Do łączenia drutów półprzewodnikowych i odparowywania cienkowarstwowego, drut aluminiowy o wysokiej czystości o czystości 99,99 procent (4N) lub wyższej jest niepodlegającą negocjacjom wartością bazową. Drut 5N (99,999%) zmniejsza szkodliwy wzrost międzymetaliczny i korozję na podkładce łączącej, osiągając średni czas do uszkodzenia ponad 1000 godzin w testach przechowywania w wysokiej temperaturze 200 stopni C, a kontrolowana tolerancja średnicy plus minus 0,002 milimetra zapewnia spójne profile pętli w zautomatyzowanych urządzeniach wiążących.
Stopnie czystości i kontrola zanieczyszczeń w drucie aluminiowym o wysokiej czystości
Wykonanie drut aluminiowy o wysokiej czystości jest podyktowane stężeniem pierwiastków śladowych mierzonym w częściach na milion. Nawet jedna część na milion niektórych metali może pogorszyć przewodność elektryczną lub sprzyjać korozji podkładki łączącej. Poniższa tabela kategoryzuje standardowe poziomy czystości dostępne od wyspecjalizowanych producentów.
| Stopień czystości | Zawartość aluminium (procent) | Całkowite zanieczyszczenia metaliczne (ppm) | Aplikacja krytyczna |
|---|---|---|---|
| 4N | 99.99 | Mniej niż 100 | Parowanie ogólne, elektrody kondensatora |
| 5N | 99.999 | Mniej niż 10 | Wymiana drutu złotego i miedzianego, łączenie układów scalonych |
| 6N | 99.9999 | Mniej niż 1 | Folie nadprzewodzące, czujniki specjalistyczne |
W przypadku większości firm zajmujących się pakowaniem półprzewodników Drut aluminiowy o wysokiej czystości 5N stał się standardem, ponieważ zawiera mniej niż 5 ppm miedzi i żelaza łącznie. To drastycznie zmniejsza tworzenie się kruchych związków międzymetalicznych na granicy faz aluminium-złoto, co jest główną przyczyną fioletowej plagi i zrywania wiązań. Dodatkowy etap oczyszczania zwiększa koszt materiału o około 15–20 procent w porównaniu z 4N, ale poprawa niezawodności wiązania w temperaturze otoczenia 150 stopni C uzasadnia ten wydatek.
Wymagania dotyczące tolerancji średnicy i wykończenia powierzchni
Średnica drut aluminiowy o wysokiej czystości stosowany w łączeniu klinowym zazwyczaj waha się od 0,7 milicala (0,018 mm) do 20 milicala (0,508 mm), przy czym najczęstszym rozmiarem jest 1,0 milicala (0,0254 mm). Drut musi mieć tolerancję średnicy wynoszącą plus minus 2 procent wartości nominalnej, aby zagwarantować, że energia ultradźwiękowa będzie konsekwentnie przenikać do podkładki łączącej. Drut, którego średnica na szpuli różni się o więcej niż 0,0005 mm, spowoduje powstanie pętli o zmiennej wysokości i długości ogona, co wymusza częstą ponowną kalibrację spoiwa.
Równie istotne jest wykończenie powierzchni. Powierzchnia drutu powinna być wolna od wiórów, zadrapań głębszych niż 0,5 mikrometra i resztek smaru z procesu ciągnienia. Premium drut aluminiowy o wysokiej czystości jest czyszczony przy użyciu wieloetapowego procesu wykorzystującego rozpuszczalniki ultradźwiękowe, który zmniejsza powierzchniowe zanieczyszczenie węglem do poniżej 5 mikrogramów na centymetr kwadratowy, zapewniając stałą wytrzymałość na rozciąganie drutu i eliminując tworzenie się czarnych pustek epoksydowych podczas formowania transferowego.
Wyżarzanie i kontrola właściwości mechanicznych
Drut aluminiowy o wysokiej czystości jest dostarczany w stanie wyżarzonym lub ciągnionym, a prawidłowy stan zależy od rodzaju sprzętu łączącego. Powszechnie określa się dwa różne temperamenty.
