Voor het verbinden van halfgeleiderdraden en het verdampen van dunne films, hoge zuiverheid aluminiumdraad met een zuiverheid van 99,99 procent (4N) of hoger is de niet-onderhandelbare basislijn. Een draad van 5N (99,999 procent) vermindert schadelijke intermetallische groei en corrosie op het verbindingsvlak, waardoor een gemiddelde tijd tot falen wordt bereikt van meer dan 1.000 uur in opslagtests bij hoge temperatuur bij 200 graden Celsius, terwijl de gecontroleerde diametertolerantie van plus of min 0,002 millimeter zorgt voor consistente lusprofielen in geautomatiseerde bonders.
Zuiverheidsgraden en onzuiverheidscontrole in aluminiumdraad met hoge zuiverheid
De prestaties van hoge zuiverheid aluminiumdraad wordt bepaald door de concentraties van sporenelementen gemeten in delen per miljoen. Zelfs een enkel deel per miljoen van bepaalde metalen kan de elektrische geleidbaarheid aantasten of corrosie van het verbindingsvlak bevorderen. De onderstaande tabel categoriseert de standaardzuiverheidsniveaus die verkrijgbaar zijn bij gespecialiseerde fabrikanten.
| Zuiverheidsgraad | Aluminiumgehalte (procent) | Totale metaalverontreinigingen (ppm) | Kritische toepassing |
|---|---|---|---|
| 4N | 99.99 | Minder dan 100 | Algemene verdamping, condensatorelektroden |
| 5N | 99.999 | Minder dan 10 | Vervanging van goud- en koperdraad, IC-binding |
| 6N | 99.9999 | Minder dan 1 | Supergeleidende films, gespecialiseerde sensoren |
Voor de meeste halfgeleiderverpakkingsbedrijven geldt 5N aluminiumdraad met hoge zuiverheid is de standaard geworden omdat het minder dan 5 ppm koper en ijzer samen bevat. Dit vermindert drastisch de vorming van broze intermetallische verbindingen op het grensvlak van aluminium en goud, wat de belangrijkste oorzaak is van de paarse pest en het loskomen van de binding. De extra zuiveringsstap voegt ongeveer 15 tot 20 procent toe aan de materiaalkosten vergeleken met 4N, maar de verbetering in de betrouwbaarheid van de verbinding in omgevingstemperaturen van 150 graden Celsius rechtvaardigt de kosten.
Diametertolerantie en vereisten voor oppervlakteafwerking
De diameter van hoge zuiverheid aluminiumdraad gebruikt bij wigverlijming varieert doorgaans van 0,7 mil (0,018 mm) tot 20 mil (0,508 mm), waarbij de meest voorkomende maat 1,0 mil (0,0254 mm) is. De draad moet een diametertolerantie hebben van plus of min 2 procent van de nominale waarde om te garanderen dat de ultrasone energie consistent in het verbindingskussen wordt gekoppeld. Een draad die meer dan 0,0005 mm over een spoel varieert, creëert variabele lushoogtes en staartlengtes, waardoor frequente herkalibratie van de bonder noodzakelijk is.
Oppervlakteafwerking is net zo belangrijk. Het draadoppervlak moet vrij zijn van splinters, krassen dieper dan 0,5 micrometer en resterend smeermiddel van het trekproces. Premie hoge zuiverheid aluminiumdraad wordt gereinigd met behulp van een meertraps ultrasoon oplosmiddelproces dat de koolstofverontreiniging op het oppervlak reduceert tot minder dan 5 microgram per vierkante centimeter, waardoor een consistente draadtreksterkte wordt gegarandeerd en de vorming van zwarte epoxyholtes tijdens het transfergieten wordt geëlimineerd.
Gloeien en mechanische eigendomscontrole
Zeer zuivere aluminiumdraad wordt geleverd in gegloeide of hardgetrokken toestand, en de juiste staat wordt bepaald door het type lijmapparatuur. Er worden gewoonlijk twee verschillende gemoedstoestanden gespecificeerd.
