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瓷嘴(Capillary)是什麼

Bonding Capillary

瓷嘴(capillary)是打線接合的球形接合(ball bonding)所使用、中心開有穿線孔的錐形陶瓷工具。安裝在打線機的超音波換能桿(horn)上,將焊球壓在焊墊上完成接合,在引腳端則壓扁線材形成魚尾接合(stitch bond)。尖端形狀決定接合形狀,作為耗材須定期更換。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

瓷嘴(capillary)是在打線接合的球形接合中,讓線材穿過並壓向晶片或引腳以完成接合的細筒狀工具。英文原意為「毛細管」。這是中心開有穿線細孔、呈錐形的陶瓷零件,安裝在打線機接合頭前端的超音波換能桿(transducer)上使用。

接合時,先以放電在瓷嘴前端伸出的線材尖端形成焊球,再以瓷嘴將焊球壓在晶片焊墊上,同時施加荷重與超音波振動完成接合(第一焊點)。接著一邊送出線材一邊拉出線弧移動到引腳端,以瓷嘴尖端的端面壓扁線材完成接合,並直接拉斷切線(第二焊點,魚尾接合)。孔徑、尖端外徑、內側倒角(chamfer)的角度與直徑、尖端面的角度等尺寸,決定了焊球壓扁後的形狀與魚尾的形狀。在焊墊間距40μm以下的細間距產品中,會使用尖端變細的瓶頸形瓷嘴,以免碰到相鄰的線材。

材料使用堅硬耐磨的氧化鋁、添加氧化鋯的氧化鋁,以及紅寶石等。瓷嘴屬於耗材,使用過程中尖端會磨耗或附著線材金屬,造成焊球大小變異或接合不良(non-stick),因此一般每接合數十萬~百萬次以上就要更換。比金線硬的銅線會加快磨耗,因此會使用針對銅線進行表面處理的瓷嘴。主要廠商有Kulicke & Soffa(K&S)與TOTO等。

瓷嘴(Capillary)的常見問題

瓷嘴多久更換一次?
尖端磨耗或金屬附著會使接合品質下降,因此一般每接合數十萬~百萬次以上就要更換。更換週期依線材材料與接合條件而異,使用較硬的銅線時磨耗比金線快。焊球直徑與接合強度的監控結果也會作為更換的判斷依據。
瓷嘴和楔形工具(wedge tool)有什麼不同?
瓷嘴是讓線材穿過中心孔、形成焊球後進行接合的球形接合用工具。楔形工具則是以尖端的溝槽斜向壓住線材、再以超音波接合的楔形接合(wedge bonding)用工具,不形成焊球,主要用於鋁線的接合。

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