世界各國因應環保意識與永續發展，無不訂定各相關環保規定，如歐 盟的ROHS 、EuP，日本的Sony GP，因而引導許多企業體系朝向綠色環保 產品發展，在投資經費上也花費許多的人力及研究精神及研究經費於各種
裂兩種。一般而言，造成銲線缺點的原因有許多，其中像釘架手指的表層汙染，
銲針的汙染及損耗，機台設定及校正，還有參數的設定不佳，均是造成銲線失敗 的主要因素之一。本論文研究的主題，將探討銲線熱板溫度效應對鎳鈀金釘架結 構失敗模式的相關性。
首先將進行目前鎳鈀金釘架銲線製程的分析，即使用與鍍銀釘架相同的銲線 參數，使用在鎳鈀金釘架銲線製程上，所產生的魚尾銲點之敗模式，並將不同材 料之鎳鈀金釘架與銲線強度做比較分析，發現其中一組鎳鈀金釘架其鎳鈀金鍍層 厚度較低，表面較為整密，若使用與鍍銀釘架相同的銲線參數，會有較好的銲線 強度表現，故以此為基礎進行不同材料結構之鎳鈀金釘架對銲線製程之各項可靠 度的分析評估以建立鎳鈀金釘架最佳化材料結構與製程參數的銲線強度。
1-1 背景
1-1-1 鎳鈀金 PPF 釘架與電鍍銀釘架製造成型之差異介紹
在釘架的製造過程如圖1-1 鍍銀釘架與鎳鈀金的差異在於鍍銀釘架是 在電鍍時鍍上銀，而鎳鈀金釘架則是鍍鎳鈀金，另外鍍銀釘架與鎳鈀金的 釘架的最大不同點是鍍銀釘架需使用光罩製程將所需電鍍部分做鍍銀層之外，
而鎳鈀金釘架則不需要光罩將所需鍍層分別開來，只需全部做完鎳鈀金的鍍層，
亦即鍍銀釘架在內腳鍍上銀，然而鎳鈀金的釘架則是在於釘架製造時，整 條釘架分別鍍上了鎳鈀金。
圖 1-1：鎳鈀金釘架與鍍銀釘架之差異性比較
1-1-2 鎳鈀金與鍍銀釘架銲線封裝製程差異介紹
圖1-2：鍍銀釘架與鎳鈀金釘架製程比較
圖1-3：鍍銀釘架及鎳鈀金預先電鍍釘架的剖面示意圖
1-1-3 傳統鍍銀釘架封裝製程的風險與顧慮
丘型(Hillock)、樹枝狀(Branched) 、 土堆狀(Mound)、針狀(Needle) 、彎 曲狀(Bending)，這些的狀況，都是各種常見的錫鬚因環境因素所變化的形 狀，其最後都會造成在為間距的腳類產品IC上的短路風險。圖 1-4：IC與基版之接合製程
圖 1-5：鍍錫製程的錫元素與銅材的IMC 成長
圖 1-6：在電鍍製程中各種錫鬚成長模式
1-2 研究動機
1-2-1 鎳鈀金預先電鍍釘架的優點
歸納前述鎳鈀金釘架之製程優點為 : 1. 本身即為綠色環保材料
2. 製程時間的縮減
3. 不需要改變IC上板及封裝製程，並可與鍍銀製程並行生產
因此，由這三點更可知道鎳鈀金的釘架相較於傳統的鍍銀釘架的好 處，在不需改變現狀的情況下，更可避免鍍銀釘架在現行傳統製程中所遭 遇的問題。
1-2-2 鎳鈀金釘架銲線能力不佳造成魚尾頸部斷裂
然而在鎳鈀金的預先電鍍釘架上，容易造成如圖 1-7 魚尾頸部斷裂，
造成鎳鈀金釘架與金線的銲線強度不良。
圖 1-7：鎳鈀金釘架銲線之魚尾斷裂模式
1-2-3 銲針的影響性分析
Build up on capillary induced extra stress on the heel of crescent
圖 1-9：鍍銀釘架1000K Bond 後的磨損示意圖 (Reference: Samsung Presentation report)
圖 1-10 鎳鈀金預先電鍍釘架 1000K Bond 後的磨損示意圖 (Reference: Samsung Presentation report)
第二章 釘架差異對銲線製程的影響
本章節主要探討相關利用拉力測試儀如圖2-1 來評估銲線強度在鎳鈀 金銲線製程上的研究，包含有銲線參數、熱反應，銲針狀況及不同鎳鈀金鍍 層厚度的金屬層組合以及各廠商的PPF 釘架材料分析與比較。
圖 2-1：拉力測試方法
2-1各廠商的鎳鈀金預先電鍍釘架材料分析與比較
MHT 在報告中指出，表面的粗糙程度，如圖2-2 顯示，有的將銅底材做粗糙 化，有的將鎳層做粗糙，但後續的鎳鈀金都會因為底材粗糙化，而一起的粗糙化，對 產品的可靠度相當程度的好處，但相對而言，粗糙化後的表面間隙較大，容易讓銲線 黏著於釘架表面，並可以得到較好的銲線強度，如圖2-3 顯示，在固定的參數下，可 以看出傳統的鎳鈀金預先電鍍釘架上，其手指魚尾的結構相當完整，但在粗糙化的鎳 鈀金預先電鍍釘架上，魚尾結構相當的不理想，更會導致魚尾頸部斷裂。
圖 2-2：粗糙化的鎳鈀金預先電鍍釘架示意圖
(Reference : MHT “Roughness study of pre-plating L/F report”)
