För bindning av halvledartråd och tunnfilmsavdunstning, hög ren aluminiumtråd med en renhet på 99,99 procent (4N) eller högre är den icke förhandlingsbara baslinjen. En 5N (99,999 procent) tråd minskar skadlig intermetallisk tillväxt och korrosion vid bindningsdynan, vilket ger en medeltid till fel på över 1 000 timmar i 200 grader C högtemperaturlagringstester, medan dess kontrollerade diametertolerans på plus eller minus 0,002 millimeter säkerställer konsekventa slingprofiler i automatiserade bonders.
Renhetsgrader och föroreningskontroll i aluminiumtråd med hög renhet
Utförandet av hög ren aluminiumtråd dikteras av spårelementkoncentrationer mätt i miljondelar. Till och med en miljondel av vissa metaller kan försämra den elektriska ledningsförmågan eller främja korrosion av bindningsdynor. Tabellen nedan kategoriserar standardrenhetsnivåerna som är tillgängliga från specialiserade tillverkare.
| Renhetsgrad | Aluminiuminnehåll (procent) | Totalt antal metalliska föroreningar (ppm) | Kritisk tillämpning |
|---|---|---|---|
| 4N | 99.99 | Mindre än 100 | Allmän avdunstning, kondensatorelektroder |
| 5N | 99.999 | Mindre än 10 | Byte av guld och koppartråd, IC-bindning |
| 6N | 99.9999 | Mindre än 1 | Supraledande filmer, specialiserade sensorer |
För de flesta halvledarförpackningshus, 5N högrent aluminiumtråd har blivit standard eftersom den innehåller mindre än 5 ppm koppar och järn tillsammans. Detta minskar drastiskt bildningen av spröda intermetalliska föreningar vid aluminium-guldgränsytan, vilket är den primära orsaken till lila pest och bindemedelslyftning. Det extra reningssteget lägger till cirka 15 till 20 procent till materialkostnaden jämfört med 4N, men förbättringen av bindningspålitlighet i 150 grader C omgivande miljöer motiverar kostnaden.
Diametertolerans och ytfinishkrav
Diametern på hög ren aluminiumtråd används vid kilbindning varierar vanligtvis från 0,7 mil (0,018 mm) till 20 mil (0,508 mm), med den vanligaste storleken 1,0 mil (0,0254 mm). Tråden måste ha en diametertolerans på plus eller minus 2 procent av det nominella värdet för att garantera att ultraljudsenergin konsekvent kopplas in i bindningsdynan. En tråd som varierar med mer än 0,0005 mm över en spole kommer att skapa olika öglehöjder och svanslängder, vilket tvingar fram frekvent omkalibrering av bonder.
Ytfinishen är lika kritisk. Trådens yta bör vara fri från flisor, repor djupare än 0,5 mikrometer och kvarvarande smörjmedel från ritningsprocessen. Premium hög ren aluminiumtråd rengörs med hjälp av en flerstegs ultraljudslösningsmedelsprocess som minskar ytans kolförorening till under 5 mikrogram per kvadratcentimeter, vilket säkerställer konsekvent tråddragstyrka och eliminerar bildandet av svarta epoxihålrum under överföringsgjutning.
Glödgning och mekanisk egendomskontroll
Aluminiumtråd med hög renhet levereras i antingen glödgat eller hårt draget tillstånd, och det korrekta tillståndet bestäms av typen av limningsutrustning. Två distinkta humör är vanligtvis specificerade.
- Helglödgad (mjuk) tråd har en töjning på 15 till 25 procent och en draghållfasthet under 50 MPa. Den komprimeras jämnt under limningsverktyget, vilket skapar en symmetrisk kilbindning. Detta temperament är avgörande för högtillförlitliga militär- och rymdpaket där bindningen måste överleva termisk cykling från minus 65 grader C till 150 grader C.
- Hårddragen tråd behåller 50 till 80 procent av arbetshärdningen från dragning och har en draghållfasthet mellan 120 och 180 MPa. Den används i killimning med djup åtkomst där tråden måste motstå buckling över långa spännvidder. Den minskade duktiliteten kräver dock en högre ultraljudseffektinställning, vilket kan kratera tunna bindningsdynor om de inte optimeras noggrant.
Ett parti av hög ren aluminiumtråd med inkonsekvent glödgning kan orsaka en fluktuation i bindningsdeformation på mer än 15 procent över en enda spole. Ansedda tillverkare testar varje spole för förlängning och brottbelastning med en längd på 250 mm vid en testhastighet på 25 mm per minut, enligt ASTM E8-metoder, och skickar tråden med ett certifikat om överensstämmelse.
Tunnfilmsavdunstning och beläggningsapplikationer
I vakuumdeponering, hög ren aluminiumtråd matas till en uppvärmd volframfilament eller en elektronstrålehärd för att skapa tunna filmer för optiska speglar, halvledarelektroder och barriärskikt. Trådgeometrin för förångning är typiskt 0,5 mm till 2,0 mm i diameter och levereras i raka längder eller spiralform. En 4N ren aluminiumtråd är tillräcklig för de flesta metalliseringsprocesser eftersom avsättningen i sig ger viss gettering av restgaser, men tråden måste vara fri från natrium och kalium, som migrerar snabbt i kiseldioxid och skifttransistortröskelspänningar.
Den totala gashalten i hög ren aluminiumtråd som används för indunstning bör specificeras som mindre än 0,1 ppm för väte och mindre än 0,5 ppm för syre. Instängd gas orsakar spottning under avdunstning, vilket sprutar ut mikronstora droppar från filamentet som skapar defekter i den avsatta filmen. En korrekt avgasad 5N aluminiumtråd kommer att visa noll synliga spottar över en 100 mm kvadratisk glasvittnesplatta när den förångas med en hastighet av 5 nanometer per sekund.
Förvaring och hantering för att förhindra nedbrytning av ytan
Även en liten mängd luftfuktighet eller klor kan äventyra bindbarheten hög ren aluminiumtråd . Aluminiumytan reagerar med fukt och bildar ett hydratiserat oxidskikt som tjocknar med tiden och förhindrar god intermetallisk bildning. Följande lagringsprotokoll förlänger hållbarheten för en öppnad spole till över 6 månader.
- Förvara spolarna i ett kväve-rensat skåp med en relativ fuktighet under 20 procent hela tiden.
- Efter användning, sätt tillbaka spolen i sin förseglade polyetenpåse och krama ut överflödig luft innan du stänger blixtlåsförseglingen.
- Hantera inte tråden med bara händer. Fingeravtryck lämnar kloridsalter som etsar aluminiumytan inom 24 timmar vid rumstemperatur.
- Om en spole av hög ren aluminiumtråd har exponerats för omgivande luft i mer än 72 timmar, måste en testbindning utföras och dragtestas för att verifiera en minsta kraft på 5 gram per mil tråddiameter innan partiet släpps för produktion.
