本實驗使用的 JMP 分析軟體為來自 SAS 的統計分析軟體，以問題為中 心的工具，將數據結構化分析資料，以尋求數據最佳化及發現問題。JMP 能支援各種作業視窗(Windows/Linux/Macintosh 等)，擁有個性化的智慧 功能表引導使用者進行分析，並自動將複雜的數據統計分析圖形化，幫助 使用者觀看資料的分布模式及數據最佳化[7]。
圖 3.14[a]為 JMP 操作介面。
3.15
實驗設計 DOE(Design Of Experiment)：
DOE 主要設計的實驗目的為用最少的成本、最小的變異，找到一組最 佳或最適合的數據組合。田口方法是先用直交表，以少量的實驗蒐集數據，
完成更可靠的效果因子評估。在製程工程中，使用田口方法進行實驗尋找 最佳化參數，是公認最有效的實驗手法。
參數實驗設計是由外側直交表及內側直交表所組成，經過直交表，配 置各個因子的組合，以各組合來進行實驗蒐集數據，是現代工業常用的實 驗設計手法。
本實驗研究將以"田口品質工程法(Taguchi)"為手法，實驗設計因子數 為 2~8 個，且為連續型因子，每個實驗因子需要有三水準(3 Level)。[7]
3.16
田口品質工程介紹：
在西元 1949 年，田口玄一(Genichi Taguchi)博士在日本電信實驗室 工作時，發展了"品質工程"的基本原理。田口博士所發展的方法是透過實 驗設計，進行系統參數最佳化，特色為具備實際的應用性，而非以複雜的 統計為依歸。田口博士的實驗方法是一種用來改善品質的工程方法，在日 本已被認為是一種重要系統化的品質工程手法，不只在日本，目前深受各 國工業及學術界的認同，且大量應用[7]。
3.17
設計 DOE 直交表：
如圖 3.17[a]左所示，田口手法利用直交表配置的參數組合蒐集資料，
圖 3.17[a]右為 3X3 的直交表設計，主要讓我們以較少的實驗組來獲得更 可靠的效果因子，利用直交表進行實驗是被認為最穩健的的實驗技巧。
參數實驗設計是由外側直交表及內側直交表所組成，經過直交配置不同水 準的參數組合來進行實驗[7]。
圖 3.17a 直交表設計[7]
3.18
品質函數的型式：
圖 3.18[a],[b],[c]視為特性望目、望大、望小，以下說明三者特性 望目特性：當發現品質特性越靠近單一目標值，品質就越佳時，這種品質 特性即具備望目特性，如圖 3.18[a]。
望大特性：當發現品質特性越大，品質就越佳時，這種品質特性即具備望 大特性，如圖 3.18[b]。
望小特性：當發現品質特性越小，品質就越佳時，這種品質特性即具備望 大特性，如圖 3.18[c]。
圖 3.18.a 望目特性 [7]
圖 3.18.b 望大特性 [7]
圖 3.18.c 望小特性 [7]
第4章 實驗結果與討論
本章節將之前所設計的 DOE 實驗方式研究，將實驗蒐集的數據及測試 結果分析整理，以期找出最佳的參數範圍，降低 CUP 晶片銲墊受損問題。
4.1 銲線打線參數上限/下限範圍設定:
4.1.1 震盪電流(Bond Current)設定:
圖 4.1[a]是在不同震盪電流值設定下，將銲線時間(Bond Time)及壓
根據實驗可得知，震盪電流值在 60~100mA 區間，銅球球形正常，且銲 墊正常沒有受損。
圖 4.1a 電流值評估參數範圍
4.1.2 銲線時間(Bond Time)設定:
圖 4.1[b]是在不同銲線時間值設定下，將震盪電流(Bond Current)及 壓力(Bond Force)值分別固定為 50mA 及 2g，使用溶劑去除銅球後，檢測 墊下線路是否受損(參考章節 3.10)，並以高倍光學顯微鏡觀察紀錄，不同 的銲線時間值對銲墊所造成的變化及影響：
圖 4.1[b]中圖 a 隨著銲線時間值增加到 30ms，發現銲球有球變形缺點。
圖 4.1[b]中圖 b 隨著銲線時間值下降到 25ms，銅球球形正常，但是發 現有銲墊受損缺點。
圖 4.1[b]中圖 c 隨著銲線時間值下降到 23ms，銅球球形正常，且沒有 發現銲墊受損缺點。
圖 4.1[b]中圖 d 隨著銲線時間值下降到 15ms，銅球球形正常，且沒有 發現銲墊受損缺點。
圖 4.1[b]中圖 e 隨著銲線時間值下降到 10ms，發現銲墊表面有銅球脫 離缺點。
根據實驗可得知，銲線時間值在 15~23ms 區間，銅球球形正常，且銲 墊正常沒有受損。
圖 4.1.b 時間值評估參數範圍
4.1.3 壓力(Bond Force)設定:
圖 4.1c 是在不同壓力值設定下，將震盪電流(Bond Current)及銲線時 間(Bond Time)值分別固定為 50mA 及 5ms，使用溶劑去除銅球後，檢測墊
