لربط أسلاك أشباه الموصلات وتبخر الأغشية الرقيقة، أسلاك الألمنيوم عالية النقاء بدرجة نقاء 99.99 بالمائة (4 ن) أو أعلى هو خط الأساس غير القابل للتفاوض. يعمل سلك 5 ن (99.999 بالمائة) على تقليل النمو الضار بين المعادن والتآكل في وسادة الربط، مما يحقق متوسط وقت الفشل لأكثر من 1000 ساعة في اختبارات تخزين بدرجة حرارة عالية تصل إلى 200 درجة مئوية، بينما يضمن تحمل القطر الذي يمكن التحكم فيه والذي يبلغ 0.002 ملم زائد أو ناقص ملفات تعريف حلقة متسقة في أدوات الربط الآلية.
درجات النقاء والتحكم في الشوائب في أسلاك الألمنيوم عالية النقاء
أداء أسلاك الألمنيوم عالية النقاء تمليه تركيزات العناصر النزرة المقاسة بأجزاء في المليون. حتى جزء واحد في المليون من معادن معينة يمكن أن يؤدي إلى تدهور التوصيل الكهربائي أو تعزيز تآكل وسادة الرابطة. يصنف الجدول أدناه مستويات النقاء القياسية المتاحة من الشركات المصنعة المتخصصة.
| درجة النقاء | محتوى الألومنيوم (%) | إجمالي الشوائب المعدنية (جزء في المليون) | تطبيق حاسم |
|---|---|---|---|
| 4N | 99.99 | أقل من 100 | التبخر العام، أقطاب المكثفات |
| 5N | 99.999 | أقل من 10 | استبدال الأسلاك الذهبية والنحاسية، وربط IC |
| 6 ن | 99.9999 | أقل من 1 | أفلام فائقة التوصيل، وأجهزة استشعار متخصصة |
بالنسبة لمعظم بيوت التعبئة والتغليف لأشباه الموصلات، سلك ألومنيوم عالي النقاء 5N أصبح المعيار لأنه يحتوي على أقل من 5 جزء في المليون من النحاس والحديد مجتمعين. وهذا يقلل بشكل كبير من تكوين المركبات المعدنية الهشة في السطح البيني بين الألومنيوم والذهب، وهو السبب الرئيسي للطاعون الأرجواني ورفع الروابط. تضيف خطوة التنقية الإضافية ما يقرب من 15 إلى 20 بالمائة إلى تكلفة المواد مقارنة بـ 4N، لكن التحسن في موثوقية السندات في البيئات المحيطة التي تصل درجة حرارتها إلى 150 درجة مئوية يبرر التكلفة.
التسامح مع القطر ومتطلبات الانتهاء من السطح
قطر أسلاك الألمنيوم عالية النقاء يتراوح الحجم المستخدم في ربط الإسفين عادةً من 0.7 مل (0.018 ملم) إلى 20 مل (0.508 ملم)، والحجم الأكثر شيوعًا هو 1.0 مل (0.0254 ملم). يجب أن يكون للسلك قطر تسامح يبلغ زائد أو ناقص 2 في المئة من القيمة الاسمية لضمان أن أزواج الطاقة بالموجات فوق الصوتية تقترن باستمرار في وسادة السندات. السلك الذي يختلف بأكثر من 0.0005 ملم عبر البكرة سيخلق ارتفاعات متغيرة للحلقة وأطوال الذيل، مما يفرض إعادة معايرة الروابط بشكل متكرر.
الانتهاء من السطح أمر بالغ الأهمية بنفس القدر. يجب أن يكون سطح السلك خاليًا من الشظايا والخدوش التي يزيد عمقها عن 0.5 ميكرومتر ومواد التشحيم المتبقية من عملية الرسم. قسط أسلاك الألمنيوم عالية النقاء يتم تنظيفه باستخدام عملية مذيبات بالموجات فوق الصوتية متعددة المراحل تقلل من تلوث الكربون السطحي إلى أقل من 5 ميكروجرام لكل سنتيمتر مربع، مما يضمن قوة سحب سلكية متسقة ويمنع تكوين فراغات إيبوكسي سوداء أثناء قولبة النقل.
التلدين ومراقبة الممتلكات الميكانيكية
سلك ألومنيوم عالي النقاء يتم توفيره إما في حالة صلبة أو مرسومة بقوة، ويتم تحديد الحالة الصحيحة حسب نوع معدات الربط. يتم تحديد مزاجين متميزين بشكل شائع.
