(57)【要約】【課題】  何万回接合しても毎回接合面の全面にわたって均質に接合することができ、より安定した接合強度を実現できるボンディングリボンを提供する。【解決手段】  添加元素および残部がアルミニウムからなる純度９９質量％以上のアルミニウム合金から構成されている超音波ボンディング用アルミニウムリボンであって、このリボンは、多段伸線後ロール圧延された極薄テープ構造であり、このリボンの断面内における結晶粒径の平均値が５〜２００μｍで、リボン幅に対して厚みが１／２〜１／２０であることを特徴とする。  この結晶粒径のアスペクト比（幅方向／厚さ方向）が０．５〜１０であること、表面粗さがＲz≦２μｍの鏡面仕上げがされていること、がそれぞれ好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
添加元素および残部がアルミニウムからなる純度９９質量％以上のアルミニウム合金から構成されている超音波ボンディング用アルミニウムリボンであって、このリボンは、多段伸線後ロール圧延された極薄テープ構造であり、このリボンの断面内における結晶粒径の平均値が５〜２００マイクロメートル（μｍ）で、リボン幅に対して厚みが１／２〜１／２０であることを特徴とする超音波ボンディング用アルミニウムリボン。
【請求項２】
添加元素および残部がアルミニウムからなる純度９９質量％以上のアルミニウム合金から構成されている超音波ボンディング用アルミニウムリボンであって、このリボンは、多段伸線後ロール圧延された極薄テープ構造であり、このリボンの断面内における結晶粒径の平均値が５〜２００マイクロメートル（μｍ）で、かつ、この結晶粒径のアスペクト比（幅方向／厚さ方向）が０．５〜１０であることを特徴とする超音波ボンディング用アルミニウムリボン。
【請求項３】
添加元素および残部がアルミニウムからなる純度９９質量％以上のアルミニウム合金から構成されている超音波ボンディング用アルミニウムリボンであって、このリボンは、多段伸線後ロール圧延された極薄テープ構造であり、このリボンの断面内における結晶粒径の平均値が５〜２００マイクロメートル（μｍ）であり、かつ、この極薄テープの表面は、表面粗さがＲz≦２マイクロメートル（μｍ）の鏡面仕上げがされていることを特徴とする超音波ボンディング用アルミニウムリボン。
【請求項４】
添加元素および残部がアルミニウムからなる純度９９質量％以上のアルミニウム合金から構成されている超音波ボンディング用アルミニウムリボンであって、このリボンは、多段伸線後ロール圧延された極薄テープ構造であり、このリボンの断面内における結晶粒径の平均値が５〜２００マイクロメートル（μｍ）で、この結晶粒径のアスペクト比（幅方向／厚さ方向）が０．５〜１０であり、かつ、この極薄テープの表面は、表面粗さがＲz≦２マイクロメートル（μｍ）の鏡面仕上げがされていることを特徴とする超音波ボンディング用アルミニウムリボン。
【請求項５】
添加元素が１０〜３００質量ｐｐｍのニッケル（Ｎｉ）である請求項１から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の超音波ボンディング用アルミニウムリボン。
【請求項６】
残部アルミニウムが、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）である請求項１から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の超音波ボンディング用アルミニウムリボン。
【請求項７】
残部アルミニウムが、純度９９．９９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）である請求項１から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の超音波ボンディング用アルミニウムリボン。
【請求項８】
ロール圧延が一段階でなされる請求項１から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の超音波ボンディング用アルミニウムリボン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品および半導体パッケージ内において半導体素子と基板側リード部とを超音波ボンディングにより接続するためのアルミニウムリボンに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造において、半導体チップ上に設けられた接続電極（ボンディングパッド）と半導体パッケージに設けられた外部引出し用端子（リード）とを電気的に接続するために、断面が略矩形のテープ状の導電体（以下、「リボン」と呼ぶ）を用いたボンディング方法が広く使用されている。
