Микропроволока

 

СО(ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (Я) 4 В 23 К 20/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

93,0-99,9

О, 1-7,0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(Ф

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3749785/25-27 (22) 01. 06. 84 (46) 15.08.86. Бюл. Р 30 (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (72) А.В.Степаненко, А.В.Гулай, Э.Г.Войтов и Л.А.Колешко (53) 621. 771. 8(088. 8) (56) Король В. К., Гильденгорн М.С. басковы технологии производства многослойных металлов. М.: Металлургия, 1970, с. 213-219. (54) (57) МИКРОПРОВОЛОКА, содерзищая выполненные иэ пластичного материала керн и охватывающую его оболочку, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества микропроволоки прн рабочей температуре, в качестве пластичного материала применяют сплав алюминия с никелем при следующем соотношении компонентов, мас. 7.:

Алюминий

Никель

1250424

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может найти применение при получении микропронолоки дзя сварки элементов полупроводниковых приборов H HHTPI р<чл нных микросхем.

Целью изобретения является повышение качества микропронолоки путем увеличения ее пластичности при рябочей температуре.

Получают предлагаемую проволоку 10 путем нанесения на керн оболочки, например, методом термического распыления сплава в вакууме или магнетронным распылением. В качестве сплава, обладающего повышенной пластичностью при 15 рабочих температурах, т.е. обладающего эффектом сверхпластичности в инО тервале температур не выше 700 С, применяют сплав алюминия с никелем при

20 следукп1ем соотношении компонентов, мас.7:

Алюминий 93,0-99,9

Никель 0,1 — 7,0

Ограничение в выборе материала, обладающего сверхпласчлчностью при 25 с температуре ниже 700 С, обусловлено тем, что более высокие температуры недопустимы при микроснарке давлением элементов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, так как 30 они проводят к необратимым явлениям н полупроводниковом кристалле.

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

При концентрации меньше 0,1 мас.7 положительньИ эффект не достигается, т.е. повьааение пластичности микропроволоки не происходит. В случае концент40 рации более 7 мас. Х атомы примесей приводят к значительному разупрочнению кристаллической решетки алюминия, что увеличивает удельное сопротивление проволоки.

Предлагаемая микропронолока 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 материалов, 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 поньяпении качества микросварных соединений.

Например, сплав алюминия с никелем (6,4 мас.7 Nx) обладает сверхс пластичностью при 550 С. Данная температура развивается в зоне соединения н процессе термокомпрессионной микросварки, микроснарки сопротивлением и достигает данных значений н локальных участках контакта при ультразвуковой микросварке, следовательно, материал оболочки и/или керна микропронолоки будет переходить в состояние снерхпластичности в процессе сборки изделий микроэлектроники. Указанный сплав обладает достаточно высокими критериями сверхпластичности: относительным удлинением с и коэффициентом чувствительности к скорости деформации m. Величина S при растяжении без разрушения но-;:врастает с 38 (при 20 С) до

210Х (в условиях снерхпластичности), а коэффициент m=0,37 (проявление сверхпластических свойств возможно при ш>0,3).

Ускорение релаксации механических напряжений, 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 повышенной коррозионной стойкостью при повышенной температуре и влажности. Это обусловлено наличием н сплаве ñîåäHнения NiAC>, электродный потенциал которого выше, чем у алюминия, и равен 0,73 В по сравнению с 0,85 В для чистого Af,.

Плотность сплава A1- NE. растет линейно до значения ",710 г/см, соответствующего 0, 8 7, Ni, т.е. пористость материала уменьшается, то приводит к снижению взаимодейстния его с парами воды и уменьшению толщины поверхностных окисных пленок. При уменьшении то.,Е«ЕЕЕ окисного слоя облегчается его р; «ущение на началь1250424

Составитель И. Николаева

Редактор Л.Веселовская Техред О .Гортвай Корректор В.Бутяга

Заказ 4364/13 Тираж 1001 Под лис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.у город, 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 Af+Ni может быть выполнена в следующих вариантак: керн проволоки из алкминия, 10 меди.или другого металла, а оболочка иэ сплава Ag+Ni; керн проволоки из сплава A6+Ni, а оболочка иэ другого металла или сплава, например алюминия; керн и оболочка из сплава 1

Al+Ni.

П р н м е р. При диаметре алюминиееой микропроволоки 35 мкм оболочку получали путем сплавления алюминия и никеля на испарителе и после- 20 дующего оса;кдения сплава на поверхности микропроволоки. Толщина оболочки составляла 1,2 мкм. Осуществляли присоединение разработанной мнкропроволоки к алюминиевой пленке на полу- 25 проводниковой пластине методом ультразвуковой микросварки при t, 0,03 с, Р 0,4 Н. На электромеханический преобразователь подавали напряжение колебаний широкого спектра частот gp

U,40 В. Получали гистограммы распределения усилий на разрыв микросварных соединений. Если при использовании алюминиевой проволоки беэ 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 мас.X прочность практически не изменяется, то при 0,1 X Ni максимум кривой распределения прочности приходится на

0,12-0,14 Н, а при -0,67 Ni на 0,160,20 Н.

Измеряли также контактное сопротивление К„ микросварных соединений четырехзондовым методом. Значение R„ при введении добавок 0,1-1 мас.X Ni находится на уровне (0,6+0,08) х!О Ом. При увеличении содержания никеля более 7 мас.Х, например при

8 мас.X, R „ увеличивается до (1,3+

+0,3) > 10 Ом.

Полупроводниковые приборы с использованием разработанной микропроволоки диаметром 35 мкм с оболочкой, выполненной из алюминия с добавками никеля, подвергали термической odpaботке при 125 С в течение 1000 ч.

После проведения обработки подсчитали длину и количество нитевидных кристаллов. При введении 6,4 мас.Х

Ni общая длина нитевидных кристаллов уменьшается на 40-45Х по сравнению со случаем использования микропроволоки беэ введения Ni. Приборы испытывали также в камере тепла и влаги при 65 С и 95Х-ной относительо ной влажности. При испытанияк 50Х отказов приборов с использованием алюминиевой проволоки беэ оболочки происходит в течение 210 ч. ПолнъИ выход из строя приборов наблюдается соответственно в течение 180 и 960 ч.

Отказы приборов происходят вследствие корроэионных разрушений микросварных соединений.

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