臺灣博碩士論文加值系統

銲線製程為電子封裝流程的一部份，其主要功能是負責元件與元件間的訊號傳遞，因此良好的銲線品質可確保正確且有效的訊號傳遞。依銲線材質的不同，銲線的接合方式可區分為熱壓銲線、熱音波銲線和超音波銲線三種。雖然這三種銲線方式已被使用許久，但對於銲線的接合機理仍有不同的論述，其中有的理論認為：由於金屬表面快速摩擦、生熱，使金屬熔融而產生鍵結；也有認為是因金屬原子具有不飽和電子殼層結構，當其與其它金屬原子互相接觸時，可形成金屬之鍵結結合，且並無達到熔融的狀態。但究竟接合的機理為何，則並無直接的實驗證明。其關鍵在結合過程中表面的溫升，若接合的過程中，溫度足以形成局部的熔化，則銲接過程應為熔化後再凝固的相變化所形成；反之，若溫度上升不足以形成相變化，則其接合機理可能為後者。因此，絲線銲接過程中，接觸面表面溫度的變化情形是推測結合機理的重要依據。
在已有的文獻中，有關絲線與接觸面間的溫度量測結果顯示，溫度不超過80℃；這樣的結果可能肇因於溫度感測器本身的靈敏度不足與尺寸太大。因此，本研究以濺鍍的方式自製較小的熱電偶，藉由自製的小熱電偶重新量測銲線接觸時表面溫度的變化。本研究的自製K-type熱電偶目前的線徑約為80μm。量測結果顯示，溫升可至170℃左右。由此推測再將感測器之尺寸縮小應可更精確地獲得絲線結合過程之表面溫升。

Wire bonding, mainly responsible for electricity and signal delivery among devices, is a critical process in electronic package. Depending on the materials to be connected, the three often-used boding techniques are the thermocompression, ultrasonic, and thermosonic wire bondings. Although these techniques have been used for years, the detailed bonding mechanism is still unclear. Some researchers believed that the boding is due to re-solidification of melting that is induced by heat generation from friction caused by the fast relative motion between wire and metal surface. Others, however, thought the metallic bonding was formed due to free electrons exchanged during fast friction process and no melting occurred. So far no direct experimental evidence is obtainable for the bonding mechanism. The time history of contact temperature is a good indicator for this understanding. During the bonding process, if the contact temperature was higher than the melting temperature, the melting and re-solidification should be a reasonable mechanism. Otherwise, the mechanism could be the latter.
From the literature, the available experimental study showed that the contact surface temperature was about 80oC. This low temperature might be due to using an oversized and insensible temperature sensor. In the present study a thin-film, K-type thermocouple, 80m in width, fabricated by sputtering deposition is used to measure the transient temperature during the bonding process. Result shows that the contact temperature was up to 170oC. Thus it is reasonable to conjecture that contact temperature can be even higher if a more smaller temperature sensor is used.

摘要……………………………………………………………………………Ⅰ
目錄……………………………………………………………………………Ⅳ
表目錄…………………………………………………………………………Ⅶ
圖目錄…………………………………………………………………………Ⅷ
第一章 緒論……………………………………………………………………1
1-1 前言…………………………………………………………………….…1
1-2 研究的目的與動機……………………………………………………….2
1-3 溫度感測器之選用…………………………………………………….....3
第二章 文獻回顧………………………………………………………………6
第三章 量測原理………………………………………………………………11
3-1 熱電偶的基本構造……………………………………………………….11
3-2 熱電偶的工作原理……………………………………………………….12
3-3 濺鍍原理………………………………………………………………….17
3-4 SEM與EDS量測原理…………………………………………………….20
第四章 實驗方法及步驟………………………………………………………23
4-1 實驗之架構……………………………………………………………….23
4-2 實驗儀器與材料………………………………………………………….25
4-3 量測步驟………………………………………………………………….28
4-4 試片的製作……………………………………………………………….29
4-4.1 熱電偶材質之選用………………………………………………..30
4-4.2 遮蔽物之設計圖…………………………………………………..32
4-4.3 熱電偶的濺鍍製作步驟…………………………………………..33
第五章 結果與討論……………………………………………………………35
5-1 T-type熱電偶的量測方面……………………………………………….35
5-1.1 T-type的反應時間………………………………………………….35
5-1.2 電壓與溫度的關係…………………………………………………36
5-1.3 量測結果……………………………………………………………37
5-2 自製熱電偶方面………………………………………………………….41
5-2.1 材質的選擇………………………………………………………..41
5-2.2 自製熱電偶反應時間的計算……………………………………..48
5-2.3 遮蔽物的製作……………………………………………………..49
5-2.4 影響濺鍍品質的參數設定………………………………………..50
5-2.5 自製熱電偶濺鍍過程及成品………………………………………56
5-2.6 自製熱電偶溫度和電壓的關係………………………………….59
5-2.7 自製熱電偶的量測結果………………………………………….60
5-3綜合討論…………………………………………………………..64
第六章 未來研究工作………………………………………………………..69
參考文獻………………………………………………………………………71

