purple plague

La peste pourpre est le composé intermétallique cassant AuAl₂ qui se forme à l'interface entre l'or et l'aluminium lorsque les deux métaux sont chauffés en contact direct. Elle apparaît comme une décoloration violette ou pourpre brillante, typiquement aux interfaces des liaisons filaires ou sur les plots de contact dans les boîtiers de semi-conducteurs et la microélectronique. Le composé est électriquement conducteur mais mécaniquement faible, sujet à la fissuration et au délaminage sous cyclage thermique ou contrainte mécanique.

Le mécanisme de formation est simple : l'or et l'aluminium diffusent l'un dans l'autre lorsqu'ils sont chauffés au-dessus d'environ 150 à 200 degrés Celsius, en particulier sous une température élevée soutenue ou des cycles thermiques répétés. La phase pourpre AuAl₂ se forme en premier ; si le chauffage continue, une diffusion supplémentaire peut produire des phases intermétalliques additionnelles, y compris les composés riches en or plus cassants. Les opérations de liaison filaire sont le principal point de risque, où un fil d'or est lié par ultrasons à un plot en aluminium sur une puce de silicium. Les excursions thermiques pendant la fabrication, l'encapsulation ou le fonctionnement en service entraînent la réaction.

Reconnaissance et prévention

La peste pourpre devient visible comme un anneau ou un halo pourpre à la base d'une liaison filaire en or, ou comme une coloration pourpre sur les surfaces en aluminium. C'est un mode de défaillance plutôt qu'un défaut de conception ; le problème provient d'un contrôle de processus inadéquat ou de conditions de fonctionnement en dehors des spécifications d'origine. La prévention repose sur le contrôle de la température, la limitation du temps de maintien à des températures élevées et l'évitement du contact direct entre l'or et l'aluminium dans des environnements à haute température. Certaines conceptions utilisent des couches barrières intermédiaires ou nickelent ou dorent sélectivement les plots en aluminium pour éviter le contact direct.

Le terme « peste » reflète sa réputation de défaillance insidieuse qui peut passer inaperçue jusqu'à la défaillance catastrophique de la liaison. Une liaison affectée par la peste pourpre peut réussir les tests électriques et mécaniques initiaux, mais échouer après un cyclage thermique ou un fonctionnement prolongé. Cela en a fait un grave problème de fiabilité dans l'électronique aérospatiale, automobile et militaire, où les appareils doivent survivre à des décennies de stress thermique.

La pratique moderne de la liaison filaire aborde la peste pourpre par des fenêtres de processus qui spécifient les températures maximales, les taux de chauffage et la géométrie de la boucle de liaison. De nombreux fabricants évitent désormais entièrement l'interface or-aluminium en utilisant des liaisons filaires en cuivre, des plots nickelés ou des plots entièrement dorés. Lorsque la liaison or-aluminium est inévitable, des traitements thermiques post-liaison et un vieillissement contrôlé peuvent être utilisés pour permettre à la couche intermétallique de se former et de se stabiliser dans des conditions connues, plutôt que de risquer une croissance incontrôlée en service.