9.3 Cu Paste Formulation and Characterization . . . . . . . . . . . . . . . 239
9.3.1 Paste Formation and Sintering Profile . . . . . . . . . . . . . 240
9.3.2 Thermal and Electrical Characteristics . . . . . . . . . . . . . 241
9.3.3 Discussion on Simulation and Experiment Results . . . . 248
9.3.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
9.4 Demonstration of Die to Wafer Bonding . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
9.4.1 Experimental Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
9.4.2 Shear Bond Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
9.4.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
9.5 Summary and Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
9.5.1 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
9.5.2 Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
10 Fundamentals of Bonding Technology and Process Materials
for 2.5/3D Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
Sangil Lee
10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
10.2 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
10.2.1 Overview of 3D Package Configuration . . . . . . . . . . . . 261
10.2.2 Fundamentals of Thermal Compression Bonding
(TCB) Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
10.2.3 Fundamentals of Process Materials . . . . . . . . . . . . . . . 274
10.3 Principles of Materials Formulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
10.3.1 Water Soluble Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
10.3.2 No-Clean Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
10.3.3 Capillary Underfill . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
10.3.4 Epoxy Flux (No-Flow Underfill or Non-conductive
Paste) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
10.3.5 Pre-applied Epoxy Based Materials (Non-conductive
Film and B-Stage Material) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
10.4 Assembly Process Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
10.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
10.4.2 TCB Assembly Building Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
10.4.3 TCB Assembly Building Block Design
and Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
10.5 Special Topic: Comprehensive Comparative Analysis
of Microstructure of Sn–Ag–Cu (SAC) Solder Joints
by Traditional Reflow and Thermo-Compression Bonding
(TCB) Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
10.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
10.5.2 Experimental Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
10.5.3 Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
10.5.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
Contents
ix