Untuk pengikatan kawat semikonduktor dan penguapan film tipis, kawat aluminium dengan kemurnian tinggi dengan kemurnian 99,99 persen (4N) atau lebih tinggi adalah garis dasar yang tidak dapat dinegosiasikan. Kawat 5N (99,999 persen) mengurangi pertumbuhan intermetalik yang merugikan dan korosi pada bantalan ikatan, sehingga mencapai waktu kegagalan lebih dari 1.000 jam dalam pengujian penyimpanan suhu tinggi 200 derajat C, sementara toleransi diameter terkontrol plus atau minus 0,002 milimeter memastikan profil loop yang konsisten dalam pengikat otomatis.
Tingkat Kemurnian dan Kontrol Pengotor pada Kawat Aluminium Kemurnian Tinggi
Kinerja dari kawat aluminium dengan kemurnian tinggi ditentukan oleh konsentrasi elemen yang diukur dalam bagian per juta. Bahkan satu bagian per juta logam tertentu dapat menurunkan konduktivitas listrik atau menyebabkan korosi pada bantalan ikatan. Tabel di bawah ini mengkategorikan tingkat kemurnian standar yang tersedia dari produsen khusus.
| Tingkat Kemurnian | Kandungan Aluminium (persen) | Total Pengotor Logam (ppm) | Aplikasi Kritis |
|---|---|---|---|
| 4N | 99.99 | Kurang dari 100 | Penguapan umum, elektroda kapasitor |
| 5N | 99.999 | Kurang dari 10 | Penggantian kawat emas dan tembaga, ikatan IC |
| 6N | 99.9999 | Kurang dari 1 | Film superkonduktor, sensor khusus |
Untuk sebagian besar rumah pengemasan semikonduktor, Kawat aluminium dengan kemurnian tinggi 5N telah menjadi standar karena mengandung gabungan tembaga dan besi kurang dari 5 ppm. Hal ini secara drastis mengurangi pembentukan senyawa intermetalik yang rapuh pada antarmuka aluminium-emas, yang merupakan penyebab utama munculnya wabah ungu dan lepasnya ikatan. Langkah pemurnian ekstra menambah sekitar 15 hingga 20 persen biaya material dibandingkan dengan 4N, namun peningkatan keandalan ikatan di lingkungan sekitar 150 derajat C membenarkan biaya tersebut.
Toleransi Diameter dan Persyaratan Permukaan Akhir
Diameter dari kawat aluminium dengan kemurnian tinggi yang digunakan dalam ikatan baji biasanya berkisar antara 0,7 mil (0,018 mm) hingga 20 mil (0,508 mm), dengan ukuran paling umum adalah 1,0 mil (0,0254 mm). Kawat harus mempunyai toleransi diameter sebesar plus minus 2 persen dari nilai nominal untuk menjamin bahwa energi ultrasonik berpasangan secara konsisten ke dalam bantalan ikatan. Kawat yang bervariasi lebih dari 0,0005 mm pada spool akan menghasilkan tinggi loop dan panjang ekor yang bervariasi, sehingga memaksa kalibrasi ulang pengikat yang sering.
Penyelesaian permukaan juga sama pentingnya. Permukaan kawat harus bebas dari serpihan, goresan yang lebih dalam dari 0,5 mikrometer, dan sisa pelumas dari proses penarikan. Premi kawat aluminium dengan kemurnian tinggi dibersihkan menggunakan proses pelarut ultrasonik multi-tahap yang mengurangi kontaminasi karbon permukaan hingga di bawah 5 mikrogram per sentimeter persegi, memastikan kekuatan tarikan kawat yang konsisten dan menghilangkan pembentukan rongga epoksi hitam selama pencetakan transfer.
Annealing dan Kontrol Properti Mekanik
Kawat aluminium dengan kemurnian tinggi dipasok dalam kondisi anil atau ditarik keras, dan kondisi yang benar ditentukan oleh jenis peralatan pengikat. Dua emosi berbeda biasanya ditentukan.
