中文焊線技術講義.ppt

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1、Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,目錄銲線的種類結球銲線(BALL BONDING)的操作結球銲線的實際操作Bonding用線材Bonding用瓷嘴銲線技術（製程技術）附錄拉力測試時Pull位置的影響 附錄關於CRATERING 附錄關於電鍍,銲線機操作的基礎,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,2,銲線的種類,Ball Bonder,Wedge Bonder,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

2、典),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，因此附加上超音波能量,熱壓著TPC方式,使用線來銲線的技術，最早是在年代，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。,Wedge Bonding鋁Al、金Au線,BALL BONDING金Au、銅Cu線,WIRE BONDING,超音波熱壓著方式,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,3,熱壓著法與超音波熱壓著法的比較,接合要素之比較,接合時所需的物理性効果比較,参考資料,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS

3、的基礎,4,銲線操作,搜尋動作在瓷嘴前端突出的線頂端形成金球，瓷嘴朝向銲點位置（PAD 表面）以低速（）下降。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。打線弧銲點完成後，瓷嘴朝銲點移動的過程中，瓷嘴上升約，釋出線弧形成時所需的金線長度。,線弧形成接著在瓷嘴從最高點朝銲點移動的過 程中，金線被瓷嘴吸入，連帶著多餘的線到 達銲點。銲點到達銲點後，依静荷重、超音波振動 及溫度，使金線被壓著在LEAD表面。FEED UP線尾產生點銲線完成後，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。金球形成瓷嘴上升至SPARK高度後，因放電而

4、使金線 前端形成金球。,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,5,結球銲線的實際操作手段,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,6,主要特徴,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,Bonding用金線金線的主要特徴,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。,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（MICOR METER：）的超細線不易吸收氣體對於熱壓著打線

5、，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（）的比較銀（.）銅（.）金（.）鋁（.）,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,7,電氣傳導性（電流傳導容易）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

6、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時，所通過的穩定電流為、則為該物體之電氣阻抗。截面積也一樣，在A中長度的線狀物體，A中的被稱做電氣阻抗率（電氣 阻抗比），是為單位的物理定數。電氣阻抗中電流流通，則產生每單位時間發生*2的焦耳熱（）。,用語解説,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,8,在高純度（：）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。,Bonding用金線金線的製造過程範例（引用自田中電子工業綜合目錄）,Ver.1,WIRE BO

7、NDING PROCESS的基礎,9,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，及應力的絶對値，來表示關係時，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 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

8、。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。,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,10,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,Bonding用金線對金線之要求,Ver.1,WI

9、RE BONDING PROCESS的基礎,11,各Type的高溫特性與Loop高度的關係,各Type線之強度,一般線：Y,C,FA,M3,G低Loop用線：GL-2,GLD高強度線：GMG,GMH合金線：GPG,Bonding用金線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）,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,12,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強度較強接合度提高與高純度線比較，電阻略高（.倍左右）

10、,合金線之特徴,一般的機械性強度，在強度測試中可同時測定出斷裂強度（）與伸展率（）,為因應近年來各種半導體封裝的應用，已投入開發純度（）（.）合金（Alloy）線的市場。,Bonding用金線合金線（）,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,13,合金、高純度金線範例,針對近年來急速以Pitch展開的Fine Pad Pitch化，提出下列要求,各金線之詳細特點，請參照各公司之目錄,在微小銲墊上打線 接合信賴性的提升隨著線徑的細小化 耐模流性的改良隨著線徑的細小化 改良金線強度,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（）與 KEEP的高強度線,Bon

11、ding用金線合金線（）,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,14,常溫（）與高溫（）的合金線與高純度線機械特性比較,Bonding用金線合金線（）（以下引用田中電子工業合金線資料）,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,15,在Molding下的線徑與模流的關係,Bonding用金線合金線（）,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,16,高純度線總粒子數：28粒子尺寸(m)：10.2,合金線總粒子数：73粒子尺寸(m)：6.3,Initial Ball的再結晶狀況（引用日鉄MICRO METAL合金線資料）,Initial

