Микропроволока Советский патент 1986 года по МПК B23K20/00 

I1

1добретение относится к обработке мрталлои давлением и может найти применение при получении микр1)проволоки япя сварки элементов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Целью изобретения является повышение качества микропроволоки путем увеличения ее пластичности при рабочей температуре.

Получают предлагаем ю проволоку путем нанесения на керн оболочки, например, методом термического распьше- ния сплава в вакууме или магнетронным распылением. В качестве сплава, обладающего повышенной пластичностью при рабочих температурах, т.е. обладающего э4)фектом сверхпластичности в интервале температур не выше 700 С, применяют сплав алюминия с никелем при следутопем соотношении компонентов, мае.Z:

Алюминий93,0-99,9

Никель0,1-7,0

Ограничение в выборе материала.

обладающего сверхпласт-ичностью при

0

температуре ниже 700 С, обусловлено тем, что более высокие температуры недопустимы при микросварке давлением элементов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, так ка они проводят к необратимым явлениям U полупроводниковом кристалле.

Выбор концентрации примеси никеля (0,1-7,0 мас.%) в материале оболочки или керна обусловлен следующими причинами.

При концентрации меньше 0,1 мае.% положительный эффект не достигается, т.е. повышение пластичности микропроволоки не происходит. В случае концентрации более 7 мас.% атомы примесей приводят к значительному разупрочнению кристаллической решетки алюминия, что увеличивает удельное сопротивление проволоки.

Предлагаемая микропроволока при определенной температуре, достигаемой в зоне контакта при микросварке, переходит в состояние сверхпластичности. При этом снижаются контактные напряжения в зоне микросварки, облегчается и ускоряется процесс пластической деформации, что приводит, соответственно, к ускорению процесса схватывания соединяемых материа- лон. При этом резко увеличивается скорость диффузионных процессов, требуется намного меньше времени для

0

5

О

5

5

5

|)олаксации механических напряжений, возникающих в процессе деформации. Указанные явления приводят в конечном итоге к повьпиению качества микросварных соединений.

Например, сплав алюминия с нике- чем (6,4 мас.% Ni) обладает сверхпластичностью при . Данная температура развивается в зоне соединения в процессе термокомпрессионной микросварки, микросварки сопротивлением и достигает данных значений в локальных участках контакта при ультразвуковой микросварке, следовательно, материал оболочки и/или керна микропроволоки будет переходить в состояние сверхпластичности в процессе сборки изделий микроэлектроники. Указанный сплав обладает достаточно высокими критериями сверхпластичности: отиосител1 ным удлинением 8 и коэффициентом чувствительности к скорости деформации тп. Величина S при растяжении без разрушения пи .растает с 38 (при 20 с) до 210% (в условиях сверхпластичности), а коэффициент ,37 (проявление сверхпластических свойств возможно при ,3).

Ускорение релаксации механических напряжяниГ, возникающих при микросварке, является конкурирующим процессом для роста нитевидных кристаллов. Поэтому использование предлагаемой микропроволоки позволяет значительно уменьшить число нитевидных кристаллов, снизить вероятность закорачивания входных контактов с подложкой и повысить надежность изделий микроэлектроники.

Кроме того, предлагаемая микропроволока обладает повьпиенной коррозионной стойкостью при повышенной температуре и влажности. Это обусловлено наличием в сплаве соединения NiAtj, электродный потенциал которого выше, чем у алюминия, и равен 0,73 В по сравнению с 0,85 В для чистого fii.

Плотность сплава растет линейно до значения 2,710 г/см , соответствующего 0,8% N4, т.е. пористость материала уменьшается, что при- В.-1ЦИТ к снижению взаимодействия его с парами воды и уменьшению толщины поверхностных окисных пленок. При уменьшении толи.ини окиснсуГО слоя облегчается его га .iiiyijieнио ка начальной стадии процесса микросварки, при этом в зоне соединения меньше ков разрушенного окисного слоя и, следовательно, больше фактическая площадь микросварного контакта и выше его механическая прочность.

Микропроволока из сплава Af+Ni может быть выполнена в следующих вариантах: керн проволоки из алюминия, меди Или другого металла, а оболочка из сплава At+Ni; керн проволоки из сплава Af+Ni, а оболочка из другого металла или сплава, например алюминия; керн и оболочка мз сплава Al-1-Ni.

Пример. При диаметре алюминиевой микропроволоки 35 мкм оболочку получали путем сплавления алюминия и никеля на испарителе и после- дующего осаждения сплава на поверхности микропроволоки. Толпщпа оболочки составляла -1,2 мкм. Осуществляли присоединение разработанной микропроволоки к алюминиевой пленке на полу- проводниковой пластине методом ультразвуковой микросварки при ,03 с Р„ 0,4 Н. На электромеханический преобразователь подавали напряжение колебаний широкого спектра частот В. Получали гистограммы распределения усилий на разрыв микросварных соединений. Если при использовании алюминиевой проволоки без оболочки с добавками Ni максимум кривой распределения прочности микросварных соединений приходится на 0,08-0,10 Н и при введении добавки Ni в материал оболочки в количестве 0,05 мае.% прочность практически не изменяется, то при 0,1 мае.% Ni максимум кривой расРедактор Л.Веселовская

Составитель И.Николаева

Техред О.Гортвай Корректор В.Бутяга

Заказ А364/13Тираж 1001Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. , д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, А

пределения прочности приходится на 0,12-0,14 Н, а при-0,6% Ni на 0,16 0,20 Н.

Измеряли также контактное сопротивление R,, микросварных соединений четырехзондовым методом. Значение К при введении добавок 0,1-7 мас.% Ni находится на уровне (0,,08) х10 0м. При увеличении содержания никеля более 7 мас.%, например при 8 мас.%, R увеличивается до (1,3jf jtO,3)x10 OM.

Полупроводниковые приборы с использованием разработанной микропроволоки диаметром 35 мкм с оболочкой выполненной из алюминия с добавками никеля, подвергали термической обработке при 123 С в течение 1000 ч. После проведения обработки подсчитали длину и количество нитевидных кристаллов. При введении 6,А мас.% Ni общая длина нитевидных кристаллов уменьшается на AO-A5Z по сравнению со случаем использования микропроволоки без введения Ni. Приборы испытывали также в камере тепла и влаги при 65 С и 95%-ной относительной влажности. При испытаниях 50% отказов приборов с использованием алюминиевой проволоки без оСолочки происходит в течение 210 ч. Полный выход из строя приборов наблюдается соответственно в течение 180 и 960 ч Отказы приборов происходят вследствие коррозионных разрушений микросварных соединений.

Таким образом, коррозионная стойкость изделий при использовании предлагаемой проволоки повышается в 5,3-5,5 раза.