Bonding Lab 第3回 金线制造工程篇(2) | 田中贵金属

TANAKA的技术

Bonding Lab 金线制造工程篇(2)

Bonding Lab 金线制造工程篇(2)

在本篇中、将以热处理制程中的拉伸试验为中心话题、讲解一下Bonding Wire中最具代表性的物理性质---机械特性。

2009年7月

Au Bonding Wire的制造工程 篇-2作为上回的续篇、将介绍一下热处理制程及绕线制程。在本篇中、将以热处理制程中的拉伸试验为中心话题、讲解一下Bonding Wire中最具代表性的物理性质—机械特性。

秋老师电子Dr. 山

①拉伸试验特性和Wire Type

电子:
在Bonding Lab第2回中学习了「伸线」的制程。
Dr. 山:
是的。今天呢、在继续上回说明的同时、介绍一下Au Bonding Wire的最具代表性的物理性质—机械特性。现在、有请秋老师!
秋老师:
电子、你好!如Fig.1所示、伸线的下一道制程是热处理制程。在热处理制程中、通过加热Wire来调整其机械特性。

Fig.1

电子:
机械特性、、、具体是指甚麽呢?
秋老师:
它是用来显示Au Bonding Wire的性质的、具代表性的有Breaking Load和Elongation。这两种特性是通过拉伸试验来测量的。方法是将一定长度的Wire的两端以一定的速度拉伸的同时、测量Wire断裂时的负荷以及从开始到断裂的延伸变量。
电子:
噢、产品目录的B.L.就是Breaking Load、El.就是Elongation的简称呀。
秋老师:
B.L.和El.在如Fig.2的IC制造工程的 Bonding及树脂封装中、有着密切的关系、对於Bonding Wire来说、是重要的物理性质之一。Fig.3用图线的形式对Wire的线种与抗断强度的关系作了比较。虽然简单地统称为Bonding Wire、但为了对应各种半导体的设计要求、产生了许多的线种。

Fig.2

Fig.3

电子:
Wire线种的差异通过抗断强度的比较、很通俗易懂呀!

②热处理条件和拉伸试验的特性

电子:
不过、B.L.和El.之间有甚麽样的关系呢?
秋老师:
问题问得好!如Fig.4、通常通过改变热处理的温度来控制El.。提高热处理的温度、B.L.(蓝线)就会下降、El.(红线)就会上昇。

Fig.4

电子:
噢、Fig.4的红线是El.的变化过程呀!
Dr. 山:
虽然也有例外、但一般的Au Bonding Wire的El.通常在1~10%范围内、在美国材料检验协会(American Society of Testing and Materials、ASTM)中有标准规格的记载。如果热处理的条件太弱、Bonding时Loop的形成性会变差;反之、热处理的条件太强、会使B.L.(抗断强度)变得过低。
秋老师:
Fig.5是Bonding Wire的截面的结晶组织图。L1~L6是和 Fig.4相对应的。

Fig.5

电子:
我明白了!热处理的条件太强结晶粒就会变得很大。
秋老师:
在热处理过程中、先是通过初期(延展、伸线)加工使积蓄在结晶内部的形变能量释放进而消除错位的复原现象。接着是内部形变少的亚结晶吸收错位密度高的部分、进而成长为形变少的结晶粒的再结晶现象。
电子:
噢、就是说因加热温度的不同、味道也会变得不一样吧?
秋老师:
对!就像做菜一样、不过这个食谱对Bonding Wire来说是很重要的。

③拉伸试验的方法

秋老师:
接下来说一下拉伸试验的方法。Fig.6是测试装置。在以一定的速度使一定长度的Bonding Wire形变的同时、即时地测量加在负荷计上的负荷。

Fig.6

电子:
如何测量B.L.和El.呢?
秋老师:
B.L.和El.是从被称为S-S曲线(Stress-Strain Diagram)的「应力-形变图」中读取的。应力是指单位截面面积的负荷、形变和El.的意思相同、所以在Au Bonding Wire的业界中、一般将以B.L.为Y轴、以El.为X轴作成的图称为S-S曲线。

Fig.7 Video.1

电子:
原来如此!Fig.7中的断裂点与x轴的交点是El.、与Y轴的交点是B.L.吧?在Video.1中能看到断裂的瞬间呀!

④S-S曲线的补充说明

秋老师:
从S-S曲线中、还可以了解断裂点物理性质以外的东西。

Fig.8

电子:
的确可以从Fig.8 S-S曲线中看出Au Wire和Fe Wire的形状完全不同呀!
秋老师:
普通的钢材在拉伸试验中会出现降伏点。以此降伏点为界线可以明确地区分弹性区域和塑性区域。
电子:
在Bonding Lab第2回中、提到过弹性和塑性、所以有所了解。
秋老师:
如同Au、Cu、Al等没有降伏来明确地区分弹性区域和塑性区域的金属还有很多。对於这些金属、为了简单地区分弹性区域和塑性区域、我们使用相当於降伏点的耐力点来作界线。具体地如Fig.9、先作出S-S曲线的起点的切线L1、然后再作一条通过El. 0.2%点的L1的平行线L2、我们把L2和S-S曲线的交点P1称为0.2%耐力点。

Fig.9

电子:
为什么是0.2%呢?
Dr. 山:
普通的钢材在降伏时的延伸率大约是0.2%、所以通常用解除负荷时延伸率达到0.2%时的应力作为0.2%耐力。

[豆知识:杨氏系数的计算方法]

Young’s modulus(杨氏系数)E:依据Hooke’s Law(虎克定律)分析细微形变时、在拉伸试验中、以拉伸负荷为Y轴、延伸率为X轴、可以通过计算初期直线(L1)的倾斜度来计算杨氏系数E。普通的Au Bonding Wire(金接合线)的杨氏系数约为88GPa。
 E =(拉伸应力:σ)/(拉伸翘曲:ε)=σ/ ε
 E =(单位面积的力量)/(单位长度的延伸 )=(F / A)/(⊿L/ L0)
※F:拉伸力、A:断面面积、⊿L:在拉伸力F 作用下的延伸量、L0:测量长度

电子:
秋老师!脑袋已经装得满满的喽!

⑤今天就到这儿吧

Dr. 山:
好吧!今天就讲到这儿吧、热处理的下一道制程是绕线制程。
秋老师:
在绕线制程中、在如Fig.1的绕线卷轴上卷取规定长度的Bonding Wire。一般的绕线长度为100m~10,000m、可以根据顾客的要求作调整。虽然简单地称为绕线、但仅仅几克的负荷就会拉断Wire。不过绕线时不加负荷的话、运输过程中又会使Wire 松动而相互缠绕、以至无法使用、所以是很精密的制程呦。

Fig.1

电子:
噢?是吗?那下回也请讲一些有趣的话题吧。秋老师!Dr. 山!非常感谢!