この方法は、アルミニウムの導電性ワイヤを用いる超音波ワイヤボンディング方法を応用したもので、アルミニウムリボンに荷重および超音波振動を加えて、アルミニウムリボンの表面に自然に形成された１ナノメートル（ｎｍ）程度の酸化膜を破ってアルミニウム（Ａｌ）等の金属原子を表面に露出させ、アルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）等のボンディングパッドとアルミニウムリボンとの界面に塑性流動を発生させて互いに密着する新生面を漸増させながら原子間結合させることにより接合する。
【０００３】
この実用的なアルミニウムリボンは、これまで一般的な極薄テープの加工方法で次のように製造されてきた。
第一の方法は、予め薄肉の板状にロール圧延されたアルミニウム合金からなる薄板材を、例えばロータリーカッターのような切断装置やプレス機械によって、所定の幅と長さに切り出し、この切り出されたアルミニウム合金からなる薄板材をさらに薄テープ状に圧延加工し、最終的に所定の形状のアルミニウムリボンとして成形されるものである。
第二の方法は、最終的な極薄のテープ状態までロール圧延したアルミニウム合金からなるテープ状素材（厚さに対する幅の比は２５程度）の両端耳部をスリッター加工やプレス機械などによって取り除き、最終的な所定幅形状のアルミニウムリボンとして成形するものである。
【０００４】
しかしながら、上記の極薄テープの加工方法では、一般的に圧延加工の際に機械油を使用しているため、検出限界以下の油膜がアルミニウムリボン上に不均一に分布して残り、アルミニウムリボンを超音波ボンディングリボンとして使用する時のボンディング条件が不安定になっていた。このため化学エッチングによりボンディングリボンの表面を酸洗いすることも試みられたが、化学エッチングするとボンディングリボンの表面にエッチングによる微視的な凹凸が発生し、この凹凸によって超音波ボンディング時のボンディング条件が不安定になっていた。
【０００５】
また、添加元素および残部がアルミニウムからなる純度９９質量％以上のアルミニウム合金から構成されているアルミニウムリボンは、超音波ボンディングされる一般の純度９９．９９質量％のアルミニウム（Ａｌ）板と比べて軟らかいため、アルミニウムリボンの切断面またはせん断面にツノやバリが出やすく、これがリボン端面に残ってボンディング時にガイドやツールに引っかかったり、フレーク状になって圧延ロール表面に付着してボンディングリボンの表面に凹凸が生じたりする。このためアルミニウムリボンを圧延加工段階のまま硬質状態に保って超音波ボンディングしていたが、ボンディング時に大きなエネルギーを必要とするため、ボンディング条件が不安定になるとともに接合強度が低いという欠点を有していた。
【０００６】
ボンディング条件が上記のように不安定になるのは、これまで次のようなことが原因であると考えられてきた。すなわち、ボンディングパッドおよびボンディングリボンの表面とも微視的には平坦ではなく、アルミニウム酸化物の１ナノメートル（ｎｍ）程度の膜も均一でないことなどから、ボンディングの初期にボンディングリボンがボンディングパッドに接触する部分の位置、大きさが一定とならないためであると考えられてきた。
このためボンディングリボンのボンディング条件を安定させ、安定したボンディング強度（接合強度）を得ようとして、様々な形状のボンディングリボンが考えられた（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００７】
例えば、特許文献１には、「外形的に略板形状に形成された電流経路部材」が開示されている。また、「接続ストラップの形状は、前述した略板形状や、あるいは略帯形状のように、その平面視が長方形以外のものでも構わない。例えば、楕円形状、偏平楕円形状（長円形状、小判形状）、台形などでもよい。また、これら各種形状を応用したり、あるいは適宜組み合わせて使用したりしてもよい。」ことが記載されている。しかし、特許文献１に記載された接続ストラップは、接続部が平面状をしており、ボンディングの初期に接触する微視的部分の位置、大きさが一定でないため接合強度が安定しないというボンディング条件の不安定性を格別解決するものではない。
