379

Przy dobieraniu najodpowiedniejszego rodzaju materiału na druty i podłoża przeznaczone do mikrospajania należy również rozpatrzyć zdolność do tworzenia roztworów stałych przez daną parę metali. Al i Au praktycznie nie tworzą roztworów a mimo to są powszechnie używane do wzajemnego łączenia. Złoto w postaci drutu jest używane do spajania z podłożem Al. I odwrotnie, drut Al jest używany do spajania z podłożem Au. W warstwie pośredniej tych metali tworzą się związki międzymetaliczne gdyż w procesie lutowania struktur półprzewodnikowych, zgrzewania drutów i lutowania hermetyzującego elementów półprzewodnikowych prawie zawsze przekroczony jest niebezpieczny zakres temperatur, w których mogą tworzyć się związki międzymetaliczne. Związki międzymetaliczne powstają wskutek wzajemnej dyfuzji Al i Au. Współczynnik dyfuzji Au w Al jest znacznie wyższy niż Al w Au i z tego powodu po stronie Au pojawia się porowatość będąca wynikiem efekt Kirkendalla.

W związku z hamującym wpływem tych por na dalszy proces dyfuzji również po stronie Al powstaje porowatość. Pojawienie się porowatości jest przyczyną powstania naprężeń mechanicznych powodujących pękanie złączy oraz obniżenia przewodności elektrycznej. W procesie łączenia mogą tworzyć się następujące związki Au₄A1,

Ai^5(A1₂, Au₂A1, AuAl, AuA1₂. Obecnie brak jest sposobów uniknięcia tworzenia się f /    r>^5    ²-

tych związków.

Jeśli drut złoty łączy się z Al osadzonym na Si, to w procesie ogrzewania obserwuje się wzrost oporności elektrycznej, co świadczy o występowaniu efektu Kirkendalla.

Jeśli natomiast Al jest osadzone na Si0₂ efekt Kirkendalla nie występuje.

13.9.2. Zgrzewanie drutów złotych i aluminiowych z płytkami krzemowymi

Przy spajaniu drutów złotych i aluminiowych z płytkami krzemowymi stosuje się ^ zgrzewanie termokompresyjne i ultrakompresyjne (ultradźwiękowe).

( Zgrzewanie termokompresyjne jest stosowane do spajania struktur półprzewodnikowych z drutem złotym. Zgrzewanie termokompresyjne jest procesem trwałego spajania powstałego wskutek docisku i temperatury. Wymaganą temperaturę zgrzewania uzyskuje się przez podgrzewanie stolika montażowego, kapilary i niekiedy przez nadmuch gorącego powietrza (gazu) w strefie zgrzewania. Docisk na drut przekazywany jest przez kapilarę. Temperatura jest jednym z bardzo ważnych czynników procesu zgrzewania i jej zmiana nawet o ±5 K może wpłynąć na niepowtarzalność procesu zgrzewania. Czas zgrzewania jest zależny od temperatury oraz nacisku kapilary i wynosi w urządzeniach ręcznych od 100 ms do kilku sekund. W zgrzewarkach zautomatyzowanych czas jest o wiele krótszy i zapewnia wykonanie ponad 20 połączeń w ciągu sekundy.

Na rysunku 13.13 pokazany jest schemat zgrzewania kulkowo-ściegowego, w którym narzędzie podające drut i wywierające nacisk ma kształt kapilary. Cienki drut złoty

379