Za spajanje poluvodičke žice i isparavanje tankog filma, aluminijska žica visoke čistoće s čistoćom od 99,99 posto (4N) ili više je osnovna linija o kojoj se ne može pregovarati. 5N (99,999 posto) žica smanjuje štetan intermetalni rast i koroziju na veznoj podlozi, postižući srednje vrijeme do kvara od preko 1000 sati u testovima skladištenja na visokoj temperaturi od 200 stupnjeva C, dok njegova kontrolirana tolerancija promjera od plus ili minus 0,002 milimetra osigurava dosljedne profile petlji u automatiziranim spajalicama.
Stupanj čistoće i kontrola nečistoća u aluminijskoj žici visoke čistoće
Izvedba aluminijska žica visoke čistoće diktiraju koncentracije elemenata u tragovima mjerene u dijelovima na milijun. Čak i jedan dio na milijun određenih metala može pogoršati električnu vodljivost ili pospješiti koroziju veznih ploča. Tablica u nastavku kategorizira standardne razine čistoće dostupne od specijaliziranih proizvođača.
| Stupanj čistoće | Sadržaj aluminija (postotak) | Ukupne metalne nečistoće (ppm) | Kritična primjena |
|---|---|---|---|
| 4N | 99.99 | Manje od 100 | Opće isparavanje, elektrode kondenzatora |
| 5N | 99.999 | Manje od 10 | Zamjena zlatne i bakrene žice, IC spajanje |
| 6N | 99.9999 | Manje od 1 | Supervodljivi filmovi, specijalizirani senzori |
Za većinu kuća za pakiranje poluvodiča, 5N aluminijska žica visoke čistoće postao je standard jer sadrži manje od 5 ppm bakra i željeza zajedno. Ovo drastično smanjuje stvaranje krhkih intermetalnih spojeva na međupovršini aluminij-zlato, što je primarni uzrok ljubičaste kuge i odvajanja veze. Dodatni korak pročišćavanja dodaje približno 15 do 20 posto trošku materijala u usporedbi s 4N, ali poboljšanje pouzdanosti spajanja u ambijentalnim okruženjima od 150 stupnjeva C opravdava trošak.
Tolerancija promjera i zahtjevi za završnu obradu površine
Promjer od aluminijska žica visoke čistoće koji se koristi u klinastom lijepljenju obično se kreće od 0,7 mil (0,018 mm) do 20 mil (0,508 mm), a najuobičajenija veličina je 1,0 mil (0,0254 mm). Žica mora imati toleranciju promjera od plus-minus 2 posto nominalne vrijednosti kako bi se zajamčilo da ultrazvučna energija dosljedno ulazi u vezni jastučić. Žica koja varira za više od 0,0005 mm po kolutu stvorit će promjenjive visine petlje i duljine repa, što će zahtijevati čestu ponovnu kalibraciju bondera.
Završna obrada površine je jednako kritična. Površina žice ne smije imati komadiće, ogrebotine dublje od 0,5 mikrometara i ostatke maziva iz procesa izvlačenja. Premium aluminijska žica visoke čistoće čisti se korištenjem višestupanjskog procesa ultrazvučnog otapala koji smanjuje površinsku kontaminaciju ugljikom na ispod 5 mikrograma po kvadratnom centimetru, osiguravajući konzistentnu snagu izvlačenja žice i eliminirajući stvaranje crnih epoksidnih šupljina tijekom prijenosnog kalupljenja.
Žarenje i kontrola mehaničkih svojstava
Aluminijska žica visoke čistoće isporučuje se ili u žarenom ili u tvrdo vučenom stanju, a ispravno stanje određeno je vrstom opreme za lijepljenje. Obično se navode dvije različite ćudi.
- Potpuno žarena (mekana) žica ima istezanje od 15 do 25 posto i vlačnu čvrstoću ispod 50 MPa. Jednoliko se sabija ispod alata za lijepljenje, stvarajući simetričnu klinastu vezu. Ovo stanje je ključno za visokopouzdane vojne i svemirske pakete gdje veza mora preživjeti termalne cikluse od minus 65 stupnjeva C do 150 stupnjeva C.
- Tvrdo vučena žica zadržava 50 do 80 posto otvrdnuća od izvlačenja i ima vlačnu čvrstoću između 120 i 180 MPa. Koristi se u klinastom lijepljenju s dubokim pristupom gdje žica mora biti otporna na izvijanje na velikim rasponima. Međutim, smanjena duktilnost zahtijeva veću postavku ultrazvučne snage, koja može stvoriti krater na tankim veznim jastučićima ako nije pažljivo optimizirana.
Serija od aluminijska žica visoke čistoće s nekonzistentnim žarenjem može uzrokovati fluktuaciju u deformaciji veze za više od 15 posto na jednom kolutu. Renomirani proizvođači ispituju svaki kalem na istezanje i opterećenje pri prekidu koristeći mjernu duljinu od 250 mm pri ispitnoj brzini od 25 mm u minuti, prema metodama ASTM E8, i šalju žicu s certifikatom o sukladnosti.
Isparavanje tankog filma i primjena premaza
Kod taloženja u vakuumu, aluminijska žica visoke čistoće dovodi se na zagrijanu volframovu nit ili ložište elektronskog snopa za stvaranje tankih filmova za optička zrcala, poluvodičke elektrode i slojeve barijere. Geometrija žice za isparavanje je tipična 0,5 mm do 2,0 mm u promjeru i isporučuje se u ravnim duljinama ili u smotanom obliku. Aluminijska žica čistoće 4N dovoljna je za većinu postupaka metalizacije jer samo taloženje osigurava nešto nakupljanja zaostalih plinova, ali žica ne smije sadržavati natrij i kalij, koji brzo migriraju u silicijskom dioksidu i pomiču napone praga tranzistora.
Ukupni sadržaj plina od aluminijska žica visoke čistoće koji se koristi za isparavanje treba specificirati kao manje od 0,1 ppm za vodik i manje od 0,5 ppm za kisik. Zarobljeni plin uzrokuje prskanje tijekom isparavanja, izbacujući kapljice mikronske veličine iz niti koje stvaraju nedostatke u nataloženom filmu. Pravilno degazirana 5N aluminijska žica neće pokazati nulte vidljive mrlje preko 100 mm kvadratne staklene ploče za svjedočenje kada isparava brzinom od 5 nanometara u sekundi.
Skladištenje i rukovanje za sprječavanje degradacije površine
Čak i mala količina atmosferske vlage ili klora može ugroziti sposobnost lijepljenja aluminijska žica visoke čistoće . Aluminijska površina reagira s vlagom stvarajući sloj hidratiziranog oksida koji se s vremenom zgušnjava i sprječava dobro stvaranje intermetala. Sljedeći protokol skladištenja produljuje rok trajanja otvorenog kalema na više od 6 mjeseci.
- Pohranite špule u komoru pročišćenu dušikom s relativnom vlagom ispod 20 posto u svakom trenutku.
- Nakon upotrebe vratite kalem u zapečaćenu polietilensku vrećicu i istisnite višak zraka prije zatvaranja zatvarača.
- Nemojte rukovati žicom golim rukama. Otisci prstiju ostavljaju kloridne soli koje urežu površinu aluminija unutar 24 sata na sobnoj temperaturi.
- Ako je kalem od aluminijska žica visoke čistoće bio izložen okolnom zraku dulje od 72 sata, potrebno je izvršiti probno spajanje i testirati na povlačenje kako bi se potvrdila minimalna sila od 5 grama na mil promjera žice prije puštanja serije u proizvodnju.
