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田口式實驗計畫法應用於球格式封裝第二銲點零時最佳化參數

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Academic year: 2021

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田口式實驗計畫法應用於球格式封裝第二銲點零時最佳化參數

楊正宏、李豐昇 國立高雄應用科技大學 電子工程學系 E-mail: 2096305125@cc.kuas.edu.tw

摘 要

近年來國內IC 產業發展蓬勃帶動了半導體封裝業之迅速擴張與進步。為了因應體積小及生命週期短的 電子產品,製造商不得不縮短研發時間、產品體積及提高生產效能。在半導體封裝中相同體積下引腳數最 多的IC 則屬球格式封裝(BGA, Ball Grid Array)產品。製造商為了提升半導體封裝高科技領域的技術,正 積極研發新技術與新製程好達到產業升級,因此半導體封裝製程相關參數的研發關係著速度、成本與品質。 半導體封裝製程中以銲線製程具有舉足輕重之地位。銲線主要的目的是要將晶粒上的接點使用導電線材連 接到導線架上的內引腳(Inner Lead),藉而讓 IC 晶粒的功能可以就由電路訊號傳輸到外界。然後在銲線之 動作時,以晶粒上的接點稱為第一銲點(First Bond),內接腳上之接點稱為第二銲點(Second Bond),而時 間在銲線製程裡決定品質及產量的重要關鍵。利用田口式實驗計畫法分析出第二銲點所需的時間零時化 (Zero Time)的可行性及第二銲點最佳化參數,進而降低銲線製程所需的時間提高生產能力。 關鍵字:半導體封裝、第二銲點、田口式實驗、零時化、最佳化參數

1. 前 言

1.1 台灣半導體發展 我國 IC 產業發展,在最初的 15 年主軸在後段的封裝及測試;之後則陸續四吋、五吋及六吋晶圓廠, 逐步的由後段製程向前段製程發展。至1990 年在六吋廠陸續成立運轉後,國內 IC 產業才開始蓬勃發展。 其台灣半導體發展使大致上分為:萌芽期(1964 年~1974 年)、技術引進期(1974 年~1979 年)、技術獨立 及推廣期(1979 年~現在)[1]。 表1 台灣半導體發展 [1] 年 代 時 期 重 要 發 展 1964 年~1974 年 萌芽期 1964 年國立交通大學成立半導體實驗室,將半導體課程列為 主要教學重點。 1966 年美商通用儀器來台設廠,從事電晶體之構裝。後繼德 州儀器、飛利浦建元電子等陸續在台設廠。 1974 年~1979 年 技術引進期 1974 年成立電子工業研究中心與美國 RCA 公司合作,設置 IC 示範工廠並建立了 7.0 微米 CMOS 技術,並與美國 IMR 公 司合作,引進光罩製作技術。 1981 年成立了新竹科學園區。 1979 年~現在 技術獨立及推廣期 1980 年工研院電子所衍生四吋晶圓廠生成立聯華電子公司。 1987 年工研院電子所衍生六吋晶圓廠成立台灣積體電路製造 公司。 1988 年工研院電子所衍生專業光罩廠商─台灣光罩公司。

