on Fine Pitch 腳距密集化－－(Fine Pitch)－－焊线机技术
2016-05-28 23:18阅读：
http://www.2ic.cn/html/31/t-357631.html
请教Fine Pitch的具体定义
NICELY_wang 发表于: 2008-10-06 22:12 来源:
半导体技术天地
论坛里的兄弟们，能不能解释一下FINE PITCH的具体定义啊，在很多资料上都有看到过，而且越精密的机器就越喜欢说这个
东西？
FINE PITCH 到底是个什么概念？是按照什么标准来定义或者规范的呢？
最新回复
- fison at 2008-10-06 22:25:40
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腳距密集化－－(Fine Pitch)－－焊线机技术
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1966年台湾跨入封装产业，三十年来的持续成长，创造了重要的经济成果，然而，面对第三次半导体产业变革的冲击，台湾半导体产业的因应之道，首重分析台湾所扮演的角色与地位。在专业的能力上，台湾东边有美国与日本的产品及技术支持；在地缘的关系上，台湾西边有大陆与东南亚的市场及通路，以此交融互补的作用之下，造就了台湾东西整合、服务至上的半导体产业体系。即使在1998年相当不景气的年头中，台湾依然能够突破200家厂商的规模，台湾半导体产业的体系中，目前拥有超过80家IC设计公司、20家晶圆制造厂、23家IC封装厂、16家IC测试公司，以及许许多多的外围设备供应与技术支持厂商，这种规模较小、资源集中、专长分工、前后段技术整合的经营型态，与国际同业之大型专业分工体系截然不同，但却创造了优异的成绩，使台湾具备不可忽视的发展实力与潜力。因而，在全球半导体科技领域中，台湾的半导体产值表现，仅次于美国、日本、韩国，位居全球第四重要的地位；而台湾的半导体设备需求市场，亦仅次于美国与日本，成为全球排名第三的，足见台湾在半导体供需市场中所展现的实力。
焊线制程的重要性
焊线制程(Wire Bonding)是半导体封装制程中的重要步骤之一，主要是将完成黏晶(Die Bonding)制程的导线架(Lead
Frame)或基板(Substrate)，以焊线机进行芯片与
导线架之间的电路链接，连接的介质有金线 (Gold Wire)、铝线(Aluminum Wire)、铜线(Copper
Wire)…等，连接的方式则有Ball Bond、Wedge Bond
…等等。在First-Level构装制程中，除了焊线制程可行之外，其它尚有覆晶(Flip-Chip；FC)技术、自动贴胶技术(Tape
Automated Bonding；TAB)，而目前焊线技术仍属最大宗需求，约占九成的市场，而其中又有几近90%为Ball
Bond的型式，焊线技术的主要作用是在连结晶粒到基板、基板到基板，或者基板到Package 之间的电路。在焊线机的连结方式中，Ball
Bond的生产力较高、对环境及导线架表面的要求也较高；而Wedge
Bond则较常用于不可加热的场合、构装空间受限的场合、也较易达成脚距密集化(Fine Pitch)的目标。
脚距密集化(Fine Pitch)焊线机技术发展
当今IC发展的主要方向包括低耗电、省空间、短工期、高功能、低成本…等等，在芯片脚距的发展部份，SIA预估的发展趋势
焊线机设备积极朝向脚距密集化的方向发展，于是，1998年诞生了可处理脚距为45μm的焊线机，1999年的Semicon
West更出现可处理35μm脚距的焊线机。分析Fine Pitch焊线机的技术发展，主要的方向及发展状况整理如下：
■高焊线脚数(High Pin Count)：208、300或更高