- Drut całkowicie wyżarzany (miękki). ma wydłużenie od 15 do 25 procent i wytrzymałość na rozciąganie poniżej 50 MPa. Ściska się równomiernie pod narzędziem łączącym, tworząc symetryczne połączenie klinowe. Ten stan jest niezbędny w przypadku opakowań wojskowych i lotniczych o wysokiej niezawodności, gdzie spoina musi przetrwać cykle termiczne od minus 65 stopni C do 150 stopni C.
- Drut ciągniony na twardo zachowuje od 50 do 80 procent utwardzania przez zgniot z ciągnienia i ma wytrzymałość na rozciąganie od 120 do 180 MPa. Stosowany jest do klejenia klinowego z głębokim dostępem, gdzie drut musi być odporny na wyboczenie na dużych rozpiętościach. Jednakże zmniejszona plastyczność wymaga ustawienia wyższej mocy ultradźwiękowej, co może spowodować powstanie kraterów na cienkich podkładkach łączących, jeśli nie zostanie dokładnie zoptymalizowane.
Partia drut aluminiowy o wysokiej czystości przy nierównomiernym wyżarzaniu może powodować wahania odkształcenia wiązania o ponad 15 procent w pojedynczej szpuli. Renomowani producenci testują każdą szpulę pod kątem wydłużenia i obciążenia zrywającego przy użyciu odcinka pomiarowego o długości 250 mm przy prędkości testowej 25 mm na minutę, zgodnie z metodami ASTM E8, i wysyłają drut z certyfikatem zgodności.
Zastosowania polegające na odparowaniu cienkowarstwowym i powlekaniu
W osadzaniu próżniowym drut aluminiowy o wysokiej czystości jest podawany na rozgrzane włókno wolframowe lub trzon wiązki elektronów w celu utworzenia cienkich warstw zwierciadeł optycznych, elektrod półprzewodnikowych i warstw barierowych. Geometria drutu do odparowania jest typowa Średnica od 0,5 mm do 2,0 mm i jest dostarczany w prostych odcinkach lub w formie zwojów. Drut aluminiowy o czystości 4N jest wystarczający do większości procesów metalizacji, ponieważ samo osadzanie zapewnia pewne wytrącenie gazów resztkowych, ale drut nie może zawierać sodu i potasu, które szybko migrują w dwutlenku krzemu i przesuwają napięcia progowe tranzystora.
Całkowita zawartość gazu w drut aluminiowy o wysokiej czystości użytego do odparowania należy określić jako mniejsze niż 0,1 ppm dla wodoru i mniejsze niż 0,5 ppm dla tlenu. Uwięziony gaz powoduje plucie podczas parowania, wyrzucając z włókna kropelki wielkości mikronów, które powodują defekty w osadzonej folii. Prawidłowo odgazowany drut aluminiowy 5N nie będzie wykazywać żadnych widocznych plam na kwadratowej szklanej płytce świadka o średnicy 100 mm, gdy odparowuje z szybkością 5 nanometrów na sekundę.
Przechowywanie i obsługa w celu zapobiegania degradacji powierzchni
Nawet niewielka ilość wilgoci atmosferycznej lub chloru może pogorszyć zdolność wiązania drut aluminiowy o wysokiej czystości . Powierzchnia aluminium reaguje z wilgocią, tworząc uwodnioną warstwę tlenku, która z czasem gęstnieje i zapobiega dobremu tworzeniu się międzymetali. Poniższy protokół przechowywania wydłuża okres przydatności otwartej szpuli do ponad 6 miesięcy.
- Przechowuj szpule w szafce przedmuchanej azotem, przy wilgotności względnej poniżej 20 procent przez cały czas.
- Po użyciu włóż szpulę do szczelnie zamkniętej torebki polietylenowej i wyciśnij nadmiar powietrza przed zamknięciem zamka błyskawicznego.
- Nie dotykaj przewodu gołymi rękami. Odciski palców pozostawiają sole chlorkowe, które trawią powierzchnię aluminium w ciągu 24 godzin w temperaturze pokojowej.
- Jeśli szpula drut aluminiowy o wysokiej czystości został wystawiony na działanie otaczającego powietrza przez ponad 72 godziny, należy wykonać połączenie próbne i poddać próbie rozciągania w celu sprawdzenia minimalnej siły 5 gramów na mil średnicy drutu przed zwolnieniem partii do produkcji.
