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考量奈米鍍鋅層的穩定性,研究之初都是等鍍鋅層穩定24小時後再去燒鋁線,卻一直都沒有得到預期的結球結果;碩士生朱冠銘、博士生曾譯葦兩人屢敗屢試,反覆探究問題,推測或許鍍鋅層太穩定反而造成反效果,嘗試在鍍鋅層略穩定即去燒鋁線,這一改變帶來了期待許久的結果。經分析發現,原來鍍鋅層容易再氧化成氧化鋅層,這將讓鋅失去了應有的活性,才遲遲無法讓鋁線呈現燒結成球的特性。

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研發團隊表示,打線接合(Wire bonding)又稱電路架橋,是IC或LED產業晶片封裝重要製程之一,用以連接晶片與封裝基板或導線架,以發揮電子訊號傳遞的功能。打線接合概分為壓合(wedge)、球型接合(ball),全球晶片9成採球合技術,金、銀、銅是主要線材。

黃金一公斤價格約200萬元,銀一公斤約4萬、銅一公斤約220元,鋁一公斤約60元,若能改用鋁線去做打線接合,將對產業界帶來驚喜的成本效益。洪飛義教授、呂傳盛教授多年來不斷研發,希望讓鋁也成為晶片封裝所需的球型打線接合材料之一,讓平庸的線材也能挑戰高階光電晶片,辛苦四年終於獲得突破性的成果。

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洪飛義教授表示,過去鋁本身純度不高、加熱後也沒有足夠的表面張力去形成球狀,讓鋁線在晶片封裝球銲製程上一直缺席至今,成大團隊做出可以燒結成球、可用於晶片燒球打線接合的精細鋁線,關鍵在將鋁線表層再鍍一層奈米鋅層,成功克服不能成球的遺憾。

洪飛義教授表示,要讓鋁成為可以媲美金、銀、銅材料,做成晶片打線結合用的精細球銲導線,首先要克服鋁導電性不佳的問題,我們透過治金技術大幅提高鋁的純度以增加鋁的導電性與延韌性,進而研製出線徑僅18微米(頭髮直徑約80微米)的鋁線。學術研究得知,鋁表面適度的鍍鋅可以增加鋁熔融時的表面張力,可解結無法燒結成球的難題,然而過去許多人投入研發,都還無疾而終。

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▲成功大學材料科學及工程學系教授洪飛義(左三)、呂傳盛(左二)教授花費4年研發直徑18微米且能夠燒結成球,可作為「打線接合」的精細鋁線。(圖/成功大學提供)



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IC或LED晶片封裝,現多採用金、銀或銅線用來「打線接合」製造高階光電晶片,但生產成本高。鋁,價格便宜,卻因導電性不佳及表面張力不足與容易氧化、不易燒結成球而導致無法大量被應用。成功大學材料科學及工程學系教授洪飛義、呂傳盛教授花費4年時間在鋁材料的應用獲致重大突破,他們研發直徑18微米且能夠燒結成球,可作為「打線接合」的精細鋁線,堪稱全球創舉,親民的價格將大幅降低生產成本,該技術已獲得台灣發明專利,近期也將取得中國的發明專利,相關的學術論文將於7月公開發表。

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▲材料系鋁線打球技術。(圖/成功大學提供)

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洪飛義教授、呂傳盛教授團隊已經成功將奈米鋅層鍍在精細鋁線,並藉由活化熱處理提升線材的強度與韌性,掌握到可以燒結成球的精細鍍鋅鋁線,開啟了鋁導線應用的新紀元。

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