Bonding Lab 第2回 金线制造工程篇(1) | 田中贵金属

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Bonding Lab 金线制造工程篇(1)

Bonding Lab 金线制造工程篇(1)

以制造Bonding Wire所使用的单位来作为开端、再经由材料加工的基础来说明制造工程。

2007年1月

在Bonding Wire制造工程篇-1中、我们以制造Bonding Wire所使用的单位来作为开端、再经由材料加工的基础来说明制造工程。今天前辈Joe和Birdie教授要向新人Miss Lisa说明金线的制造工程。

Prof. BirdieMiss.LisaMr.Joe

①金线的单位-1

Mr. Joe:
Miss Lisa、你知道金线有多细吗?
Miss Lisa:
虽然看了上一次的Bonding Lab后知道金线是很细的线、但实际上大概是多少有点无法想像。
Prof. Birdie:
Miss Lisa、制造一项东西、大小、长度、及重量这些单位是代表着很重要的意义的。为了要好好了解金线、事先领会它的寸法程度也是很重要的。 Joe!今天就从单位开始来说明金线吧!
Mr. Joe:
首先从大小开始。Bonding Wire是以金、铜、铝当主体的Wire、钢铁线和铜线的话,数条线束在一起使用。而Bonding Wire是一根一根使用的、而直径代表的就是金线的大小。平均来说直径是从20到40μm为主流。
Miss Lisa:
是大小不平均的Wire吗?
Mr. Joe:
不是这样的。由金制造的Wire、虽几乎都当成Bonding Wire来使用、但在这之中、也是有直径70μm的金线。会根据不同用途来使用、并非是一条金线的直径有可能是20μm也有可能是40μm。
Prof. Birdie:
所谓μm、就是公尺的100万分之一、也就是公厘的1000分之一。以前的人也会称之为Micron、所以这样的称法也许会更熟悉。
Miss Lisa:
总之就是很小就是了。
Mr. Joe:
举切身之物来当例子的话、一般人的头发相当於直径80μm、这样说来也就是它的一半。另外、听说血液中的白血球直径是10-20μm。

Miss Lisa

Miss Lisa:
搞不清楚哪个比较小哪个比较大了。
Mr. Joe:
在国外也有用mil来表示。简单来说、mil是英寸的1000分之一。1mil约为25.4μm。

②金线的单位-2

Prof. Birdie:
Joe。直径和大小我们就先讲到这、再继续讲下一个。
Mr. Joe:
Lisa、接下来应该会比较好懂。Bonding Wire的长度会根据用途而有所不同。但3000m是主流。Bonding Wire是像缠线般的缠绕在Spool上出货的。(Spool也称做Bobbin、Reel)
Miss Lisa:
3,000m也就是3km。相当於我跑步的路程。
Prof. Birdie:
如果那高尔夫课程来比喻,3km基本是高尔夫半程的距离。原来日本一般的高尔夫使用码为长度单位。1码大概是0.9m。

Mr. Joe:
对于高尔夫球技不是很好的我还需要加油…。我们言归正传、最后要来说明重量了。讲完了直径、长度,再加上重量后、就可以描述Bonding Wire了。金的密度是19,300kg/立方公尺。直径23μm然后长度是3km的金线重量就是约24g。
Miss Lisa:
嗯。
Prof. Birdie:
可能很难想像、我再补充说明、若是在同样直径和长度的情况下、铜约11g、铁约9.8g、铝的话则是只有3.4g。
Miss Lisa:
再一次感受到金是很重的。
Mr. Joe:
那麽接下来让我们进入制造工程的部分。即使是金、也会因为纯度不同性质也会跟着改变。通常、称为纯金的是纯度99.99%以上的金、也被叫做24K金。 虽一般的金线会有99.99%以上的纯度、但其是在99.999%以上纯度的金添加上各种元素、进而赋予金线应有的物理特性。
Prof. Birdie:
另外一提18K金是纯度75%、所以金线也可以说是高纯度的纯金。
Miss Lisa:
18K金就如同我们所知道的金色一般、有不一样吗?

