18微米就能烧结成球 成大让「平庸」铝线也能打线接合
▲成功大学材料科学及工程学系教授洪飞义（左三）、吕传盛（左二）教授花费4年研发直径18微米且能够烧结成球，可作为「打线接合」的精细铝线。（图／成功大学提供）
IC或LED晶片封装，现多采用金、银或铜线用来「打线接合」制造高阶光电晶片，但生产成本高。铝，价格便宜，却因导电性不佳及表面张力不足与容易氧化、不易烧结成球而导致无法大量被应用。成功大学材料科学及工程学系教授洪飞义、吕传盛教授花费4年时间在铝材料的应用获致重大突破，他们研发直径18微米且能够烧结成球，可作为「打线接合」的精细铝线，堪称全球创举，亲民的价格将大幅降低生产成本，该技术已获得台湾发明专利，近期也将取得中国的发明专利，相关的学术论文将于7月公开发表。 研发团队表示，打线接合（Wire bonding）又称电路架桥，是IC或LED产业晶片封装重要制程之一，用以连接晶片与封装基板或导线架，以发挥电子讯号传递的功能。打线接合概分为压合（wedge）、球型接合（ball），全球晶片9成采球合技术，金、银、铜是主要线材。黄金一公斤价格约200万元，银一公斤约4万、铜一公斤约220元，铝一公斤约60元，若能改用铝线去做打线接合，将对产业界带来惊喜的成本效益。洪飞义教授、吕传盛教授多年来不断研发，希望让铝也成为晶片封装所需的球型打线接合材料之一，让平庸的线材也能挑战高阶光电晶片，辛苦四年终于获得突破性的成果。 洪飞义教授表示，过去铝本身纯度不高、加热后也没有足够的表面张力去形成球状，让铝线在晶片封装球銲制程上一直缺席至今，成大团队做出可以烧结成球、可用于晶片烧球打线接合的精细铝线，关键在将铝线表层再镀一层奈米锌层，成功克服不能成球的遗憾。洪飞义教授表示，要让铝成为可以媲美金、银、铜材料，做成晶片打线结合用的精细球銲导线，首先要克服铝导电性不佳的问题，我们透过治金技术大幅提高铝的纯度以增加铝的导电性与延韧性，进而研制出线径仅18微米(头发直径约80微米)的铝线。学术研究得知，铝表面适度的镀锌可以增加铝熔融时的表面张力，可解结无法烧结成球的难题，然而过去许多人投入研发，都还无疾而终。考量奈米镀锌层的稳定性，研究之初都是等镀锌层稳定24小时后再去烧铝线，却一直都没有得到预期的结球结果；硕士生朱冠铭、博士生曾译苇两人屡败屡试，反复探究问题，推测或许镀锌层太稳定反而造成反效果，尝试在镀锌层略稳定即去烧铝线，这一改变带来了期待许久的结果。经分析发现，原来镀锌层容易再氧化成氧化锌层，这将让锌失去了应有的活性，才迟迟无法让铝线呈现烧结成球的特性。洪飞义教授、吕传盛教授团队已经成功将奈米锌层镀在精细铝线，并借由活化热处理提升线材的强度与韧性，掌握到可以烧结成球的精细镀锌铝线，开启了铝导线应用的新纪元。
▲材料系铝线打球技术。（图／成功大学提供）