下線路是否受損(參考章節 3.10)，並以高倍光學顯微鏡觀察紀錄，不同的 銲線時間值對銲墊所造成的變化及影響：
圖 4.1[c]中圖 a 隨著壓力值增加到 20g，發現銲球有球變形缺點。
圖 4.1[c]中圖 b 隨著壓力值下降到 15g，銅球球形正常，但是發現有 銲墊受損缺點。
圖 4.1[c]中圖 c 隨著壓力值下降到 9g，銅球球形正常，且沒有發現銲 墊受損缺點。
圖 4.1[c]中圖 d 隨著壓力值下降到 5g，銅球球形正常，且沒有發現銲 墊受損缺點。
圖 4.1[c]中圖 e 隨著壓力值下降到 3g，發現銲墊表面有銅球脫離缺點。
根據實驗可得知，壓力值在 5~9g 區間，銅球球形正常，且銲墊正常沒 有受損。
圖 4.1.c 壓力值評估參數範圍
4.2 L9 DOE 直交表建立
表 4.2.1 為 3 參數 X3 水準直交表，根據(章節 4.1)將實驗所得到的三 大參數：震盪電流(Bond Current)、銲線時間(Bond Time)、壓力(Bond Force)。將每組上限填入表內 H，將下限填入表內 L，將中間值填入表內 M。整理成表 4.2.2，可觀察出針對 CUP 晶片使用 20um 銅線，得到參數範 圍為：震盪電流 60~100mA，銲線時間 15~23ms，壓力 5~9g。
將 3 參數 X3 水準直交表代入 L9 DOE 直交表，再將參數根據直交表填入(參 考章節 3.2.2)
表 4.2.1 三參數三水準表
表 4.2.2 將三參數三水準代入 L9 DOE 直交表
4.3
L9 DOE 回應表建立
表 4.3.1 為 L9 DOE 回應表，本實驗 L9 DOE 回應表建立置入需觀察回應 項目：拉力強度(Wire Pull)需大於 4g，推球強度(Ball Share)需大於 10g，
銅球型大小量測(Ball Size )，需符合 46um～51um，避免球型異常， 銅 球厚度量測(Ball Thick)，需符合 8um～14um 避免球型異常，及銲墊受損 發生率。
由 L9 DOE 回應表結果可觀察得:
a.每一組 cell-1～cell-9 均無發現銲墊受損。
b.每一組 cell-1～cell-9 均能符合拉力，推球，球型大小及球厚度規格。
c.參數越大，拉力、推球 數據越高且球型越大、球厚度越薄。
表 4.3.1 L9 DOE 回應表
4.4 L9 DOE 球形及去金屬層確認
圖 4.4.a 為 Cell-1～Cell-9 球型及去金屬層確認結果，以高倍光學 電子顯微鏡 500 倍率檢查 Cell-1～Cell-9，每組檢查 40 顆球形，每組均 無發現銲球缺點，以高倍光學電子顯微鏡 500 倍率檢查 Cell-1～Cell-9 每 組檢查 40 顆球，檢測結果每一組均無銲墊受損缺點。
圖 4.4.a Cell-1～Cell-9 球型及去金屬層確認結果
4.5 L9 DOE IMC Test 確認
圖 4.5[a] 為 Cell-1～Cell-9 IMC Test 確認結果，以高倍光學電子 顯微鏡 500 倍率檢查 Cell-1～Cell-9，每組檢查 40 個鋁墊共金，每組均 無發現共金不良缺點。
圖 0.a Cell-1～Cell-9 球型及去金屬層確認結果
4.6 L9 DOE 橫切面及 SEM 確認
圖 4.6[a]為 Cell-1～Cell-9 橫切面 SEM 結果確認，每組取 20 顆球做 橫切面確認 Cell-1～Cell-9 的狀況，再以 1500 放大倍率檢查發現每一組 均無銲墊受損的缺點 。
圖 4.6a Cell-1～Cell-9 橫切面及 SEM 結果
4.7 回應參數輸入 JMP 軟體
圖 4.7[a] 回應數據輸入 JMP 軟體，拉力強度(Wire Pull) 輸入平均值，
推球強度(Ball Share)輸入平均值，並輸入九組球大小及球厚度。
圖 0.a 回應數據輸入 JMP
4.8 JMP 得出建議最佳參數
圖 4.8[a] 為 JMP 建議最佳參數結果，其中拉力強度(Wire Pull) 調整 為望大特性，越高越佳，推球強度(Ball Share)調整為望大特性，越高越 佳，球型大小調整為望目特性，期望球大小為 46~51um，球厚度調整為望 目特性，期望球厚度 8~14um，依據圖 4.4 中 Desirability 各項參數可取 最佳峰值區，得出 JMP 最佳參數分別為：
銲接電流(Bond Current) 得 85.37mA 以四捨五入取 85mA。
銲接力量(Bond Force) 得 7.02g 以四捨五入取 7g。
銲接時間(Bond Time) 得 20.43ms 以四捨五入取 20ms。