③弹性与塑性

Mr. Joe:
Lisa、你可以想像制造一根比头发还要细的Bonding Wire吗?
Miss Lisa:
像面线般一样切…?还是像麦芽糖一样的伸缩拉长?
Mr. Joe:
真是有趣的想法。全部都是食物。不过、想法的确很相近。
Prof. Birdie:
比如有一个橡皮球和一个铁球。橡皮球可以简单的变形、铁球却因为很硬所以没有办法。橡皮球就算让他稍微变形还是可以回到原形。这样的性质就叫做弹性。也就是说、对一个物体施加力量使之变形、但去除掉这股力量之后还是会恢复至原形。

弾性

Prof. Birdie:
如果想尽办法使铁球变形、我们可以很直觉的知道、铁球并无法像橡皮球般回复到原本的形状。如此、根据所施加的力量、使形状或大小改变而无法回复到原状的性质就叫做”塑性”就算是橡皮也是会因为施压的方式不同而使之无法恢复为原状的。它只是塑性变形难而已。

塑性

Miss Lisa:
就算不用知道很难的道理、也隐约可以理解。
Prof. Birdie:
学问可是很深奥的、所以我们继续讲下去的话、也就是金可以因为塑性而被加工为又细又长。回到铁球的话题、如果要让铁球变形的话你会怎麽做呢?
Miss Lisa:
因为很硬、应该无法徒手吧。用槌子或是钳子。
Prof. Birdie:
是的。为了使物体变形、必须在超出被称为物体的”降伏点”的物性值以上压力。除此之外、也要使用比变形物质还要硬的工具。如何利用物质塑性来加工、大体来说、将欲塑形的材料透过比其坚硬的工具模型、借此复制出工具模型的形状。

④溶解伸压制程

Mr. Joe:
纯度99.999%以上的金因为很软、所以不适合做Bonding Wire。因此、我们将高纯度的金和许多元素溶解混合制造出作为主要素材的Ingot。而这就是溶解制程。在这个制程、就决定了素材的特征。如同先前所讲、Ingot的纯度是99.99%、虽然也是高纯度、但和99.999%的金比性质还是不同的。
Prof. Birdie:
铁、铝等之类的溶解可以在大气中进行、但要溶解Bonding Wire用的金的话、大部分是一开始真空状态、然后在氮气等之类的不活性气体的状态下溶解。金本身虽不会氧化、但要避免混合之元素氧化。金的熔点约为1,063℃、所以使之融化的大气也必须要如此高温 。这样一来酸素的活性就提高。也就是要让易燃物不易燃烧就是了。
Miss Lisa:
听说烤蛋糕需要到180度、这样听起来、Ingot比焗烤的东西还要高温。
Prof. Birdie:
哈。发挥无穷想像吗。把它想成是一个大凝结物就可以了。
Mr. Joe:
接下来就将Ingot用压延的方式加工、使之慢慢的变细。使用比材料硬、被称做孔状伸压roll来将之形状挤压。把材料切割削减的动作、体积是和加工前的材料体积一样、只是形状改变而已。

溶解・鋳造、Ingot、圧延重量和体积

Prof. Birdie:
塑形加工、是一种不会浪费材料就可以改变形状的加工。比起其他的加工法也可以更快完成。是许多材料加工不可或缺的技术。

⑤伸线制程

Mr. Joe:
但是、压延变细也是有极限的。到某种程度的大小后、就会转换成另一个制程。叫做伸线。从这里开始会用一种叫做DIES的工具、将Wire再变细。DIES是超硬合金、用很硬的合金或钻石所制成的。
Miss Lisa:
要用钻石吗?好浪费!!给我好了。
PProf. Birdie:
你会这样想也是正常的。但使用钻石是有很多理由的。因为要非常硬、又不易磨损、所以比起使用其他素材、使用钻石会比较好。此外、为了得到Bonding Wire不可欠缺的Wire表面平滑性、dies是一种重要工具。
Mr. Joe:
所谓伸线、再更详细一点说明吧。将 dies的形状比喻成沙漏就会很容易理解了。材料当成砂、玻璃瓶的部分就当成dies。砂会一点点的往下掉.像这样子将材料透过dies然后缩径、使之变细长。
Prof. Birdie:
在伸线加工部分、dies的形状、究竟要多小、材质的选择都是重点、他像伸线速度、润滑液、中间热处理、还有装置、也都是重要因素。LISA有提到Wire的大小不均、但是伸线加工是用1分钟可以通过数百m的速度过dies加工。所以是一种不会让断面形状轻易改变的优良加工方法的。使之断面形状不易产生变化的一个很好的加工法。

Miss Lisa:
越来越难懂了。真的是很深奥。
Mr. Joe:
这次就先到这边吧。
Prof. Birdie:
最后、你知道金最早被加工是什麽时候吗?
Miss Lisa:
从以前就有被当做装饰品使用…所以是埃及文化时代吗?
Prof. Birdie:
根据文献、西元前20-30世纪左右、就会将金延伸截断通过小孔然后手工拉线来做成细线也就是4000年到5000年前的事。很有名的图坦?蒙大帝时期是 大约西元前1340年、所以那就是比这个还要更早之前了。
Mr. Joe:
如今我们也还在制作着金线。
Miss Lisa:
真是伟大的历史。今天从单位的部分到伸线制程充分了解到金线到底是种什麽东西了。之后还请多多指教。