(57)【要約】【課題】超音波ボンディング時には柔らかく、チップ割れを防止し、配線後に高温強度を発揮するウエッジボンディングワイヤ。【解決手段】スカンジウム（Sc)が０．１５〜０．５質量％および残部が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）からなる組成を有し、強制固溶されたアルミニウム合金マトリックス中に冷間伸線組織を有し、ビッカース硬さが２１〜３０Ｈｖのアルミニウム合金ボンディングワイヤであって、さらに、ジルコニウム（Ｚｒ）を０．０１〜０．２質量％添加して強化する。ボンディング時には柔らかいため、チップ割れを生じることなく接合し、その後時効熱処理処理を行って、高温強度を向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スカンジウム（Ｓｃ)とアルミニウム（Ａｌ）とからなるＡｌ−Ｓｃ二元合金において、
スカンジウム（Sc)が０．１５〜０．５質量％および残部が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）からなる組成を有し、強制固溶されたアルミニウム合金マトリックス中に再結晶組織を有し、時効熱処理前のビッカース硬さが２１〜３０Ｈｖである、高温環境下で使用されることを特徴とする半導体装置接続用アルミニウムウエッジボンディングワイヤ。
【請求項２】
スカンジウム（Sc)とアルミニウム（Ａｌ）とからなるＡｌ−Ｓｃ二元合金において、
スカンジウム（Sc)が０．１５〜０．５質量％および残部が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）からなる組成を有し、強制固溶されたアルミニウム合金マトリックス中に再結晶組織を有し、時効熱処理によってＡｌ３Ｓｃの時効析出粒子を形成する、高温環境下で使用されることを特徴とする半導体装置接続用アルミニウムウエッジボンディングワイヤ。
【請求項３】
スカンジウム（Sc)とアルミニウム（Ａｌ）とジルコニウム（Ｚｒ）とからなるＡｌ−Ｓｃ−Ｚｒ三元合金において、スカンジウム（Ｓｃ)が０．１５〜０．５質量％、ジルコニウム（Ｚｒ）が０．０１〜０．２質量％（ただし、ジルコニウム（Ｚｒ）はスカンジウム（Ｓｃ)の半分以下の量）および残部が純度９９．９９８質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）からなる組成を有し、強制固溶されたアルミニウム合金マトリックス中に再結晶組織を有し、ビッカース硬さが２１〜３０Ｈｖのアルミニウム合金であって、高温環境下で使用されることを特徴とする半導体装置接続用アルミニウムウエッジボンディングワイヤ。
【請求項４】
スカンジウム（Sc)とアルミニウム（Ａｌ）とジルコニウム（Ｚｒ）とからなるＡｌ−Ｓｃ−Ｚｒ三元合金において、スカンジウム（Ｓｃ)が０．１５〜０．５質量％、ジルコニウム（Ｚｒ）が０．０１〜０．２質量％（ただし、ジルコニウム（Ｚｒ）はスカンジウム（Ｓｃ)の半分以下の量）および残部が純度９９．９９８質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）からなる組成を有し、強制固溶されたアルミニウム合金マトリックス中に再結晶組織を有し、時効熱処理によってＡｌ３Ｓｃの時効析出粒子を形成するアルミニウム合金であって、高温環境下で使用されることを特徴とする半導体装置接続用アルミニウムウエッジボンディングワイヤ。
【請求項５】
当該アルミニウム合金のアルミニウム（Ａｌ）の純度が９９．９９８質量％以上であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置接続用アルミニウムウエッジボンディングワイヤ。
【請求項６】
当該スカンジウム（Ｓｃ)の添加量が０．１〜０．３質量％であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置接続用アルミニウムウエッジボンディングワイヤ。
【請求項７】
当該再結晶組織が、強制固溶後水冷中で連続伸線加工された冷間伸線組織が調質熱処理により形成されたものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のアルミニウムウエッジボンディングワイヤ。
【請求項８】
当該アルミニウム合金が超音波接合されたものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置接続用アルミニウムウエッジボンディングワイヤ。
【請求項９】
当該細線の線径が５０〜５００μm未満であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置接続用アルミニウムウエッジボンディングワイヤ。
【請求項１０】
当該高温環境が８０℃〜３００℃であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置接続用アルミニウムウエッジボンディングワイヤ。
【請求項１１】
当該高温環境が１５０℃〜２５０℃であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置接続用アルミニウムエッジボンディングワイヤ。
【請求項１２】
