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焊线机操作的基础


銲線機操作的基礎 銲線機操作的基礎
目錄 銲線的種類 1.銲線的種類 結球銲線(BALL BONDING) 2.結球銲線 的操作 3.結球銲線的實際操作 4.Bonding用線材 用線材 5.Bonding用瓷嘴 用瓷嘴 6.銲線技術(製程技術) 銲線技術(製程技術) 技術 技術
附錄1.拉力測試時Pull位置的影響 附錄2.關於CRATERING 附錄3.關於電鍍

Ver.1

WIRE BONDING PROCESS的基礎

1.銲線的種類 銲線的種類
WIRE BONDING
將半導體IC晶片上的接續電極與Package外部引出用端子之間,利用打 線予以連接。將相連的金屬加熱,以熱或超音波振動、或熱+超音波振 動,使其接合。 (源自於: SEAJ 半導體製造機台用語辭典)

BALL BONDING 金Au、銅Cu線
Ball Bonder

熱壓著TPC方式 打線溫度:300℃前後 低溫化 打線溫度:100~200℃前後

超音波·熱壓著方式 超音波· 壓著方式
此方式是以降低打線溫度為目的所開發而成。 為彌補因溫度低造成熱能減少, 為彌補因溫度低造成熱能減少,因此附加上超 音波能量

Wedge Bonding 鋁Al、金Au線
Wedge Bonder
Ver.1

使用Au線來銲線的技術,最早是在1950年代,由 美國貝爾研究所的研究小組所確立,之後美國機台製造 廠商開發手動式機台,將結球銲線的操作被實際應用, 且普及的被採用至今。

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参考資料
熱壓著法與超音波· 熱壓著法與超音波·熱壓著法的比較
接合要素之比較- -接合要素之比較-
項目 接合要素 熱壓著法 熱 荷重 銲針磨動VIB 高 (300℃以上) 超音波·熱壓著法 熱 荷重 超音波振動U.S. 較低 (200℃前後)

溫度

接合時所需的物理性効果比較- 時所需的物理 -接合時所需的物理性効果比較-
熱壓著法 接合所需的物理性効果 塑性變形増大
變形量増加 空孔密度増大

超音波·熱壓著法 優(超音波振動) 優(超音波振動)

(銲針磨動) (銲針磨動)

因温度使原子 擴散定數増大 原子密度差距(濃淡斜率)増大 Ver.1

優 (高溫) 劣

劣(較低溫) 優(超音波振動) 3

WIRE BONDING PROCESS的基礎

2.銲線操作
※無線弧控制之情形
半導体 晶片

③ ④ ②
金線釋出 金線吸入


LEAD



搜尋動作 搜尋動作 ⑥

1st 銲點



線弧形成
放電 形成金球



線弧軌跡形成

2nd 焊點

FEED UP線尾產生 UP線尾產生

金球形成 金球形成

搜尋動作 ① 搜尋動作 在瓷嘴前端突出的線頂端形成金球,瓷嘴朝向1st銲點位置(PAD 表面)以低速(5mm/sec-20mm/sec)下降。 st銲點 ② 1st銲點 瓷嘴碰觸到銲墊表面後,依静荷重、超音波振動及溫度,使金球被 壓著在銲墊表面上。 ③ 打線弧 1st銲點完成後,瓷嘴朝2nd銲點移動的過程中,瓷嘴上升約 5mm,釋出線弧形成時所需的金線長度。

④-⑤ 線弧形成 接著在瓷嘴從最高點朝2nd銲點移動的過 程中,金線被瓷嘴吸入,連帶著多餘的線到 達2nd銲點。 nd銲點 ⑥ 2nd銲點 到達2nd銲點後,依静荷重、超音波振動 及溫度,使金線被壓著在LEAD表面。 UP線尾產生 ⑦ FEED UP線尾產生 2nd點銲線完成後,為了下次的打線時形 成所需的金球,既定的金線被釋出,上升 到SPARK的高度。 金球形成 ⑧ 金球形成 瓷嘴上升至SPARK高度後,因放電而使金線 前端形成金球。

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4

結球銲線的實際操作手段 3.結球銲線的實際操作手段
導線架L/F 導線架 /基板 接著劑 半導體晶片 半導體晶片 DIE BONDER DIE BONDER 烘烤



Ball BONDER 機台技術 技術) (機台技術)

Ball Bonding
瓷嘴
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打線技術 打線技術 製程技術 技術) (製程技術)
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Ver.1

Bonding用 4.Bonding用金線
金線的主 4-1 金線的主要特徴
在現今半導體組裝過程中超音波·熱壓著打線方式為Ball Bonding的主流,而金線是 最適合且不可或缺的半導體DEVICE封裝材料。

主要特徴 在大氣中或水中,化學性安定,不會氧化 在金屬中,延展性最佳、於打線時可使用加工至直徑10~38μm (MICOR METER:1/1000mm)的超細線 不易吸收氣體 對於熱壓著打線,硬度最合適 其機械性的強度可承受樹脂封膠壓力 僅次於銀、銅的高導電性 電阻比率(μΩ·cm)的比較 銀(1.6)<銅(1.7)<金(2.3)<鋁(2.7) 等上述極佳的化學、機械特性
※本項資料、圖表等,自田中電子工業及日鉄MICRO METAL技術資料轉載

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用語解説
電氣傳導性(電流傳導容易) 電氣傳導性 影響金屬導電程度,也就是決定電子移動量的重要因素,包含金屬結晶中的自由電子數、金屬 結晶兩端的電位差、妨礙自由電子移動的阻抗等因素。 自由電子數,一般以1價的金屬最多、導電性高。 結晶中兩端電位差越大,自由電子數越多,導電性也越高。 電氣阻抗越小,則移動電子數越増加、導電性也越高。