【０００８】
他方、特許文献２には、頂部が略同一平面上にある複数の凸部を接合側の一方の面に備えたことを外形的な特徴とするボンディングリボンが開示されている。これは複数の凸部の頂部面積を小さくすることにより、リボンと被着物との摩擦が発生し易くなって、表面に形成されている酸化膜を容易に破ることが可能となると考えられる。この方法では、初期の塑性流動を発生させやすいため比較的小さな荷重および超音波エネルギにより、接合面が平坦なリボンと比べて安定した接合強度の確保を実現できると考えられる。
【０００９】
しかし、半導体デバイスを超音波ボンディングにより接続するためのアルミニウムリボンの場合には、１秒間に１ないし数個の割合で自動的に超音波ボンディングしていき、これが何万回も同一条件で接合されていく必要がある。特許文献２に開示されたもののように、被接合面に接触する複数の凸部の頂部を形成したとしても、１箇所ボンディングされて微視的な部分の酸化膜を破って塑性流動が開始された途端、全体のボンディング条件のバランスが崩れてしまい、何万回も同一条件で接合することができない。
このようにボンディングリボンの外形的な形状を変化させる従来のやり方では、微視的部分の同一個所を何万回も同一条件で接合することが困難で、接合強度が高くかつ安定したものを得ることができなかった。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−３１３８５１号公報
【特許文献２】特開２００７−１９４２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、ボンディングリボンを用いた超音波ボンディングにおいて、従来技術によるボンディングリボンと比較して、何万回接合しても毎回接合面の全面にわたって均質に接合することができ、より安定した接合強度を実現できるボンディングリボンを提供することを本発明の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための第１の手段として、本発明の超音波ボンディング用アルミニウムリボンは、添加元素および残部がアルミニウムからなる純度９９質量％以上のアルミニウム合金から構成されている超音波ボンディング用アルミニウムリボンであって、このリボンは、多段伸線後ロール圧延された極薄テープ構造であり、このリボンの断面内における結晶粒径の平均値が５〜２００マイクロメートル（μｍ）で、リボン幅に対して厚みが１／２〜１／２０であることを特徴とする。
【００１３】
また、第２の手段として、本発明の超音波ボンディング用アルミニウムリボンは、添加元素および残部がアルミニウムからなる純度９９質量％以上のアルミニウム合金から構成されている超音波ボンディング用アルミニウムリボンであって、このリボンは多段伸線後ロール圧延された極薄テープ構造であり、このリボンの断面内における結晶粒径の平均値が５〜２００マイクロメートル（μｍ）で、かつ、この結晶粒径のアスペクト比（幅方向／厚さ方向）が０．５〜１０であることを特徴とする。
【００１４】
また、第３の手段として、本発明の超音波ボンディング用アルミニウムリボンは、添加元素および残部がアルミニウムからなる純度９９質量％以上のアルミニウム合金から構成されている超音波ボンディング用アルミニウムリボンであって、このリボンは多段伸線後ロール圧延された極薄テープ構造であり、このリボンの断面内における結晶粒径の平均値が５〜２００マイクロメートル（μｍ）であり、かつ、この極薄テープの表面は、表面粗さがＲz≦２マイクロメートル（μｍ）の鏡面仕上げがされていることを特徴とする。
【００１５】
また、第４の手段として、本発明の超音波ボンディング用アルミニウムリボンは、添加元素および残部がアルミニウムからなる純度９９質量％以上のアルミニウム合金から構成されている超音波ボンディング用アルミニウムリボンであって、このリボンは、多段伸線後ロール圧延された極薄テープ構造であり、このリボンの断面内における結晶粒径の平均値が５〜２００マイクロメートル（μｍ）で、この結晶粒径のアスペクト比（幅方向／厚さ方向）が０．５〜１０であり、かつ、この極薄テープの表面は、表面粗さがＲz≦２マイクロメートル（μｍ）の鏡面仕上げがされていることを特徴とする。