スカンジウム（Sc)が０．１５〜０．５質量％および残部が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）からなる組成を有するＡｌ−Ｓｃ二元合金細線を溶体化処理によって強制固溶されたアルミニウム合金マトリックス中に再結晶組織を有する細線としてウエッジボンディングを行い、
ボンディング後に時効熱処理を行う、ことを特徴とする高温環境下で使用される半導体装置接続方法。
【請求項１３】
スカンジウム（Ｓｃ)が０．１５〜０．５質量％、ジルコニウム（Ｚｒ）が０．０１〜０．２質量％および残部が純度９９．９９８質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）からなる組成を有するスカンジウム（Sc)とアルミニウム（Ａｌ）とジルコニウム（Ｚｒ）とからなるＡｌ−Ｓｃ−Ｚｒ三元合金細線を溶体化処理により、強制固溶されたアルミニウム合金マトリックス中に再結晶組織を有する細線としてウエッジボンディングを行い、ボンディング後に時効熱処理を行う、ことを特徴とする高温環境下で使用される半導体装置接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温環境下で使用される半導体素子上の電極と外部電極とをアルミニウム合金細線を用いて接合するアルミニウム合金配線材料に関するもので、特に、航空機、電気自動車及び船舶等の高温環境下で使用される半導体装置における高純度のアルミニウム（Ａｌ）から時効析出するＡｌ３Ｓｃ粒子による効果を応用したアルミニウム合金ボンディングワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコン（Ｓｉ）、あるいは、炭化シリコン（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）などの半導体素子に搭載されたボンディングパッドは、主にアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの基板が使用される。この基板には、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）等の貴金属メッキまたはニッケル（Ｎｉ）めっきがされて使用されることがある。これらをまとめて、特に断らなければ、「アルミパッド」と称する。この半導体素子のアルミパッドとリードフレーム等を超音波ボンディングするのに、６０数％の高い導電率を示すことから高純度のアルミニウム（Ａｌ）を用いたアルミニウム合金細線が使用される。アルミニウム合金細線は、線径が５０〜５００μmの丸細線が一般的に使用され、線径が５０μｍ未満の極細線や５００μmを超えるものも用いられることがまれにあり、また、これらの細線を押しつぶした平角状細線（テープ）もアルミニウム合金細線として半導体装置に使用されることがある。
【０００３】
このような高純度のアルミニウム（Ａｌ）を用いたアルミニウム合金細線を高温環境（雰囲気）下で使用する際、特に、航空機、自動車及び船舶等のための配線材料として使用する際は、高温信頼性の確保が困難になるという課題があった。
そこで、比抵抗が比較的小さく、機械的強度が比較的高く、且つ、耐熱性にも優れた配線材料として、以下のアルミニウム（Ａｌ）中にスカンジウム（Sc)を固溶したアルミニウム合金がある。
まず、特開平７−３１６７０５号公報（後述する特許文献１）では、「約０．１〜０．３重量％のＳcを含み、残余がＡlと約０．０５重量％以下の不純物とから成ることを特徴とする配線材料」が開示され、「純度が９９．９５％以上の純アルミニウムを使用し、このアルミニウムに合金全体の重量比で約０．１〜約０．３％のスカンジウム（Ｓc）を添加し（同００１２段落）」、「圧下率５０％で塑性加工を行ない、４００〜５００℃で約１時間の熱処理を行なった（同００１６段落）」と記載されている。
また、特開２００１−３４８６３７号公報（後述する特許文献２）では、「純度が９９．９５％以上の純Ａｌマトリックス中に、重量比で０．０５〜０．３％のＳｃおよび０．１〜０．４％のＺｒを含むことを特徴とするアルミニウム合金材（請求項１、ほか）」が開示され、「断面減少率８０％以上の塑性加工（冷間加工）を行」って「３００〜４００℃×１ｈｒ前後の熱処理を施して、（同段落００２４）」「導電率が６０％ＩＡＣＳ以上、引張強度が２００ＭＰａ以上、２８０℃での引張強度残存率が９０％以上であるもの（同段落００１１）」が得られる。
【０００４】
しかしながら、このようなアルミニウム合金細線をＡｌを主成分とするアルミパッド電極に超音波ボンディングしようとすると、機械的強度が高いためチップ割れを起こすためこのようなアルミニウム合金細線は実用化されなかった。特に、ワイヤの線径が５０〜５００μｍと比較的大きい場合に、チップ割れの問題を避けることができなかった。
【０００５】
他方、アルミニウム合金細線は、１００〜２００℃の耐熱性を必要とする半導体、特にエアコン、太陽光発電システム、ハイブリッド車や電気自動車などに使用するパワー半導体の利用が要望されており、その応用範囲は今後ますます拡大していくものと考えられる。