12、Ball的再結晶狀況對壓著後的球形、接合強度有很大的影響。,熱影響部分（：）SEM照片,Bonding用金線合金線（）,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,17,超音波、金球壓著徑、推球強度的關係,onding用金線合金線（）,合金線因添加鈀(Palladium)，金球結晶組織變得微細，金球硬度也略為變高，故打線時因金球的變形，破壞鋁氧化膜，的新生面形成後，此新生面（）與相互擴散，因而形成接合。Power時，能量為使硬球變形而被消耗掉，使得接合時所需的新生面可能無法完整形成。金球變形一定程度後，微細結晶粒能有効率地將超音波能量傳達至金球與鋁墊界面，獲得良好的接合效果。,

13、另一方面，高純度線的柔軟金球，會隨著US Power的増大而變形，而超音波能量則是同時進行金球變形與接合的能量消耗，來做接合。US Power時，從瓷嘴露出的部分開始變形，雖然金球尺寸變大，L氧化膜的破壞、相互核酸並無法消耗能量，造成推球強度幾乎毫無變化，單位面積的推球強度降低的結果。,上述解說內容，是由WIRE MAKER技術部門經理陳述,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,18,【計測條件】量測器:Tensilon(Orientec UTM-)樣本長度:10mm 拉力速度:1mm/min,線徑、球頸部分的拉力強度関係,Bonding用金線合金線（）,合金,高純度,V

14、er.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,19,使用系列時，雖會有奇怪的變形出現，但使用合金系列時，要提昇圓球完整性是很容易的。,壓著金球有花瓣狀（打線品質不良的一種），是與Initial Ball的再結晶粒大小、硬度有關。,壓著後金球的剖面SEM照片（引用自日鉄MICRO METAL合金WIRE資料）,Bonding用金線合金線（）,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,20,Bonding用金線合金線（）,使用該合金線時，產生有溶解物，使得與的活性化能量提昇，抑制金球與鋁墊間的相互擴散。此結果抑制的発生，抑制被Mold樹脂腐蝕的和金屬間化合物產生、提昇

15、接合度。,提昇金Au與鋁Al間的接合信賴性,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,21,Bonding用金線金線廠商分佈（總公司所在地）,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,22,WD:Wire Diameter(線徑)H:Hole Diameter(孔徑)CD:Diameter(溝槽徑)CA:Chamfer Angle(溝槽角度)OR:Outer RadiusFA:Face Angle(仰角)T:Tip(前端徑),Bonding用瓷嘴瓷嘴基本尺寸（本項目之圖片、資料等，引用自SPT及PECO的技術資料）,FA,瓷嘴是以下列尺寸所設計製作的，這些尺

16、寸影響壓著到銲墊的金球尺寸，也影響壓着至LEAD的STITCH尺寸，故需仔細研究。,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,23,H,WD,Bonding用瓷嘴直接影響打線的瓷嘴尺寸規格（）,孔徑（Hole Diameter）孔徑是依既定線徑（）所決定的。標準為線徑的.倍,WD:Wire Diameter(線徑)H:Hole Diameter(孔徑),為控制縮小用於Fine Pad Pitch時的金球尺寸，希望能有相對於線徑更小的孔徑，線徑.倍以下的孔徑將成為主流。,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,24,對於要求的金球壓著徑來講，溝槽直徑過大。,

17、Bonding用瓷嘴直接影響打線的瓷嘴尺寸規格（）,溝槽直徑（=Chamfer Diameter）銲墊開口部金球尺寸溝槽直徑直徑若過大，則打線強度會有變弱的傾向,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,25,Bonding用瓷嘴直接影響打線的瓷嘴尺寸規格（）,溝槽俯角以傾向來說，以所定的俯角：小金球尺寸：小俯角：大金球尺寸：大,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,26,Bonding用瓷嘴被Bond Pitch限制之瓷嘴尺寸規格,尺寸、圓椎角由既定的Bond Pitch、Loop高度所決定,Min B.P.P.=Tip/2+Tan(CA/2)(L.H

18、.-B.T.)+W.D/2+AB.P.P:Bond Pad Pitch（打線銲墊距離）L.H.:Loop Height（線弧高度）B.T.:Bond Thickness（球壓著厚）W.D.:Wire Diameter（線徑）A:Bonder Accuracy+Operator Accuracy（打線機精準度操作精準度）,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,27,Bonding用瓷嘴Fine Pad Pitch用瓷嘴 線徑與孔徑之關係,能使相對於線徑的孔徑變小，其重要因素為，瓷嘴的材質變更、加工技術的進歩。,為了使孔徑與線径的比率低於.，Initial Ball直徑也就小