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1993 至 1995 年間全球 IC 市場興起了八吋廠的投資熱,在 1994 年工研院電子所衍生成立世界先進公司 後,國內陸續投入八吋晶圓廠的興建。2000 年為因應全球 SoC 的風潮,工研院成立系統晶片技術中心並結 合四十家廠商成立SoC 推動聯盟,使我國 IC 產業朝創新導向發展[1]。 1.2 半導體封裝-銲線製程 IC 封裝主要在保護 IC 晶粒不受外在環境干擾並將電路信號接引至外部以供使用[2]。在 IC 封裝製程主 要為:晶片背面研磨、晶片貼膠、晶片切割、黏晶粒、銲線、封膠、印字及剪切/成型與測試(如圖1)[3]。 在這些製程中銲線製程在整個半導體封裝是最需要時間的一個製程[4]。而在銲線製程過程中會影響整個製 程的因數有:銲黏溫度、超音波能量、銲黏壓力、金球大小、銲黏時間、路徑長度及路徑高度等(如圖2), 其中以時間為串連所有因數的關鍵也是影響品質及產量的關鍵因數[5]。 圖1 IC 封裝製程 圖2 銲線步驟流程 [2] 整個銲線能量轉換首先由電子電路產生一個超音波震盪給電壓驅動器(Piezoelectric Driver)產生超音 波能量震盪經換能器(Transducer)傳輸至銲針在經由銲針頭傳輸至銲線或銲球[6,7],藉由超音波能量、銲 黏壓力、銲黏溫度、銲黏時間與晶粒鋁墊或導電架引腳表面產生交互作用產生共金,藉由共金力量使得金 球或金線黏著於晶粒鋁墊或導電架引腳上(如圖3)[8]。在藉由拉力強度測試(Wire Pull Test)測試第一銲 點及第二銲點拉力強度以及藉由推球強度測試(Ball Shear)測試第一銲點銲球共金強度[9,10]。

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圖3 銲球及銲線共金意識圖

1.3 研究背景

半導體封裝製程中主要包括:晶片背面研磨(Back Grind)、晶片貼膠(Wafer mount)、晶片切割(Die saw)、黏晶粒(Die bond)、銲線(Wire Bond)、封膠(Mold)、印字(Mark)、剪切(Trim)、成型(Form) 與測試(Test)等[2,3]。其中又以銲線製程在整個半導體封裝有舉足輕重之地位也是最需要時間的一個製程 [3]。銲線主要的目的是要將晶粒上的接點使用導電線材連接到導線架上的內引腳,藉而讓 IC 晶粒的功能可 以就由電路訊號傳輸到外界[4,5]。在銲線製程中影響銲線品質的因素有:銲黏溫度(Temp.)、超音波能量 (Power USG)、銲黏壓力(Bond Force)、金球大小(Gold Ball Size)、銲黏時間(Bond Time)、路徑長度 (Wire Long)及路徑高度(Wire Height)等[6],其中銲黏溫度、超音波功率、銲黏力量、銲黏時間等是主 要影響第二銲點品質的因素[7,8]。針對第二銲點品質之影響參數進行探討,透過田口式實驗計畫法建立分 析模式來分析出第二銲點所需的時間零時化的可行性,並作為製造商提高生產能力的依據[9,10]。 1.4 研究動機 電子產品蓬勃發展,商品體積也越來越輕薄短小化,電子產品的生命週期也越來越短,製造商不得不 壓縮研發時間、縮小產品體積及提高。而球格式封裝產品在半導體封裝製程中屬於引腳最多的產品。IC 晶 粒的功能也藉由這些引腳將電路訊號傳輸到外界。所以第二銲點所需的時間是球格式封裝產品在銲線製程 裡決定品質及產量的重要因素之一。故利用田口式實驗計畫法分析出第二銲點所需的時間零時化的可行性 及第二銲點零時最佳化參數,進而壓縮球格式封裝產品在銲線製程所需的時間進而提高生產能力。

2. 研究方法

2.1 田口式實驗計畫法 田口博士將品質分為二類,第一類是顧客要的,包括機能本身、外觀、產品種類及售價等;第二類不 是顧客要的,例如社會損失、失效、缺點、污染及機能變異等[11]。其中第二類的品質問題正是工程師所要 改善的,它對於市場佔有率有著重要的影響,並可提升出口市場的競爭力。田口博士認為所有第二類型的 品質問題主要起因於 a.環境使用狀況、b.退化與磨損、c.個別的差異三種雜音因子[12]。如何藉由改善穩健 性來降低製造成本、如何最小化污染等問題。這些問題對於一企業的競爭力有著重要影響,對此田口式實 驗計畫法將扮演相當重要的角色。田口博士認為他的方法可用來改善研發部門的效率[13]。