純度９９質量％以上のアルミニウム合金が、添加元素としてニッケル（Ｎｉ）１０〜３００質量ｐｐｍを含むこと、また、残部のアルミニウムが純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）、更には純度９９．９９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）であること、また、ロール圧延が一段階でなされること、が、それぞれ好ましい。
特に、アルミニウムリボンの結晶粒径を調整するしやすさから、純度９９質量％以上のアルミニウム合金が、添加元素としてニッケル（Ｎｉ）１０〜３００質量ｐｐｍを含み、かつ、その残部が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）、より好ましくはその残部が純度９９．９９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）であることが特に好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上記手段を用いることにより、ボンディングリボンにおいてもボンディングワイヤと同等の安定した接合強度を実現するボンディングが可能となる。特にアルミニウムリボンの結晶粒径を整えることにより、従来問題となっていたボンディング強度のばらつきが小さくなり、超音波の出力を高く保つ必要がなくなり、超音波の出力が低くても安定した接合強度のものが得られ、原因不明の突発的な接合不良は全く存在しなくなった。また、本発明のボンディングリボンを用いることによって接合界面におけるマイクロボイドの発生を避けることができ、安定した接合領域が確保でき、狭ピッチのパッド間でも安定した超音波接合をすることができる。
【００１７】
なお、１段階のロール圧延等によってアルミニウムリボンの表層に多段伸線された表面以外の新たな活性面が現れたとしても、その活性面は大気中の酸素によって直ちにアルミニウムが酸化されて１ナノメートル（ｎｍ）程度の酸化アルミニウム膜が形成される。この酸化アルミニウム膜同士は相互に接合しあわないので、アルミニウムリボンの多層巻形態とすることができる。アルミニウムリボンの多層巻形態のボンディング強度が安定していれば、無人で連続して超音波ボンディングの作業をすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明者らは、アルミニウムリボンの結晶組織が超音波ボンディング時の接合機構に及ぼす影響に着目して本発明をなしたものである。多段伸線後ロール圧延されたままの極薄テープの内部晶組織は、加工繊維組織であり、結晶粒径は１マイクロメートル（μｍ）以下であり、アルミニウムリボンの結晶粒を通常の顕微鏡で観察することはできない。この極薄テープにひずみ取りのための低温熱処理を施しても、加工繊維組織は変化しない。このような結晶組織のアルミニウムリボンを超音波による微小振動によってボンディングパッドに接合しようとすると、アルミニウムリボンが圧延加工されたままの内部組織で硬質でありボンディング時に大きなエネルギーを要する反面、その接合強度が低い。これは、加工繊維組織内の超音波の伝達速度は高いが、材料的に硬質すぎて接合界面の変形が促進されないからである。
【００１９】
ところが、この多段伸線後ロール圧延されたままの極薄テープを適度な温度で熱処理すると、ボンディング時のエネルギーでアルミニウムリボンの接合界面が十分に塑性変形する硬さに調質可能となる。また、結晶粒径を均質化させることにより、内部ひずみ等の微視的欠陥を消失させ、超音波および荷重の伝達が均一となり、接合部毎の接合強度バラツキ（接合強度バラツキとは、信頼性試験（ＨＡＳＴ）後における接合強度の低下を示す。）を低減させる効果を生む。
今回、本発明者らはアルミニウムリボンにおける結晶組織の制御および最適粒径サイズ領域を見出し、再現・確認した。このような結晶組織では、接合強度に寄与する荷重による接合界面の変形、および超音波による接合界面での表面酸化膜を除去するバランスが良いといえる。
【００２０】