19、於線徑的.倍，造成脫線，因而便得沒有意義。,再加上，的線徑比必須在Initial Ball原始金球直徑的.以上,金球形狀的變更,磁嘴内部形狀的變更,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,28,【對應Fine Pitch的瓷嘴特性比較】,Bonding用瓷嘴瓷嘴材質變更,大部分瓷嘴廠商為改良瓷嘴特性，將3（氧化鋯）添加在原来的23（Ceramic陶）中。3的添加量依製造廠商而不同。公司因3（氧化鋯）添加量較多，故Vickers硬度較低。參考欄中，使用多結晶紅寶石(232）的瓷嘴，顯示出物理定數給您參考。,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,29,Bo

20、nding用瓷嘴磁嘴廠商之分布（總公司所在地）,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,30,Ball Bonding Process超音波熱壓著之操作（無線弧控制之情形）,超音波荷重熱,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,31,Ball Bonding Process超音波熱壓著之概念此概念十分重要,磁嘴焊接處,銲墊的乾浄面露出,隨著滑走變形產生轉化,轉化周圍的空孔密度増大,Al/Au原子的擴散定數増大,轉化、空孔密度増大,原子的濃淡差距増大,金球的初期塑性,銲墊材質軟化使塑性變形増大,熱,金球塑性變形之進行,超音波振動印加,荷重,Al原子與Au原

21、子相互擴散而產生接合,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,32,Ball Bonding Process球形打線操作與接合過程(),因衝撃荷重造成金球銲墊的塑性変形（滑走變形）,滑走變形造成轉化使得轉化周邊的原子移動（擴散）有助於空孔密度增高的傾向,因滑走變形增大，能使轉化增多，空孔密度變高的話，原子的移動（擴散）也變得容易。,轉化密度高的狀態可說是提高空孔密度良好之條件,塑性變形（滑走變形）增大初期變形量的増大衝撃荷重的増大（軸慣性増加、搜尋速度増快）,滑走變形因發生滑走線（帶），使銲墊表面氧化皮膜(氧化鋁)產生破壊，並出現新生面。,Ver.1,WIRE BONDIN

22、G PROCESS的基礎,33,Ball Bonding Process4球形打線操作與接合過程(),因超音波振動、荷重、熱造成金球變形擴散接合,因超音波振動、荷重、熱造成金球變形擴散接合,進行金球的塑性變形,促進新生面的出現,塑性變形產生，則轉化增多、空孔密度變高，原子越容易移動(擴散)。,Arrhenius公式指出原子的擴散定數與温度息息相關,可能是因為最近的低溫傾向，使得人們對要靠溫度來增加擴散定數的期望降低,為使超音波能量能充分印加上去，必須預留金球的變形量,Hooke彈性定律指出原子的濃淡差異越大，則原子的擴散數量愈多,要讓原子的濃淡差異變大，則需要足夠的超音波,金球的初期變形量減低

23、,被印加的超音波能量大多都在金球變形後消耗殆盡，剩餘的能量可有助於擴散接合之需要,使傳達往接合面附近之超音波振動効率良好高周波化,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,34,o o:共振周波数，:Horn内音速，:波長 例）o:100kHz，v:4,920m/sec，:49.2mm,超音波Horn振動子的輸出振動振幅呈機械性増加代表性材質：不銹鋼、鈦合金、鋁合金形状：函數形Exponential Type、圓錐形Real（Conical）Type等振動子以金屬板將壓電素子夾在中間壓電素子的一般材質：(鈦酸鋯酸鉛)金屬部分的一般材質：不銹鋼、鈦合金、鋁合金,Ball Bon

24、ding Process5超音波(),Transducer的構造與特性（振動子及Horn的振動分布）,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,35,Ball Bonding Process6超音波（）,System Block,瓷嘴的振動分佈,扭力板手用於安裝瓷嘴與鎖螺絲之扭力板手TOOL治具調整瓷嘴長度之工具,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,36,Ball Bonding Process 7第銲點（）,1st Tool Height(um),Search Height(um),1st 打點面,Search Speed(mm/sec),1st銲點

