研發超精細不鏽鋼線 成大團隊助半導體產業邁向新紀元

國立成功大學材料科學及工程學系特聘教授洪飛義團隊,研發最新的耐熱不鏽鋼微米細絲,不僅可取代目前使用的金線、銅線,成功在晶片上「打線成球」,大幅降低封裝與材料的成本,更可減少對環境汙染;團隊並以這項新材料製作檢測高端Al晶片使用的精細探針彈簧,提高檢測效率,目前已由全球探針最大廠英商史密斯英特康(Smiths Interconnect)測試中。

洪飛義團隊2023年與台灣特殊鋼材大廠華新麗華,成功開發出獨創的耐熱雙相不鏽鋼線材,並由香港駿碼科技公司抽拉出僅30微米(1公尺的百萬分之1)的不鏽鋼細線,創下世界紀錄。今(2024)年團隊更研發多段退火(真空高溫軟化)技術,進一步成功挑戰 15 微米,達到可運用在半導體電子封裝打線的水準,不僅再次創新紀錄,並成為全世界線材科技的新指標。

洪飛義表示,愈做愈小的晶片上,必須以超細金屬線連結傳導,過去都是用金線,因為金的延展性最好,可以拉成15的細絲,但成本過高,目前市場主流是以銅取代,但銅卻有生鏽的問題,必須要高規格的封裝,避免受環境影響,或是以金包銅,在銅線上鍍一層薄金,但電鍍卻是高汙染的製程,後續處理當困難。

團隊利用15微米的不鏽鋼細絲,成功地焊接在半導體常用的鋁材、銅材基板上,完成打線成球的導線,並經過電性分析,確認超精細不鏽鋼導線的電阻與銅導線相近,可以取代。而鋼球焊接在銅墊上可以說是產業的創舉,具有結合強度與低界面電阻特性,符合半導體電子封裝應用需求。洪飛義表示,目前銅每公斤約200到300元,不鏽鋼只有一半,不僅成本低,而且沒有生鏽的問題,可降低封裝規格,又能再省一筆,可以說是半導體材料運用上的明日之星。

團隊成員還利用30微米的耐熱不鏽鋼細絲製作探針彈簧,獲得國際大廠史密斯英特康的青睞,目前已在英國產線上進行可靠度驗證。洪飛義表示,高端晶片在製作後,需要靠探針測試其傳導性,不合格就去除,極細的探針上裝有彈簧,目前半導體產業使用的探針彈簧,主要是以304不鏽鋼製作,雖然柔軟可拉成細絲,但缺點是不耐熱,當測試時通電加熱,一個彈簧在產線上往往只有 2、3 天的壽命,就失去彈性,需要更換,一組探針動輒要數十萬元,更換後又需要花上數小時調整,費錢又費工。

他表示,以耐熱不鏽鋼細絲製作的探針彈簧,可耐 700 度以上的高溫,比起傳統彈簧壽命增長 4 到 5 倍,同時因為304不耐熱,無法承受快速通電,只能用低電流,測試的速度相當慢,使用新的彈簧可快速完成測試,新的產品對 AI 晶片製造可以說是一項重大貢獻。【記者  鄭昱庭整理報導】