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早期,田口式實驗計畫法發展其信號雜音比(signal-to-noise ratio, S/N 比)應用在靜態品質特性的實驗 設計中,後來普遍採用並獲得不錯的績效[12]。田口式實驗計畫法的主要目的為工程師能夠確實完成最佳化 實驗,包括最佳設計組合之確認,而田口式實驗計畫法能讓工程師容易地進行實驗。依據經驗,工程師利 用田口式實驗計畫法執行矩陣實驗,並且應用其結果進行改善,其成功的機率比應用傳統的實驗設計還要 高[11]。這也是田口博士的最大貢獻。田口博士針對在目標值未知或是當目標值必須在某個範圍內變動的情 況發展出動態方法。田口式實驗計畫法後來又發展出利用馬氏距離(Mahalanobis Distance)來進行多變數 決策分析MTS(Mahalonobis-Taguchi System),主要利用馬式距離進行多元特性變數的綜合評價,然後再以 田口式實驗計畫法的S/N 比進行選擇重要的特性變數之一種分析方法[13]。 田口式實驗計畫法是由田口玄一博士針對品質維持與參數決策所開發出來的方法,其在於強調品質特 性與目標值間的差異是造成損失的關鍵,其中品質特性值較常被運用。田口式實驗計畫法具有成本效益且 可以直接應用於現代工業所面臨的問題,並可以解決在產品的設計上,以最低的成本來獲得穩定及可靠產 能的需求[13]。在田口式實驗計畫法品質特性值中決定目標函數及特性是田口式實驗計畫法分析過程中的重 要的一步也是關鍵的第一步,分析法中最大的特色是將目標函數轉換成信號雜訊比(Signal to Noise, S/N) 的計算方式,以利後續分析步驟的進行[12]。 2.1.1 特性值

依照理想機能的不同分為三種特性[14],分別為:望小特性(Smaller the Better)[15]、望大特性(Larger the Better)[16]及望目特性(Nominal the Best)[17]。公式中

y

i為實驗後得到的數值,n 為實驗數值個數,

y

為實驗數值的平均值,

s

n為實驗數值的標準偏差,m 為目標值,S 為標準偏差[13]。 望小特性的S/N 比公式如下: ) 2 y2 ( log 10 log 10 1 2 S n n N S n i SB

yi

+ − = − =

= (1) 望大特性的S/N 比公式如下: n n N S LB i yi

= − = 1 1 2 log 10 (2) 望目特性的S/N 比公式共分為三種型式: a.當調整因子不存在時(以致無法將

y

對準目標值),其S/N 比公式如下:

(

)

⎢⎣

⎥⎦

+ − − = − = = y i m S n N S

n

n

m

yi

i NB 2 )2 ( log 10 log 10 1 2 1 (3)

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b.當調存在著整因子,使得偏心值

(

y

m

)

可以預先假設為零的狀況下,其S/N 比公式如下:

( )

( )

S n y yi NB n n i N S 2 2 log 10 1 log 10 2 =− ∑ = − = − (4) c.標準偏差常隨著平均值增加而變大,所以以標準偏差除以平均值,其 S/N 比公式如下: y S NB N S 3 =−10log 22 (5) 2.1.2 直交表 田口式直交表(orthogonal arrays)的構想是用較少的實驗次數來獲得有用的資訊。對於解決工程品 質問題的目的而言,田口式直交表常常是兼顧實驗成本及精準度下很好的折衷辦法[11]。1.每一行都是自 我平衡的(self-balanced)且每一行中各水準出現的頻率是相同的[12]。2.每兩行間也都是互相平衡的 (mutual-balanced),且在某一行中,出現某水準的所有實驗組,在另外一行中,出現各水準的頻率是相 同的。同時擁有以上這兩個特性的實驗計劃表稱為直交表[13]。 典型的直交表示以 La(bc)來命名,它代表共有 a 組實驗、最多可以容納 b 個水準的因子 c 個,以 及代表一個a 橫列 c 直行的直交表[12]。有些直交表同時可以容納兩種水準的因子,此時已 La(bc × de) 來表示,它代表共有a 組實驗、最多可以容納 b 個水準的因子 c 個及 d 個水準的因子 e 個[11]。直交表構 成方式以L8(27(表2)為例,表 2 中,本體內的 1、2 代表因子水準,而「行」是因子及交互作用的配 置,而「列」是實驗的次數[13]。 表2 二水準直交表 L8(27) Factor Experiment. No. 1 2 3 4 5 6 7 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 2 2 2 3 1 2 2 1 1 2 2 4 1 2 2 2 2 1 1 5 2 1 2 1 2 1 2 6 2 1 2 2 1 2 1 7 2 2 1 1 2 2 1 8 2 2 1 2 1 1 2 L8 a b -d c -f -e g 常用的直交表有-二水準的直交表:L4(23)、L8(27)、L12(211)、L16(215)、L32(231);三水準的直交表: L9(34)、L18(21×37)、L27(313)、L36(211×312)、L36(23×313)、L54(21×325);四水準的直交表:L16(45)、L32(21×49); 五水準的直交表:L25(56)、L50(21×511) [13]。