25、之步驟,FAB 形成,1st 搜尋動作,ork Touch瓷嘴銲接處因衝撃荷重的球形初期塑性變形，隨著球形變形使銲墊表面乾浄面出現,接合因溫度、荷重、超音波振動造成塑性變形、乾浄面出現、或因Al/Au原子的相互擴散而形成接合,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,37,Ball Bonding Process第銲點（）,1st銲點之步驟,FAB 形成,1st 搜尋動作,ork Touch瓷嘴銲接處因衝撃荷重的球形初期塑性變形，隨著球形變形使銲墊表面乾浄面出現,因Work Touch時的衝撃荷重（Impact Force）使金球發生初期塑性變形。衝撃荷重（Impact Fo

26、rce）來自於Bonding Arm的質量、搜尋速度所需之能量。,連續打線,接合因溫度、荷重、超音波振動造成塑性變形、乾浄面出現、或因Al/Au原子的相互擴散而形成接合,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,38,Ball Bonding Process9第銲點（）,1st銲點之步驟,FAB 形成,1st 搜尋動作,Work Touch 瓷嘴銲接處因衝撃荷重的球形初期塑性變形，隨著球形變形使銲墊表面乾浄面出現,接合因溫度、荷重、超音波振動造成塑性變形、乾浄面出現、或因Al/Au原子的相互擴散而形成接合,連續打線,ork Touch,1st Bonding,2nd Bond

27、ing,接合,1st銲點（Au-Al的不同種金屬的接合）打線時之接合也可以說是，Au與Al原子在固體狀態下相互擴散之結果,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,39,1st 銲點之步驟,接合因溫度、荷重、超音波振動造成塑性變形、乾浄面出現、或因Al/Au原子的相互擴散而形成接合,球形的初期塑性變形,塑性変形至所定的球形尺寸為止,溫度熱動能：Et,超音波超音波能量：Eu,荷重,Ball Bonding Process10第銲點（）,接合時必要的能量,熱能,超音波能量,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,40,停留在熱板（200)時間合金成長之範例,a

28、ll Bonding Process11銲點（5）,晶片上銲線順序依序為區區區區Wire Type與比較下，僅有線之不同兩線之間從區到區推球強度增加，係因受邊間的誤差影響放置時間秒之資料中，依區區區區依序推球強度增加，係因打線後受熱時間長短所致。放置時間在秒之資料中，兩種線之推球強度同樣增強，可明顯判斷惟因受熱使合金層成長所致。,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,41,Ball Bonding Process12第銲點（）,2nd Tool Height(um),Search Height(um),2nd 打線面,Search Speed(mm/sec),2nd 銲點

29、之步驟,線弧形成,2nd 搜尋動作,ork Touch瓷嘴銲接處衝撃荷重使金線的初期塑性變形、LEAD表面的乾浄面出現,接合因溫度、荷重、超音波振動的塑性變形、乾浄面露出、或Ag/Au或Au/Au原子的相互擴散所造成之接合,連續打線,線弧形成,Z軸原點,2nd 搜尋動作瓷嘴的低速下降動作,1st Bonding,2nd Bonding,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,42,Ball Bonding Process13第銲點（）,2nd 銲點之步驟,線弧形成,2nd 搜尋動作,Work Touch瓷嘴銲接處衝撃荷重使金線的初期塑性變形、LEAD表面的乾浄面露出,接合因

30、温度、荷重、超音波振動的塑性變形、乾浄面露出、或Ag/Au或Au/Au原子的相互擴散所造成之接合,除了2nd打線確實接合外，在供線的過程中，將金線確實殘留之步驟亦同樣重要。,與LEAD確實結合STITCH的形狀捲線,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,43,all Bonding Process14第銲點（）（有關第2銲點之課題）,接合強度不足造成打不黏、鬆銲斷線造成稼動率降低因Heel Crack造成問題,超過限度的打線條件會發生飄線,鬆銲雙重壓痕打線不良的跡象,瓷嘴前端形狀的最佳狀態導線架部份的電鍍技術對打線可能性有很大影響衝撃、接合PROFILE的最佳狀態荷重vs

31、超音波Work的最佳固定方法承受台部份的振動抑制,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,44,OR尺寸：太小,因荷重不足導致接合面無法有效運作形成鬆銲、打不黏,接合面荷重過度、造成崩塌Heel Crack,all Bonding Process15第銲點（）,瓷嘴前端的最佳狀態,OR尺寸：最佳,OR尺寸：太大,Heel Crack,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,45,Ball Bonding Process16第打點（）,導線架之電鍍技術對打線狀態有很大影響,底層鍍鎳之厚度銅汚染有機汚染因SUBSTRATE基板不同，電鍍層厚度也不同鍍金、電鍍

