基本介紹
- 中文名：打線接合
- 外文名：Wire bonding
- 屬性：積體電路封裝產業中的製程之一
- 解釋：最常見的接合技術
打線接合,瓷嘴,楔型接合,球型接合,接合技術,熱壓接合,超音波接合,熱音波接合,接合材料,金,銅,銀,
打線接合
無論是何種打線接合的方法，都具有兩個焊接點，分別是位於晶片端的第一焊(First bond)及導線架端的第二焊(Second bond)。瓷嘴(capillary)是一種裝在打線機上的裝置，可讓線材穿過其中，類似縫紉機中的針，線材穿過位在打線機台上的瓷嘴，穿出瓷嘴的線材在晶片端經過下壓完成第一焊點後，線材就會與晶片上的基板連結，機器手臂上升將線引出瓷嘴，再將線材移往第二焊點，也就是導線架上的基板，一邊下壓一邊截斷線材，完成一個循環，緊接著再繼續下一打線接合的循環。 為了增加接合強度，在第二焊接點處，再壓上一顆球，稱之為BBOS(Bond Ball on Stitch)；或先壓上一顆球，再把第二焊接合在球上，稱為BSOB(Bond Stitch on Ball)。
瓷嘴
依照不同形狀的瓷嘴形狀，可將接合方式分為兩種，分別為楔型接合(wedge bonding)及球型接合(ball bonding)，兩者擁有截然不同的第一焊點及第二焊點，因此具有不同的空間特性。
楔型接合
楔型接合是將突出於瓷嘴的線材直接下壓至基板上，由於第一焊的限制，第二焊點的位置被限制在沿著第一焊接腳的方向上，無法如球型接合一樣自由，也因為如此，楔型接合的高度通常較球型接合來得小，外觀如拋物線一樣，焊點寬度約為1.5倍的線徑。
球型接合
球型接合則是先經過一個放電製程，稱為放電結球(Electronic flame off, EFO)，利用高壓電放電，將凸出瓷嘴的線熔化，因為表面張力的關係，金屬液體會凝固成一個球狀物，此時再下壓至基板上，接著引線向上，經過一個設定好的路徑，繞至第二焊點，直接下壓將線壓斷形成第二焊點，此魚尾形狀的第二焊點類似於楔型接合的焊點，常被誤認為楔型接合。 由於第一焊點的線材與基板呈現垂直的角度，因此第二焊點可自由選擇位置，不會受到第一焊位置的限制。此製程含有放電結球的步驟，因此稱之為球型接合，其焊點較楔型接合來得大，約2.5-5.0倍的線徑。 有時候為了降低球型接合的高度，會將一二焊位置交換，將二焊點接合在晶片上，使線材高度下降，業界稱為反打。
接合技術
打線接合發展已經很久，依照接合力的來源可分為三種，分別為熱壓接合(Thermocompression bonding)、超音波接合(Ultrasonic bonding)及熱音波接合(Thermosonic bonding)。
熱壓接合
超音波接合
由於部分基板不適合加熱，因此1966年發展出另一項技術，在接合的同時導入一超音波，除了接合之外還可協助清潔基板表面，此種方法可在室溫下操作，由於不須加熱即可達到與熱壓接合相同的效果，因此逐漸取代熱壓接合成為主流。
熱音波接合
結合兩者的優缺點，同時導入熱及超音波來接合，稱為熱音波接合。熱音波接合的溫度約控制在100-150℃，下壓力也遠低於超音波接合，可避免下壓力過大傷害基板，亦可避免溫度過高形成金屬間化合物。
接合材料
金
接合的基板通常是鋁薄膜，早期常用鋁線作為接合材料，鋁線雖便宜但易氧化，導電性也不是最好的，在封裝產業的可靠度要求越來越高的同時，使用不易氧化的貴金屬逐漸成為趨勢。金線具有良好的導電性及不易氧化的特性，加上其良好的延展性，在微米級線材製作上不易斷裂，逐漸取代鋁線成為主流。但金線的價格高昂，在低成本及金價飆漲的同時，主流地位逐漸被取代。 金線是以高純度為主，但還是會添加極為微量的元素增加線材強度，一般來說都還可以維持在4N以上的純度。
銅
銅線，雖然是易氧化的材料，但其高強度的特性，可將線材製作到更細的線徑但維持相同的強度，銅鋁生成金屬間化合物的速度也是金鋁的十分之一，金屬間化合物是兩種金屬接觸而生成的化合物，會增加物件的電阻並產生熱，導致物件更快失效，因此採用銅線可以避免電阻大量升高並增加可靠度。銅線的高強度，可使線材挑戰更高難度的連線形狀，如封裝層疊。 雖然銅線價格低廉，但其易氧化的特性容易使晶片失效，因此在外層鍍上一層抗氧化的薄膜逐漸成為主流線材。因此，銅線的發展主要是以鍍層線及超高純度銅線為主流，其中鍍層線又以鈀金屬為最大宗，一般厚度都在100nm以下，通常主打低電阻的半導體封裝，因此會使銅線整體電阻上升的合金銅線不被考慮。
銀
銀線具有與金線接近的機械性質，具有較銅線優良的抗氧化特性，在LED的封裝中，其優良的反光特性可增加約10%的光量，逐漸被套用在部分的封裝中。銀線在放電結球時，可形成非常圓的球，銀線與鋁基板的接合效果也非常好，金屬間化合物的生成也相對較少，可以增加其接合的可靠度。 銀線的主流為合金線，銀含量越高代表其電阻率越低，而可能會影響其接合品質，但其優異的反光特性，使其較常被套用在LED封裝製程，其電阻率就不是最重要的考量因素，一般來說銀合金線的主成分通常為可互溶的銀金鈀三元素，依比例不同有不同的電阻率及功效。鍍層銀線也是一種被考慮的線材，通常選用的鍍層為金，由於芯部為純金屬銀，因此仍保有純銀的超低電阻特性，可提供給各種封裝形式使用。