結晶粒径が均一に発達する領域をもたらす熱処理条件は、アルミニウムリボンの材質や形状にも依存して一律に定まらない。添加元素および残部がアルミニウムからなる純度９９質量％以上のアルミニウム合金から構成されている一般的なアルミニウムリボンの場合、リボンの厚さが１ｍｍのときは２５０℃〜４００℃で３０〜９０分間であるときが本発明のアルミニウムリボンにおける結晶粒径を析出させる目安となる。リボンの厚さが１ｍｍよりも薄くなるときは、熱処理温度がより低く、かつ、熱処理時間がより短くなる傾向にあり、厚さが１０マイクロメートル（μｍ）のときは、一般的な熱処理温度は２００〜２５０℃で熱処理時間が１０〜６０分間となる。なお、熱処理雰囲気は大気中で十分である。
熱処理温度が１８０℃以下の場合は、時間をかけても純度９９質量％以上のアルミニウム合金からなるアルミニウムリボンの結晶組織が加工繊維組織のままであり、アルミニウムリボンの断面内における結晶粒径の平均値が５マイクロメートル（μｍ）まで粗大化しないので好ましくない。この本領域では、リボン自体の硬さが高く、接合界面の塑性変形が不十分となる。また、平均値が５マイクロメートル（μｍ）未満となるこのような熱処理条件下では、未再結晶部が残存してしまうため、超音波ボンディング時のリボン界面における再結晶部と未再結晶部との変形がばらつき、接合強度のバラツキの原因となる。
【００２１】
また、熱処理温度が４５０℃を越えると、純度９９質量％以上のアルミニウム合金の結晶粒が急激に粗大化し、組織の均一化が困難となる。なお、この場合の結晶粒径の平均値は、厚さが１ｍｍの場合で２００マイクロメートル（μｍ）を越え、アルミニウムリボン自体が変形しやすくなるとともに、超音波が材料内部を伝達しにくくなり、超音波の伝達および荷重による変形のバランスが悪くなるので好ましくない。
また、一般的に、アルミニウムリボンの厚さは、超音波と荷重の最適なバランスの観点から、好ましくは１０マイクロメートル（μｍ）〜１ｍｍの範囲である。
【００２２】
アルミニウムリボンの結晶粒径の平均値が５〜２００マイクロメートル（μｍ）の範囲内にあれば、本発明においてこの結晶粒径のアスペクト比（幅方向／厚さ方向）が０．５〜１０の範囲で接合強度がより良好なものが得られ、アルミニウムリボンを第二超音波ボンディングした後にアルミニウムリボンを切断する際にもより安定したものを得ることができる。アスペクト比の測定の仕方は、リボンの長さ方向から見て、結晶粒径の幅方向／厚さ方向で測定することにより行う。
【００２３】
アルミニウムリボンの好ましい厚さに対する幅の比は７〜１６の範囲である。代表的なアルミニウムリボンの幅と厚さは、以下の表１に示すとおりである。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
他方、アルミニウムリボンは、大気中の酸素によって常温でも表層のアルミニウムが１ナノメートル（ｎｍ）程度の酸化膜を形成することが知られている。これまでこの酸化膜は薄いので接合強度とは無関係であると考えられていたが、アルミニウムリボンの表面に微視的な凹凸が存在すると、その表面積の増加とともにアルミニウム酸化物の量が増加する。アルミニウム酸化物は接合に寄与しないので、接合界面における酸化物の量が変化することによって超音波ボンディング時の接合強度がばらつく原因となりうる。このため、外形的に同一なものと観られるアルミニウムリボンを超音波ボンディングした場合でも、従来は接合後のＨＡＳＴ強度が安定しないという現象がみられ、超音波の出力を高くして接合強度の安定を図ろうとしたものと推測される。
【００２６】
本発明者らは、アルミニウムリボンの表面を鏡面にし、接合界面における酸化物の表面の凹凸による存在量を減少させることにより、アルミニウムリボンの結晶粒径の平均値が５〜２００マイクロメートル（μｍ）の範囲内にあれば、低い超音波の出力でもって接合強度を安定化させることができることを知見した。
アルミニウムリボンは鏡面であればあるほど酸化物を形成する表面積が減少するので望ましいが、その目安は表面粗さがＲz≦２マイクロメートル（μｍ）である。アルミニウムリボンの超音波ボンディングでは１０〜１２０Ｈｚの高周波が使用されるので、アルミニウムリボンの結晶粒径の平均値が５〜２００マイクロメートル（μｍ）の範囲内で、表面粗さがＲz≦２マイクロメートル（μｍ）であれば、純度９９質量％以上のＡｌ合金は軟らかいのでマイクロボイドを避けることができ、安定したボンディング強度が得られるからである。より好ましくは表面粗さがＲz≦１．６マイクロメートル（μｍ）である。
【００２７】
本発明におけるアルミニウムリボンの構成は、全体の純度が９９質量％以上のアルミニウム合金であって、添加元素と残部がアルミニウムからなる。