32、條件對打線之影響鍍金表面的汚染,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,46,超音波荷重熱,線弧的形成，是依使用金線的機械性質、金線釋出量、線弧形成時的瓷嘴軌跡等因素所決定。,Ball Bonding Process17線弧形成技術（1）,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,47,Ball Bonding Process18線弧形成技術（2）,代表性線弧之形狀,QFP、BGA:長線弧、梯形線弧SOT、LED:短淺弧、低線弧、梯形低線弧,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,48,Ball Bonding Process19線弧形

33、成技術（3）,線弧形成所需之重要技術Z軸的軌跡金線的吸入2nd銲點條件金線的機械性質,Z軸的軌跡st倒轉：線弧高度2nd倒轉：梯形的高度（梯形線弧時）下降至2nd Bg的軌跡：線弧變形、鬆弛金線的吸入線弧變形、鬆弛金線路徑污垢、磁嘴内部污垢HOLE SIZE等等之影響2ndBg條件US過強造成飄線配合2nd銲點條件的組裝相當重要金線的機械性質HA再結晶長度產生弧高的影響,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,49,Ball Bonding Process20線弧形成技術（4）,依軸軌跡，可決定線弧之大小,#1 REVERSE,#2REVESE,產生線尾,2nd 打點,金線

34、吸入,針對Z軸下降到基準軌跡，若通過内側、則會產生低線弧、線弧變形若通過外側、則會產生高線弧、拱起、鬆弛等現象,Z軸的下降軌跡,外側,内側,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,50,Ball Bonding Process21線弧形成技術（5）,再結晶區域的長度亦為決定弧高的重要因素,再結晶區域(HAZ:Heat Affect Zone)長度之參考範例,(Ball Dia.=25um 2.5),Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,51,金球通常稱為（原始金球）、（Free Air Ball）、初期金球,Ball Bonding Process22

35、FAB形成（1）,金球形成手段的種類與變遷,正極式,負極式,負極性的原始金球形成能力較優,電氣放電較安全、經濟,固定式、高速銲線對應性及維修較有利,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,52,Ball Bonding Process23FAB形成（2）,在正極式中，因金線變成負極由氣體放電、加速正離子與金線發生（金球）撞擊。,以負極式為主流的理由,正離子（質量：mi)為中性粒子（質量：mn）喪失電子（質量：me）後產生的。因此，質量的關係為 mn mi me而運動能量為 2所產生每1個正離子運動能量的差異也相當大,正離子與金線及金球撞擊，使得原子被彈出，也就是產生所謂的濺

36、射効果，造成原子飛散到瓷嘴之問題。而且，每一個正離子的能量過大，使得球徑無法做細微妙的調整。（控制金球球徑的分解能較粗糙）,正離子與電子比較其質量相當大（數千數萬倍），每一個運動的正離子所產生的運動動能其位數值不同，數值的差異也相當大。,基於上述理由，造成正極式的消失。,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,53,Ball Bonding Process24FAB形成（3）,依獲取放電電極的方法不同，放電形體不同,正極放電電極是正極的狀況下，其特徵是Arc電弧會爬升到金線上方。以物理上來說為了讓熱電子放出追求更安定的點，也就是工作函數小的表面領域，擴展陰極領域、Arc電弧

37、爬升到金線上方電流中心的電子，從金線被釋放出來，被拉到放電電極上而產生電流，但電子從金線被放出時，要尋求電子更容易被放出（工作函數小）的點，而電弧就擴展到金線上方。,負極負極的狀況下，電弧不會爬升到金線上方。物理上來說，為了使電子集中在能以最短距離到達的金線前端，形成陽極點，因此使用安定的溶化模式。電子從負極放電電極被放出，被拉到金線上產生電流，而從放電電極被放出的電子，集中到距離最近的金線前端、以形成安定的金球。另外，負極狀況下的特徵是，電弧擴展到放電電極的表面。這是因為電子從放電電極被放出時，會尋求更安定的點，也就是工作函數小的點，而要擴展陰極領域。,正極式,負極式,Ver.1,WIRE

