20m細微銅導線之組織與拉伸特性

在電子構裝製程中，打線接合的技術一直是應用最廣的電路連接方式。本研究利用打線機針對 Φ20μm之純銅線，以放電的方法產生結球，進行微觀組織的觀察及成球特性的探討。由實驗結果顯示，放電結球後，其頸部有再結晶及組織粗大化的現象，稱為熱影響區 (HAZ)。在頸部的熱影響區中，由於再結晶與晶粒成長的現象導致較差的機械性質。

前言 目前的打線接合製程仍以金線為主，但銅線具有低成本的優勢，且銅較金更佳的導電、導熱性使其線徑能更細、散熱效率更好。銅的機械特性亦優於金，但延性不足及易氧化的缺點，使銅線在應用上仍有所限制。本研究將深抽之銅線退火，與原始線材作比較，並將銅線放電成球，分析機械性質。

結果與討論

銅線線上退火 本研究之實驗材料採用純度為 4N(99.99%) 之純銅，經深抽至線徑 20μm 。深抽後的銅線進行線上熱處理，其溫度為 610℃，時間約為 20 毫秒，本研究將對熱處理前後的線材性質變化進行比較。放電結球 610℃ 線上退火之線材利用 EFO(Electronic Flame

Off) 過程放電將線材之尾端熔融成球。在保護氣體下進行結球，其氣體成分為 95%N2 + 5% H2 。金相觀察 使用 H2O ： FeCl3 以約 20 : 1 之比例所配置的腐蝕液進行腐蝕，腐蝕時間為 20 秒，再以 OM 及 SEM觀察之。另將深抽及熱處理過後之線材結球，直接以 FIB 對線材表面進行離子蝕刻後進行金相觀察，與 OM 之結果進行驗證比對。拉伸測試微硬度測試 線材拉伸測試分別取長度約 15cm來進行拉伸，線材微硬度測試間距約為 40μm一點。結球後硬度測試，測試時以 FAB之球心為原點往線材方向每 40μm一點。

結論1. 由拉伸性質和金相分析，經過 610℃ 線上退火的線材，其晶粒呈現等軸晶型態，抗拉強度下降，延展性上升，微硬度值下降。2. 放電結球後在金相中可看出在熱影響區有晶粒成長的現象，而且有柱狀晶由頸部往球內生長。3. 退火線材結球後延性變差，熱影響區具有較低之微硬度值；硬線的熱影響區長度約為 800μm ，熱處理後則縮短為約 400μm 。

(a) 硬線(b)610 0℃ 線上退火(c) 結球表面 FIB 金相(d) 硬線結球 OM 金相(e) 退火線材結球 OM 金相

(a) (b)

結果與討論

(c)

(d)

(e)

(f) (g)

(f) 硬線結球微硬度示意圖(g) 退火線材微硬度

結球

前 結球後

結球

前 結球

後

結球前線材平均硬度值

結球前線材平均硬度值

20μm 20μm

10μm

20μm

20μm

℃ ℃

1 陳博彥 洪飛義 2* 陳立輝 1 呂傳盛 1

1 成功大學 材料科學及工程學系 2 成功大學奈米科技暨微系統工程研究所