Đối với liên kết dây bán dẫn và bay hơi màng mỏng, dây nhôm có độ tinh khiết cao với độ tinh khiết 99,99 phần trăm (4N) hoặc cao hơn là đường cơ sở không thể thương lượng. Dây 5N (99,999 phần trăm) làm giảm sự phát triển và ăn mòn giữa các kim loại có hại ở lớp liên kết, đạt được thời gian hư hỏng trung bình trên 1.000 giờ trong các thử nghiệm bảo quản ở nhiệt độ cao 200 độ C, trong khi dung sai đường kính được kiểm soát cộng hoặc trừ 0,002 mm đảm bảo cấu hình vòng lặp nhất quán trong máy liên kết tự động.
Cấp độ tinh khiết và kiểm soát tạp chất trong dây nhôm có độ tinh khiết cao
Hiệu suất của dây nhôm có độ tinh khiết cao được quyết định bởi nồng độ nguyên tố vi lượng được đo bằng phần triệu. Ngay cả một phần triệu kim loại nhất định cũng có thể làm giảm tính dẫn điện hoặc thúc đẩy sự ăn mòn lớp liên kết. Bảng dưới đây phân loại các mức độ tinh khiết tiêu chuẩn có sẵn từ các nhà sản xuất chuyên dụng.
| Lớp tinh khiết | Hàm lượng nhôm (phần trăm) | Tổng tạp chất kim loại (ppm) | Ứng dụng quan trọng |
|---|---|---|---|
| 4N | 99.99 | Dưới 100 | Sự bay hơi chung, điện cực tụ điện |
| 5N | 99.999 | Dưới 10 | Thay thế dây vàng, dây đồng, liên kết IC |
| 6N | 99.9999 | Ít hơn 1 | Phim siêu dẫn, cảm biến chuyên dụng |
Đối với hầu hết các nhà đóng gói chất bán dẫn, Dây nhôm có độ tinh khiết cao 5N đã trở thành tiêu chuẩn vì nó chứa ít hơn 5 ppm đồng và sắt cộng lại. Điều này làm giảm đáng kể sự hình thành các hợp chất liên kim loại giòn ở bề mặt tiếp xúc nhôm-vàng, đây là nguyên nhân chính gây ra bệnh dịch tím và bong tróc liên kết. Bước tinh chế bổ sung làm tăng thêm khoảng 15 đến 20 phần trăm chi phí vật liệu so với 4N, nhưng sự cải thiện về độ tin cậy liên kết trong môi trường xung quanh 150 độ C sẽ biện minh cho chi phí này.
Yêu cầu về dung sai đường kính và độ hoàn thiện bề mặt
Đường kính của dây nhôm có độ tinh khiết cao được sử dụng trong liên kết nêm thường dao động từ 0,7 triệu (0,018 mm) đến 20 triệu (0,508 mm), với kích thước phổ biến nhất là 1,0 triệu (0,0254 mm). Dây phải có dung sai đường kính là cộng hoặc trừ 2 phần trăm giá trị danh nghĩa để đảm bảo rằng các cặp năng lượng siêu âm luôn đi vào lớp liên kết. Một dây thay đổi hơn 0,0005 mm trên một ống cuộn sẽ tạo ra chiều cao vòng lặp và chiều dài đuôi thay đổi, buộc phải hiệu chỉnh lại mối nối thường xuyên.
Bề mặt hoàn thiện cũng quan trọng không kém. Bề mặt dây không được có các mảnh vụn, vết xước sâu hơn 0,5 micromet và chất bôi trơn còn sót lại từ quá trình kéo. Cao cấp dây nhôm có độ tinh khiết cao được làm sạch bằng quy trình dung môi siêu âm nhiều giai đoạn giúp giảm ô nhiễm carbon bề mặt xuống dưới 5 microgam trên cm vuông, đảm bảo độ bền kéo dây ổn định và loại bỏ sự hình thành các lỗ rỗng epoxy đen trong quá trình đúc chuyển.
Ủ và kiểm soát tài sản cơ khí
Dây nhôm có độ tinh khiết cao được cung cấp ở trạng thái ủ hoặc kéo cứng và trạng thái chính xác được xác định bởi loại thiết bị liên kết. Hai tính khí riêng biệt thường được chỉ định.
