HBM（High Bandwidth Memory）技術完整指南：封裝製程與視覺檢測

HBM 為什麼需要高速攝影機？

先講結論：HBM 封裝的問題不在「看不看得到」，而在「來不來得及看」。一顆 HBM 堆疊 8 層、12 層 DRAM，每一次 TCB（Thermo-Compression Bonding）熱壓接合都在 0.1 到 1 秒內完成，Micro Bump 間距只有 55μm，焊料熔融、對位、固化全部擠在這一瞬間發生。肉眼不用說，一般 30 fps 或 60 fps 的工業相機，一次接合過程頂多拍到幾張影格，中間發生了什麼——焊料有沒有偏流、對位有沒有微幅滑移、氣泡是在哪個瞬間跑進去的——完全是黑盒子。

這就是高速攝影機在 HBM 產線的定位：不是取代 AOI 做良率判定，而是在製程開發與異常排查階段，把那 0.1 秒攤開成幾百張、幾千張影像，讓工程師親眼看到失效發生的當下。我們這幾年在竹科接觸的封測客戶，多半就是為了這個目的來借機台的。

HBM 技術演進簡表

HBM 封裝製程四大高速攝影應用

① Micro Bump TCB 熱壓接合監控

TCB 是目前 HBM 堆疊的主流接合方式：加熱頭把上層晶片壓向下層，焊料在 250°C 以上熔融、流動、再固化，整個週期不到 1 秒。要看清楚焊料的行為，實務上需要 1,000 到 10,000 fps。難點有三個：一是溫度高，相機和鏡頭要保持安全距離、靠長工作距離顯微鏡頭取像；二是每個 Bump 高度只有 20-40μm，視野極小、光量吃緊；三是事件轉瞬即逝，觸發時序要跟機台訊號綁在一起。機型上我們通常推 DITECT HAS-D71（VGA 解析度下可達 8,000 fps）做高幀率側拍，或 AOS L-PRI（全解析度1920×1080，依型號等級可達1,000~2,800 fps）在需要較大視野時使用。

② Stacking 對準精度驗證

多層 DRAM 堆疊的對位目標一般抓在 ±2μm 以內。靜態量測 AOI 做得到，但「貼合瞬間有沒有滑移」只有動態影像看得到——例如加熱頭下壓時的微振動，或焊料熔融瞬間晶片被表面張力帶偏。這類應用需要顯微放大倍率加上精準的外部觸發，感光度變成關鍵（放大倍率越高、進光量越少）。AOS S-PRI 的高靈敏度感光元件配合顯微鏡頭，是我們在這個場景的首選。

③ 翹曲（Warpage）動態量測

HBM 與 interposer 的熱膨脹係數不同，回焊或 TCB 加熱後封裝體會翹曲，嚴重時直接影響接合良率。傳統雷射點量測只能看單點，客戶真正想要的是「整個封裝面隨溫度變化的全場翹曲演化」。做法是高速攝影機搭配 DIC（Digital Image Correlation，數位影像相關法）：在試片表面做散斑，追蹤影像中散斑的位移，換算出全場的變形量。這是非接觸式量測，不會干擾試片本身。機型組合是 AOS L-PRI 加 DIC 分析軟體，100-3,000 fps 即可涵蓋多數熱循環速率。

④ ESD / 放電事件捕捉

靜電放電是 HBM 主要的損傷來源之一，麻煩在於 ESD 事件本身發生在奈秒到微秒等級，而且不知道會在產線的哪個環節出現。實務做法是用超高速相機長時間監看可疑工站，配合光電或電流觸發器，事件一發生就回溯錄影。這裡需要 DITECT HAS-EX 這個等級的機型——裁切至較小的感興趣區域（ROI）後幀率可拉升至數萬 fps 等級——才有機會把放電路徑拍下來。這類專案東茂儀器科技在竹科有實際支援經驗，架設與觸發整合都可以協助。

機型推薦對照表

台灣 HBM 供應鏈與應用場景

台灣在 HBM 供應鏈的角色集中在封測端：日月光（ASE）、矽品、京元電是規模最大的封測廠，HBM 相關的先進封裝產能多集中在竹科周邊廠區。對這些廠的製程與設備工程師來說，導入高速攝影最常卡的不是預算，而是兩個很實際的問題：機台側邊到底裝不裝得下相機？觸發訊號要怎麼從機台拉出來？

這正是東茂儀器把服務設計成「竹科到府借測」的原因。我們帶機台、鏡頭、打光到您的現場，先幫您評估側裝空間與工作距離，確認觸發整合方式（TTL、光電開關或機台 I/O），實際拍一輪給您看結果，再談要不要採購。借測不收費，拍到的影像檔案直接留給您做內部報告。

常見問題 FAQ

HBM 封裝需要多少 fps 的高速攝影機？

依製程步驟而定：TCB 接合監控約 1,000-10,000 fps，Stacking 對準驗證 1,000-5,000 fps，Warpage DIC 量測 100-3,000 fps 即可，ESD 事件捕捉則需要 40,000 fps 以上。建議先確認要觀察的事件時間尺度，再選機型，不必一開始就上最高規格。

高速攝影機可以檢測 HBM Micro Bump 的對位偏差嗎？

可以，但定位是「動態過程觀察」而非量產線上的良率判定。搭配顯微鏡頭與精準觸發，高速攝影機能拍下貼合瞬間的滑移與振動行為，解析出 μm 等級的動態偏移，適合製程開發與異常排查；量產全檢仍應由 AOI 負責，兩者互補。

HBM TCB 製程的高溫環境會影響高速攝影機嗎？

接合點溫度雖在 250°C 以上，但相機本體透過長工作距離顯微鏡頭在安全距離外取像，不會直接受熱。實務上要注意的是熱對流造成的影像擾動（heat haze），可透過拍攝角度、氣流管理與適當波長的照明來改善，借測時我們會協助調整。

DIC 技術如何用於 HBM Warpage 量測？

DIC（數位影像相關法）在試片表面製作隨機散斑，高速攝影機連續拍攝後，軟體追蹤散斑位移並換算全場變形量。相較單點雷射量測，DIC 能得到整個封裝面的翹曲分佈隨溫度的時間演化，且為非接觸式，不干擾試片熱行為。

東茂儀器科技有提供竹科 HBM 廠商的借測服務嗎？

有。東茂儀器提供竹科到府借測：我們攜帶 AOS、DITECT 高速攝影機與鏡頭、照明到客戶現場，協助評估機台側裝空間與觸發整合方式，實拍驗證後影像檔案留給客戶。借測不收費，歡迎來電 04-8857599 安排。

HBM4 改用 Hybrid Bonding 後，高速攝影機的需求會改變嗎？

需求會轉移而非消失。Hybrid Bonding 移除 Micro Bump 後，焊料熔融監控需求會減少，但接合面潔淨度、對位精度要求更嚴苛，貼合動態觀察、退火翹曲量測與 ESD 監控需求依然存在，且對放大倍率與感光度的要求更高。

作者：陳聖鑫 Alex Chen

東茂儀器科技有限公司｜業務窗口

10 年高速攝影機產業經驗，代理 AOS Technologies（瑞士）、SinceVision SSZN（中國）、DITECT（日本）、Mega Speed（加拿大）四大品牌，服務台灣半導體、汽車測試、學術研究客戶。

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