Pentru lipirea firelor semiconductoare și evaporarea filmului subțire, sârmă de aluminiu de înaltă puritate cu o puritate de 99,99 la sută (4N) sau mai mare este linia de bază nenegociabilă. Un fir de 5N (99,999 la sută) reduce creșterea intermetalică dăunătoare și coroziunea la placa de legătură, obținând un timp mediu până la eșec de peste 1.000 de ore în teste de depozitare la 200 de grade C la temperatură înaltă, în timp ce toleranța controlată a diametrului de plus sau minus 0,002 milimetri asigură profiluri de bucle consistente în lipirea automată.
Grade de puritate și control al impurităților în sârmă de aluminiu de înaltă puritate
Performanța de sârmă de aluminiu de înaltă puritate este dictată de concentrațiile de oligoelemente măsurate în părți per milion. Chiar și o singură parte per milion din anumite metale poate degrada conductivitatea electrică sau poate promova coroziunea plăcuțelor de legătură. Tabelul de mai jos clasifică nivelurile standard de puritate disponibile de la producătorii specializați.
| Grad de puritate | Conținut de aluminiu (procent) | Total de impurități metalice (ppm) | Aplicație critică |
|---|---|---|---|
| 4N | 99.99 | Mai puțin de 100 | Evaporare generală, electrozi de condensator |
| 5N | 99.999 | Mai puțin de 10 | Înlocuire fir de aur și cupru, legare IC |
| 6N | 99.9999 | Mai puțin de 1 | Filme supraconductoare, senzori specializați |
Pentru majoritatea caselor de ambalare a semiconductorilor, Sârmă de aluminiu de înaltă puritate 5N a devenit standard deoarece conține mai puțin de 5 ppm de cupru și fier combinate. Acest lucru reduce drastic formarea de compuși intermetalici fragili la interfața aluminiu-aur, care este cauza principală a ciumei violete și a dezactivării legăturilor. Etapa de purificare suplimentară adaugă aproximativ 15 până la 20 la sută la costul materialului în comparație cu 4N, dar îmbunătățirea fiabilității aderării în medii ambientale de 150 de grade C justifică cheltuiala.
Toleranța la diametru și cerințele de finisare a suprafeței
Diametrul de sârmă de aluminiu de înaltă puritate utilizat în lipirea pe pană variază de obicei de la 0,7 mil (0,018 mm) la 20 mil (0,508 mm), cea mai comună dimensiune fiind de 1,0 mil (0,0254 mm). Sârma trebuie să aibă o toleranță de diametru de plus sau minus 2 procente a valorii nominale pentru a garanta că energia ultrasonică se cuplează în mod constant în placa de legătură. Un fir care variază cu mai mult de 0,0005 mm pe o bobină va crea înălțimi variabile de buclă și lungimi de coadă, forțând recalibrarea frecventă a bonder-ului.
Finisajul suprafeței este la fel de critic. Suprafața sârmei trebuie să fie fără așchii, zgârieturi mai adânci de 0,5 micrometri și lubrifiant rezidual din procesul de tragere. Premium sârmă de aluminiu de înaltă puritate este curățat folosind un proces cu solvent ultrasonic în mai multe etape care reduce contaminarea cu carbon de suprafață la mai puțin de 5 micrograme pe centimetru pătrat, asigurând o rezistență constantă la tracțiune a sârmei și eliminând formarea de goluri epoxidice negre în timpul turnării prin transfer.
Recoacerea și controlul proprietăților mecanice
Sârmă de aluminiu de înaltă puritate este furnizat fie în stare recoaptă, fie în stare tare, iar starea corectă este determinată de tipul de echipament de lipire. Două temperamente distincte sunt de obicei specificate.
- Sârmă complet recoaptă (moale). are o alungire de 15 până la 25 la sută și o rezistență la tracțiune sub 50 MPa. Se comprimă uniform sub instrumentul de lipire, creând o legătură simetrică. Acest temperament este esențial pentru pachetele militare și aerospațiale de înaltă fiabilitate, în care legătura trebuie să supraviețuiască ciclurilor termice de la minus 65 grade C până la 150 grade C.
- Sârmă trasă tare reține 50 până la 80 la sută din întărirea prin tragere și are o rezistență la tracțiune între 120 și 180 MPa. Este folosit pentru lipirea cu pană cu acces adânc, unde sârma trebuie să reziste la flambaj pe perioade lungi. Cu toate acestea, ductilitatea redusă necesită o setare mai mare a puterii ultrasunetelor, care poate face cratere plăcuțe de legătură subțiri dacă nu este optimizată cu atenție.
Un lot de sârmă de aluminiu de înaltă puritate cu recoacere inconsecventă poate provoca o fluctuație a deformării legăturii de mai mult de 15 la sută într-o singură bobină. Producătorii de renume testează fiecare bobină pentru alungire și sarcină de rupere folosind o lungime de 250 mm la o viteză de testare de 25 mm pe minut, conform metodelor ASTM E8 și expediază firul cu un certificat de conformitate.
Aplicații de evaporare și acoperire cu peliculă subțire
În depunerea în vid, sârmă de aluminiu de înaltă puritate este alimentat pe un filament de tungsten încălzit sau pe o vatră cu fascicul de electroni pentru a crea pelicule subțiri pentru oglinzi optice, electrozi semiconductori și straturi de barieră. Geometria firului pentru evaporare este de obicei 0,5 mm până la 2,0 mm în diametru și este furnizat în lungimi drepte sau în formă spiralată. Un fir de aluminiu de puritate 4N este suficient pentru majoritatea proceselor de metalizare, deoarece depunerea în sine asigură o oarecare captare a gazelor reziduale, dar firul trebuie să fie lipsit de sodiu și potasiu, care migrează rapid în dioxid de siliciu și schimbă tensiunile de prag ale tranzistorului.
Conținutul total de gaz de sârmă de aluminiu de înaltă puritate utilizat pentru evaporare trebuie specificat ca mai puțin de 0,1 ppm pentru hidrogen și mai puțin de 0,5 ppm pentru oxigen. Gazul prins provoacă scuipat în timpul evaporării, ejectând picături de dimensiunea micronului din filament care creează defecte în filmul depus. Un fir de aluminiu de 5N degazat corespunzător va prezenta zero scuipe vizibile pe o placă martor de sticlă pătrată de 100 mm atunci când este evaporat cu o viteză de 5 nanometri pe secundă.
Depozitare și manipulare pentru a preveni degradarea suprafeței
Chiar și o cantitate mică de umiditate atmosferică sau de clor poate compromite lipirea sârmă de aluminiu de înaltă puritate . Suprafața aluminiului reacționează cu umiditatea pentru a forma un strat de oxid hidratat care se îngroașă în timp și previne o bună formare intermetalica. Următorul protocol de depozitare prelungește durata de valabilitate a unei bobine deschise la peste 6 luni.
- Păstrați bobinele într-un dulap purjat cu azot, cu o umiditate relativă dedesubt 20 la sută tot timpul.
- După utilizare, readuceți bobina în punga sa de polietilenă sigilată și stoarceți excesul de aer înainte de a închide fermoarul.
- Nu manipulați firul cu mâinile goale. Amprentele lasă săruri de clorură care gravează suprafața de aluminiu în 24 de ore la temperatura camerei.
- Dacă o bobină de sârmă de aluminiu de înaltă puritate a fost expus la aerul ambiant mai mult de 72 de ore, trebuie efectuată o legătură de testare și testată la tracțiune pentru a verifica o forță minimă de 5 grame pe mil de diametru de sârmă înainte de a elibera lotul pentru producție.
