For halvledertrådbinding og tynnfilmfordampning, høy renhet aluminiumtråd med en renhet på 99,99 prosent (4N) eller høyere er den ikke-omsettelige grunnlinjen. En 5N (99,999 prosent) ledning reduserer skadelig intermetallisk vekst og korrosjon ved bindingsputen, og oppnår en gjennomsnittlig tid til feil på over 1000 timer i 200 grader C høytemperaturlagringstester, mens dens kontrollerte diametertoleranse på pluss eller minus 0,002 millimeter sikrer konsistente sløyfeprofiler i automatiserte bondere.
Renhetsgrader og urenhetskontroll i aluminiumstråd med høy renhet
Utførelsen av høy renhet aluminiumtråd er diktert av sporelementkonsentrasjoner målt i deler per million. Selv en enkelt del per million av visse metaller kan forringe elektrisk ledningsevne eller fremme korrosjon av bindingsputer. Tabellen nedenfor kategoriserer standard renhetsnivåer tilgjengelig fra spesialiserte produsenter.
| Renhetsgrad | Aluminiuminnhold (prosent) | Totalt metalliske urenheter (ppm) | Kritisk applikasjon |
|---|---|---|---|
| 4N | 99.99 | Mindre enn 100 | Generell fordampning, kondensatorelektroder |
| 5N | 99.999 | Mindre enn 10 | Gull- og kobbertråderstatning, IC-binding |
| 6N | 99.9999 | Mindre enn 1 | Superledende filmer, spesialiserte sensorer |
For de fleste halvlederemballasjehus, 5N høyrent aluminiumtråd har blitt standarden fordi den inneholder mindre enn 5 ppm kobber og jern til sammen. Dette reduserer drastisk dannelsen av sprø intermetalliske forbindelser ved aluminium-gull-grensesnittet, som er den primære årsaken til lilla pest og bindingsløfting. Det ekstra rensetrinnet legger til omtrent 15 til 20 prosent til materialkostnaden sammenlignet med 4N, men forbedringen i bindingspålitelighet i 150 grader C omgivelsesmiljøer rettferdiggjør utgiftene.
Diametertoleranse og krav til overflatefinish
Diameteren på høy renhet aluminiumtråd brukt i kilebinding varierer vanligvis fra 0,7 mil (0,018 mm) til 20 mil (0,508 mm), med den vanligste størrelsen 1,0 mil (0,0254 mm). Ledningen må ha en diametertoleranse på pluss eller minus 2 prosent av den nominelle verdien for å garantere at ultralydenergien kobles konsekvent inn i bindingsputen. En ledning som varierer med mer enn 0,0005 mm på tvers av en spole vil skape variable løkkehøyder og halelengder, og tvinge frem hyppig rekalibrering av bonder.
Overflatefinishen er like kritisk. Trådoverflaten skal være fri for fliser, riper dypere enn 0,5 mikrometer og rester av smøremiddel fra tegneprosessen. Premium høy renhet aluminiumtråd rengjøres ved hjelp av en flertrinns ultrasonisk løsningsmiddelprosess som reduserer overflatekarbonforurensning til under 5 mikrogram per kvadratcentimeter, og sikrer konsistent trådtrekkstyrke og eliminerer dannelsen av svarte epoksyhull under overføringsstøping.
Gløding og mekanisk eiendomskontroll
Høy renhet aluminiumtråd leveres i enten glødet eller hardtrukket tilstand, og riktig tilstand bestemmes av typen limeutstyr. To distinkte temperamenter er ofte spesifisert.
- Fullglødet (myk) ledning har en forlengelse på 15 til 25 prosent og en strekkfasthet under 50 MPa. Den komprimeres jevnt under limingsverktøyet, og skaper en symmetrisk kilebinding. Dette temperamentet er avgjørende for høypålitelige militær- og romfartspakker der bindingen må overleve termisk sykling fra minus 65 grader C til 150 grader C.
- Hardttrukket ledning beholder 50 til 80 prosent av arbeidsherdingen fra trekking og har en strekkfasthet mellom 120 og 180 MPa. Den brukes i kilefesting med dyp tilgang der ledningen må motstå knekking over lange spenn. Den reduserte duktiliteten krever imidlertid en høyere ultralydeffektinnstilling, som kan kratere tynne bindeputer hvis de ikke er nøye optimalisert.
Et parti med høy renhet aluminiumtråd med inkonsekvent gløding kan forårsake en fluktuasjon i bindingsdeformasjonen på mer enn 15 prosent over en enkelt spole. Anerkjente produsenter tester hver spole for forlengelse og bruddbelastning med en 250 mm gaugelengde ved en testhastighet på 25 mm per minutt, i henhold til ASTM E8-metoder, og sender ledningen med et samsvarssertifikat.
Tynnfilmfordampning og beleggapplikasjoner
I vakuumavsetning, høy renhet aluminiumtråd mates inn på en oppvarmet wolframfilament eller en elektronstråleild for å lage tynne filmer for optiske speil, halvlederelektroder og barrierelag. Trådgeometrien for fordampning er typisk 0,5 mm til 2,0 mm i diameter og leveres i rette lengder eller opprullet form. En 4N ren aluminiumtråd er tilstrekkelig for de fleste metalliseringsprosesser fordi avsetningen i seg selv gir noe gettering av restgasser, men ledningen må være fri for natrium og kalium, som migrerer raskt i silisiumdioksid og terskelspenninger for skifttransistorer.
Det totale gassinnholdet av høy renhet aluminiumtråd brukt til fordampning bør spesifiseres som mindre enn 0,1 ppm for hydrogen og mindre enn 0,5 ppm for oksygen. Innestengt gass forårsaker spytting under fordampning, og støter ut mikronstore dråper fra filamentet som skaper defekter i den avsatte filmen. En riktig avgasset 5N aluminiumstråd vil vise null synlige spytter over en 100 mm kvadratisk glassvitneplate når den fordampes med en hastighet på 5 nanometer per sekund.
Lagring og håndtering for å forhindre overflateforringelse
Selv en liten mengde atmosfærisk fuktighet eller klor kan kompromittere bindbarheten til høy renhet aluminiumtråd . Aluminiumsoverflaten reagerer med fuktighet og danner et hydrert oksidlag som tykner over tid og forhindrer god intermetallisk dannelse. Følgende lagringsprotokoll forlenger holdbarheten til en åpnet spole til over 6 måneder.
- Oppbevar spoler i et nitrogenspylt skap med en relativ fuktighet under 20 prosent til enhver tid.
- Etter bruk, sett spolen tilbake i den forseglede polyetylenposen og klem ut overflødig luft før du lukker glidelåsforseglingen.
- Ikke håndter ledningen med bare hender. Fingeravtrykk etterlater kloridsalter som etser aluminiumsoverflaten innen 24 timer ved romtemperatur.
- Hvis en spole av høy renhet aluminiumtråd har vært utsatt for omgivelsesluft i mer enn 72 timer, må en testbinding utføres og trekktestes for å bekrefte en minimumskraft på 5 gram per mil tråddiameter før partiet frigis for produksjon.