- Dây được ủ hoàn toàn (mềm) có độ giãn dài từ 15 đến 25 phần trăm và độ bền kéo dưới 50 MPa. Nó nén đồng đều dưới dụng cụ liên kết, tạo ra liên kết nêm đối xứng. Tính khí này rất cần thiết cho các gói hàng quân sự và hàng không vũ trụ có độ tin cậy cao, nơi liên kết phải tồn tại trong chu kỳ nhiệt từ âm 65 độ C đến 150 độ C.
- Dây rút cứng giữ lại 50 đến 80 phần trăm tác phẩm cứng lại sau khi kéo và có độ bền kéo từ 120 đến 180 MPa. Nó được sử dụng trong liên kết nêm tiếp cận sâu trong đó dây phải chống oằn trên các nhịp dài. Tuy nhiên, độ dẻo giảm đòi hỏi cài đặt công suất siêu âm cao hơn, có thể làm hỏng các miếng liên kết mỏng nếu không được tối ưu hóa cẩn thận.
Một lô dây nhôm có độ tinh khiết cao với quá trình ủ không nhất quán có thể gây ra sự dao động về biến dạng liên kết hơn 15% trên một ống cuộn. Các nhà sản xuất có uy tín kiểm tra độ giãn dài và độ đứt của từng cuộn dây bằng cách sử dụng chiều dài đo 250 mm ở tốc độ thử nghiệm 25 mm mỗi phút, theo phương pháp ASTM E8 và gửi dây cùng với chứng nhận tuân thủ.
Ứng dụng bay hơi và phủ màng mỏng
Trong lắng đọng chân không, dây nhôm có độ tinh khiết cao được đưa vào dây tóc vonfram được nung nóng hoặc lò sưởi chùm tia điện tử để tạo ra các màng mỏng cho gương quang học, điện cực bán dẫn và các lớp chắn. Hình dạng dây cho sự bay hơi thường là Đường kính 0,5 mm đến 2,0 mm và được cung cấp ở dạng thẳng hoặc dạng cuộn. Dây nhôm có độ tinh khiết 4N là đủ cho hầu hết các quá trình kim loại hóa vì bản thân quá trình lắng đọng sẽ cung cấp một số khí dư, nhưng dây phải không có natri và kali, những chất này di chuyển nhanh chóng trong silicon dioxide và thay đổi điện áp ngưỡng của bóng bán dẫn.
Tổng hàm lượng khí của dây nhôm có độ tinh khiết cao được sử dụng để làm bay hơi phải được quy định là nhỏ hơn 0,1 ppm đối với hydro và nhỏ hơn 0,5 ppm đối với oxy. Khí bị mắc kẹt gây ra hiện tượng phun trào trong quá trình bay hơi, phóng ra các giọt có kích thước micron từ dây tóc tạo ra các khuyết tật trên màng lắng đọng. Dây nhôm 5N được khử khí đúng cách sẽ không nhìn thấy các vết xiên trên tấm kính vuông 100 mm khi bay hơi ở tốc độ 5 nanomet mỗi giây.
Lưu trữ và xử lý để ngăn chặn sự xuống cấp bề mặt
Ngay cả một lượng nhỏ độ ẩm trong khí quyển hoặc clo cũng có thể làm ảnh hưởng đến khả năng liên kết của dây nhôm có độ tinh khiết cao . Bề mặt nhôm phản ứng với độ ẩm tạo thành lớp oxit ngậm nước dày lên theo thời gian và ngăn cản sự hình thành liên kim loại tốt. Quy trình lưu trữ sau đây giúp kéo dài thời hạn sử dụng của ống đã mở lên hơn 6 tháng.
- Bảo quản các cuộn giấy trong tủ đã được tẩy nitơ với độ ẩm tương đối dưới đây 20 phần trăm mọi lúc.
- Sau khi sử dụng, cho ống chỉ vào túi polyetylen kín và vắt hết không khí dư thừa trước khi đóng nắp zip.
- Không xử lý dây bằng tay trần. Dấu vân tay để lại muối clorua ăn mòn bề mặt nhôm trong vòng 24 giờ ở nhiệt độ phòng.
- Nếu một ống chỉ của dây nhôm có độ tinh khiết cao đã tiếp xúc với không khí xung quanh trong hơn 72 giờ, liên kết thử nghiệm phải được thực hiện và thử kéo để xác minh lực tối thiểu của 5 gram mỗi mil đường kính dây trước khi xuất lô đi sản xuất.
