TANAKA的技術

Bonding Lab Bonding Wire製造工程篇-1

我們以製造Bonding Wire所使用的單位來作為開端、再經由材料加工的基礎來說明製造工程。

2007年1月

在Bonding Wire製造工程篇-1中、我們以製造Bonding Wire所使用的單位來作為開端、再經由材料加工的基礎來說明製造工程。今天前輩Joe和Birdie教授要向新人Miss Lisa說明金線的製造工程。

Prof. BirdieMiss.LisaMr.Joe

①金線的單位-1

Mr. Joe:
Miss Lisa、你知道金線有多細嗎?
Miss Lisa:
雖然看了上一次的Bonding lab後知道金線是很細的線、但實際上大概是多少有點無法想像。
Prof. Birdie:
Miss Lisa、製造一項東西、大小、長度、及重量這些單位是代表著很重要的意義的。為了要好好了解金線、事先領會它的寸法程度也是很重要的。Joe!今天就從單位開始來說明金線吧!
Mr. Joe:
首先從大小開始、Bonding Wire的部分、若是以金、銅、鋁當主體的wire、是將鋼鐵線和銅線數條線束在一起。而bonding wire是一條一條在使用的、而直徑代表的就是金線的大小平均來說直徑是從20到40μm程度為主要範圍
Miss Lisa:
是大小不平均的wire嗎?
Mr. Joe:
不是這樣的。由金製造的wire、雖幾乎都當成bonding wire來使用。但在這之中、也是有直徑70μm的金線。會根據不同用途來被使用、並非是一條金線的直徑有可能是20μm也有可能是40μm
Prof. Birdie:
所謂μm、就是公尺的100萬分之一、也就是公厘的1000分之一。以前的人也會稱之為micron、這樣的稱法也許比較熟悉
Miss Lisa:
總之就是很小就是了
Mr. Joe:
舉切身之物來當例子的話、一般人的頭髮相當於直徑80μm、這樣說來也就是它的一半。另外、聽說血液中的白血球直徑是10-20μm

Miss Lisa

Miss Lisa:
搞不清楚哪個比較小哪個比較大了
Mr. Joe:
在國外也有用mil來表示。簡單來說、mil是英吋的1000分之一。1mil約為25.4μm

②金線的單位-2

Prof. Birdie:
Joe。直徑和大小我們就先講到這,再繼續講下一個。
Mr. Joe:
Lisa、接下來應該會比較好懂。Bonding wire的長度會因為用途而有所不同.但3000m是主流。Bonding wire是像纏線般的纏繞在Spool上來出貨的。(spool也稱做bobbin、reel)
Miss Lisa:
3000m也就是3km。相當於我跑步的路程
Prof. Birdie:
如果那高爾伕課程來比喻、3km基本是高爾伕半程的距離。原來日本一般的高爾伕使用碼為長度單位。1碼大概是0.9m。

Mr. Joe:
我們言歸正傳、最後要來說明重量了。講完了直徑、長度、再加上重量後、就可以表現出Bonding wire了。金的密度是19300kg/立方公尺。直徑23μm然後長度是3km的金線重量就是約24g
Miss Lisa:
Prof. Birdie:
可能很難想像、我再補充說明,若是在同樣直徑和長度的情況下、銅約11g、鐵約9.8g鋁的話則是只有3.4g
Miss Lisa:
再一次感受到金是很重的。
Mr. Joe:
那麼接下來讓我們進入製造工程的部分。即使是金、也會因為純度不同性質也會跟著改變。通常、稱為純金的是純度99.99%以上的金、也被叫做24K金。雖一般的金線會有99.99%的純度、但其是在99.999%以上純度的金添加上各式樣的元素、進而賦予金線應有的物理特性
Prof. Birdie:
另外一提18K金是純度75%、所以金線也可以說是高純度的純金。
Miss Lisa:
18K金就如同我們所知道的金色一般、有不一樣嗎?

③彈性與塑性

Mr. Joe:
Lisa、你可以想像製造一條比頭髮還要細的bonding wire嗎?
Miss Lisa:
像麵線般一樣切?…還是像麥芽糖一樣的伸縮拉長?
Mr. Joe:
真是有趣的想法。全部都是食物。不過、想法的確很相近
Prof. Birdie:
如果說今天有一個橡皮球和一個鐵球。橡皮球可以簡單的變形,鐵球卻因為很硬所以沒有辦法。橡皮球就算讓他稍微變形還是可以回到原形。這樣的性質就叫做彈性。也就是說、對一個物體施加力量使之變形、但去除掉這股力量之後還是會回複至原形。

