球形接合與楔形接合的差異:材料、製程、方向性、用途比較
兩者都是以細金屬線連接晶片的電極墊與導線架或基板的打線接合方式。球形接合以放電熔化線材前端形成球,再以熱、荷重與超音波進行接合。球沒有方向性,因此線材可朝任何方向拉出,能高速接合,是 IC 封裝中使用最廣泛的方式。楔形接合從側面將線材壓扁,主要以超音波進行接合。可以直接使用鋁線或帶狀線,因此常用於流過大電流的功率半導體。
| 項目 | 球形接合 | 楔形接合 |
|---|---|---|
| 接合的形狀 | 第 1 接合點為球,第 2 接合點為壓扁線材而成的針腳(stitch) | 第 1 接合點與第 2 接合點都是將線材壓扁成楔形 |
| 工具 | 瓷嘴(中心有孔的陶瓷細管) | 楔形工具(從斜後方送線,以前端壓住線材的工具) |
| 接合的能量 | 併用熱、荷重與超音波的熱超音波接合。將基板加熱至約 150 至 200 ℃ | 主要為超音波與荷重。鋁線可在室溫下接合 |
| 線材材料 | 金、銅(包含鍍鈀銅) | 鋁(細線、粗線)、鋁帶、金。功率用途也有粗銅線 |
| 線徑 | 約 15 至 50 µm | 細線為數十 µm,功率用粗線約 100 至 500 µm。也有扁平帶狀的帶狀線 |
| 方向性 | 球沒有方向性,線材可朝任何方向拉出 | 沿著送線方向接合,因此方向是固定的。每次接合都要轉動焊頭或工件來對準方向 |
| 速度 | 快。不必在意方向,可連續接合 | 較慢。需要對準方向的動作 |
| 接合部大小與間距 | 球約為線徑的 2 倍。可對應數十 µm 的窄電極墊間距 | 接合部的寬度比球窄,細線也適合窄間距 |
| 線弧的形狀 | 從球立起,因此需要一定的高度。也有壓低的技巧 | 容易做成低線弧 |
| 可靠度的注意事項 | 金線與鋁電極墊之間介金屬化合物與孔洞的成長。銅線則有電極墊下方的破裂(彈坑) | 粗鋁線因溫度反覆升降而導致接合部剝離(脫落)或根部破裂 |
| 主要用途 | QFP、BGA、記憶體晶片堆疊等 IC 封裝全般 | 功率半導體與功率模組、車用電裝品、高頻或光元件、以鋁線進行的連接 |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。