18微米就能燒結成球 成大讓「平庸」鋁線也能打線接合
▲成功大學材料科學及工程學系教授洪飛義（左三）、呂傳盛（左二）教授花費4年研發直徑18微米且能夠燒結成球，可作爲「打線接合」的精細鋁線。（圖／成功大學提供）
IC或LED晶片封裝，現多采用金、銀或銅線用來「打線接合」製造高階光電晶片，但生產成本高。鋁，價格便宜，卻因導電性不佳及表面張力不足與容易氧化、不易燒結成球而導致無法大量被應用。成功大學材料科學及工程學系教授洪飛義、呂傳盛教授花費4年時間在鋁材料的應用獲致重大突破，他們研發直徑18微米且能夠燒結成球，可作爲「打線接合」的精細鋁線，堪稱全球創舉，親民的價格將大幅降低生產成本，該技術已獲得臺灣發明專利，近期也將取得中國的發明專利，相關的學術論文將於7月公開發表。 研發團隊表示，打線接合（Wire bonding）又稱電路架橋，是IC或LED產業晶片封裝重要製程之一，用以連接晶片與封裝基板或導線架，以發揮電子訊號傳遞的功能。打線接合概分爲壓合（wedge）、球型接合（ball），全球晶片9成採球合技術，金、銀、銅是主要線材。黃金一公斤價格約200萬元，銀一公斤約4萬、銅一公斤約220元，鋁一公斤約60元，若能改用鋁線去做打線接合，將對產業界帶來驚喜的成本效益。洪飛義教授、呂傳盛教授多年來不斷研發，希望讓鋁也成爲晶片封裝所需的球型打線接合材料之一，讓平庸的線材也能挑戰高階光電晶片，辛苦四年終於獲得突破性的成果。 洪飛義教授表示，過去鋁本身純度不高、加熱後也沒有足夠的表面張力去形成球狀，讓鋁線在晶片封裝球銲製程上一直缺席至今，成大團隊做出可以燒結成球、可用於晶片燒球打線接合的精細鋁線，關鍵在將鋁線表層再鍍一層奈米鋅層，成功克服不能成球的遺憾。洪飛義教授表示，要讓鋁成爲可以媲美金、銀、銅材料，做成晶片打線結合用的精細球銲導線，首先要克服鋁導電性不佳的問題，我們透過治金技術大幅提高鋁的純度以增加鋁的導電性與延韌性，進而研製出線徑僅18微米(頭髮直徑約80微米)的鋁線。學術研究得知，鋁表面適度的鍍鋅可以增加鋁熔融時的表面張力，可解結無法燒結成球的難題，然而過去許多人投入研發，都還無疾而終。考量奈米鍍鋅層的穩定性，研究之初都是等鍍鋅層穩定24小時後再去燒鋁線，卻一直都沒有得到預期的結球結果；碩士生朱冠銘、博士生曾譯葦兩人屢敗屢試，反覆探究問題，推測或許鍍鋅層太穩定反而造成反效果，嘗試在鍍鋅層略穩定即去燒鋁線，這一改變帶來了期待許久的結果。經分析發現，原來鍍鋅層容易再氧化成氧化鋅層，這將讓鋅失去了應有的活性，才遲遲無法讓鋁線呈現燒結成球的特性。洪飛義教授、呂傳盛教授團隊已經成功將奈米鋅層鍍在精細鋁線，並藉由活化熱處理提升線材的強度與韌性，掌握到可以燒結成球的精細鍍鋅鋁線，開啓了鋁導線應用的新紀元。
▲材料系鋁線打球技術。（圖／成功大學提供）