Na spájanie polovodičových drôtov a odparovanie tenkých vrstiev, hliníkový drôt vysokej čistoty s čistotou 99,99 percent (4N) alebo vyššou je základná hodnota, o ktorej nemožno obchodovať. Drôt 5N (99,999 percent) znižuje škodlivý intermetalický rast a koróziu na spojovacej podložke, čím sa dosahuje priemerný čas do zlyhania 1 000 hodín v testoch skladovania pri 200 stupňoch C pri vysokej teplote, pričom jeho kontrolovaná tolerancia priemeru plus alebo mínus 0,002 milimetra zaisťuje konzistentné profily slučiek v automatických lepidlách.
Stupne čistoty a kontrola nečistôt vo vysoko čistých hliníkových drôtoch
Výkonnosť hliníkový drôt vysokej čistoty je daná koncentráciami stopových prvkov meranými v dieloch na milión. Dokonca aj jedna časť na milión určitých kovov môže zhoršiť elektrickú vodivosť alebo podporiť koróziu spojovacej podložky. V tabuľke nižšie sú kategorizované štandardné úrovne čistoty dostupné od špecializovaných výrobcov.
| Stupeň čistoty | Obsah hliníka (v percentách) | Celkové kovové nečistoty (ppm) | Kritická aplikácia |
|---|---|---|---|
| 4N | 99.99 | Menej ako 100 | Všeobecné odparovanie, kondenzátorové elektródy |
| 5N | 99.999 | Menej ako 10 | Výmena zlatého a medeného drôtu, spájanie IC |
| 6N | 99.9999 | Menej ako 1 | Supravodivé filmy, špecializované senzory |
Pre väčšinu baliarní polovodičov, 5N hliníkový drôt vysokej čistoty sa stal štandardom, pretože obsahuje menej ako 5 ppm medi a železa dohromady. To drasticky znižuje tvorbu krehkých intermetalických zlúčenín na rozhraní hliník-zlato, čo je primárna príčina fialového moru a odlepovania väzieb. Dodatočný krok čistenia zvyšuje náklady na materiál približne o 15 až 20 percent v porovnaní s 4N, ale zlepšenie spoľahlivosti spoja v prostredí s teplotou 150 °C odôvodňuje tieto náklady.
Tolerancia priemeru a požiadavky na povrchovú úpravu
Priemer z hliníkový drôt vysokej čistoty používaná pri klinovom lepení sa typicky pohybuje od 0,7 mil (0,018 mm) do 20 mil (0,508 mm), pričom najbežnejšia veľkosť je 1,0 mil (0,0254 mm). Drôt musí mať toleranciu priemeru plus mínus 2 percentá nominálnej hodnoty, aby sa zaručilo, že sa ultrazvuková energia dôsledne spojí s väzbovou podložkou. Drôt, ktorý sa na cievke mení o viac ako 0,0005 mm, vytvorí premenlivé výšky slučky a dĺžky koncoviek, čo si vynúti častú rekalibráciu bondera.
Povrchová úprava je rovnako dôležitá. Povrch drôtu by nemal obsahovať úlomky, škrabance hlbšie ako 0,5 mikrometra a zvyšky maziva z procesu ťahania. Premium hliníkový drôt vysokej čistoty sa čistí pomocou viacstupňového procesu ultrazvukového rozpúšťadla, ktorý znižuje povrchovú uhlíkovú kontamináciu pod 5 mikrogramov na štvorcový centimeter, čím sa zaisťuje stála pevnosť v ťahu drôtu a eliminuje sa tvorba čiernych epoxidových dutín počas lisovania.
Žíhanie a kontrola mechanických vlastností
Vysoko čistý hliníkový drôt sa dodáva buď v žíhanom alebo natvrdo ťahanom stave a správny stav je určený typom spájacieho zariadenia. Bežne sa špecifikujú dve odlišné povahy.