圖 2-3：銲線強度在傳統鎳鈀金釘架與粗糙化的鎳鈀金釘架的比較
Shinko 也曾經發表指出，鎳鈀金的表層結構跟厚度有相關的影響，並針對鎳 鈀金的釘架做鎳層跟鈀層的厚度縮減，有明顯的改善可靠度及增加銲線強度，本文也 將有針對不同的鍍層厚度做評估。
圖 2-4：改善鎳層與鈀層的表面結構
(Reference : Shinko “Pd-PPF General introduction Report”)
ASM 在報告中指出，傳統的鎳鈀金厚度在改變了鈀層的厚度之後，有明顯的 增強銲線強度，因而本文在改變鍍層厚度的基準下，也會探討鍍層厚度改變對銲線強 度的衝擊。
圖 2-5：鈀層的改變對 Wire Pull 銲線強度的影響 (Reference : ASM “Pd PPF introduction 2003-11 Report”)
Sumitomo 在評估報告中指出，改變鎳鈀金釘架最表層的金層改變為合金 層，將會對銲線強度有明顯的加強，因此本篇文章也將針對表層合金的改變，做銲 線強度的評估。
圖 2-6：傳統鎳鈀金釘架與 u-PPF 鎳鈀金釘架的比較 (Reference : Sumitomo “PPF&u-PPF Presentation - Feb 02”)
另外，Samsung 的技術移轉報告中指出，鎳鈀金釘架結構中，鍍上一 層薄金可以預防鈀的氧化，而鈀層可防止鎳氧化，更可防止鎳擴散至釘架 表層，這也是為何鎳鈀金釘架的結構由上而下為Au / Pd / Ni /Cu，是因高溫 後，會因氧化現象及溫度效應，而使鎳擴散至釘架表層造成氧化。
圖2-7：鎳鈀金各層的對應關係圖
在本文之中，由於各廠商的釘架規格不同，在評估上有所偏差，所以在鍍層厚 度上也有相當大的差異，因此本研究僅針對在鍍層厚度對銲線強度影響的部分做分析 及討論。
2-2 文獻討論
Park和Abbott在Nickel-Palladium Based Component Terminal Finishes [1]
報告中有比較於鍍銀的釘架與鎳鈀金釘架，在鎳鈀金釘架上要是使用較高 的force和超音波震盪能量參數，能有好的銲線強度表現。如圖2-8 說明在 Force 110 與Power 80 的參數下，魚尾的結構相當完整，不容易有手指魚 尾斷裂的情況，另外，若把Force 降為30 或是把Power 降為30 都可以發 現到魚尾明顯的變薄，甚至更容易造成魚尾因結構不完整，導致手指魚尾 的頸部斷裂，在報告中，還有評估顯示由於鈀層比較硬加上在最表層的金 層使其變薄，而使銲針壽命較鍍銀及傳統厚度的鎳鈀金釘架來的更高。
圖2-8：銅鍍銀釘架與鎳鈀金預先電鍍釘架在 1100K bond 的銲線品質 ( Reference : HDP “Study on QFN Wire Bonding Process Based on PPF L/F”)
Further Lee在Study on QFN Wire Bonding Process Base on Ni Pd Au PPF Lead-frame [8]一文中指出，許多的鎳鈀金釘架在作業銲線製程時，魚 尾脫落的現象造成手指銲線斷頸的百分比遠比鍍銀釘架來的要高許多，另 外並針對銲線參數及銲針進行研究，發現銲針的構造，也有些許的影響 性，報告中還有指出使用較大的接觸力量與超音波能量，能有效改善銲線 強度。
Koizumi在Environment Protecting Palladium-Plated Lead-frame [9]的報 告中指出不同的鎳鈀金厚度，在銲線上有不同的銲線強度表現，另外也說 明不同的表層結構，也會有不同的銲線強度表現，另外此報告中還有指出 加溫後的評估結果，發現加溫後的鎳鈀金釘架有較好的銲線強度，因此此 篇更可為本研究做最好的注解。
第三章 鎳鈀金釘架銲線強度的測試與效能評估
以美國電子器件工程聯合會 JEDEC（Joint Electron Device Engineering Council ） 及 社 團 法 人 日 本 電 子 工 程 協 會 EIAJ （ Electronic Industries Association of Japan）為中心，整合了相關的變化，替 IC 元件的定義訂定 了標準化封裝的規範。5. 資料分析：
Open/Short Test (開路短路測試)、SEM (掃描式電子顯微鏡)、2nd bond stick lift view (魚尾俯視圖)、SAT (超音波掃描)。
3-1 銲線製程簡介.