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2.2 第二銲點零時化-參數設計

本研究方法是利用參數設計來行實驗計畫,並透過信號雜訊比(S/N 比)的計算分析出一組第二銲點零 時最佳化參數[5]。而影響第二銲點拉力強度其參數有:第二銲點壓力(BOND FORCE)、超音波輸出控制 模式(USG POWER)、銲黏時間(BOND TIME)、超音波輸出波形(PROFILE)、第二銲點初始壓力(INIL'T FORCE )、 研 磨 角 度 ( SCRUB PHASE )、 前 置 超 音 波 輸 出 延 遲 時 間 ( PRE-DELAY )、 接 觸 臨 界 點 (CONTRACT),其特性要因圖如圖 4 所示[5,13]。

圖4 第二銲點拉力強度之特性要因圖

而影響第二銲點銲黏時間其參數有:BOND TIME、CONTRACT,其特性要因如圖 5 所示。

圖5 銲線作業時間之特性要因圖

由圖 4 及圖 5 可以得知影響第二銲點拉力強度的作業參數有 USG POWER、BOND FORCE、BOND TIME、PROFILE、PRE-DELAY、CONTRACT、INIL'T FORCE、SCRUB PHASE 其中 BOND TIME 及 CONTRACT 兩參數又對於第二銲點銲黏時間也有影響,所以須先針對第二銲點拉力強度進行第一次的參數 最佳化後再針對第二銲點和黏時間進行第二次的參數最佳化[5,13]。

2.3 參數設定及研究方法

針對 USG POWER、BOND FORCE、BOND TIME、PROFILE、PRE-DELAY、CONTRACT、INIL'T FORCE、SCRUB PHASE 參數利用田口式實驗計畫法 L18對於第二銲點拉力強度及銲線時間進行實驗分析,

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表3 實驗參數數值表

A B C D E F G H

Factor

Exp. No. DELAY PRE- POWER USG FORCEBOND BOND TIME PROFILE CONTRACT FORCE INIL'T SCRUB PHASE

1 0 110 40 0 RAMP 50 40 0 2 6 115 45 20 SQUARE 60 45 90 3 120 50 40 BURT 70 50 180 第二銲點拉力強度屬於拉力強度越大越好所以採用田口式實驗計畫法中的望大特性質分析 S/N 比 [13]。銲線時間則屬於所需時間越小越好所以採用田口式實驗計畫法中的望小特性質分析 S/N 比。在將 2 組S/N 比進行分析找出第二銲點零時最佳化參數[5]。

3. 結果與討論

3.1 第二銲點拉力強度實驗分析 第二銲點拉力強度實驗主要是收集第二銲點拉力強度與參數的變化關係。其數據共收集 4 顆 DIE 的第 二銲點拉力強度數據,其每顆DIE 收集 16 條線的第二銲點拉力強度,DIE 每一邊做 4 條線第二銲點拉力強 度測試,在取其每顆DIE 共 16 條線第二銲點拉力強度數值的平均值,在將四個實驗數值利用田口式實驗計 畫法望大特性質求其平均值(Ave.)及 S/N 比(ηq)(表 4)。由表 5 可以得到ηq的反應表及ηq的反應圖(圖 6)。 表4 拉力強度&銲線時間數值表