- Plne žíhaný (mäkký) drôt má ťažnosť 15 až 25 percent a pevnosť v ťahu pod 50 MPa. Rovnomerne sa stláča pod spojovacím nástrojom a vytvára symetrické klinové spojenie. Toto temperovanie je nevyhnutné pre vysoko spoľahlivé vojenské a letecké obaly, kde musí spoj prežiť tepelné cykly od mínus 65 stupňov C do 150 stupňov C.
- Tvrdo ťahaný drôt zachováva 50 až 80 percent mechanického spevnenia pri ťahaní a má pevnosť v ťahu medzi 120 a 180 MPa. Používa sa pri klinovom lepení s hlbokým prístupom, kde drôt musí odolávať vybočeniu na dlhé rozpätia. Znížená ťažnosť si však vyžaduje vyššie nastavenie ultrazvukového výkonu, ktoré môže spôsobiť krátenie tenkých väzobných podložiek, ak nie sú starostlivo optimalizované.
Dávka hliníkový drôt vysokej čistoty s nekonzistentným žíhaním môže spôsobiť kolísanie v deformácii väzby o viac ako 15 percent na jednej cievke. Renomovaní výrobcovia testujú každú cievku na predĺženie a zaťaženie pri pretrhnutí pomocou 250 mm meranej dĺžky pri skúšobnej rýchlosti 25 mm za minútu podľa metód ASTM E8 a dodávajú drôt s certifikátom zhody.
Odparovanie tenkých vrstiev a aplikácie náterov
Pri vákuovom nanášaní, hliníkový drôt vysokej čistoty sa privádza na vyhrievané volfrámové vlákno alebo ohnisko s elektrónovým lúčom, aby sa vytvorili tenké filmy pre optické zrkadlá, polovodičové elektródy a bariérové vrstvy. Geometria drôtu na odparovanie je zvyčajne 0,5 mm až 2,0 mm v priemere a dodáva sa v rovných dĺžkach alebo vo zvitku. Hliníkový drôt s čistotou 4N je postačujúci pre väčšinu procesov pokovovania, pretože samotné nanášanie poskytuje určité zachytávanie zvyškových plynov, ale drôt musí byť bez sodíka a draslíka, ktoré rýchlo migrujú v oxide kremičitom a posúvajú prahové napätie tranzistorov.
Celkový obsah plynu hliníkový drôt vysokej čistoty použité na odparovanie by sa malo špecifikovať ako menej ako 0,1 ppm pre vodík a menej ako 0,5 ppm pre kyslík. Zachytený plyn spôsobuje počas vyparovania pľuvanie, pričom dochádza k vymršťovaniu mikrónových kvapôčok z vlákna, ktoré vytvárajú defekty v nanesenom filme. Správne odplynený 5N hliníkový drôt bude vykazovať nulové viditeľné pľuzgiere na 100 mm štvorcovej sklenenej doske, keď sa odparí rýchlosťou 5 nanometrov za sekundu.
Skladovanie a manipulácia s cieľom zabrániť degradácii povrchu
Dokonca aj malé množstvo atmosférickej vlhkosti alebo chlóru môže ohroziť lepivosť hliníkový drôt vysokej čistoty . Hliníkový povrch reaguje s vlhkosťou a vytvára hydratovanú oxidovú vrstvu, ktorá časom hustne a zabraňuje dobrej intermetalickej tvorbe. Nasledujúci skladovací protokol predlžuje trvanlivosť otvorenej cievky na viac ako 6 mesiacov.
- Cievky skladujte v dusíkom prepláchnutej skrini s relatívnou vlhkosťou nižšie 20 percent v každom čase.
- Po použití vráťte cievku do jej zapečateného polyetylénového vrecka a vytlačte prebytočný vzduch pred uzavretím uzáveru zipsu.
- Nemanipulujte s drôtom holými rukami. Odtlačky prstov zanechávajú chloridové soli, ktoré leptajú hliníkový povrch do 24 hodín pri izbovej teplote.
- Ak cievka z hliníkový drôt vysokej čistoty bola vystavená okolitému vzduchu na viac ako 72 hodín, musí sa vykonať skúšobná väzba a ťahová skúška, aby sa overila minimálna sila 5 gramov na mil priemer drôtu pred uvoľnením šarže na výrobu.
