頭，供 SK hynix / Micron |
| 先進封裝 TCB | ASMPT | CoWoS 與先進封裝 TCB 設備供應商 |
| TCB 設備 | Shinkawa | 與 Yamaha Robotics 整合中，時點待確認 |
| TCB / Micro Bonding 設備 | 6812_梭特（興） | 由 Mini LED / 光電設備轉向先進封裝，2024 年報導指出資源轉向 TC bond 與 micro bonding |
| TCB 設備 | 麥科先進（未） | 公開報導稱 2026H1 推動自研 TCB 設備進入量產階段 |
| HBM 封裝 | SK hynix | MR-MUF 路線代表 |
| HBM 封裝 | Micron | TC-NCF 路線代表 |
應用場景
- HBM：HBM3E / HBM4 堆疊接合主流技術。
- 覆晶與先進封裝：晶片對中介層、晶片對基板接合。
- 台積 CoWoS：邏輯晶片、HBM 與中介層整合中仍大量使用微凸塊 / TCB。
無焊料 Cu-Cu TCB 與兩段式量產解法（UCLA CHIPS，2026-01）
出處：報告_ChipScaleReview_Winter2026期刊_20260122，Chip Scale Review 2026 冬季號，Krutikesh Sahoo、Subramanian S. Iyer（UCLA CHIPS）。學界製程研究，吞吐量為實驗室展示值。
為什麼要去掉焊料：焊料覆晶 pitch 低於 40µm 後橋接短路風險上升，介金屬化合物（IMC）變脆、微量焊料一致性難控。無焊料 Cu-Cu TCB 直接把 Cu pillar 壓到 Cu pad，靠固態擴散形成連續晶粒，沒有橋接與 IMC 問題；壓力由外部施加、與材料系統無關，比混合鍵合更可控、製程容忍度更高，適合不同晶圓廠、不同材料的異質整合。
製程條件： - 銅在空氣中幾乎立刻長出 Cu2O，是擴散阻障。鍵合前用離子束或電漿清潔活化，Cu pillar 的 RMS 粗糙度須 <3nm，才能在 300–400°C 形成足夠接觸面積。 - 鍵合時在機台內局部通甲酸還原；若能以持續氮氣吹掃維持低氧環境，甲酸步驟可省。 - 鍵合頭平整度是最關鍵的機台參數，傾斜零點幾度就會一側冷接、一側 pillar 變形；切割後 die 邊緣必須無微粒。研究用 K&S APAMA 覆晶機，文中稱新款 K&S Aptura 的對位與吞吐更好。 - 另測試 Cu pillar 上 2µm 錫帽的焊料輔助 TCB，對粗糙度與平整度較寬容，但最高性能與最細 pitch 的共識仍走純 Cu-Cu，以避開焊料的 Kirkendall 空洞。
吞吐量是量產關鍵：單步 TCB 每顆 die 需 30–60 秒（含對位、加熱到 300°C 再冷卻），一片晶圓 1,000 顆 dielet 要 16 小時以上，商業上不可行。兩段式解法把對位與永久鍵合拆開：
| 步驟 | 條件 | 時間 |
|---|---|---|
| 1. 高速 tacking | 覆晶機對位後以 120°C、低壓脈衝暫固定 | 每顆 <10 秒 |
| 2. 整片批次退火 | 整片 300mm 晶圓進爐，300–400°C | 30–60 分鐘，上千個接點同時完成 |
有效吞吐量超過 1,100 DPH（dielets per hour），把 Cu-Cu TCB 推進量產可行範圍。
圖說：Si-IF 上無焊料 Cu-Cu TCB 截面，10µm Cu pillar pitch，標出 Cu pad、Cu pillar、Ti/Cu seed layer 與 bonding interface（離子研磨截面）。
可靠度：未鈍化樣品在 85°C/85%RH 下 100 小時內失效；以 ALD 沉積奈米級 Al2O3 鈍化後超過 500 小時電阻與機械完整性不變。0–125°C 溫度循環 110 次零失效，剪力強度因晶粒持續成長略升。
展望：作者認為 TCB 可持續微縮到 5µm pitch 區間；dielets 全來自同一晶圓廠時，混合鍵合也是競爭者。晶圓級系統的延伸應用見 技術_SoW。
TCB vs 混合鍵合
| 項目 | TCB 熱壓接合 | 混合鍵合 |
|---|---|---|
| 互連結構 | Cu pillar + 銲料微凸塊 | Cu-Cu 直接鍵合，無凸塊 |
| pitch | 約 20-40um | 可小於 10um |
| 成熟度 | 成熟量產 | developing，應用快速擴張 |
| 良率 / 成本 | 穩定、成本較低 | 對潔淨、CMP、對準要求高，成本高 |
| 高度 / 散熱 | 受凸塊與材料限制 | 高度與熱阻較佳 |
| 典型應用 | HBM3E/HBM4 初期、CoWoS | SoIC、CIS、3D NAND、HBM4 後續導入 |
相關技術
- 技術_C4_Bump：C4 是較成熟的 die-to-substrate flip-chip 焊料凸塊互連；TCB 常用於更細 pitch 的 Cu pillar / micro bump 接合。
- 技術_Underfill底部填膠：MR-MUF / TC-NCF 的填膠材料端（CUF / NCF / MUF 三條路線、filler 粒徑與翹曲挑戰）
- 技術_混合鍵合
- 技術_HBM
- 技術_CoWoS
- 技術_TSV
投資觀察 / 台股映射
TCB 仍是 HBM 與 CoWoS 量產的主流鍵合方式，因此短中期設備需求不會因混合鍵合題材而立即消失。投資上應區分「HBM 堆疊層數提升帶動 TCB 設備需求」與「長期 pitch / 高度限制推動混合鍵合滲透」兩條線。
過渡觀點
HBM4 初期仍以 TCB 系列（含 MR-MUF / TC-NCF）為主，混合鍵合導入取決於層數、封裝高度、散熱與成本的交會點（thesis，中信心）。
來源
- 報告_ChipScaleReview_Winter2026期刊_20260122，Chip Scale Review，2026-01（UCLA CHIPS：無焊料 Cu-Cu TCB 兩段式製程，>1,100 DPH、RMS <3nm、ALD Al2O3 鈍化、展望 5µm pitch）
- 技術原理為公開知識；產業數據來自 2026-05 網路彙整(gemini)，URL 多不可考，已交叉核對，精確數字待原始論文/法說核對。
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