WIRE PULL BOND TIME

Experiment Data Experiment Data Exp. No. y1 y2 y3 y4 Ave. ηq y1 y2 y3 y4 Ave. Sn ηt 1 4.306 4.349 4.301 4.209 4.291 12.65 137.7 136.5 137.9 136.0 137.0 0.831 -42.74 2 6.344 6.388 6.418 6.471 6.405 16.13 163.3 161.9 161.8 163.3 162.6 0.726 -44.22 3 7.648 7.725 7.766 7.669 7.702 17.73 186.1 186.4 187.6 187.4 186.9 0.617 -45.43 4 5.792 5.891 5.912 5.896 5.873 15.38 143.6 142.0 142.5 143.8 143.0 0.766 -43.11 5 7.235 7.150 7.219 7.201 7.201 17.15 166.5 167.0 167.2 168.2 167.2 0.627 -44.46 6 7.977 8.120 8.097 8.053 8.062 18.13 177.3 176.8 175.9 177.9 177.0 0.713 -44.96 7 6.400 6.493 6.425 6.517 6.459 16.20 167.9 166.6 167.5 166.8 167.2 0.520 -44.46 8 8.079 8.148 8.206 8.193 8.157 18.23 178.7 177.7 178.1 176.8 177.8 0.689 -45.00 9 9.131 9.212 9.200 9.236 9.195 19.27 141.5 142.4 141.0 142.8 141.9 0.716 -43.04 10 5.110 5.135 5.185 5.261 5.173 14.27 181.5 183.4 182.3 181.3 182.1 0.817 -45.21 11 5.840 5.917 5.842 5.965 5.891 15.40 147.7 147.6 147.5 148.1 147.7 0.232 -43.39 12 5.913 5.996 6.050 6.017 5.994 15.55 156.0 157.8 156.3 156.0 156.5 0.762 -43.89

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WIRE PULL BOND TIME Experiment Data Experiment Data

Exp. No. y1 y2 y3 y4 Ave. ηq y1 y2 y3 y4 Ave. Sn ηt 13 6.391 6.501 6.458 6.413 6.441 16.18 157.5 157.0 156.4 156.9 157.0 0.391 -43.92 14 5.805 5.847 5.822 5.953 5.857 15.35 181.6 181.0 181.4 182.1 181.5 0.381 -45.18 15 7.372 7.426 7.440 7.496 7.434 17.42 146.6 147.2 147.8 147.0 147.2 0.455 -43.36 16 6.715 6.764 6.732 6.863 6.769 16.61 188.5 186.9 187.6 187.9 187.7 0.587 -45.47 17 7.269 7.405 7.355 7.395 7.356 17.33 138.5 135.8 138.5 136.0 137.2 1.284 -42.75 18 8.289 8.354 8.369 8.329 8.335 18.42 162.0 163.4 161.4 161.1 162.0 0.871 -44.19 Ave. 6.811 16.523 162.196 0.666 -44.15 表5 ηq反應表 Factor Level A B C D E F G H 1 16.763 15.290 15.215 16.242 16.025 16.345 16.097 16.357 2 16.282 16.601 16.599 16.605 16.554 16.470 16.581 16.953 3 17.677 17.754 16.720 16.989 16.753 16.889 16.258 E1-2 -0.480 1.311 1.384 0.363 0.528 0.125 0.484 0.596 E2-3 1.076 1.155 0.115 0.435 0.283 0.308 -0.695 Rang 0.480 2.387 2.540 0.478 0.963 0.408 0.792 0.695 Rank 6 2 1 7 3 8 4 5 Significant? No Yes Yes No Yes No Yes Yes

12 13 14 15 16 17 18 19 A1 A2 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3 E1 E2 E3 F1 F2 F3 G1 G2 G3 H1 H2 H3 LEVEL S/ N r at io s 圖6 ηq 反應圖 由 ηq 反 應 表 及 ηq 反 應 圖 可 以 得 知 影 響 第 二 銲 點 拉 力 強 度 大 小 的 參 數 由 大 到 小 依 序 為 :BOND