添加元素として許容され得る元素には、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ホウ素（Ｂ）、インジウム（Ｉｎ）、リチウム（Ｌｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ビスマス（Ｂｉ）などの元素を挙げることができる。アルミニウムリボンの結晶粒径に対して効き目の強い添加元素はニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）および銅（Ｃｕ）である。純度９９質量％以上のアルミニウム合金であれば、これらの許容され得る添加元素の内の少なくとも１種を合計で５〜７００ｐｐｍ含んでいれば、２００〜４００℃の熱処理温度で結晶粒径が均一に発達させることができる。
純度９９質量％以上のアルミニウム合金における残部のアルミニウムには不可避的不純物が含まれる。しかし、不可避的不純物がアルミニウム（Ａｌ）元素に及ぼす影響は定かでないので、不可避的不純物はできるだけ少ないことが好ましい。アルミニウムリボンの結晶粒径が均一に発達する領域を安定的にもたらすには、母合金として純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）であることが好ましい。純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）であれば、上記の添加元素の組み合わせの種類や量によらず、２００〜４００℃の熱処理温度で結晶粒径の平均値が５〜２００マイクロメートル（μｍ）の範囲内で均一に発達する。母合金として純度９９．９９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）であれば、より好ましいのはもちろんである。
【００２８】
添加元素として特にニッケル（Ｎｉ）を１０〜３００質量ｐｐｍ含み、残部が少なくとも純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）からなるアルミニウム（Ａｌ）合金をアルミニウムリボンに使用すると、低い超音波出力で接合強度を高く安定させることができる。
また、丸線から極薄テープまで圧延するときは、ロール圧延は一段階ないし二段階でなされることが好ましい。圧延回数が三段階以上でおこなわれたアルミニウム（Ａｌ）リボンをボンディングした場合、接合強度が安定しない現象が見られたからである。このボンディング時の接合強度のバラツキは、圧延組織が更にしごかれる結果、組織内部のひずみが大きくなり、圧延後の熱処理によっても結晶粒が粗大化しない部分が発生し、結晶粒径が不均一になるためと考えられる。このため一段階で圧延した場合が最も接合強度のバラツキが少ない結果が得られた。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の実施例を説明する。
表２に示す合金組成（調合原料のアルミニウムは純度９９．９９９質量％のアルミニウム（Ａｌ）を用いたが、純度９９．９９質量％のアルミニウム（Ａｌ）も同様な結果であった。）および線径のボンディングワイヤを出発材料として用い、表２に示すボンディングリボンの実施例１〜２０および比較例１〜５を準備した。これらのボンディングリボンは圧延装置（図示しない）を用いて一段階熱処理をし、表２に示す所定の温度で熱処理をしたものである。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
このようにして得られた本発明の実施例１〜２０および比較例１〜５を以下の個数と大きさの条件で純度９９．９９質量％のＡｌ板（厚さ５ｍｍ）に超音波ボンディングしてＨＡＳＴ(高度加速寿命試験)を行い、接合強度を調べた。その判定結果を表２に併記した。
【００３２】
超音波ボンディングの条件は以下のとおりである。
表１に示すボンディングリボンのリボン長は１０ｍｍとし、リボンの高さを０．６ｍｍにした。
オーソダイン社製全自動リボンボンダ３６００Ｒ型にて、純度９９．９９質量％のアルミニウム（Ａｌ）板（厚さ５ｍｍ）上に超音波ボンディングを実施した。ボンディング条件は、８０ｋＨｚの周波数で、潰れ幅がリボン幅の１．２倍になるよう荷重および超音条件を調整した。ピッチ間隔は、０．６ｍｍにした。個数は各々５０個とした。ボンディングツールおよびボンディングガイドは、各リボンサイズに合致したオーソダイン（Orthodyne