圖 0.a JMP 建議最佳參數結果 4.9 窄化 JMP 建議最佳參數
表 4.9[1] 為 L3 DOE 窄化參數，為了避免有機台的誤差，窄化參數是 必需再確認的誤差值依據 K&S 自動銲線機機台能力定義[13]
銲接電流(Bond Current) : 85mA 正負 5mA = (80mA～90mA)
銲接力量(Bond Force) : 7g 正負 1g = (6g～8g)
銲接時間(Bond Time) : 20ms 正負 2ms =(18ms～22ms)
表 4.9.1 L3 DOE 窄化參數
4.10 L3 DOE 回應表
由表 4.9.1 L3 DOE 回應表結果可得 :
a.每一組 cell-1～cell-3 均無發現銲墊受損。
b.每一組 cell-1～cell-3 均能符合拉力，推球，球型大小及球厚度規格。
c.參數越大，拉力，推球 數據越高， 球型越大， 球厚度越薄。
表 4.10.1 L3 DOE 回應表
4.11 L3 DOE 球型及去金屬層確認
圖 4.10.a 為 Cell_Min～Cell_Max 球型及去金屬層確認結果，以高倍 光學電子顯微鏡 500 倍率檢查 Cell_Min～Cell_Max，每組檢查 40 顆球形，
每組均無發現銲球缺點，以高倍光學電子顯微鏡 500 倍率檢查 Cell_Min～
Cell_Max 每組檢查 40 顆球，每組均無銲墊受損缺點。
圖 0.a Cell-1～Cell-3 球形及去金屬層結果
4.12 L3 DOE 橫切面確認
圖 4.11[a]為 L3 DOE Cell_Min～Cell_Max 橫切面以 SEM 檢測結果，
每組檢查 40 顆球形，以 1500 倍率檢查，均無發現銲墊受損缺點。
圖 0.a Cell_Min～Cell_Max 橫切面及 SEM 結果
4.13 可靠度測試結果
表 4.13.1 所示，將使用 DOE 產品後做 PCT 168Hours，TCT
200/500/1000 Cycle，HTST 168/500/1000 Hours，都沒有任何異常，及無 電性缺點。
4.14 針對不同銅線線徑及封裝型態可靠度測試在 CUP 鋁墊結構實驗 表 4.14.1 為不同銅線線徑及不同的封裝型態在 CUP 鋁墊結構實驗結 果，我們以相同實驗手法針對不同銅線線徑(15um/18um/20um/23um/25um) 及不同封裝型態進行 DOE 實驗，均能通過可靠度測試 。
表 4.14.1 不同銅線線徑通過可靠度測試
4.15 CUP 第一銲點參數標準化
表 4.15.1，不同銅線線徑在 CUP 鋁墊結構，使用 DOE 方法得出主要參 數區間並將實驗結果標準化。
表 4.15.1 非 CUP 與 CUP 第一銲點參數標準化表
4.16 銲線參
數實驗結果
4.16.1 銲線振盪電流(Bond Current)參數趨勢
圖 4.16[a]是銲線震盪電流(C)對銅線線徑(D)的關係圖，在這個區域上 可得到銅線最佳接合效果，由此圖我們可以看到隨著銅線直徑(D)越大，銲 線電流(C)需設定越大，因此參數在這個區域上才有良好的製程結果，銅線 直徑(D)每增加 3um，振盪電流增加約 6%～10%，每種線徑的振盪電流呈線 性增加趨勢。
圖 4.16.a 銲線電流(C)與銅線直徑(D)關係圖
4.16.2 銲線時間(Bond Time)參數趨勢
圖 4.16[b]是銲線時間(T)對銅線直徑(D)的關係圖，在這個區域上可得 到銅線最佳接合效果，線徑越大，銲線時間需設定越大，因此參數在這個 區域上才有良好的製程結果，線徑每增加 3um，銲線時間增加約 10%～20%。
圖 4.16.b 銲線時間(T)與銅線直徑(D)關係圖
4.16.3 銲線壓力(Bond Force)參數趨勢
圖 4.16[c] 是銲線壓力(F)對銅線線徑(D)的關係圖，在這個區域上可得 到銅線最佳接合效果，由此圖我們可以看到隨著銅線線徑越大，銲線壓力 (F)需設定越大，才有良好的製程結果，線徑每增加 3um，銲線壓力需增加 約 15%～22%。
圖 4.16.c 銲線壓力(F)與銅線直徑(D)關係圖
第5章 結論與未來展望
5.1
結論
本研究主要是探討銲墊下線路型封裝打線製程改善方法，透過 DOE 手 法，由以上的結果可顯示三項主要銲線參數(振盪電流/壓力/銲接時間)可 以改善車用 IC(device：XKAA%)的 Pad Crack 問題，進而提升製程良率，
由 86.7%提升到 99.99%，如能標準化管控車用 IC 打線封裝製程參數，可有
由 86.7%提升到 99.99%，如能標準化管控車用 IC 打線封裝製程參數，可有