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CONTRACT,其中又以 BOND FORCE 及 POWER USG 影響最大。對於銲黏時間有影響的參數 BOND TIME、CONTRACT 在八個參數中對於第二銲點拉力強度的影響程度為第七及第八順位,在八個參數中對 於第二銲點拉力強度中則是屬於影響程度較低的參數。參數 A 在 A1(PRE-DELAY=0)時第二銲點拉力強度 成現較大值,參數 B 在 B3(POWER USG=120)時第二銲點拉力強度成現較大值,參數 C 在 C3(BOND FORCE=50)時第二銲點拉力強度成現較大值,參數 D 在 D3(BOND TIME=40)時第二銲點拉力強度成現 較大值,參數E 在 E3(PROFILE=BURT)時第二銲點拉力強度成現較大值,參數 F 在 F3(CONTRACT=70) 時第二銲點拉力強度成現較大值,參數G 在 G3(INIL'T FORCE=50)時第二銲點拉力強度成現較大值,參 數 H 在 H2(SCRUB PHASE=90)時第二銲點拉力強度成現較大值。所以第二銲點以拉力強度為最佳化參 數是:『A1 B3 C3 D3 E3 F3 G3 H2』,此時為實驗的八個參數中第二銲點拉力強度最大水準。 3.2 銲線時間實驗分析 銲線時間實驗主要是計算銲粘時間與參數的關係變化。其數據共收集4 顆 DIE 每條線銲黏所需的平均 時間,採取每顆DIE 作業開始至作業完畢所需時間,在將每顆 DIE 所需的銲黏時間除以每顆 DIE 總銲黏線 數即可以得到每條銲線銲黏所需的平均時間。如此進行四顆 DIE 作業時間的量測後則可以得到四個銲線時 間的量測數值,在將四個實驗數值利用田口式實驗計畫法望小特性質求其平均值(Ave.)、Sn 值及 S/N 比(η t)(表 4)。由表 6 可以得到ηt的反應表、ηt的反應圖(圖 7)、Sn 的反應表(表 7)、Sn 的反應圖(圖 8) 表6 ηt 反應表 Factor Level A B C D E F G H 1 -44.158 -44.146 -44.150 -43.063 -44.153 -43.875 -44.130 -44.159 2 -44.150 -44.163 -44.167 -44.191 -44.174 -44.157 -44.159 -44.167 3 -44.152 -44.145 -45.207 -44.135 -44.430 -44.172 -44.136 E1-2 0.009 -0.017 -0.017 -1.128 -0.021 -0.282 -0.029 -0.008 E2-3 0.011 0.022 -1.016 0.039 -0.272 -0.013 0.030 Rang 0.009 0.017 0.022 2.144 0.039 0.555 0.042 0.030 Rank 8 7 6 1 4 2 3 5 Significant? No No No Yes No Yes No No

-46 -45 -45 -44 -44 -43 -43 -42 -42 A1 A2 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3 E1 E2 E3 F1 F2 F3 G1 G2 G3 H1 H2 H3 LEVEL S/ N r at io s 圖7 ηt反應圖

(10)

表7 Sn 反應表 Factor Level A B C D E F G H 1 162.289 162.144 162.338 142.344 162.071 157.087 161.985 162.215 2 162.104 162.134 162.343 162.073 162.466 162.184 162.204 162.328 3 162.311 161.908 182.172 162.052 167.319 162.400 162.046 E1-2 -0.186 -0.011 0.005 19.729 0.395 5.097 0.219 0.112 E2-3 0.178 -0.435 20.098 -0.415 5.135 0.196 -0.281 Rang 0.186 0.178 0.435 39.827 0.415 10.232 0.414 0.281 Rank 7 8 3 1 4 2 5 6 Significant? No No No Yes No Yes No No

120 130 140 150 160 170 180 190 A1 A2 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3 E1 E2 E3 F1 F2 F3 G1 G2 G3 H1 H2 H3 LEVEL S/N r atio s 圖8 Sn 反應圖 由ηt的反應表、ηt的反應圖、Sn 的反應表、Sn 的反應圖可以得知影響銲線時間第二銲點的參數由大

