打線是什麼？晶片怎麼接到外面

打線（英文 wire bonding，也叫打線接合、焊線），就是用比頭髮還細的金屬線，把晶片上的接點一條一條接到外面：接到封裝裡的一塊小底板，或一種叫導線架的金屬框架上。它是封裝裡的一步，接在黏晶後面、封膠前面（封裝的每一步，在「封裝是什麼？晶片做好了為什麼還要包起來」那一篇）。

晶片為什麼要用線接出去？

晶片靠表面一些小小的金屬片跟外面接電、傳訊號，叫接點。一個接點常常只有幾十微米寬（一微米是千分之一公釐），跟一根頭髮差不多粗，甚至更小。

電路板上的焊點做不到那麼細。所以先把晶片黏在底板或導線架上，用細線把每一個接點接過去，這就是打線；底板和導線架再把它們轉成外面大得多的金屬腳或錫球。

打線用的線，常見的只有二、三十微米粗，是頭髮的幾分之一。

一條線是怎麼打出來的？

打線機最前面有一支很細的管子，叫劈刀，線從它中間穿出來。打一條線，大致是這幾步：

1. 燒出一顆小球：機器在線頭放一道高壓電火花，把線頭熔掉一點，表面張力讓它縮成一顆圓圓的小球，比線粗一些。
2. 第一點壓在晶片上：底下的加熱台先把晶片加熱到一百多度。劈刀把小球壓在接點上，同時用超音波讓劈刀很快地小幅振動。熱、壓力和超音波三樣一起，球和接點的金屬就焊在一起，不用熔成液體。小球被壓扁，像一顆釘子的頭。
3. 拉一道弧：劈刀抬起來，照設定好的路線移到底板那一頭，線從劈刀裡一路放出來，在空中拉成一道弧。
4. 第二點壓在底板上：劈刀把線直接壓在底板或導線架的接點上。這一點不做球，線被壓成一個扁扁的小點。
5. 扯斷，準備下一條：夾線的小夾子夾住線，劈刀往上一提，線就在壓扁、最薄的地方斷開。劈刀底下留著一小截線頭，下一條就用它燒出新的小球。

像用線縫衣服：第一針在晶片上，第二針在底板上。自動的打線機，一秒鐘就能打好幾條。

弧太低，線會碰到晶片的邊，可能短路；太高，後面封膠時容易被流過去的塑膠沖歪，碰到隔壁的線。

球焊和楔焊差在哪？

上面講的叫球焊，第一點是一顆小球，大部分晶片都這樣打。球是圓的，線往哪個方向拉都可以，所以快。

楔焊不做球。它用一支前端扁扁、像楔子的工具，把線直接壓扁在接點上，兩頭都是扁的。線從工具後方斜斜送進去，所以第二點只能落在線的正前方，要換方向得轉動工具或零件，比較慢。好處是壓出來的點小，很密的接點也打得下。楔焊常用鋁線，在室溫下只靠超音波和壓力就能接合；大電流的功率元件，還會用粗到幾百微米的鋁線。

用金線還是銅線？

傳統上多用金線。金不會氧化，在空氣裡就能燒出漂亮的小球，又比較軟，好打。缺點是貴。

所以現在很多產品改用銅線：便宜得多，導電也比金好。可是銅比較硬，燒球時又容易氧化，所以要在保護氣體裡燒（常用氮氣加一點氫氣），參數也要抓得更緊：力道和能量要比打金線大一些，又不能大到把接點底下的晶片壓傷。

打完怎麼知道牢不牢？

麻煩的是，黏得不夠牢的線，剛打好時多半還是通的，通電不一定測得出來；用了一陣子，溫度一冷一熱，線、晶片和底板脹縮得不一樣、互相拉扯，才慢慢鬆脫。所以還要「用力」檢查：

• 拉力測試：用一支小鉤子勾在弧的中段，往上拉到斷，記下要多大力、斷在哪裡。線在中間斷，是線本身拉到極限了，正常；球整顆從接點上掀起來，就是黏得不夠牢。拉過的線就不能用了，所以通常是每隔一段時間抽幾顆來拉。
• 推球測試：用一把小推刀，貼著接點上方一點點，從側面把壓扁的球推掉，看要多大力。拉力看的是整條線，推球直接看球跟接點黏得多牢，兩種常一起用。

這兩種測試，公開的軍規測試方法和產業標準裡都有規定好的做法。封膠之後，還會照 X 光，看線有沒有被沖歪。

為什麼會黏不牢？

常見的原因有兩種。一種是接點的表面不乾淨：沾了一點看不見的東西，球就黏不牢。所以很多封裝線在打線之前，會先用電漿把表面的髒東西轟掉；清完放太久，空氣裡的東西又會沾回來，所以清洗到打線之間常有時間限制，跟晶圓廠的 Q-time 同一個道理（Q-time 是什麼？）。

另一種是機器的條件不對：壓的力、超音波的強弱和時間、溫度，太弱黏不牢，太強會把接點壓壞。劈刀用久了要換，換了新的，條件也要重新調。

為什麼有些晶片不打線？

打線的接點通常排在晶片的四邊。晶片要接出去的點越多，四邊就越擠；每條線也有一段長度，訊號要繞一段路才出得去。

所以接點特別多、跑得特別快的晶片，常改用覆晶：在接點上做出一顆顆小凸塊，把晶片翻過來，直接焊到底板上。整個面都能放接點，路也短得多。新聞常說的先進封裝，把幾顆晶片並排放在一塊叫中介層的薄片上時，也是翻過來用小凸塊焊上去（新聞說的「先進封裝」是什麼？）。

打線的好處是便宜、成熟，改設計時也比較有彈性。所以接點不多、不需要跑最快的晶片，到現在還是很常打線。

在 fab24hr 裡

在主線「晶片的一生」第 11 章「球掀起來了」，你是封測廠的封裝製程工程師。線長淑惠姐帶你從切割走過打件、黏晶，走到打線機那一排；打線技術員小郭拿出 WB-03 今天拉力抽測的六張放大照片，要你點出不對的：線在中間斷是正常的，球整顆掀起來的才不對。劈刀三天前剛換過，也可能是新產品第一批晶片接點的表面。要停機換劈刀重調、當天打好的每一盤都重抽，還是繼續打、抽測加密，由你決定。

按「進廠」、選「打工人的一天」，在「今天你是」卡片上點「封測廠」、左右滑到封裝製程工程師，四個班照裝置上的時間：深夜，電漿清洗完的底板在等打線機，等太久的要再清；早上，切割下來的晶片邊上有小缺角，刀片換不換；下午就是第 11 章那一班；晚上，封膠的塑膠可能把細線沖歪，要從八個模穴的 X 光裡找出來。

遊戲裡的封測廠、晶片「螢火」、人物、機台編號，還有「清完幾小時內要打」這種數字，都是虛構的設定；打線怎麼打、怎麼檢查，照公開的一般資料寫。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。