Til halvledertrådbinding og tyndfilmfordampning, høj renhed aluminiumtråd med en renhed på 99,99 procent (4N) eller højere er den ikke-omsættelige baseline. En 5N (99,999 procent) tråd reducerer skadelig intermetallisk vækst og korrosion ved bindingspuden, hvilket opnår en gennemsnitlig tid til fejl på over 1.000 timer i 200 grader C højtemperaturlagringstest, mens dens kontrollerede diametertolerance på plus eller minus 0,002 millimeter sikrer ensartede sløjfeprofiler i automatiserede bondere.
Renhedsgrader og urenhedskontrol i aluminiumtråd med høj renhed
Udførelsen af høj renhed aluminiumtråd er dikteret af sporstofkoncentrationer målt i ppm. Selv en enkelt del per million af visse metaller kan forringe den elektriske ledningsevne eller fremme korrosion af bindingspuder. Tabellen nedenfor kategoriserer standardrenhedsniveauerne, der er tilgængelige fra specialiserede producenter.
| Renhedsgrad | Aluminiumindhold (procent) | Samlede metalliske urenheder (ppm) | Kritisk anvendelse |
|---|---|---|---|
| 4N | 99.99 | Mindre end 100 | Generel fordampning, kondensatorelektroder |
| 5N | 99.999 | Mindre end 10 | Udskiftning af guld og kobbertråd, IC-binding |
| 6N | 99.9999 | Mindre end 1 | Superledende film, specialiserede sensorer |
For de fleste halvlederemballagehuse, 5N højrent aluminiumtråd er blevet standarden, fordi den indeholder mindre end 5 ppm kobber og jern tilsammen. Dette reducerer drastisk dannelsen af sprøde intermetalliske forbindelser ved aluminium-guld-grænsefladen, som er den primære årsag til lilla plage og bindingsløftning. Det ekstra oprensningstrin tilføjer ca. 15 til 20 procent til materialeomkostningerne sammenlignet med 4N, men forbedringen i bindingspålidelighed i 150 grader C omgivende miljøer retfærdiggør udgiften.
Diametertolerance og krav til overfladefinish
Diameteren på høj renhed aluminiumtråd brugt til kilebinding varierer typisk fra 0,7 mil (0,018 mm) til 20 mil (0,508 mm), hvor den mest almindelige størrelse er 1,0 mil (0,0254 mm). Tråden skal have en diametertolerance på plus eller minus 2 procent af den nominelle værdi for at garantere, at ultralydsenergien kobles konsekvent ind i bindingspuden. En ledning, der varierer med mere end 0,0005 mm på tværs af en spole, vil skabe variable løkkehøjder og halelængder, hvilket tvinger hyppig bonder-genkalibrering.
Overfladefinish er lige så kritisk. Trådoverfladen skal være fri for skår, ridser, der er dybere end 0,5 mikrometer, og resterende smøremiddel fra tegneprocessen. Premium høj renhed aluminiumtråd rengøres ved hjælp af en multi-trins ultralyds-opløsningsmiddelproces, der reducerer overfladekulstofforurening til under 5 mikrogram pr. kvadratcentimeter, hvilket sikrer ensartet trådtrækstyrke og eliminerer dannelsen af sorte epoxyhulrum under transferstøbning.
Udglødning og mekanisk ejendomskontrol
Aluminiumtråd af høj renhed leveres i enten udglødet eller hårdttrukket tilstand, og den korrekte tilstand bestemmes af typen af limningsudstyr. To distinkte temperamenter er almindeligvis specificeret.
- Fuldt udglødet (blød) ledning har en forlængelse på 15 til 25 procent og en trækstyrke under 50 MPa. Det komprimeres ensartet under limningsværktøjet, hvilket skaber en symmetrisk kilebinding. Dette temperament er afgørende for højpålidelige militær- og rumfartspakker, hvor bindingen skal overleve termisk cykling fra minus 65 grader C til 150 grader C.
- Hårdttrukket ledning bevarer 50 til 80 procent af arbejdshærdningen fra trækning og har en trækstyrke mellem 120 og 180 MPa. Den bruges til kilebinding med dyb adgang, hvor tråden skal modstå bøjning over lange spænd. Den reducerede duktilitet kræver dog en højere ultralydseffektindstilling, som kan kratere tynde bindingspuder, hvis de ikke er omhyggeligt optimeret.
Et parti af høj renhed aluminiumtråd med inkonsekvent udglødning kan forårsage en udsving i bindingsdeformation på mere end 15 procent over en enkelt spole. Anerkendte producenter tester hver spole for forlængelse og brudbelastning ved hjælp af en 250 mm gauge-længde ved en testhastighed på 25 mm pr. minut, ifølge ASTM E8-metoder, og sender wiren med et overensstemmelsescertifikat.
Tyndfilmsfordampning og belægningsapplikationer
I vakuumaflejring, høj renhed aluminiumtråd føres ind på en opvarmet wolframfilament eller en elektronstråleild for at skabe tynde film til optiske spejle, halvlederelektroder og barrierelag. Trådgeometrien til fordampning er typisk 0,5 mm til 2,0 mm i diameter og leveres i lige længder eller oprullet form. En 4N ren aluminiumtråd er tilstrækkelig til de fleste metalliseringsprocesser, fordi aflejringen i sig selv giver en vis gettering af resterende gasser, men tråden skal være fri for natrium og kalium, som migrerer hurtigt i siliciumdioxid og skifter transistor-tærskelspændinger.
Det samlede gasindhold af høj renhed aluminiumtråd anvendt til fordampning skal angives som mindre end 0,1 ppm for brint og mindre end 0,5 ppm for oxygen. Indesluttet gas forårsager spyt under fordampning og udstøder mikronstore dråber fra filamentet, der skaber defekter i den aflejrede film. En korrekt afgasset 5N aluminiumtråd vil vise nul synlige spyt hen over en 100 mm kvadratisk glasvidneplade, når den fordampes med en hastighed på 5 nanometer pr. sekund.
Opbevaring og håndtering for at forhindre overfladenedbrydning
Selv en lille mængde atmosfærisk fugt eller klor kan kompromittere bindeevnen af høj renhed aluminiumtråd . Aluminiumsoverfladen reagerer med fugt og danner et hydreret oxidlag, der fortykkes over tid og forhindrer god intermetallisk dannelse. Følgende opbevaringsprotokol forlænger holdbarheden af en åbnet spole til over 6 måneder.
- Opbevar spolerne i et nitrogenrenset skab med en relativ fugtighed under 20 procent til enhver tid.
- Efter brug skal du sætte spolen tilbage i dens forseglede polyethylenpose og klemme overskydende luft ud, før du lukker lynlåsforseglingen.
- Håndter ikke ledningen med bare hænder. Fingeraftryk efterlader chloridsalte, der ætser aluminiumoverfladen inden for 24 timer ved stuetemperatur.
- Hvis en spole af høj renhed aluminiumtråd har været udsat for den omgivende luft i mere end 72 timer, skal der udføres en testbinding og pull-testes for at verificere en minimumskraft på 5 gram per mil tråddiameter før partiet frigives til produktion.
