Para sa semiconductor wire bonding at thin film evaporation, mataas na kadalisayan aluminyo wire na may kadalisayan na 99.99 porsyento (4N) o mas mataas ay ang non-negotiable baseline. Binabawasan ng 5N (99.999 porsiyento) na wire ang nakapipinsalang intermetallic na paglaki at kaagnasan sa bond pad, na nakakamit ng isang mean time sa failure of over 1,000 oras sa 200 degrees C na mga pagsubok sa imbakan na may mataas na temperatura, habang ang kinokontrol nitong diameter tolerance ng plus o minus na 0.002 millimeters ay nagsisiguro ng pare-parehong mga profile ng loop sa mga automated bonder.
Purity Grades at Impurity Control sa High Purity Aluminum Wire
Ang pagganap ng mataas na kadalisayan aluminyo wire ay idinidikta ng mga konsentrasyon ng trace element na sinusukat sa mga bahagi bawat milyon. Kahit na ang isang bahagi sa bawat milyon ng ilang mga metal ay maaaring magpababa ng electrical conductivity o magsulong ng bond pad corrosion. Kinakategorya ng talahanayan sa ibaba ang mga karaniwang antas ng kadalisayan na makukuha mula sa mga dalubhasang tagagawa.
| Purity Grade | Nilalaman ng aluminyo (porsiyento) | Kabuuang Mga Dumi ng Metal (ppm) | Kritikal na Aplikasyon |
|---|---|---|---|
| 4N | 99.99 | Mas mababa sa 100 | Pangkalahatang pagsingaw, mga electrodes ng kapasitor |
| 5N | 99.999 | Mas mababa sa 10 | Pagpapalit ng ginto at tansong kawad, IC bonding |
| 6N | 99.9999 | Mas mababa sa 1 | Mga superconducting na pelikula, mga dalubhasang sensor |
Para sa karamihan ng mga semiconductor packaging house, 5N mataas na kadalisayan aluminyo wire ay naging pamantayan dahil naglalaman ito ng mas mababa sa 5 ppm ng pinagsamang tanso at bakal. Ito ay lubhang binabawasan ang pagbuo ng mga malutong na intermetallic compound sa aluminum-gold interface, na siyang pangunahing sanhi ng purple plague at bond lift-off. Ang karagdagang hakbang sa paglilinis ay nagdaragdag ng humigit-kumulang 15 hanggang 20 porsiyento sa materyal na halaga kumpara sa 4N, ngunit ang pagpapabuti sa pagiging maaasahan ng bono sa 150 degrees C na kapaligirang kapaligiran ay nagbibigay-katwiran sa gastos.
Diameter Tolerance at Surface Finish na Kinakailangan
Ang diameter ng mataas na kadalisayan aluminyo wire ginagamit sa wedge bonding ay karaniwang umaabot mula 0.7 mil (0.018 mm) hanggang 20 mil (0.508 mm), na ang pinakakaraniwang laki ay 1.0 mil (0.0254 mm). Ang wire ay dapat magkaroon ng diameter tolerance ng plus o minus 2 porsyento ng nominal na halaga upang magarantiya na ang ultrasonic energy ay pare-parehong magkakabit sa bond pad. Ang isang wire na nag-iiba ng higit sa 0.0005 mm sa kabuuan ng isang spool ay lilikha ng variable na taas ng loop at haba ng buntot, na pumipilit sa madalas na pag-recalibrate ng bonder.
Ang pagtatapos sa ibabaw ay parehong kritikal. Ang ibabaw ng wire ay dapat na walang mga sliver, mga gasgas na mas malalim kaysa sa 0.5 micrometer, at natitirang pampadulas mula sa proseso ng pagguhit. Premium mataas na kadalisayan aluminyo wire ay nililinis gamit ang isang multi-stage na ultrasonic solvent na proseso na binabawasan ang kontaminasyon ng carbon sa ibabaw sa ibaba 5 micrograms bawat square centimeter, tinitiyak ang pare-parehong lakas ng paghila ng kawad at inaalis ang pagbuo ng mga itim na epoxy voids sa panahon ng paglilipat ng paghuhulma.
Pagsusupil at Pagkontrol ng Mechanical Property
Mataas na kadalisayan ng aluminum wire ay ibinibigay sa alinman sa isang annealed o isang hard-drawn na kondisyon, at ang tamang estado ay tinutukoy ng uri ng bonding equipment. Dalawang natatanging temper ang karaniwang tinutukoy.