- Volledig gegloeide (zachte) draad heeft een rek van 15 tot 25 procent en een treksterkte van minder dan 50 MPa. Het wordt gelijkmatig samengedrukt onder het lijmgereedschap, waardoor een symmetrische wigverbinding ontstaat. Deze temperatuur is essentieel voor zeer betrouwbare militaire en ruimtevaartpakketten waarbij de verbinding thermische cycli van min 65 graden Celsius tot 150 graden Celsius moet overleven.
- Hardgetrokken draad behoudt 50 tot 80 procent van de uitharding door het trekken en heeft een treksterkte tussen 120 en 180 MPa. Het wordt gebruikt bij het verbinden van wiggen met diepe toegang, waarbij de draad bestand moet zijn tegen knikken over lange overspanningen. De verminderde ductiliteit vereist echter een hogere ultrasone vermogensinstelling, waardoor dunne hechtpads kunnen ontstaan als ze niet zorgvuldig worden geoptimaliseerd.
Een partij van hoge zuiverheid aluminiumdraad met inconsistent uitgloeien kan een fluctuatie in de vervorming van de binding van meer dan 15 procent over een enkele spoel veroorzaken. Gerenommeerde fabrikanten testen elke spoel op rek en breukbelasting met behulp van een meetlengte van 250 mm bij een testsnelheid van 25 mm per minuut, volgens ASTM E8-methoden, en verzenden de draad met een conformiteitscertificaat.
Dunnefilmverdamping en coatingtoepassingen
Bij vacuümafzetting, hoge zuiverheid aluminiumdraad wordt op een verwarmd wolfraamfilament of een elektronenbundelhaard gevoerd om dunne films te creëren voor optische spiegels, halfgeleiderelektroden en barrièrelagen. De draadgeometrie voor verdamping is typisch Diameter van 0,5 mm tot 2,0 mm en wordt geleverd in rechte lengtes of opgerold. Een aluminiumdraad met een zuiverheid van 4N is voldoende voor de meeste metallisatieprocessen, omdat de afzetting zelf enige restgassen oplevert, maar de draad moet vrij zijn van natrium en kalium, die snel migreren in siliciumdioxide en de drempelspanningen van de transistor verschuiven.
Het totale gasgehalte van hoge zuiverheid aluminiumdraad gebruikt voor verdamping moet worden gespecificeerd als minder dan 0,1 ppm voor waterstof en minder dan 0,5 ppm voor zuurstof. Ingesloten gas veroorzaakt spuwen tijdens de verdamping, waardoor druppeltjes ter grootte van een micrometer uit het filament worden gestoten, waardoor defecten in de afgezette film ontstaan. Een goed ontgaste 5N aluminiumdraad vertoont geen zichtbare spetters over een vierkante glazen getuigenplaat van 100 mm wanneer deze verdampt met een snelheid van 5 nanometer per seconde.
Opslag en behandeling om aantasting van het oppervlak te voorkomen
Zelfs een kleine hoeveelheid vocht uit de lucht of chloor kan de hechtbaarheid van het product in gevaar brengen hoge zuiverheid aluminiumdraad . Het aluminiumoppervlak reageert met vocht en vormt een gehydrateerde oxidelaag die na verloop van tijd dikker wordt en goede intermetallische vorming verhindert. Het volgende opslagprotocol verlengt de houdbaarheid van een geopende spoel tot meer dan 6 maanden.
- Bewaar spoelen in een met stikstof gespoelde kast met een relatieve vochtigheid daaronder 20 procent te allen tijde.
- Plaats de spoel na gebruik terug in de afgesloten polyethyleen zak en druk de overtollige lucht eruit voordat u de ritssluiting sluit.
- Hanteer de draad niet met blote handen. Vingerafdrukken laten chloridezouten achter die bij kamertemperatuur binnen 24 uur het aluminiumoppervlak etsen.
- Als een spoel van hoge zuiverheid aluminiumdraad langer dan 72 uur is blootgesteld aan omgevingslucht, moet een testverbinding worden uitgevoerd en een trektest worden uitgevoerd om een minimale kracht van 5 gram per mil draaddiameter voordat het kavel wordt vrijgegeven voor productie.
