برای اتصال سیم نیمه هادی و تبخیر لایه نازک، سیم آلومینیومی با خلوص بالا با خلوص 99.99 درصد (4N) یا بالاتر خط پایه غیر قابل مذاکره است. سیم 5N (99.999 درصد) رشد و خوردگی مضر بین فلزی را در بالشتک باند کاهش می دهد و میانگین زمان خرابی بیش از حد را به دست می آورد. 1000 ساعت در تستهای ذخیرهسازی در دمای 200 درجه سانتیگراد، در حالی که تحمل قطر کنترلشده آن به اضافه یا منفی 0.002 میلیمتر، پروفیلهای حلقه ثابت در باندهای خودکار را تضمین میکند.
درجه خلوص و کنترل ناخالصی در سیم آلومینیومی با خلوص بالا
عملکرد از سیم آلومینیومی با خلوص بالا توسط غلظت عناصر کمیاب اندازه گیری شده در قسمت در میلیون تعیین می شود. حتی یک قسمت در میلیون فلز خاص می تواند رسانایی الکتریکی را کاهش دهد یا باعث خوردگی لنت پیوند شود. جدول زیر سطوح خلوص استاندارد موجود از تولید کنندگان تخصصی را دسته بندی می کند.
| درجه خلوص | محتوای آلومینیوم (درصد) | کل ناخالصی های فلزی (ppm) | برنامه انتقادی |
|---|---|---|---|
| 4N | 99.99 | کمتر از 100 | تبخیر عمومی، الکترودهای خازن |
| 5N | 99.999 | کمتر از 10 | تعویض سیم طلا و مس، اتصال آی سی |
| 6N | 99.9999 | کمتر از 1 | فیلم های ابررسانا، حسگرهای تخصصی |
برای اکثر خانه های بسته بندی نیمه هادی، سیم آلومینیومی با خلوص بالا 5N استاندارد شده است زیرا حاوی کمتر از 5 پی پی ام ترکیب مس و آهن است. این امر باعث کاهش شدید تشکیل ترکیبات بین فلزی شکننده در سطح مشترک آلومینیوم و طلا می شود که علت اصلی طاعون بنفش و جدا شدن باند است. مرحله تصفیه اضافی تقریباً 15 تا 20 درصد به هزینه مواد در مقایسه با 4N اضافه می کند، اما بهبود قابلیت اطمینان پیوند در محیط های محیطی 150 درجه سانتیگراد هزینه را توجیه می کند.
تحمل قطر و الزامات پایان سطح
قطر از سیم آلومینیومی با خلوص بالا مورد استفاده در پیوند گوه ای معمولاً از 0.7 میل (0.018 میلی متر) تا 20 میل (0.508 میلی متر) متغیر است که رایج ترین اندازه آن 1.0 میلی (0.0254 میلی متر) است. سیم باید تحمل قطر داشته باشد مثبت یا منفی 2 درصد از ارزش اسمی برای تضمین این که انرژی اولتراسونیک به طور مداوم در پد باند جفت می شود. سیمی که بیش از 0.0005 میلیمتر در طول یک قرقره تغییر میکند، ارتفاع حلقهها و طولهای دم متغیر ایجاد میکند و باعث کالیبراسیون مجدد باندر میشود.
پرداخت سطح به همان اندازه مهم است. سطح سیم باید عاری از برش، خراش عمیق تر از 0.5 میکرومتر و روان کننده باقیمانده از فرآیند کشش باشد. حق بیمه سیم آلومینیومی با خلوص بالا با استفاده از یک فرآیند حلال اولتراسونیک چند مرحله ای تمیز می شود که آلودگی کربن سطح را به کمتر از 5 میکروگرم در سانتی متر مربع کاهش می دهد، از قدرت کشش ثابت سیم اطمینان می یابد و ایجاد حفره های اپوکسی سیاه در طول قالب گیری انتقال را از بین می برد.
بازپخت و کنترل خواص مکانیکی
سیم آلومینیومی با خلوص بالا در شرایط آنیل شده یا سخت کشیده شده عرضه می شود و وضعیت صحیح با توجه به نوع تجهیزات اتصال تعیین می شود. دو خلق و خوی متمایز معمولاً مشخص می شود.
- سیم کاملا آنیل شده (نرم). دارای کشیدگی 15 تا 25 درصد و استحکام کششی زیر 50 مگاپاسکال است. به طور یکنواخت زیر ابزار باندینگ فشرده می شود و یک پیوند متقارن گوه ای ایجاد می کند. این حالت برای بستههای نظامی و هوافضایی با قابلیت اطمینان بالا ضروری است که در آن باند باید در چرخه حرارتی از منفی ۶۵ درجه سانتیگراد تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد زنده بماند.