- Kawat yang dianil sepenuhnya (lunak). memiliki perpanjangan 15 sampai 25 persen dan kekuatan tarik di bawah 50 MPa. Ini menekan secara merata di bawah alat pengikat, menciptakan ikatan baji yang simetris. Temperatur ini penting untuk paket militer dan ruang angkasa dengan keandalan tinggi di mana ikatan tersebut harus bertahan dalam siklus termal dari minus 65 derajat C hingga 150 derajat C.
- Kawat yang ditarik dengan keras mempertahankan 50 hingga 80 persen pengerasan kerja dari penarikan dan memiliki kekuatan tarik antara 120 dan 180 MPa. Ini digunakan dalam ikatan baji akses dalam di mana kawat harus tahan terhadap tekuk dalam rentang yang panjang. Namun, berkurangnya keuletan memerlukan pengaturan daya ultrasonik yang lebih tinggi, yang dapat merusak bantalan ikatan tipis jika tidak dioptimalkan dengan hati-hati.
Sekumpulan kawat aluminium dengan kemurnian tinggi dengan anil yang tidak konsisten dapat menyebabkan fluktuasi deformasi ikatan lebih dari 15 persen pada satu spool. Pabrikan terkemuka menguji setiap spul untuk mengetahui perpanjangan dan putusnya beban menggunakan panjang pengukur 250 mm dengan kecepatan pengujian 25 mm per menit, sesuai metode ASTM E8, dan mengirimkan kawat dengan sertifikat kesesuaian.
Aplikasi Evaporasi dan Pelapisan Film Tipis
Dalam pengendapan vakum, kawat aluminium dengan kemurnian tinggi dimasukkan ke filamen tungsten yang dipanaskan atau perapian berkas elektron untuk membuat film tipis untuk cermin optik, elektroda semikonduktor, dan lapisan penghalang. Geometri kawat untuk penguapan biasanya Diameter 0,5 mm hingga 2,0 mm dan disediakan dalam bentuk lurus atau melingkar. Kawat aluminium dengan kemurnian 4N cukup untuk sebagian besar proses metalisasi karena pengendapan itu sendiri menghasilkan sejumlah gas sisa, tetapi kawat tersebut harus bebas dari natrium dan kalium, yang bermigrasi dengan cepat dalam silikon dioksida dan menggeser tegangan ambang transistor.
Kandungan gas total dari kawat aluminium dengan kemurnian tinggi digunakan untuk penguapan harus ditentukan kurang dari 0,1 ppm untuk hidrogen dan kurang dari 0,5 ppm untuk oksigen. Gas yang terperangkap menyebabkan meludah selama penguapan, mengeluarkan tetesan berukuran mikron dari filamen yang menyebabkan cacat pada lapisan film yang diendapkan. Kawat aluminium 5N yang telah dihilangkan gasnya dengan benar akan menunjukkan nol ludah yang terlihat pada pelat saksi kaca persegi 100 mm ketika diuapkan dengan kecepatan 5 nanometer per detik.
Penyimpanan dan Penanganan untuk Mencegah Degradasi Permukaan
Bahkan sedikit uap air atau klorin di atmosfer dapat mengganggu daya rekatnya kawat aluminium dengan kemurnian tinggi . Permukaan aluminium bereaksi dengan kelembapan untuk membentuk lapisan oksida terhidrasi yang menebal seiring waktu dan mencegah pembentukan intermetalik yang baik. Protokol penyimpanan berikut memperpanjang umur simpan spul terbuka hingga lebih dari 6 bulan.
- Simpan gulungan di lemari yang dibersihkan dengan nitrogen dengan kelembapan relatif di bawah 20 persen setiap saat.
- Setelah digunakan, kembalikan gulungan ke dalam kantong polietilen yang tertutup rapat dan peras udara berlebih sebelum menutup segel ritsletingnya.
- Jangan memegang kawat dengan tangan kosong. Sidik jari meninggalkan garam klorida yang menggores permukaan aluminium dalam waktu 24 jam pada suhu kamar.
- Jika gulungan kawat aluminium dengan kemurnian tinggi telah terkena udara sekitar selama lebih dari 72 jam, uji ikatan harus dilakukan dan uji tarik untuk memverifikasi kekuatan minimum 5 gram per mil diameter kawat sebelum melepaskan banyak untuk produksi.
