Микропроволока

(54) (57) МИКРОПРОВ выполненные иэ пла керн и охватывающу о т л и ч а ю щ а с целью повышения волоки при рабочей честве пластичного няют сплав алюмини следующем соотноше мас. 7.:Алюм й Нике,В.Гулай,ко 3,0-99,9О, 1-7,0 ОСУДФРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Белорусский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут(56) Король В.К., Гильденгорн М.С.басковы технологии производства мнослойных металлов. М,: Металлургия,1970, с. 2 13-219. ОЛОКА, содераащая стичного материала ю его оболочку, я с я тем, что, качества микропротемпературе, в ка материала примея с никелем при нии компонентов,Изобретение относится к обработке металлов давлением и может найти применение при получении микропронолокц дзя сварки элементов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. 5Целью изобретения является повышение качества микропронолоки путем увеличения ее пластичности цри рябочей температуре.Получают предлагаемую проволоку 1 О путем нанесения ца керн оболочки, например, методом термического распыления сплава в вакууме или магнетроцным распылением, В качестве сплава, обладающего повышенной пластичностью при 15 рабочих температурах, т.е. обладающего эффектом сверхпластичностц в инОтервале температур не выше 700 С, применяют сплав алюминия с никелем при20следукпем соотношении компонентов, мас.7:Алюминий 93,0-99,9Никель 0,1 - 7,0Ограничение в выборе материала, обладающего сверхпласчичностью при 25стемпературе ниже 700 С, обусловлено тем, что более высокие температуры недопустимы при микросварке давлением элементов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, так как Зо они проводят к необратимым явлениям н полупроводниковом кристалле. Выбор концентрации примеси никеля (Ц,1-7,0 мас.Х) в материале оболочки нли керна обусловлен следующими 35 причинами.При концентрации меньше 0,1 мас.7 положительньй эффект не достигается, т,е, повышение пластичности микропроволоки не происходит. В случае концецт 40 рации более 7 мас,7 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 лов, При этом резко увеличинается скорость диффузионных процессов, требуется намного меньше времени для релаксации механических напряжений,возникающих в процессе деформации.Указанные явления приводят в конечном итоге к повьяпецию качества микросварцых соединений.Например, сплав алюминия с никеем (6,4 мас.7 Х 1) обладает сверхопластичностью при 550 С. Даннаятемпература развивается в зоне соединения в процессе термокомпрессиоцноймикросварки, микросварки сопротивлением и достигает данных значенийв локальных участках контакта приультразвуковой микросварке, следовательно, материал оболочки и/ипикерна микропроволоки будет переходить в состояние снерхпластичностив процессе сборки изделий микроэлектроники. Указанцый сплав обладаетдостаточно высокими критериями сверхпластичности: относительным удлинецием 3 и коэффициентом чувствительости к скорости деформации ш. Величина 8 при растяжении без разрушения во;врастает с 38 (при 20 С) до2107 (в условиях сверхпластичности),а коэффициент ш=0,37 (проявлениесверхппастических свойств возможнопри ш 0,3),Ускорение релаксации механическихнапряжений, возникающих при микросварке, является конкурирующим процессом для роста нитевидных кристаллов. Поэтому использование предлагаемой микропроволоки позволяет значительно уменьшить число нитевидныхкристаллов, снизить вероятность закорачивания входных контактов с подложкой и повысить надежность изделий микроэлектроники.Кроме того, предлагаемая микро- проволока обладает повышенной коррозионной стойкостью при повьаенной температуре и влажности. Это обусловлено наличием в сплаве соединения И 1 А 15, электродный потенциал которого выше, чем у алюминия, и равен 0,73 В по сравнению с 0,85 В для чистого А 1.Плотность сплава А 1 М 1 растет линейно до значения 2,710 г/см, соответствующего 0,87, М 1, т.е. пористость материала уменьшается, то приводит к снижении взаимодействия его с парами воды и уменьшению толщины поверхностных окцсцых пленок. При уменьшении то ььццм окисного слоя облегчается его ра рущсцие ца цачальЗаказ 4364/ 13 Тираж 1001 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г.угород, ул.Проектная, 4 ной стадии процесса микросварки, при этом в зоне соединения меньше осКолков разрушенного окисного слоя и, следовательно, больше фактическая площадь микросварного контакта и выше его механическая прочность.Иикропроволока иэ сплава А 1+И может бьггь выполнена в следующих вариантак: керн проволоки из алкминия, 1 О меди или другого металла, а оболочка иэ сплава А+Ид; керн проволоки из сплава АЬИ 1, а оболочка иэ другого металла или сплава, например алюминия; керн и оболочка из сплава 1" А+М 1.П р н м е р. При диаметре алюминиевой микропроволоки 35 мкм оболочку получали путем сплавления алюминия и никеля на испарителе и после дующего оса;кдения сплава на поверхности микропроволоки. Толщина оболочки составляла1,2 мкм. Осуществляли присоединение разработанной мнкропроволоки к алюминиевой пленке на полу проводниковой пластине методом ультразвуковой микросварки при т 0,03 с, Р 0,4 Н. На электромеханический преобразователь подавали напряжение колебаний широкого спектра частот З 0 1,40 В. Получали гистограммы распределения усилий на разрыв микросварных соединений. Если при использовании алюминиевой проволоки беэ оболочки с добавками И 1 максимум кривой распределения прочности микросварных соединений приходится на 0,08-0,10 Н и при введении добавки И 1 в материал оболочки в количестве 0,05 мас.Х прочность практически не изменяется, то при 0,1 мас,7. И 1 максимум кривой распределения прочности приходится на0,12-0,14 Н, а при -0,67 И 1 на 0,160,20 Н,Измеряли также контактное сопротивление К микросварных соединенийчетырехзондовым методом. Значение Кпри введении добавок 0,1-1 мас.7 И 1находится на уровне (0,6+0,08)ООм. При увеличении содержанияникеля более 7 мас.3, например при8 мас.7, Кувеличивается до (1,3++0,3)к 10Ом.Полупроводниковые приборы с использованием разработанной микропроволоки диаметром 35 мкм с оболочкой,выполненной из алюминия с добавкаминикеля, подвергали термической обработке при 125 С в течение 1000 ч.После проведения обработки подсчитали длину и количество нитевидныхкристаллов. При введении 6,4 мас.йИ 1 общая длина нитевидных кристаллов уменьшается на 40-451 по сравнению со случаем использования микропроволоки беэ введения И 1 . Приборыиспытывали также в камере тепла ивлаги при 65 С и 952-ной относительоной влажности. При испытанияк 503отказов приборов с использованиемалюминиевой проволоки беэ оболочкипроисходит в течение 210 ч. Полнъйвыход из строя приборов наблюдаетсясоответственно в течение 180 и 960 ч.Отказы приборов происходят вследствие корроэионных разрушений микросварных соединений.Таким образом, коррозионная стойкость иэделий при использованиипредлагаемой проволоки повышаетсяв 5,3-5,5 раза.