到小依序為:BOND TIME、CONTRACT、INIL'T FORCE、PROFILE、SCRUB PHASE、BOND FORCE、 POWER USG、PRE-DELAY。在銲黏時間有影響的參數以 BOND TIME 及 CONTRACT 在八個參數中屬於 主要影響的參數,而其他六個參數PRE- DELAY、POWER USG、BOND FORCE、PROFILE、INIL'T FORCE、 SCRUB PHASE 對於銲黏時間是屬於無影響的參數。參數 A 在 A2(PRE-DELAY=6)、參數B 在 B2(POWER USG=115)、 參 數 C 在 C3( BOND FORCE=50)、 參 數 D 在 D1( BOND TIME=0)、 參 數 E 在 E3 (PROFILE=BURT)、參數 F 在 F1(CONTRACT=50)、參數 G 在 G1(INIL'T FORCE=40)、參數 H 在 H3 (SCRUB PHASE=180)時銲黏所需的時間為最少。所以第二銲點以銲黏時間為最佳化參數是:『A2 B2 C3 D1 E3 F1 G1 H3』,此時為實驗的八個參數中所需的銲黏時間為最少的水準。

3.3 第二銲點零時最佳化參數

由表5 及表 6 可得知參數(控制因子)與第二銲點拉力強度及銲線時間之間的關係如表 8 所示,其中 控制因子A(PRE-DELAY)、B(POWER USG)、C(BOND FORCE)、E(PROFILE)、G(INIL'T FORCE)、 H(SCRUB PHASE)對於第二銲點拉力強度影響較大,而 D(BOND TIME)、F(CONTRACT)對於銲黏 時間影響較大。

(11)

表8 制因子與第二銲點拉力強度及銲線時間之間的關係表 因子類別 是否影響S/N? 控制因子 用途 1 Yes A, B, C, E, G, H 提升第二銲點拉力強度 2 Yes D, F 提升生產效率 如果針對第二銲點拉力強度進行參數的最佳化,其最佳化結果:『A1 B3 C3 D3 E3 F3 G3 H2』。如果針 對銲黏時間進行參數的最佳化,其最佳化結果:『A2 B2 C3 D1 E3 F1 G1 H3』。由此兩組最佳化參數可以看 出參數A、參數 B、參數 D、參數 F、參數 G、參數 H 出現互相矛盾的情形發生。所以要對於參數做二次最 佳化。因為主要是針對第二銲點零時化,參數D 及參數 F 對於第二銲點拉力強度影響程度為最小,對於銲 黏時間影響最大,所以先對參數D 及參數 F 對於銲黏時間做第一次的最佳化:『A? B? C? D1 E? F1 G? H?』。 參數A、參數 B、參數 C、參數 E、參數 G、參數 H 對於第二銲點拉力強度影響程度為最大,對於銲黏時間 影響最小所以再針對參數A、參數 B、參數 C、參數 E、參數 G、參數 H 對於第二銲點拉力強度做第二次的 最佳化:『A1 B3 C3 D1 E3 F1 G3 H2』,由此可以得知參數 A1(PRE-DELAY=0)、參數 B3(POWER USG=120)、參數 C3(BOND FORCE=50)、參數 D1(BOND TIME=0)、參數 E3(PROFILE=BURT)、參數 F1(CONTRACT=50)、參數 G3(INIL'T FORCE=50)、參數 H3(SCRUB PHASE=90)時為第二銲點零時 最佳化參數(表 9),而我們可以再藉由 S/N 比可以比較出第二銲點零時最佳化參數與現行參數的差異。

表9 第二銲點零時最佳化參數表

A B C D E F G H Factor

Exp.No. DELAY PRE- POWER USG FORCEBOND BOND TIME PROFILE CONTRACT FORCE INIL'T SCRUB PHASE Starting 0 115 45 20 BURT 70 40 90 Optimum 0 120 50 0 BURT 50 50 90