自由電子 相對於不能與原子或分子相離太遠的束縛電子,自由電子可在真空或物質中自由移動。 金屬中的傳導電子在傳導帶時就是自由電子,因與格子振動的相互作用,有說明導電、 熱傳導、比熱、磁性等特徴。

電氣阻抗 施與在物體一定電壓V時,所通過的穩定電流為I、則R=V/I為該物體之電氣阻抗。 截面積也一樣,在A中長度L的線狀物體,R=ρL/A中的ρ被稱做電氣阻抗率(電氣 阻抗比),是[Ω·cm]為單位的物理定數。 電氣阻抗中電流流通,則產生每單位時間發生I*2·R的焦耳熱(W)。

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Bonding用 4.Bonding用金線
金線的製造過程範例 製造過程範 4-2 金線的製造過程範例
(引用自田中電子工業綜合目錄)

在高純度(5N:99.999%)の純金中添加特定的不純物質,以及在加工過程 中的均勻擴散處理(熱處理:Anneal退火),可製造出具有各種特性之線種。

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用語解説
壓延加工 壓延加工是指形成平板狀、某固定形狀、棒狀、管狀等的多功能加工法。依加工材料的溫度可分 為熱壓延與冷壓延。熱壓延是處理較大材料的壓延。 冷壓延,因是在常溫下,當然絕對應力阻抗高,加工困難度也變高,但尺寸精準度較佳,可達到 成品表面完美的目的。 固定形狀材料的壓延,是在滾筒內沿著溝道成形,隨溝道形狀的依序變化,而逐漸接近成品的多 段式滾筒壓延。

應力阻抗 從應力-應變曲線,取得塑性應變的絶對値ε,及應力的絶對値σ,來表示σ-ε關係時,σ是 在塑性變形時的材料特有數値。這數值就稱為應力阻抗。 應力阻抗之測定 應力阻抗之測定 材料應力阻抗之測定,有拉力測試、壓縮測試及硬度測試等等。 其中最常做的測試是拉力測試,降伏應力、或是耐力、拉力強度等特性外,伸展、壓縮 、加工硬化指數、r值等特性,都可由塑性變形求得。 壓縮測試方面,雖然不像拉力測試時易發生中間細的狀況,但若不注意減少工具與材料間摩擦之 問題,會有Barreling的狀況發生。硬度測驗,其優點是可在細微部分測定,但需要誤差處理。

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Bonding用 4.Bonding用金線
對金線之要求 4-3 對金線之要求
除純度以外,金線要求以下機能 尺寸精準度高(能控制在0.1um) 表面圓滑、有金屬光澤 表面無髒物、污垢 拉力強度、伸展率能達指定程度 捲線狀況少 在金線前端形成的球,其形狀一定且非常圓

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Bonding用 4.Bonding用金線
Bonding用 4-4 Bonding用金線列表
(田中電子工業製金線範例 有關其他公司的線,請參照目錄)
一般線 低Loop用線 高強度線 合金線 :Y, C, FA, M3, G :GL-2, GLD :GMG, GMH :GPG

各Type的高溫特性與Loop高度的關係

各Type線之強度

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4.Bonding用金線 Bonding用
合金線 4-5 合金線(1)
為因應近年來各種半導體封裝的應用,已投入開發純度2N(99%)~ 3N(99.9%)合金(Alloy)線的市場。

合金線之特徴 與高純度線做比較,在常温及高温時的機械性強度較高 耐模流極優 在大氣中、可形成完整的圓球 Initial Ball本體的再結晶粒小 與高純度線比較、接合力高 Ball Neck強度較強 Au/Al接合度提高 ■與高純度線比較,電阻略高(1.3倍左右)
一般的機械性強度,在強度測試中可同時測定出斷裂強度(gf)與伸展率(%) Ver.1
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Bonding用金線 4.Bonding用金線
合金線 4-5 合金線(2)
針對近年來急速以Pitch展開的 Pitch化 提出下列要求 針對近年來急速以Pitch展開的Fine Pad Pitch化,提出下列要求 近年 展開

在微小銲墊上打線 接合信賴性的提升 接合信賴性的提升 隨著線徑的細小化 耐模流性的改良 流性的改良 隨著線徑的細小化 改良金線強度 改良金線強度 金線

要求開發新線種,擁有舊有高純度線所無 法擁有的特性


開發合金線(2N~3N) 合金線 與4N KEEP的高強度線 高強度線
田中電子工業 日鉄MICRO METAL

合金線 GPG R,G

高強度線 GMH,GMG NT5

合金、高純度金線範例
各金線之詳細特點,請參照各公司之目錄

Ver.1

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Bonding用 4.Bonding用金線
合金線 4-5 合金線(3)
以下引用田中電子工業合金線資料) (以下引用田中電子工業合金線資料)

常溫(25℃)與高溫(250℃)的合金線與高純度線 機械特性比較
高溫特性範例 (φ25um) 特性範
250 Degree x 20sec 維持後狀況 250 Degree 的環境下強拉
Type A : 9.0g Type B : 8.5g 合金線 合金線 高純度線 高純度線

Breaking Load (gf)

Type C : 8.0g

Type D : 3.3g Type E : 3.0g

Elongation (%)

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Bonding用 4.Bonding用金線
合金線 4-5 合金線(4)
在Molding下的線徑與模流的關係

高純度線

合金線

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