热压（Thermo-Compression, TC）键合技术指通过加热与加压协同作用，实现金属间的冶金结合，尽管其部分应用场景已被更高效的方法替代，但热压键合所蕴含的参数优化逻辑、界面科学认知及质量控制理念，至今仍深刻影响着现代封装工艺的开发与评价体系。
作为深耕材料测试与工艺分析领域的团队，科准测控始终关注封装技术中基础而关键的课题。本文将从技术原理出发，系统解析热压键合的经典参数设置，并探讨其如何通过科学量化与精准测试，持续为现代封装工艺提供启示与支撑。
一、热压键合核心参数
热压键合的质量主要取决于三个关键参数的协同作用：温度、时间与压力。对于经典的25μm金丝在铝或金焊盘上的键合，经过大量实验验证的优化参数组合为：
温度：300℃
这一温度能有效促进Au与Al原子间的相互扩散，形成稳定的金属间化合物层，是实现冶金结合的能量基础。同时，它平衡了反应速率与热损伤风险，避免温度过高导致器件性能退化或界面过度脆化。
时间：0.2秒
这是保证原子充分扩散形成连续界面层所需的最短有效时间。该时长在确保键合强度的前提下，提升生产效率。
压力：100–125克力 (gf)
足够的压力能破除金属表面的微观氧化层与轻微污染物，实现纯净金属间的紧密接触。
此压力范围在促进塑性变形以增大接触面积的同时，避免了对脆弱芯片结构的机械损伤。
这三个参数并非独立作用，而是构成一个精密的工艺窗口。例如，在一定范围内，提高温度可以适当缩短键合时间；而增加压力则有助于在稍低温度下达成同样的键合效果。这种多参数协同优化的思想，是现代封装工艺开发的基石。
常见热压键和台结构
二、参数的深层科学：应对现实挑战的工程设计
上述参数组合的稳健性，尤其体现在其对实际生产环境挑战的包容度上：
1. 污染容忍机制：当焊盘表面存在微量有机污染物时，300℃的高温可使其热分解或挥发，同时键合压力能将其机械排出界面。0.2秒的键合时间则为这一净化过程提供了窗口。这使得该参数设置在非理想条件下仍能保持较高的键合成功率与强度。
2. 界面反应控制：在300℃下，Au-Al系统会形成多种金属间化合物（如AuAl₂、Au₂Al等）。0.2秒的键合时间被精确控制，以形成一层均匀、连续且厚度适中的界面化合物层。这层化合物是键合强度的主要来源，但过厚则会变脆。经典参数正在于取得强度与韧性平衡。
3. 工艺稳定性基础：这一经过充分验证的参数组合，为早期的大规模生产提供了至关重要的可重复性与一致性，确立了通过严格控制有限几个关键变量来实现高质量生产的工程范式。
三、从经典到现代：热压键合的技术遗产
热压键合最重要的遗产之一，是推动了量化测试与工艺优化闭环的建立。为了评价其键合质量，焊球剪切测试被广泛发展和标准化。通过剪切力值这一量化指标，工程师得以反向精确调整温度、时间、压力参数，形成了“测试-分析-优化"的科学工艺开发流程。这一数据驱动的办法，已融入当今任何封装技术的研发体系。
此外，对热压键合界面失效模式（如空洞、弱界面层、过度脆化）的深入研究，为后续所有键合技术的可靠性评估与失效分析积累了最初的知识库与评判标准。
热压键合的历史表明，工艺的进步始终离不开对关键参数的精确界定与测量。科准测控所提供的微电子封装专用力学测试系统，正是承袭了这一核心理念，为现代封装工艺的开发与质量控制提供关键工具，通过测量技术与数据分析方案，将这种工程智慧延续至今，助力业界在不断演进的材料、结构与工艺中，持续探索并锁定那个通往可靠性的“工艺窗口"。
