LED陶瓷封裝之銲線實務解析(上)

 

刊登日期:2012/5/21
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高功率LED陶瓷封裝的應用於近年來日漸盛行,尤其在國際大廠,如Cree、Lumileds等公司的相繼帶動下,高功率LED封裝正朝陶瓷封裝方式發展。為了因應陶瓷封裝的需求,其相對應的製程技術如銲線製程將有別於傳統PLCC封裝,本文將著重介紹基本的銲線技術並針對應用於陶瓷封裝的特殊之處加以探討。
接合技術之種類
所謂接合技術就是連結兩個零件間或兩個電極間的技術。隨著科技的發展,至今共有以下三種接合技術:

(1) 銲線(Wire Bonding):
藉由金線或鋁線,一條一條地銲在晶片銲墊上與導線架上的銲線接合。
(2) 捲帶式自動接合(Tape Automated Bonding; TAB):
TAB就是利用捲帶與凸塊以取代打線接合技術中的導線架與銲線迴路,以達到晶片銲接一體化之目的。
(3) 覆晶(Flip Chip; FC):
1960年IBM首先研發出覆晶技術,覆晶技術也就是在晶片上I/O處產生凸塊,然後直接將晶片倒翻,接著於基板銲墊上的構裝接合技術。因為此種方式可利用銲錫之自動對準機理,使晶片與基板準確的接合,此不僅使訊號傳輸路徑減短、降低電感、減少訊號失真,更改變了原本打線接合技術與TAB技術晶片之銲墊只能分佈在晶片周圍的限制,大幅增加I/O數。以上三種接合技術示意圖可參閱圖一。

其中,銲線接合技術是目前LED封裝業中最普遍採用的接合技術之一。銲線接合技術依其技術不同又可細分成熱壓法、超音波與超音波熱壓接合法等三種。熱壓接合法是藉由熱壓擴散接合效應所進行的接合方法。利用溫度的提升增加金屬間的原子能量,再搭配適當的壓力,使金屬球因受壓而變形,並壓碎金屬表面的氧化膜,使銲線表面原子與銲墊表面原子之間產生金屬鍵結。另外,銲線與銲墊表面之高低處互相填充,產生彈性嵌合作用,也可使兩者產生有利的鍵結作用。超音波接合法是藉由超音波震動與加壓所產生的冷銲效應而完成接合之方法。利用超音波產生器產生超音波並同時施加一外力於瓷嘴上,而瓷嘴就在壓力與超音波能量的配合設定下,帶動銲線在接合表面迅速摩擦震動,使兩純淨金屬表面緊密接觸以達成銲接之目的。超音波的輸入除了能消除銲墊表面的氧化層與汙染外,尚可形成音波弱化效應(Acoustic Weakening),促進接合界面動態回復與再結晶等現象的發生,以形成接合。

超音波熱壓接合法為超音波接合與熱壓接合混合而成的技術。直到現今此種方式仍是電子構裝中最常被採用的接合方法。超音波熱壓接合法具備了熱壓法與超音波法兩者的優點,首先---本文節錄自「材料最前線」專欄,完整資料請見下方附檔。

 
圖二、超音波熱壓接合法之(a)球型-揳型銲點,(b)Kulicke &Soffa (K&S)1484型銲線機(1)

者:鄭景太/英特明光能股份有限公司經理
★完整檔案內容請見下方附檔。


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