Pro lepení polovodičových drátů a odpařování tenkých vrstev, vysoce čistý hliníkový drát s čistotou 99,99 procent (4N) nebo vyšší je nesmlouvavá základní čára. 5N (99,999 procent) drát snižuje škodlivý intermetalický růst a korozi na lepené podložce, čímž je dosaženo střední doby do selhání delší než 1000 hodin při 200 °C vysokoteplotních skladovacích testech, zatímco jeho řízená tolerance průměru plus nebo mínus 0,002 milimetrů zajišťuje konzistentní profily smyček v automatických lepicích strojích.
Stupně čistoty a kontrola nečistot ve vysoce čistém hliníkovém drátu
Výkon vysoce čistý hliníkový drát je diktována koncentracemi stopových prvků měřenými v částech na milion. Dokonce i jedna část na milion určitých kovů může zhoršit elektrickou vodivost nebo podpořit korozi lepicí podložky. Níže uvedená tabulka kategorizuje standardní úrovně čistoty dostupné od specializovaných výrobců.
| Stupeň čistoty | Obsah hliníku (procenta) | Celkové kovové nečistoty (ppm) | Kritická aplikace |
|---|---|---|---|
| 4N | 99.99 | Méně než 100 | Obecné odpařování, elektrody kondenzátoru |
| 5N | 99.999 | Méně než 10 | Výměna zlatého a měděného drátu, lepení IC |
| 6N | 99.9999 | Méně než 1 | Supravodivé filmy, specializované senzory |
Pro většinu balíren polovodičů, 5N hliníkový drát vysoké čistoty se stal standardem, protože obsahuje méně než 5 ppm mědi a železa dohromady. To drasticky snižuje tvorbu křehkých intermetalických sloučenin na rozhraní hliník-zlato, což je primární příčinou fialového moru a odlepování vazby. Krok dodatečného čištění zvyšuje náklady na materiál přibližně o 15 až 20 procent ve srovnání s 4N, ale zlepšení spolehlivosti spoje v okolním prostředí s teplotou 150 °C ospravedlňuje náklady.
Tolerance průměru a požadavky na povrchovou úpravu
Průměr vysoce čistý hliníkový drát používaná při klínovém lepení se typicky pohybuje od 0,7 mil (0,018 mm) do 20 mil (0,508 mm), přičemž nejběžnější velikost je 1,0 mil (0,0254 mm). Drát musí mít toleranci průměru plus minus 2 procenta nominální hodnoty, aby bylo zaručeno, že se ultrazvuková energie důsledně spojí s lepicí podložkou. Drát, který se na cívce mění o více než 0,0005 mm, vytvoří proměnnou výšku smyčky a délku ocasu, což si vynutí častou rekalibraci bonderu.
Povrchová úprava je stejně důležitá. Povrch drátu by neměl obsahovat úlomky, škrábance hlubší než 0,5 mikrometru a zbytky maziva z procesu tažení. Premium vysoce čistý hliníkový drát se čistí pomocí vícestupňového procesu ultrazvukového rozpouštědla, který snižuje povrchovou kontaminaci uhlíkem pod 5 mikrogramů na centimetr čtvereční, čímž zajišťuje stálou pevnost v tahu drátu a eliminuje tvorbu černých epoxidových dutin během přetlačování.
Žíhání a kontrola mechanických vlastností
Vysoce čistý hliníkový drát se dodává buď v žíhaném nebo natvrdo taženém stavu a správný stav je dán typem spojovacího zařízení. Běžně jsou specifikovány dvě odlišné povahy.
- Plně žíhaný (měkký) drát má tažnost 15 až 25 procent a pevnost v tahu pod 50 MPa. Rovnoměrně se stlačí pod spojovacím nástrojem a vytvoří symetrický klínový spoj. Toto temperování je nezbytné pro vysoce spolehlivé vojenské a letecké obaly, kde spoj musí vydržet tepelné cykly od minus 65 stupňů C do 150 stupňů C.
- Natvrdo tažený drát zadržuje 50 až 80 procent mechanického zpevnění z tažení a má pevnost v tahu mezi 120 a 180 MPa. Používá se při klínovém lepení s hlubokým přístupem, kde drát musí odolávat vybočení na dlouhých rozpětích. Snížená tažnost však vyžaduje vyšší nastavení ultrazvukového výkonu, které může způsobit krátení tenkých vazebních podložek, pokud nejsou pečlivě optimalizovány.
Dávka vysoce čistý hliníkový drát s nekonzistentním žíháním může způsobit kolísání deformace vazby o více než 15 procent na jedné cívce. Renomovaní výrobci testují každou cívku na prodloužení a zatížení při přetržení pomocí 250 mm délky při zkušební rychlosti 25 mm za minutu podle metod ASTM E8 a drát zasílají s certifikátem shody.
Odpařování tenkých vrstev a aplikace povlaků
Při vakuové depozici, vysoce čistý hliníkový drát se přivádí na zahřáté wolframové vlákno nebo nístěj s elektronovým paprskem za účelem vytvoření tenkých filmů pro optická zrcadla, polovodičové elektrody a bariérové vrstvy. Geometrie drátu pro odpařování je typicky 0,5 mm až 2,0 mm v průměru a dodává se v rovných délkách nebo ve stočeném tvaru. Hliníkový drát o čistotě 4N je dostačující pro většinu procesů pokovování, protože depozice sama o sobě poskytuje určité getrování zbytkových plynů, ale drát musí být bez sodíku a draslíku, které rychle migrují v oxidu křemičitém a posouvají prahová napětí tranzistorů.
Celkový obsah plynu vysoce čistý hliníkový drát použité pro odpařování by měly být specifikovány jako méně než 0,1 ppm pro vodík a méně než 0,5 ppm pro kyslík. Zachycený plyn způsobuje plivání během odpařování a vymršťuje z vlákna kapičky o velikosti mikronů, které vytvářejí defekty v usazeném filmu. Správně odplyněný 5N hliníkový drát bude vykazovat nulové viditelné výrony přes 100 mm čtvercovou skleněnou desku, když se odpařuje rychlostí 5 nanometrů za sekundu.
Skladování a manipulace, aby se zabránilo degradaci povrchu
I malé množství atmosférické vlhkosti nebo chlóru může ohrozit lepivost vysoce čistý hliníkový drát . Hliníkový povrch reaguje s vlhkostí a vytváří hydratovanou oxidovou vrstvu, která časem houstne a zabraňuje dobré intermetalické tvorbě. Následující protokol skladování prodlužuje životnost otevřené cívky na více než 6 měsíců.
- Skladujte cívky ve skříni propláchnuté dusíkem s relativní vlhkostí níže 20 procent za všech okolností.
- Po použití vraťte cívku do jejího uzavřeného polyetylenového sáčku a před uzavřením zipu vytlačte přebytečný vzduch.
- Nemanipulujte s drátem holýma rukama. Otisky prstů zanechávají chloridové soli, které leptají hliníkový povrch do 24 hodin při pokojové teplotě.
- Pokud cívka z vysoce čistý hliníkový drát byla vystavena okolnímu vzduchu po dobu delší než 72 hodin, musí být proveden zkušební spoj a zkouška tahem, aby se ověřila minimální síla 5 gramů na mil průměru drátu před uvolněním šarže pro výrobu.