銲線式(wire bonding)晶粒接合技術，其打線方式大致分為下列兩種：
(1) 熱壓法(thermo compression (T/C) bonding)
(a) 金線穿過毛細鋼嘴，再用火花(Electronic Flame off Spark)熔化金線，使 在金線底部形成一個金球(傳統上此金球將消耗掉直徑 50μm 的金線約 500 μm 的長度，但對密距的打線其消耗量則會少一點)。
圖3-1 ：W/B 製程週期圖(a)
(b) 當金線縮回時，其所形成的球體會卡在鋼嘴的底部。
圖 3-2 ：W/B 製程週期圖(b)
(c) 鋼嘴下降至承載墊，金球下壓抵住承墊的界面，當升溫至熔接溫度(由 加熱熱板加熱)時，施加超音波能量，即完成金球的結合。
圖 3-3 : W/B 製程週期圖(c) 第一個熔接位置 1st Bond (Ball)
(d) 鋼嘴提起離開熔接表面移往第二個熔接位置，形成打線迴路。
圖 3-4 ：W/B 製程週期圖(d)
(e) 將熔墊移往至鋼嘴下方。
(f) 鋼嘴下降如同步驟(3)一樣形成熔接結合點，此結合點(和任何在金線切 斷之前所形成的結點)稱為縫合點
之切斷。爾後鋼嘴上升，線鉗又將金線拉下，使另一個金球得以形成。如 此一來打線器即可再次重覆打線步驟。
圖 3-5 ：W/B 製程週期圖(g)
(h) 有時最後的結合點因其形狀的關係，而又稱為新月形結合點 (Crescent)，或稱魚尾。
圖 3-6 : W/B 製程週期圖(h)第二個熔接位置 2nd Bond (Stitch)
(2) 超音波法(ultrasonic (U/S) bonding)其金屬與晶粒接合操作方式如下圖 所示。
(a) 將引線固定在打線器表面及結合點之間，若用手動打線時，則將打線器 降低至第一打線搜尋點附近(此位置比打線表面高約 70~125μm)，此高度 由製程工程師決定。至於自動打線機，則可完全免除位置的搜尋。
圖 3-7 : W/B 製程超音波法週期圖(a)
(b) 打線工具下降至待打線表面上施加預先設定好的力量後，即可施加超 音波能量，使之形成第一個結合點。
圖 3-8 : W/B 製程超音波法週期圖(b)
(c) 將打線工具拉起，並使引線從線軸中放出。
(d) 操作工作平檯將第二個打線位置移至打線器下(若為自動打線機，通常 是移動轉能器和打線器)，此時引線迴路已形成，再將打線器下降至第二個 搜尋位置(如同步驟 1 所示)。
圖 3-9 : W/B 製程超音波法週期圖(d)
(e) 打線器下降至承墊便形成第二個結點，同步驟(2)。
圖 3-10 : W/B 製程超音波法週期圖(e)
(f) 第二點形成後，另一枚線鉗(Wire Clamp，在打線器之後方)會將其拉回 並在結合點腳跟處拉斷引線。此時打線器會升起，而線尾會穿透出打線工 具下方，直到線尾固定在打線器尖端(線尾長度)某個位置之前，如同(1)所 示，此時打線機可重覆上述各步驟
圖 3-11 : W/B 製程超音波法週期圖(f)
有銲線製程簡介中，說明了在銲線製程中，金線在銲線上提供了半導 體晶粒中各功能鋁墊與基板手指間的電性聯接管道如圖3-12 圖示說明，在 銲線週期性的製程中，如圖3-13和圖3-14說明除了金線銜接晶粒鋁墊與基板 手指間之外，另外兩個主要的讓金線能銜接兩個端點的設備，就是銲針跟 機台；在整個做動原理中，主要的週期有四項，這四項包含了金球的建立、
有銲線製程簡介中，說明了在銲線製程中，金線在銲線上提供了半導 體晶粒中各功能鋁墊與基板手指間的電性聯接管道如圖3-12 圖示說明，在 銲線週期性的製程中，如圖3-13和圖3-14說明除了金線銜接晶粒鋁墊與基板 手指間之外，另外兩個主要的讓金線能銜接兩個端點的設備，就是銲針跟 機台；在整個做動原理中，主要的週期有四項，這四項包含了金球的建立、