Electronics Co.）社製のものを使用した。
所定の熱処理をした実施例に対し、熱処理をしないものおよび３８０℃の熱処理をしたものを比較例とした。
【００３３】
ＨＡＳＴ(高度加速寿命試験) の試験条件は以下のとおりである。なお、「ＨＡＳＴ」は、環境試験としてＩＥＣ６８−２−６６で規格化された試験である。
平山製作所製ＨＡＳＴ装置（ＰＣ−４４２Ｒ８Ｄ）にて、８５℃×湿度８５％Ｒｈで９６時間放置した。評価は初期のＨＡＳＴ後の接合強度（ｇｆ）をボンディング直後（ＨＡＳＴ前）の接合強度（ｇｆ）で除した値を特性とした。
【００３４】
シェア強度は、デイジ（DAGE）社製のボンドテスターＰＣ４０００型を使用した。シェア試験高さは１０マイクロメートル（μｍ）で、シェア速度は１５０マイクロメートル（μｍ）／ｓｅｃで実施した。
結晶粒径の平均値は、次ぎのようにして算出した。
樹脂に埋め込んだＡｌリボンを、研磨によりリボン断面を露出させ、ケミカルエッチングにより断面の結晶出しを行い、ＳＥＭ（×５００倍）にて観察し写真に撮り、観察写真の厚さ方向に直線を３本引き、各直線が通る結晶の数でリボン厚さ（μｍ）を除した値を求め、３本の平均値を平均粒径とした。
【００３５】
実施例および比較例のアルミニウムリボンは、電極との接触面はボンディングワイヤを複数本等間隔に配置したような接触面を有しており、従来から実績のあるボンディングワイヤの接合メカニズムに近い接合メカニズムで接合された。
シェア試験後にアルミニウムリボンを溶解・はく離して接合個所を観察したところ、実施例１〜２０の接合個所は接合面全体が均質な接合痕を呈していた。一方、比較例５はほとんど接合痕がみられなかった。また、比較例１〜４の接合個所の接合痕は不均一で不十分なものであった。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の超音波ボンディング用アルミニウムの平均の結晶粒径が１３マイクロメートル（μｍ）（実施例１）の写真（トレース）である。
【図２】本発明の超音波ボンディング用アルミニウムの平均の結晶粒径が４０マイクロメートル（μｍ）（実施例４）の写真（トレース）である。
【図１】
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【図２】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年10月2日(2008.10.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
添加元素および残部がアルミニウムからなる純度９９質量％以上のアルミニウム合金から構成されている超音波ボンディング用アルミニウムリボンであって、このリボンは、多段伸線後ロール圧延された極薄テープ構造であり、このリボンの断面内における結晶粒径の平均値が５〜２００マイクロメートル（μｍ）であり、かつ、この極薄テープの表面は、表面粗さがＲz≦２マイクロメートル（μｍ）の鏡面仕上げがされていることを特徴とする超音波ボンディング用アルミニウムリボン。
【請求項２】
添加元素が、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）および銅（Ｃｕ）のうちの少なくとも１種を合計で５〜７００質量ｐｐｍからなるものである請求項１に記載の超音波ボンディング用アルミニウムリボン。
【請求項３】
添加元素が１０〜３００質量ｐｐｍのニッケル（Ｎｉ）である請求項１に記載の超音波ボンディング用アルミニウムリボン。
【請求項４】
残部のアルミニウムが、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）と０．０１質量％未満の不純物である請求項１に記載の超音波ボンディング用アルミニウムリボン。
【請求項５】
残部のアルミニウムが、純度９９．９９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）と０．００１質量％未満の不純物である請求項１に記載の超音波ボンディング用アルミニウムリボン。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