38、BONDING PROCESS的基礎,54,P1:初期能量,電子與正離子二者皆為電流之主角,電極材質、電極形狀的最狀態,Ball Bonding Process25FAB形成（4）,Paschen 法則放電開始電壓，為電極間距離與氣體壓力體積的函數監控放電開始電壓，即可知道放電Gap的大小。,移動往火花放電（放電開始）,金球形成過程範例,Townsend 的氣體放電理論,白熱放電中的金線溶化（金球形成）,P2:熱傳導至金線時的損失P3:體積Vp的金線溶化時所需的 必要能量成分,火花放電往白熱放電（自體持續放電)的移動,對金線的電子撞擊 金線溶化對電極的正離子衝突 電極的摩耗,無法往Arc放電弧

39、移動,隨著球徑變大，佔金球形成的總能量比例 會變大往金線的熱傳導，與線尾長度有很大關聯線尾長度短時，透過金線流往瓷嘴的熱，會使 變大特別是要形成小的金球時，線尾長度的安定則 更加重要,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,55,Ball Bonding Process26FAB形成（5）,Gap的依存性（可動式：正極性vs固定式：負極性）,最近，因EFO的輸出控制改善，對Gap的依存性也逐漸變少,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,56,拉力強度測試Pull Position的影響（）,金線拉力測試的目的,st BOND邊的評估Ball bond的

40、強度Ball neck部的強度再結晶區域的強度REV動作的影響,nd BOND邊的評估STITCH bond的強度Heel部份的強度,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,57,了解Pull Strength會因 Pull Position 而有很大的不同。舉例說明因Pull Position不同所產生變化。,比較Pull Position在 Center與Top 的情形時TOP Pull Strength 會變大,拉力強度測試2 Pull Position的影響（2）,Pull Position:Top:CenterWire Dia.:25uBonding Temp.:

41、180Deg.Loop Height:180um,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,58,Pull Position在Top附近時求得的Pull Strength:，1 幾乎接近90deg.故FF1，Breaking Mode為C（在金線部份斷裂）,Pull Position靠近Center時，得到F1=F2的1與2角度,在Pull Position進行Pull Test的話，則在Ball Neck部份或Stitch Bond部份較弱的地方斷裂,若將Pull Strength:以下列方式思考，就比較容易理解。加附在1st銲點的力量:F1；加附在nd銲點的力量:F2,拉

42、力強度測試3 Pull Position的影響（3）,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,59,拉力強度試験4Pull Position的影響（4）,一般的Pull Position是Loop的Top、Wire Span及Lead前端附近等3處。,在Top附近的Pull Test，是在評估Ball Neck部份的Wire強度時被採用的。,在Lead前端附近的Pull Test，是在評估2nd銲點的Stitch Bond部份的強度時被採用的。,根據上一頁列出之公式，F2=，Pull Position在Lead前端附近時，求得的Pull Strength:F，2幾乎接近90

43、deg.，接近Stitch Bond部分強度F2，可求得Breaking Mode為D（在Stitch Bond部份斷裂）或E（Stitch部份剝離）。,為了求得更精準的Pull Strength，必須在Wire Span進行Pull Test。此時的Pull Position，必須考慮到線長、1st Bond與2nd Bond間的段差後再決定。,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,60,CrateringCratering之意義,發生脆性破壞的過程,Micro Crack的傳播,脆性破壊,脆性破壞：brittle fracture材料破壞時，延展性幾乎跟著破壊之現象。

44、即隨著變形，無法支配轉化的運動，而在彈性領域内，因邊牆破裂及結晶粒界等發生龜裂，而造成瞬間破裂之現象。,Micro Crack的発生,只讓Crack發生的力量在Pad下面活動,此力量來源為何？,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,61,Cratering2 荷重與熱度的影響,Bonding荷重（静態的、動態的）,特別是動態荷重（撞擊及荷重之變動）為問題所在,力量本身是極小値的（最大也只有數百克程度）,若考慮到應力（每一單位面積），則發生Crack有可能要附加上充分的應力,使用合金或銅線等較硬的線時，光是撞撃便使裂縫發生的可能性升高,平常被使用的金線，因球的彈性可吸收動態

