Para unión de cables semiconductores y evaporación de películas delgadas, alambre de aluminio de alta pureza con una pureza del 99,99 por ciento (4N) o superior es la base no negociable. Un alambre 5N (99,999 por ciento) reduce el crecimiento intermetálico perjudicial y la corrosión en la almohadilla de unión, logrando un tiempo medio hasta la falla de más de 1.000 horas en pruebas de almacenamiento a alta temperatura de 200 grados C, mientras que su tolerancia de diámetro controlada de más o menos 0,002 milímetros garantiza perfiles de bucle consistentes en uniones automáticas.
Grados de pureza y control de impurezas en alambre de aluminio de alta pureza
El desempeño de alambre de aluminio de alta pureza está dictada por las concentraciones de oligoelementos medidas en partes por millón. Incluso una sola parte por millón de ciertos metales puede degradar la conductividad eléctrica o promover la corrosión de la almohadilla de unión. La siguiente tabla clasifica los niveles de pureza estándar disponibles de fabricantes especializados.
| Grado de pureza | Contenido de aluminio (porcentaje) | Impurezas metálicas totales (ppm) | Aplicación crítica |
|---|---|---|---|
| 4N | 99.99 | Menos de 100 | Evaporación general, electrodos condensadores. |
| 5N | 99.999 | menos de 10 | Reemplazo de cables de oro y cobre, unión IC |
| 6N | 99.9999 | Menos de 1 | Películas superconductoras, sensores especializados. |
Para la mayoría de las empresas de envasado de semiconductores, Alambre de aluminio de alta pureza 5N se ha convertido en el estándar porque contiene menos de 5 ppm de cobre y hierro combinados. Esto reduce drásticamente la formación de compuestos intermetálicos frágiles en la interfaz aluminio-oro, que es la causa principal de la plaga púrpura y el despegue de enlaces. El paso de purificación adicional agrega aproximadamente entre un 15 y un 20 por ciento al costo del material en comparación con el 4N, pero la mejora en la confiabilidad de la unión en ambientes ambientales de 150 grados C justifica el gasto.
Tolerancia de diámetro y requisitos de acabado superficial
El diámetro de alambre de aluminio de alta pureza utilizado en la unión de cuñas generalmente varía de 0,7 mil (0,018 mm) a 20 mil (0,508 mm), siendo el tamaño más común de 1,0 mil (0,0254 mm). El alambre debe tener una tolerancia de diámetro de más o menos 2 por ciento del valor nominal para garantizar que la energía ultrasónica se acople consistentemente en la almohadilla de unión. Un cable que varía en más de 0,0005 mm a lo largo de un carrete creará alturas de bucle y longitudes de cola variables, lo que obligará a una recalibración frecuente del bonder.
El acabado de la superficie es igualmente crítico. La superficie del alambre debe estar libre de astillas, rayones de más de 0,5 micrómetros y lubricantes residuales del proceso de trefilado. prima alambre de aluminio de alta pureza se limpia mediante un proceso de solvente ultrasónico de múltiples etapas que reduce la contaminación de carbono de la superficie a menos de 5 microgramos por centímetro cuadrado, lo que garantiza una resistencia constante a la tracción del cable y elimina la formación de huecos de epoxi negro durante el moldeo por transferencia.
Control de propiedades mecánicas y de recocido
Alambre de aluminio de alta pureza. se suministra en estado recocido o estirado, y el estado correcto está determinado por el tipo de equipo de unión. Comúnmente se especifican dos temperamentos distintos.
- Alambre completamente recocido (blando) tiene un alargamiento del 15 al 25 por ciento y una resistencia a la tracción inferior a 50 MPa. Se comprime uniformemente debajo de la herramienta de unión, creando una unión en cuña simétrica. Este temperamento es esencial para paquetes militares y aeroespaciales de alta confiabilidad donde la unión debe sobrevivir al ciclo térmico de -65 grados C a 150 grados C.
- Alambre trefilado Retiene del 50 al 80 por ciento del endurecimiento por trabajo del embutición y tiene una resistencia a la tracción entre 120 y 180 MPa. Se utiliza en la unión de cuñas de acceso profundo donde el cable debe resistir el pandeo en tramos largos. Sin embargo, la ductilidad reducida requiere un ajuste de potencia ultrasónica más alto, que puede dañar las delgadas almohadillas de unión si no se optimiza cuidadosamente.
un lote de alambre de aluminio de alta pureza con un recocido inconsistente puede causar una fluctuación en la deformación de la unión de más del 15 por ciento en un solo carrete. Fabricantes acreditados prueban cada carrete para determinar el alargamiento y la carga de rotura utilizando un calibre de 250 mm de longitud a una velocidad de prueba de 25 mm por minuto, según los métodos ASTM E8, y envían el cable con un certificado de conformidad.
Aplicaciones de recubrimiento y evaporación de película delgada
En la deposición al vacío, alambre de aluminio de alta pureza se alimenta sobre un filamento de tungsteno calentado o un haz de electrones para crear películas delgadas para espejos ópticos, electrodos semiconductores y capas de barrera. La geometría del alambre para la evaporación suele ser 0,5 mm a 2,0 mm de diámetro y se suministra en longitudes rectas o en forma enrollada. Un alambre de aluminio de pureza 4N es suficiente para la mayoría de los procesos de metalización porque la deposición en sí proporciona cierta absorción de gases residuales, pero el alambre debe estar libre de sodio y potasio, que migran rápidamente en dióxido de silicio y cambian los voltajes umbral del transistor.
El contenido total de gas de alambre de aluminio de alta pureza utilizado para la evaporación debe especificarse en menos de 0,1 ppm para hidrógeno y menos de 0,5 ppm para oxígeno. El gas atrapado provoca salpicaduras durante la evaporación, expulsando gotas del tamaño de una micra del filamento que crean defectos en la película depositada. Un alambre de aluminio 5N correctamente desgasificado no mostrará ningún asador visible en una placa testigo de vidrio cuadrada de 100 mm cuando se evapore a una velocidad de 5 nanómetros por segundo.
Almacenamiento y manipulación para evitar la degradación de la superficie
Incluso una pequeña cantidad de humedad atmosférica o cloro puede comprometer la capacidad de adhesión de alambre de aluminio de alta pureza . La superficie del aluminio reacciona con la humedad para formar una capa de óxido hidratado que se espesa con el tiempo e impide una buena formación intermetálica. El siguiente protocolo de almacenamiento extiende la vida útil de un carrete abierto a más de 6 meses.
- Guarde los carretes en un gabinete purgado con nitrógeno y con una humedad relativa inferior a 20 por ciento en todo momento.
- Después de su uso, devuelva el carrete a su bolsa de polietileno sellada y exprima el exceso de aire antes de cerrar el sello.
- No manipule el cable con las manos desnudas. Las huellas dactilares dejan sales de cloruro que graban la superficie del aluminio en 24 horas a temperatura ambiente.
- Si un carrete de alambre de aluminio de alta pureza ha estado expuesto al aire ambiente durante más de 72 horas, se debe realizar una unión de prueba y una prueba de tracción para verificar una fuerza mínima de 5 gramos por mil de diámetro de alambre antes de liberar el lote para producción.