ボンディング条件が上記のように不安定になるのは、これまで次のようなことが原因であると考えられてきた。すなわち、ボンディングパッドおよびボンディングリボンの表面はともに微視的には平坦ではなく、アルミニウム酸化物の１ナノメートル（ｎｍ）程度の膜も均一でないことなどから、ボンディングの初期にボンディングリボンがボンディングパッドに接触する部分の位置、大きさが一定とならないためであると考えられてきた。
このためボンディングリボンのボンディング条件を安定させ、安定したボンディング強度（接合強度）を得ようとして、様々な形状のボンディングリボンが考えられた（特許文献１、特許文献２参照）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記課題を解決するための手段として、本発明の超音波ボンディング用アルミニウムリボンは、添加元素および残部がアルミニウムからなる純度９９質量％以上のアルミニウム合金から構成されている超音波ボンディング用アルミニウムリボンであって、このリボンは、多段伸線後ロール圧延された極薄テープ構造であり、このリボンの断面内における結晶粒径の平均値が５〜２００マイクロメートル（μｍ）であり、かつ、この極薄テープの表面は、表面粗さがＲz≦２マイクロメートル（μｍ）の鏡面仕上げがされていることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
添加元素が、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）および銅（Ｃｕ）のうちの少なくとも１種を合計で５〜７００質量ｐｐｍからなるものであることが好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
添加元素が１０〜３００質量ｐｐｍのニッケル（Ｎｉ）であることが、特に好ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、残部のアルミニウムが、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）と０．０１質量％未満の不純物であること、さらに、残部のアルミニウムが、純度９９．９９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）と０．００１質量％未満の不純物であること、が好ましい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
本発明におけるアルミニウムリボンの構成は、全体の純度が９９質量％以上のアルミニウム合金であって、添加元素と残部がアルミニウムからなる。
添加元素として許容され得る元素には、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ホウ素（Ｂ）、インジウム（Ｉｎ）、リチウム（Ｌｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ビスマス（Ｂｉ）などの元素を挙げることができる。アルミニウムリボンの結晶粒径に対して効き目の強い添加元素はニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）および銅（Ｃｕ）である。純度９９質量％以上のアルミニウム合金であれば、これらの許容され得る添加元素の内の少なくとも１種を合計で５〜７００質量ｐｐｍ含んでいれば、２００〜４００℃の熱処理温度で結晶粒径が均一に発達させることができる。
純度９９質量％以上のアルミニウム合金における残部のアルミニウムには不可避的不純物が含まれる。しかし、不可避的不純物がアルミニウム（Ａｌ）元素に及ぼす影響は定かでないので、不可避的不純物はできるだけ少ないことが好ましい。アルミニウムリボンの結晶粒径が均一に発達する領域を安定的にもたらすには、母合金として純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）であることが好ましい。純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）であれば、上記の添加元素の組み合わせの種類や量によらず、２００〜４００℃の熱処理温度で結晶粒径の平均値が５〜２００マイクロメートル（μｍ）の範囲内で均一に発達する。母合金として純度９９．９９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）であれば、より好ましいのはもちろんである。