1. 陳幸雄 主編，1997半導體工業年鑑，工業技術研究院電子工業研
究所，p.3-1-p.3-6. ，民國86年6月
2. 曾駿恭，電子構裝設備─高速自動銲線機之研發(1)，國立中正大
學碩士論文，1996年.
3. 陳立仁，超音波銲線機銲頭型態及製程參數對銲點品質之研究，國立中
正大學碩士論文，1997年.
4. 林政男，由介面現象探討電子構裝之超音波銲接製程，國立中正大學碩
士論文，民國八十八年七月.
5. 火田田賢造， TAB技術入門，金華科技，1993年6月.
6. P.Michael Uthe, “ Variables Affecting Weld Quality in Ultrasonic
Aluminum Wire Bonding”, Solid State Technology, August 1969, p.72-p.77.
7. 吳朗 編著，溫度感測器─理論與運用，全華科技圖書公司，民國79年2
月.
8. 曾增春 編著，溫度量測學，科技圖書股份有限公司，1997年.
9. 王大倫 譯，工業上溫度量測法，徐氏基金會出版，民國七十四年.
10. 劉瑞祥 譯， 液晶之基礎與應用，國立編譯館，民國八十五年六月.
11. Kenneth G. Kreider, “ Sputtered High Temperature Thin Film Thermocouples,”
J. Vac. Sci. Technol, p.1401- p.1406, 1993.
12. Kiyotaka Wasa, Shigeru Hayakawa , Handbook of Sputter Deposition
Technology, 1991.
13. 吳修雲，“ 離子束濺射鍍膜之簡介，” 科儀新知第十三卷第五期，p.53 -
p.57， 民國81年4月.
14. 李明淕編 譯， 半導體與積體電路製造技術，復文出版社，民國80年.
15. 賴耿陽 編撰， IC製程之濺射技術，復漢出版社，民國78年.
16. 田中平 編著，最新半導體製造學，復漢出版社，民國83年.
17. Kenneth G. Kredider ,“ Thin Film Thermocouples for Internal Engines ,”
Journal of Vaccum Science Technol., p. 2618- p. 2621, 1986.
18. N.E.Weare ,J.N.Antonevich and R.E.Monroe, “ Funtamental Studies of
Ultrasonic Welding,” Welding Journal Research Supplement, August,
p. 331-p. 337, 1960.
19. J.M.Peterson,IRE Intern.Conv.Record, Vol. 10, p. 3, 1962.
20. C.D. Henning , R. Parker, “ Transient Response of An Intrinsic
Thermocouple,” Transactions of the ASME, p. 146-p. 154, May 1967.
21. K.C.Joshi, “ The Formation of Ultrasonic Wire Bonds between Metals,”
Welding Journal, Vol. 50, p. 840-p. 858, 1971.
22. Francis E. Kennedy, Jr. , “ Measurement of Flash Temperature and Magnetic
Recording Disk,” IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 25, No. 5, p. 3728-
p. 3730, Septemper 1989.
23. E. Schreck, R. E. Fontana, Jr. and G. P. Singh ,“ Thin Film Thermocouple
Sensor for Measurement of Contact Temperature During Silder Asperity
Interaction on Magnetic Recording Disks,” IEEE Transactions Magnetics,
Vol. 28, No.5, p. 2548-p. 2550, September 1992.
24. Brian W. Hussey, Pedro A. Chalco, H. Tong ,“ Intrinsic Thermocouple Monitor
for Laser Wirebonding,” IEEE Transactions on Components, Packaging, and
Manufacturing Technology,Vol.18, No. 1, p. 206-p. 214, March 1995.
25. Z. Dashevsky, D. Rabinovich, G. Fish, S. Kokolova,A. Lewis,“ Ultrafast
Response and High Sensitivity Semiconductor Thermocouple,” 15th
International Conference on Thermoelectrics, p. 321-p. 325, 1996.
26. 李驊登，“ 掃瞄式電子顯微鏡之原理及功用（上），”科儀新知，第11
卷第1期，p. 44-p. 52，民國78年7月.
27. 呂登復，“ 電子探針微區分析儀，”科儀新知，第六卷第三期，p. 75-p. 86，
民國七十年.
28. 孫如意 譯，量測系統運用與設計（上）、（下），國立編譯館，民國八十二
年二月.
29. K&S 484 Bounder Manual.
30. The Temperature Handbook, Omega, Vol. 29, 1995.
31. Glen E.Myers，Analytical Methods in Conduction Heat Transfer，新月圖
書股份有限公司，民國七十一年.
32. West Bound 1200D Bounder Manual