Elasticity

Prof. Birdie:
如果想盡辦法使鐵球變形、我們可以很直覺的知道、鐵球並無法像橡皮球般回復到原本的形狀。像這樣子、根據所施加的力量、使形狀或大小改變而無法回復到原狀的性質就叫做"塑性"就算是橡皮也是會因為施壓的方式不同而使之無法回復為原狀的。它只是塑性變形難而已

Plasticity

Miss Lisa:
就算不用知道很難的道理、也隱約可以理解
Prof. Birdie:
學問可是很深奧的、所以我們繼續講下去的話、也就是金可以因為塑性而被加工為又細又長。回到鐵球的話題。如果要讓鐵球變形的話你會怎麼做呢?
Miss Lisa:
因為很硬、應該無法徒手吧。用槌子或是鉗子。
Prof. Birdie:
是的、為了要讓物體變形、必須在被稱為物體的"降伏點"的物性值上施加超出預定值的壓力。除此之外、也要使用比變形物質還要硬的工具。如何利用物質塑性來加工、大體來說,將欲塑形的材料透過比其堅硬的工具模型、藉此複製出工具模型的形狀。

④溶解*伸壓 製程

Mr. Joe:
純度99.999%以上的金因為很軟、所以不適合做bonding wire。因此、我們將高純度的金和許多元素溶解混合製造出作為主要素材的ingot。而這就是溶解製程。在這個製程、就決定了素材的特徵。如同先前所講、ingot的純度是99.99%、雖然也是高純度、但和99.999%的金比性質還是差很多的。
Prof. Birdie:
鐵、鋁等之類的溶解可以在大氣中進行、但要溶解bonding wire用的金的話、大部分是一開始真空狀態、然後在氮氣等之類的不活性氣體的狀態下溶解。金本身雖不會氧化、但要避免混合之元素氧化。金的熔點約為1063度c、所以使之融化的大氣也必須要如此高溫。這樣一來酸素的活性就提高。也就是要讓易燃物不易燃燒就是了。
Miss Lisa:
聽說烤蛋糕需要到180度、這樣聽起來、ingot比焗烤的東西還要高溫
Prof. Birdie:
哈。發揮無窮想像嗎。把它想成是一個大凝結物就可以了。
Mr. Joe:
接下來就將ingot用伸壓的方式加工、使之慢慢的變細。用比材料硬,被稱做孔狀伸壓roll來將之形狀壓扁。因為並不對材料做切割削減的動作、體積是和加工前的材料體積一樣、只是形狀改變而已。

Melting,Casting,Ingot,rollingweight and volume

Prof. Birdie:
塑形加工、是一種不會浪費材料就可以改變形狀的加工。比起其他的加工法也可以更快完成。是許多材料加工不可或缺的技術。

⑤伸線製程

Mr. Joe:
但是、伸壓變細也是有極限的.到某種程度的大小後、就會轉換成另一個製程。叫做伸線。從這裡開始會用一種叫做DIES的工具、將wire再變細。DIES是超硬合金、用很硬的合金或鑽石所製成的。
Miss Lisa:
要用鑽石嗎?好浪費!!給我好了。
Prof. Birdie:
你會這樣想也是正常的。但使用鑽石是有很多理由的。因為要非常硬、又要不易磨損、所以比起使用其他素材、使用鑽石會來的比較好。此外、為了得到bnding wire時不可欠缺的wire表面平滑性、dies是一種重要工具。
Mr. Joe:
所謂伸線、再更詳細一點說明吧。將dies的形狀比喻成沙漏就會很容易理解了。材料當成砂、玻璃瓶的部份就當成dies。砂會一點點的往下方掉。像這樣子將材料透過dies然後縮徑、使之變細長。
Prof. Birdie:
在伸線加工部分、dies的形狀、究竟要多小、然後材質的選擇都是重點。其他像伸線速度、潤滑液、中間熱處理、還有裝置、也都是重要因素。Lisa之前有提到wire的大小不均。但是伸線加工是用1分鐘可以通過數百公尺的速度、來通過dies加工。所以是一種不會讓斷面形狀輕易改變的優良加工方法的。使之斷面形狀不易產生變化的一個很好的加工法。

Miss Lisa:
越來越難懂了。真的是很深奧。
Mr. Joe:
這次就先到這邊吧
Prof. Birdie:
最後、你知道金最早被加工的什麼時候嗎?
Miss Lisa:
從以前就有被當為裝飾品使用…所以是埃及文化時代嗎?
Prof. Birdie:
根據文獻、西元前20-30世紀左右、就會將金延伸截斷通過小孔然後手工拉線來做成細線也就是4000年到5000年前的事。很有名的圖坦?蒙大帝時期是大約西元前1340年、所以那就是比這個還要更早之前了
Mr. Joe:
如今我們也還在製作著金線。
Miss Lisa:
真是偉大的歷史。今天從單位的部分到伸線製程充分了解到金線到底是種什麼東西了。之後還請多多指教。