- سیم سخت کشیده شده 50 تا 80 درصد از کار سختی حاصل از کشش را حفظ می کند و دارای استحکام کششی بین 120 تا 180 مگاپاسکال است. این در اتصال گوه ای با دسترسی عمیق استفاده می شود که در آن سیم باید در برابر کمانش در دهانه های طولانی مقاومت کند. با این حال، شکلپذیری کاهشیافته نیاز به تنظیم توان اولتراسونیک بالاتری دارد، که اگر به دقت بهینهسازی نشود، میتواند پدهای باند نازک را ایجاد کند.
یک دسته از سیم آلومینیومی با خلوص بالا با بازپخت ناسازگار می تواند باعث ایجاد نوسان در تغییر شکل پیوند بیش از 15 درصد در یک قرقره شود. سازندگان معتبر هر قرقره را برای ازدیاد طول و بار شکستگی با استفاده از طول گیج 250 میلی متری با سرعت آزمایش 25 میلی متر در دقیقه بر اساس روش های ASTM E8 آزمایش می کنند و سیم را با گواهی انطباق ارسال می کنند.
کاربردهای تبخیر لایه نازک و پوشش
در رسوب در خلاء، سیم آلومینیومی با خلوص بالا برای ایجاد لایه های نازک برای آینه های نوری، الکترودهای نیمه هادی و لایه های مانع، روی یک رشته تنگستن گرم شده یا یک آتشدان پرتو الکترونی تغذیه می شود. هندسه سیم برای تبخیر به طور معمول است قطر 0.5 تا 2.0 میلی متر و در طول های مستقیم و یا کلاف عرضه می شود. یک سیم آلومینیومی خلوص 4N برای اکثر فرآیندهای متالیزاسیون کافی است زیرا رسوب خود مقداری گازهای باقیمانده را فراهم می کند، اما سیم باید فاقد سدیم و پتاسیم باشد که به سرعت در دی اکسید سیلیکون مهاجرت می کنند و ولتاژ آستانه ترانزیستور را تغییر می دهند.
کل محتوای گاز از سیم آلومینیومی با خلوص بالا برای تبخیر باید کمتر از 0.1 ppm برای هیدروژن و کمتر از 0.5 ppm برای اکسیژن مشخص شود. گاز محبوس شده باعث ایجاد تف در حین تبخیر می شود و قطرات میکرونی را از رشته خارج می کند که باعث ایجاد نقص در فیلم رسوب شده می شود. یک سیم آلومینیومی 5N که به درستی گاز زدایی شده باشد، وقتی با سرعت 5 نانومتر در ثانیه تبخیر شود، هیچ شکاف قابل مشاهده ای در یک صفحه شاهد شیشه ای مربعی 100 میلی متری نشان نمی دهد.
ذخیره سازی و جابجایی برای جلوگیری از تخریب سطح
حتی مقدار کمی از رطوبت یا کلر اتمسفر می تواند چسبندگی را به خطر بیندازد سیم آلومینیومی با خلوص بالا . سطح آلومینیوم با رطوبت واکنش می دهد و یک لایه اکسید هیدراته تشکیل می دهد که با گذشت زمان ضخیم می شود و از تشکیل خوب بین فلزی جلوگیری می کند. پروتکل ذخیره سازی زیر عمر مفید قرقره باز شده را به بیش از 6 ماه افزایش می دهد.
- قرقره ها را در یک کابینت پاکسازی شده با نیتروژن با رطوبت نسبی زیر ذخیره کنید 20 درصد در همه زمان ها
- پس از استفاده، قرقره را به کیسه پلی اتیلن مهر و موم شده خود برگردانید و هوای اضافی را قبل از بستن زیپ درز فشار دهید.
- سیم را با دست خالی نگیرید. اثر انگشت نمکهای کلرید را بر جای میگذارد که سطح آلومینیوم را ظرف 24 ساعت در دمای اتاق حک میکند.
- اگر یک قرقره از سیم آلومینیومی با خلوص بالا بیش از 72 ساعت در معرض هوای محیط قرار گرفته است، باید یک پیوند آزمایشی انجام شود و آزمایش کشش شود تا حداقل نیروی 5 گرم در هر میلی لیتر قطر سیم قبل از انتشار لات برای تولید.