- Ganap na annealed (malambot) na kawad ay may isang pagpahaba ng 15 hanggang 25 porsiyento at isang makunat na lakas sa ibaba 50 MPa. Naka-compress ito nang pantay-pantay sa ilalim ng bonding tool, na lumilikha ng simetriko na wedge bond. Ang init ng ulo na ito ay mahalaga para sa high-reliability military at aerospace packages kung saan ang bono ay dapat makaligtas sa thermal cycling mula minus 65 degrees C hanggang 150 degrees C.
- Matigas na wire nagpapanatili ng 50 hanggang 80 porsiyento ng pagpapatigas ng trabaho mula sa pagguhit at may tensile strength sa pagitan ng 120 at 180 MPa. Ito ay ginagamit sa deep-access wedge bonding kung saan ang wire ay dapat lumaban sa pag-buckling sa mahabang span. Gayunpaman, ang pinababang ductility ay nangangailangan ng mas mataas na ultrasonic power setting, na maaaring magbunga ng manipis na mga bond pad kung hindi maingat na na-optimize.
Isang batch ng mataas na kadalisayan aluminyo wire na may hindi pare-parehong pagsusubo ay maaaring magdulot ng pagbabagu-bago sa pagpapapangit ng bono ng higit sa 15 porsiyento sa isang solong spool. Sinusuri ng mga kagalang-galang na manufacturer ang bawat spool para sa pagpahaba at break load gamit ang 250 mm na haba ng gauge sa bilis ng pagsubok na 25 mm bawat minuto, bawat pamamaraan ng ASTM E8, at ipinapadala ang wire na may certificate of conformance.
Mga Aplikasyon para sa Pagsingaw ng Manipis na Pelikula at Patong
Sa vacuum deposition, mataas na kadalisayan aluminyo wire ay pinapakain sa isang pinainit na tungsten filament o isang electron beam hearth upang lumikha ng mga manipis na pelikula para sa mga optical mirror, semiconductor electrodes, at barrier layer. Karaniwan ang wire geometry para sa pagsingaw 0.5 mm hanggang 2.0 mm ang lapad at ibinibigay sa tuwid na haba o nakapulupot na anyo. Ang isang 4N purity aluminum wire ay sapat para sa karamihan ng mga proseso ng metallization dahil ang deposition mismo ay nagbibigay ng ilang pagkuha ng mga natitirang gas, ngunit ang wire ay dapat na walang sodium at potassium, na mabilis na lumilipat sa silicon dioxide at nagbabago ng mga boltahe ng threshold ng transistor.
Ang kabuuang nilalaman ng gas ng mataas na kadalisayan aluminyo wire na ginagamit para sa pagsingaw ay dapat tukuyin bilang mas mababa sa 0.1 ppm para sa hydrogen at mas mababa sa 0.5 ppm para sa oxygen. Ang na-etrap na gas ay nagdudulot ng pagdura sa panahon ng evaporation, na naglalabas ng micron-sized na droplets mula sa filament na lumilikha ng mga depekto sa idinepositong pelikula. Ang wastong na-degassed na 5N aluminum wire ay magpapakita ng zero na nakikitang dura sa isang 100 mm square glass witness plate kapag na-evaporate sa bilis na 5 nanometer bawat segundo.
Pag-iimbak at Paghawak upang Pigilan ang Pagkasira ng Ibabaw
Kahit na ang isang maliit na halaga ng atmospheric moisture o chlorine ay maaaring ikompromiso ang bondability ng mataas na kadalisayan aluminyo wire . Ang ibabaw ng aluminyo ay tumutugon sa halumigmig upang bumuo ng isang hydrated oxide layer na lumakapal sa paglipas ng panahon at pinipigilan ang magandang intermetallic formation. Pinapalawig ng sumusunod na protocol ng storage ang shelf life ng isang bukas na spool sa mahigit 6 na buwan.
- Mag-imbak ng mga spool sa isang nitrogen-purged cabinet na may relatibong halumigmig sa ibaba 20 porsyento sa lahat ng oras.
- Pagkatapos gamitin, ibalik ang spool sa selyadong polyethylene bag nito at pisilin ang labis na hangin bago isara ang zip seal.
- Huwag hawakan ang kawad nang walang mga kamay. Ang mga fingerprint ay nag-iiwan ng mga chloride salt na umuukit sa ibabaw ng aluminyo sa loob ng 24 na oras sa temperatura ng silid.
- Kung isang spool ng mataas na kadalisayan aluminyo wire ay nalantad sa nakapaligid na hangin sa loob ng higit sa 72 oras, ang isang pagsubok na bono ay dapat isagawa at hilahin ang pagsubok upang mapatunayan ang isang minimum na puwersa ng 5 gramo bawat mil ng diameter ng wire bago ilabas ang lote para sa produksyon.