■高速化(High Speed)：焊线速度≦0.11 sec/2mm wire length。先进的机种中，如Toshiba
HN-940H FAB、K&S 8020、Kaijo FB137的速度更可高达0.095 sec/wire。
■脚距密集化(Fine Pitch)：焊线间距≦70μm，先进的机种如K&S 8028
已达量产脚距60μm的能力，另有某厂牌之焊线机，具备脚距密集到35μm的处理能力。
■更长的焊线路径(Loop Length)：焊线长度≧5mm，甚至如ASM AB339最大焊线路径高达8mm的范围。
■更低的路径高度(Loop Height)：焊线高度≦130μm
■更高的精度(High Accuracy)：焊线精度≦±5μm，先进的机种多已具备±4μm的焊线精度，甚至如Kaijo
FB137在视觉系统更换下，焊线精度可以高达 ±3.5μm。
■更大的焊接范围：焊线范围≧50mm X 50mm，直逼 60mm X 60mm，以因应更高脚数及Hybrid的焊接。
■更低的价位(Low Cost)：一般机种在新台币200万元以下；先进机种则仍定位于新台币250～300万元的价位。
■更高的焊线稳定性(Stability)：焊线偏摆量(Sweep) ≦ 一个金线线径、更稳定的结球(Free Air
Ball)、更佳的路径控制(Loop Development)...等等。
■更高的焊线可靠度(Reliability)。
■更多的焊接选择：适用于金线、铜线之焊线机，以及可焊接于铝垫(Al Pad)与铜垫(Copper Pad)之焊线机。
在脚距密集化的过程中，对Ball Bond焊线机而言，第一步是慎选适合的金线，结合稳定电压与电流控制之放电结球系统(Electric
Frame Off；E.F.O.)，制造出稳定的线尾结球(Free Air Ball)；再配以适当的钢嘴
(Capillary)，以及焊线参数的设定来进行焊垫金球 (Smashed Ball)的大小；并在焊线精度(Bonding
Accuracy)之主导下，决定焊垫之尺寸(Pad Size)；同时于焊垫间距(Pad Space)决定之后，便可确定脚距 (Pad
Pitch)的大小；最后，结合XY轴运动控制、Z轴之运动及力量控制，以及软件的焊线路径控制，进行密集脚距的焊线动作，控制最终焊线结果的稳定性；另外，对Wedge
Bond焊线机而言，由于没有线尾结球之步骤，脚距密集化将是努力的方向所在，唯须克服焊线速度上较慢的缺点，以及Z轴在多了一个旋转轴之下，所造成的机械结构与运动特性的影响。然而，不论是那一种型式的焊线机，为了达成脚距密集化的目的，都必须结合机械、电控软件、电控硬件…等等技术，以更精密的机械结构与运动、更快速及更稳定的控制…等等来达成。
关键模块技术开发是焊线机脚距密集化机种产出的前置工程，关键模块包括有XY精密定位滑台、焊线Z轴模块、视觉系统模块、高频超音波模块、放电结球模块…等等，研发的过程中包括模块的规划、设计、制造、测试，并须经过严谨的验证过程，方能开始导入焊线机之中，进行模块的替换工程，逐一完成模块的导入之后，再进行全机的整合，构建出新一代的焊线机。底下为高频超音波系统的验证结果范例，图一为超音波杆(Horn)与振动子(Transducer)结合之下做的应变能分析，做为设计结果的验证；图二则为超音波系统最终组合的「频率-阻抗分析图」，整个系统包括：超音波杆、振动子、锁紧螺丝(Bolt)、基座(Holder)、钢嘴(Capillary)，用以进行模块系统的整合验证。
