第一章、緒論
電力電子發展已逾 50 年，功率電力電子元件是其核心，過去以矽(Si) 材料為主，最常見的如泛用在交換式電源供應器(Switching Mode Power Supply, SMPS)及 AC-DC 轉換器中的 MOSFET，用於變頻器(Inverter)的 IGBT，至今矽特性已近極限，電力電子技術持續進展，有賴新興的寬能隙 (Wide Bandgap)材料，如氮化鎵(GaN)及碳化矽(SiC)等電子元件等，美國、
日本及歐洲一些研究單位已進行多年此類新型功率元件研發，日本稱其 為”super devices”。GaN 電子元件的低導通電阻(為 IGBT 之 1/5~1/10)、高速 切換速率(為 IGBT 之 10 倍以上)、耐高壓(原理可達 10000V) 與耐高溫(> 250
℃)等特性，且具有成本低於 SiC 元件的優勢。圖 2 是針對 Si、SiC 和 GaN 在不同額定電壓下所計算出來的物理極限曲線，GaN 的導通電阻比 Si 和 SiC 低將近十倍，這也說明了 GaN 在與其他材料間特性的優勢[2]。
在電動車驅動應用，如同在市場與發展趨勢比較中所做的分析，從系統 應用面看，GaN電子元件構成的模組成本具有與IGBT匹敵的潛力。
根據新電子雜誌於 2011 年 5 月引用 Yole Developpement 公布的資料顯 示，GaN 功率半導體市場已自 2010 年開始萌芽，並以崩潰電壓(Breakdown Voltage)在 200 伏特以下的資訊科技和消費性電子市場為應用大宗[1]。
圖 1 為新電子雜誌引用 Yole Developpement 針對 2009~2015 年 GaN 功
2 電混合車/電動汽車)及 Power Supply PFC(功率因數修正)電路應用。如果台 灣能拿下 20%市占率，零件年產值約新台幣數十億元。若考慮將其相關產
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力電子元件及模組自主研發與製造，能提升我國電力電子在能源管理技術 競爭力，掌握成本優勢，有助於台灣於電動車之世界具有領先地位。
1.1 研究動機與目的
而功率元件中 GaN HEMT 結合高傳導電子密度、高電子遷移率和較寬 的能隙，使其可在指定的反向耐壓下，顯著降低元件的導通電阻 RDS(on)。
適合於製作高頻率、大功率和高效率的電子器件，因此 GaN HEMT 逐漸成 為目前學術研究重點。
而在晶粒的封裝製程考量上也必須達到符合低傳導阻抗以及可承受高 電流的要求，才能完整的呈現出 GaN HEMT 的特性。因為晶粒的封裝如果 無法配合，不僅會造成無法量測到晶粒的特性，且也可能因不合適的封裝 製程造成晶粒的劣化、降低使用壽命。
封裝製程中最關鍵的便是晶粒連線技術，而 Wire Bond 接合技術是目前 使用最多的晶粒連線方式。Wire Bond 是最早也是目前應用最廣的技術，由 於 Wire Bond 接合技術相當簡易及便利，加上長時間下來與之相配合之設備 及相關技術皆已相當完善，且現今其製程作業皆已經利用自動化或半自動 化方式進行，加上材料與製程技術的不斷改善，因此在封裝製程中 Wire Bond 接合技術至今仍然未被淘汰，特別是金線的熱音波接合技術。但由於 金線尺寸非常細小，在 Wire Bond 後的銲點強度並不大，所以接合的強度，
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便與 Wire Bond 製程控制參數的設定會有顯著的影響。
目前國內鮮少有關 GaN 功率元件的封裝研究，而此次研究嘗試以 GaN HEMT，使用不同的 Wire Bond 製程控制參數，利用實驗計畫法及變異數分 析進行實驗，探討 Wire Bond 製程控制參數與金線接合強度的關係，並嘗試 比對 GaN HEMT 電性在不同 Wire Bond 製程控制參數下的變化。希望藉由 設計合適的 Wire Bond 製程，達到可以呈現 GaN HEMT 特性，這是此研究 的目的。
1.2 文獻回顧
有關 Wire Bond 製程改善之相關文獻，簡述如下:
陳建良[3]指出熱音波銲接過程中影響 Wire Bond 接合的主要參數貢獻度 : 超音波振動頻率>瓷嘴下壓力量>超音波振動時間。同時利用田口回歸分析 方法，尋求熱音波銲接過程中之最佳參數組合。並藉此提高熱音波銲線機 銲接的成功。
陳柏光[4]主要表示銲線機的銲頭型態及超音波振動時間、瓷嘴下壓力量等 參數對銲接品質的影響。藉由直交陣列配置的控制因子及水準數來進行實 驗規劃，透過訊號雜訊比(Signal to Noise Ratio , S/N Ratio)可以了解各個參 數對品質特性的影響，進而決定最佳參數水準組合，研究結果在銲針型態 固定，則超音波振動時間加長，其接合點斷裂強度有增強趨勢。
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張恆碩[5]利用不同的接合參數，造成時效過程中得到不同的金鋁微接點組 織。在接合的介面所留下的 Passive Region 愈少，所得的接合強度愈好，時 效過程較不容易發生及早退化。接合介面所留下的 Passive Region 愈多，將 造成金屬接合過程中的不均勻成長，導致應力集中並發生 Crack。
黃焜銘[6]針對微細間距的 BGA 產品，為求提高製程能力，故從金線之評估 下手，先從五種材料中找出較佳的一種後，再試銲針之搭配與比較，選定 好銲針與金線之組合後，選用田口實驗直交表來找出銲接之關鍵參數，經 實驗分析後，取超音波振動時間、瓷嘴下壓力量、超音波振動頻率為第一 銲點及第二銲點之主要參數，最後應用反應曲面法(Respond Surface
Method，RSM )來顯示其主因子、水準。
上述之參考文獻，綜合其歸納如下：
瓷嘴下壓力量、超音波振動頻率、晶片加熱溫度、超音波振動時間在經 過實驗後，是最常出現之最佳控制參數，對於第一銲點影響性大。
而經由實驗計劃或其他之統計方法找出最佳參數後，第一銲點之改善是 顯著的，且大都有明顯之改善。但多數研究皆未實際再將 Wire Bond 前後電 性進行比對。
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1.3 論文架構
本論文架構共分成四章:
第一章、緒論：包含研究動機、研究目的及論文架構。
第二章、封裝製程與實驗方法介紹：包含封裝作業說明及此次實驗所進行 的實驗方法介紹。
第三章、實驗研究 : 實驗取得資料，來驗證本研究之最佳參數，以反應實 際可行之製程參數的結果。
第四章、結論與建議 : 將分析結果作成結論，並提出未來的研究方向與建 議。
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