45、的荷重，所以大多不會發生裂縫,必須使Bonding Head的慣性變小下降搜尋檔案為最適當的狀態是必要的,因為球變小，使得球與Pad的接觸面積變小，而應力有變大的傾向,必須注意控制動態的荷重（撞擊與荷重之變動）,球存在状態下，需測量加在pad表面的荷重為多少？,Wire Bonding時，金的熱傳導率相當高，且金的體積（熱容量）小，所以很難想像因温度高低差而產生裂縫,熱,發生較大溫差時，因熱膨脹差發生的應力產生裂縫,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,62,Cratering超音波振動的影響,超音波振動,縱向振動的影響,需考慮注意超音波振動時的縱向（軸方向）振動成分,P

46、ad與瓷嘴間，因有金球在，即使假設瓷嘴發生純粹的橫向振動，在球與Pad的接觸面，也是會發生縱向的應力作用,瓷嘴本身的振動包含縱向的振動成分,Bonding中，需將上述因動態荷重產生的縱向應力，與因超音波所產生的縱向應力，二者相加的應力，加在Pad底部,横向振動的影響,縱向振動不正確,一般發生裂縫応力稱為金的剪断強度,発生裂縫前因球已完全変形因此很難想像純粋的横向振動會導致裂縫之發生,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,63,縱向振動的影響,傾斜速度的影響,Cratering超音波的縱向振動與高周波化的關係,超音波中，也一定包含縱向的振動成分,超音波的POWER會變大，超

47、音波的縱向振動振幅也一定變大,若POWER變大，縱向振動成分也變大，因此要產生使Crack發生所需的足夠應力的可能性也變高,高周波化優點之一、因振動次數増加，振動振幅就能減小,因振動次數增加，振動振幅也能減小，隨著振動振幅減小，縱向的振動成分也能變小因高周波化，可期待損傷能減低,藉由高周波化，超音波的能量比率變高，被使用在金球變形以及接合上，所以Crack發生時所必要的能量也就變小,在此舉出另一重要因素，傾斜速度的影響,一般像金這種（face centered cubic面心立方）的金屬，傾斜速度越増加，變形越難（變硬）,因高周波化，瓷嘴振動更有効率（從金球的變形量小的時間點開始），傳達到Pa

48、d與Ball的界面（這裡所説的振動是指、横向振動的成分）,横向振動成分有効率的作用至Pad與Ball界面，相反的，縱向的振動成分變小的傾向,瓷嘴與金球的接觸面變位至横向時，若考慮到作用在Ball與PAD表面的力的向量，則因在PAD表面的横向成分變大，縱向的成分就變小,判斷因縱向成分變小，Crack就不容易發生,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,64,Cratering針對Cratering 的對策,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,65,Lead的表面處理表面處理的種類（）,乾式：溶化電鍍、保溫電鍍、真空蒸著、Sputtering,濕式：電解

49、電鍍、化學電鍍,表面處理(電鍍）,化學電鍍（無電解電鍍）使用還原劑，從包含金屬鹽的水溶液中，解析在目的物上的金屬的方法。其優點是，不論在怎樣形狀的物品上，都能達到電鍍厚度均一；電鍍設備簡單等。相反的有以下缺點：電鍍速度慢，解析出的金屬純度會有問題、光澤電鍍難、電鍍壽命短、較電氣電鍍成本高。,電氣電鍍（電解電鍍）目的金屬離子，或是目的金屬離子與其他離子結合的錯誤離子，包含此二種離子的溶液，透過直流電流電解，用於陰極（Cathode）材料時，覆蓋目的金屬的方法。,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,66,兩種都加上了Flash或Strike的（.左右）基本鍍金（），確保與的

50、緊密結合,Lead的表面處理表面處理的種類（）,以一般構造來說，在（回路）Pattern上近行以下電鍍電解電鍍：鍍鍍無電解電鍍：d處理鍍鍍,厚度可順利變厚使用還原劑，讓離子對金屬的反應，積層在上面成本較高，但因可做厚膜處理，打線可能性亦佳,基板上的電鍍,無電解電鍍,Ver.1,WIRE BONDING PROCESS的基礎,67,Lead的表面處理基板上的電鍍與銲線性能,因無法發現特別明確的條件，目前狀況是在對各基板廠商的產品進行評鑑及引進中。關於電鍍技術（電鍍液等的處理方法），因各公司所擁有各自的Know How，沒有得到詳細情報的明確指示。關於基板上的鍍金厚度，最新技術雖已可能做到.的鍍金