藉由S/N 比的計算得以得知:

a.現行作業參數 S/N 比的預測值及第二銲點零時最佳化參數 S/N 比的預測值(表 10)。

表10 預測 S/N 比

Starting Condition Optimum Condition Factor effect (dB) Factor effect (dB) Factor

Setting ηq ηt Setting ηq ηt

A A1 0.24 -0.004 A1 0.24 -0.004

B B2 0.08 -0.009 B3 1.15 0.002

(12)

Starting Condition Optimum Condition Factor effect (dB) Factor effect (dB) Factor Setting ηq ηt Setting ηq ηt D D2 0.08 -0.037 D1 -0.28 1.091 E E3 0.47 0.019 E3 0.47 0.019 F F3 0.23 -0.276 F1 -0.18 0.279 G G1 -0.43 0.024 G3 0.37 -0.018 H H2 0.43 -0.013 H2 0.43 -0.013 Average 13.51 -47.16 13.51 -47.16 Predicted 14.69 -47.47 16.94 -45.80 b.現行作業參數增益值及第二銲點零時最佳化參數增益值的比較(表 11)。 表11 最佳化後與現行參數 S/N 比增益

Starting Optimum Improvement Factor effect (dB)

Experiment Item Condition Condition dB Wire Pull ηq 14.69 16.94 2.25

Wire Avg. Time ηt -47.47 -45.80 1.67

c.現行作業參數及第二銲點零時最佳化參數的實驗數值與預測數值的比較(表 12)。

表12 實驗值與預測值的比較

Starting Condition Optimum Condition Factor effect (dB) Comparison Item ηq ηt ηq ηt Prediction 14.69 -47.47 16.94 -45.80 Experiment 15.73 -46.93 17.79 -43.00 由以上 S/N 比的計算結果的可以預測出在第二銲點拉力強度零時最佳化參數比現行參數佳,而在銲黏 時間第二銲點拉力強度零時最佳化參數比現行參數少,在零時最佳化參數不僅加強了第二銲點拉力強度也 減少了銲黏所需的時間。以上終究還是預測數值,我們再透過實驗將零時最佳化參數條件及現行參數條件 依照3.1 及 3.2 方式收集數據,可以得知其實驗值 S/N 比的數值與預測值 S/N 比的數值差異並不大。所以第 二銲點零時最佳化參數不僅提升了第二銲點的拉力強度也縮短銲黏所需時間。

(13)

4. 結 論

本研究主要在於探討第二銲點零時化的能行性及第二銲點零時最佳化參數,藉由第二銲點拉力強度測 試及銲線作業時間作為實驗數據與分析的參考依據,利用田口式實驗計畫法望大特性質分析第二銲點拉力 強度實驗數據得知BOND TIME 及 CONTRACT 並非為主要影響拉力強度的主要參數。再利用田口式實驗計 畫法望小特性質分析銲線時間數據得知第二銲黏點參數裡BOND TIME 及 CONTRACT 為只要影響銲線時間 的參數。藉由第二銲點拉利強度望大特性質及銲黏時間望小特性質分析第二銲黏點零時最佳化參數為『A1 B3 C3 D1 E3 F1 G3 H2』,並利用 S/N 比的計算的預測現行參數及零時最佳化參數 S/N 比、並比較零時最佳 化參數的增益,在透過實驗取得零時最佳化參數 S/N 比與預測的 S/N 比值比較。利用田口式實驗計畫法分 析出第二銲點所需的時間零時化及第二銲點最佳作業參數,不僅提升了第二銲點的拉力強度也縮短銲黏所 需時間,進而降低製造商於銲線製程所需的時間並提高生產能力、增加利潤、提升競爭力。

5. 參考文獻

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數據

圖 3  銲球及銲線共金意識圖
圖 4  第二銲點拉力強度之特性要因圖
表 3  實驗參數數值表
表 7  Sn 反應表  Factor  Level  A B C D E  F G H  1  162.289   162.144   162.338  142.344  162.071  157.087   161.985   162.215  2  162.104   162.134   162.343  162.073  162.466  162.184   162.204   162.328  3  162.311   161.908  182.172  162.052  167.319   16
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參考文獻

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