焊线机是一部精度与速度要求等级相当高的设备，台湾的产官学界积极的投入生产以及研究发展：在产业界部份，除了积极的投入生产的行列之外，也陆续展开构装设备自主设计制造的推动，例如：均豪精密工业、华东半导体工业…等等，其中，华东半导体工业是在经济部科技项目之技术引进计划「焊线机设计、制造、组装与测试」执行完成之后，所成立的合资公司，目标之一即在推动焊线机的国产化；在科技项目部份，经济部持续推动半导体制程设备技术发展，例如「半导体制程设备技术发展」五年计划之「半导体构装设备技术发展」分项计划下的子计划「焊线机关键技术」，即为针对焊线机技术的科技项目；在学界部份，国科会研究计划中的「高速自动焊线机之研究」整合型计划，下分有五个子计划，第一阶段为期2.5年；持续进行之第二阶段整合计划为「电子构装热音波焊金线制程研究」，下辖有五个子计划，为期3年，是为推动焊线机研究的学术研究计划。上述的推动方案中所涉及的层面包括有：基本技术的研究、关键技术的研发、系统整合与测试…等等，如能在人力、设备、技术…等资源上进行整合，建立起研发的团队，然后密切的配合与推动，必能在这产官学通力合作的情况下，大步的朝焊线机自主设计生产的方向迈进，早日推出国产之焊线机，进一步的研发出先进之脚距密集化焊线机。
应用与展望
焊线机的发展过程中，由于Ball Bond的速度上较快，又能满足早期的IC芯片之脚距需求，故IC焊线机尽为Ball
Bonder的天下，然而，随着脚距的密集化发展，Ball Bonder所面临的挑战愈加严苛，Ball
Bond技术发展上几乎已经到达了性能上的极限，线尾金球的结球稳定性、钢嘴的设计与选用、超音波的稳定性、机械运动与结构的特性…等等，都是必须克服的技术瓶颈，即使成功的推出脚距密集化机种，亦得考虑如此细的脚距下，所用的钢嘴能够具有多少次数的使用寿命、密集脚距的芯片产量需求有多少…等问题；若从另一个观点来看，Wedge
Bond的焊接方式，虽然速度上较慢、空间要求较大，然其不必对导线架进行加热的制程、对环境洁净的要求较具弹性、无线尾结球的制程…等，对于脚距密集化焊线机的实现，提供了一个新的发展方向，突破Ball
Bonder目前所面临之困难点，达成45μm以下之脚距焊接的机会逐渐的浮现。
随着晶圆层级构装(Wafer Level
Package)技术的逐渐成熟，焊线制程开始接受新一代制程挑战，积极的寻找新的发展方向已成重要的课题之一。晶圆级的焊线机(Stud
Bump Bonder)直接在芯片上的焊垫打上金球(Au
Bump)，如图三所示，速度上约4～6bumps/sec，脚距约为85μm，应用于覆晶前的芯片长Bump制程，一般定位在脚数小于400个I/O点的IC，此需求为现有焊线机带来另一机会。
铜制程芯片制作为先进技术之一，芯片上的焊垫由铜垫取代传统的铝垫，铜垫具有较佳的导电性、适用于更微细的制程(<0.18μm)、更小的噪声效应…等特性，主要的发展方向着眼于配合覆晶制程，IBM的Power
PC已开始量产此种芯片，然而，未来仍有希望会藉助传统焊线机进行铜芯片的焊线制程，唯必须克服的困难点仍有许多，例如：铜垫的氧化问题、铜垫质地较软之特性…，焊线机在设备的适应上多有发挥的空间，此亦为焊线机发展的可能方向之一。
展望焊线机的发展，除了脚距密集化机种的研究发展之外，结合更先进制程技术的需求，适时的更新焊线机设备的研发方向，是为持续焊线机应用的不二法门，如此，方得以让这成千上万在构装厂中的焊线机雄兵，继续为构装制程善尽一分心力。
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本帖最后由 fison 于 2008-10-6 22:36 编辑 ]
- fison at 2008-10-06 22:32:28
- fine pitch 即小间距。 以CP 测试为例，探针layout 密集化很高，也即一颗die中pad
的间距小，如现在pad 与pad 中心间距已经做到< 25 um, 未来可能主流有 15 um
- fison at 2008-10-07 21:51:32
- fine pitch < 25 um 的 device 基本属于多pad 型，实例就是 LCD source
driver IC, 再具体就不能说了