- سلك صلب (ناعم) بالكامل لديه استطالة تتراوح من 15 إلى 25 بالمائة وقوة شد أقل من 50 ميجا باسكال. يتم ضغطه بشكل موحد تحت أداة الربط، مما يخلق رابطة إسفينية متماثلة. يعد هذا المزاج ضروريًا للحزم العسكرية والفضائية عالية الموثوقية حيث يجب أن يتحمل الرابط التدوير الحراري من 65 درجة مئوية تحت الصفر إلى 150 درجة مئوية.
- سلك مرسومة بقوة يحتفظ بنسبة 50 إلى 80 بالمائة من تصلب العمل الناتج عن الرسم وله قوة شد تتراوح بين 120 و180 ميجا باسكال. يتم استخدامه في الربط الإسفيني العميق حيث يجب أن يقاوم السلك الالتواء على مدى فترات طويلة. ومع ذلك، فإن انخفاض الليونة يتطلب إعداد طاقة أعلى بالموجات فوق الصوتية، والذي يمكن أن يؤدي إلى حفر منصات روابط رقيقة إذا لم يتم تحسينها بعناية.
دفعة من أسلاك الألمنيوم عالية النقاء مع التلدين غير المتناسق يمكن أن يسبب تقلبًا في تشوه الرابطة بأكثر من 15 بالمائة عبر بكرة واحدة. يقوم المصنعون ذوو السمعة الطيبة باختبار كل بكرة من أجل الاستطالة وكسر الحمل باستخدام مقياس طول 250 مم بسرعة اختبار تبلغ 25 مم في الدقيقة، وفقًا لطرق ASTM E8، وشحن السلك بشهادة المطابقة.
تطبيقات تبخير وطلاء الأغشية الرقيقة
في الترسيب الفراغي، أسلاك الألمنيوم عالية النقاء يتم تغذيتها على فتيل تنجستين ساخن أو موقد شعاع إلكتروني لإنشاء أغشية رقيقة للمرايا البصرية، وأقطاب أشباه الموصلات، والطبقات العازلة. هندسة الأسلاك للتبخر عادة قطرها 0.5 ملم إلى 2.0 ملم ويتم توفيره بأطوال مستقيمة أو بشكل ملفوف. يعتبر سلك الألمنيوم بدرجة نقاء 4N كافيًا لمعظم عمليات المعدنة لأن الترسيب نفسه يوفر بعض الحصول على الغازات المتبقية، ولكن يجب أن يكون السلك خاليًا من الصوديوم والبوتاسيوم، اللذين يهاجران بسرعة في ثاني أكسيد السيليكون ويغيران فولتية عتبة الترانزستور.
إجمالي محتوى الغاز أسلاك الألمنيوم عالية النقاء يجب تحديد النسبة المستخدمة للتبخر على أنها أقل من 0.1 جزء في المليون للهيدروجين وأقل من 0.5 جزء في المليون للأكسجين. يتسبب الغاز المحبوس في البصق أثناء التبخر، مما يؤدي إلى إخراج قطرات بحجم ميكرون من الفتيل مما يؤدي إلى حدوث عيوب في الفيلم المترسب. سيظهر سلك ألومنيوم 5N منزوع الغاز بشكل صحيح صفرًا من البصاق المرئي عبر لوحة شاهد زجاجية مربعة مقاس 100 مم عند التبخر بمعدل 5 نانومتر في الثانية.
التخزين والمناولة لمنع تدهور السطح
حتى كمية صغيرة من الرطوبة الجوية أو الكلور يمكن أن تؤثر على ترابطها أسلاك الألمنيوم عالية النقاء . يتفاعل سطح الألومنيوم مع الرطوبة ليشكل طبقة أكسيد رطبة تزداد سماكتها بمرور الوقت وتمنع تكوين المعادن بشكل جيد. يعمل بروتوكول التخزين التالي على إطالة العمر الافتراضي للتخزين المؤقت المفتوح إلى أكثر من 6 أشهر.
- قم بتخزين البكرات في خزانة مطهرة بالنيتروجين مع رطوبة نسبية أدناه 20 بالمئة في جميع الأوقات.
- بعد الاستخدام، أعد البكرة إلى كيس البولي إيثيلين المحكم الغلق واضغط الهواء الزائد قبل إغلاق الختم المضغوط.
- لا تتعامل مع السلك بأيدي عارية. تترك بصمات الأصابع أملاح الكلوريد التي تحفر سطح الألومنيوم خلال 24 ساعة في درجة حرارة الغرفة.
- إذا كانت بكرة من أسلاك الألمنيوم عالية النقاء تعرض للهواء المحيط لأكثر من 72 ساعة، ويجب إجراء اختبار الربط واختبار السحب للتحقق من الحد الأدنى من القوة 5 جرام لكل مل من قطر السلك قبل إطلاق الكمية للإنتاج.