このようなパワー半導体素子の動作条件は通常の半導体素子よりも高温度になる。  例えば、車載用に使用されるパワー半導体では、アルミニウム合金細線は最大で通常１００〜１５０℃の接合部温度に耐える必要がある。このような温度領域下で軟化しやすい高純度のアルミニウム（Ａｌ）だけからなる純アルミニウム合金細線は、高温環境下で使用される装置においては実用化されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３１６７０５号公報
【特許文献２】特開２００１−３４８６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明は、配線時には高純度のアルミニウム（Ａｌ）だけからなる純アルミニウム合金細線と同じように半導体チップに対して軟らかく、かつ、配線後の高温環境下においては軟化しないアルミニウム合金細線からなるアルミニウム合金配線材料を提供することを解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明者らはスカンジウム（Sc)がアルミニウム（Ａｌ）に固溶した状態から時効析出させなければ強度の向上にほとんど寄与しないことを利用すること着想した。
すなわち、スカンジウム（Ｓｃ）を所定量含有するアルミニウム（Ａｌ）合金配線材料を中間熱処理により微細Ｓｃ析出物を全て強制的に固溶させる溶体化処理を行った後、所望の線径まで伸線し、調質熱処理をＳｃが微細析出しない温度・条件で行うことにより、Ｓｃによる時効硬化を抑制することができることを確認した。
この状態において、アルミニウム合金配線材料は柔らかく、塑性変形しやすいため、所望の線径に冷間伸線加工をした上記組成のアルミニウム合金細線は、純アルミニウム合金細線と同様にアルミパッドへ超音波ボンディングして所定の回路に配線することができる。
また、スカンジウム（Ｓｃ）に加えて、ジルコニウム（Ｚｒ）を一定量添加することにより、同様の効果を得ることができることが確認された。ジルコニウム（Ｚｒ）添加は、アルミニウム（Ａｌ）合金配線材料においてスカンジウム（Ｓｃ）と同様の作用を発揮するとともに、時効硬化の温度履歴に対する時間的な安定性を向上する効果がある。
【０００９】
このように溶体化処理したアルミニウム合金細線を配線後に時効熱処理をすると、前述の特許文献１および２に記載されているとおり、アルミニウム（Ａｌ）マトリックスから析出したＡｌ３Ｓｃ粒子によって機械的強度が増加する。しかも、Ａｌ３Ｓｃ粒子とアルミニウム（Ａｌ）マトリックスとの整合性が良いので、繰り返しの高温環境下でもＡｌ３Ｓｃ粒子の粗大化はほとんど進行しないことがわかった。
【００１０】
本発明の高温環境下で使用される半導体装置接続用のアルミニウム合金配線材料の一つは、スカンジウム（Sc)が０．１５〜０．５質量％および残部が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）からなる組成を有し、強制固溶されたアルミニウム合金マトリックス中に再結晶組織を有し、ビッカース硬さが２１〜３０Ｈｖのアルミニウム合金である。
【００１１】
また、本発明の高温環境下で使用される半導体装置接続用のアルミニウム合金配線材料の他の一つは、スカンジウム（Ｓｃ)が０．１５〜０．５質量％、ジルコニウム（Ｚｒ）が０．０１〜０．２質量％（ただし、ジルコニウム（Ｚｒ）はスカンジウム（Ｓｃ)の半分以下の量）および残部が純度９９．９９８質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）からなる組成を有し、強制固溶されたアルミニウム合金マトリックス中に再結晶組織を有し、ビッカース硬さが２１〜３０Ｈｖのアルミニウム合金である。
【００１２】
上記２種類の本発明の高温環境下で使用される半導体装置接続用のアルミニウム合金配線材料は、配線後にその後の処理、加工工程に先立って２００℃〜４５０℃の温度範囲であらかじめ時効熱処理をしておくこともできる。配線後は、アルミニウム合金配線材料の形状が変化しないから、機械的強度が増加しても半導体チップ割れを起こすことがないからである。また、アルミパッドとの熱膨張係数の違いも小さいので、熱膨張・熱収縮の繰り返しによる接合界面でのクラックの進行もない。
【００１３】
また、本願発明において、アルミニウム（Ａｌ）の純度が９９．９９８質量％以上あると、９９．９９９質量％以上の純度のアルミニウム合金とほぼ同じビッカース硬さを有するので、純度が高いほど好ましい。  
【００１４】
また、本願発明において、スカンジウム（Ｓｃ)の添加量が０．３質量％以下であると、アルミニウムマトリックス中にスカンジウム（Ｓｃ)が均一に強制固溶できるので、好ましい。均一な強制固溶は、アルミニウム（Ａｌ）マトリックスから析出したＡｌ３Ｓｃ粒子の分布から判定することができる。なお、強制固溶は、アルミニウム（Ａｌ）の融点近くの５８０℃〜６３０℃近傍で数時間かけて行うのが良い。
【００１５】
また、本願発明において、時効熱処理前の半導体装置接続用のアルミニウム合金配線材料は、５０μｍ〜５００μｍ等の範囲までの所望の線径まで冷間伸線加工をした後、調質熱処理を行うことができる。連続伸線されたアルミニウム合金細線は、一定の張力がかけられたまま調質熱処理される。一定の張力は、基本的に連続伸線における最終ダイヤモンドダイスの出口から巻取りスプールの入口までの間にかかっているが、ダンサローラなどで他工程の振動がアルミニウム合金細に伝わらないようにして、調質熱処理工程と冷却工程の間で特に一定に保たれ、これらの設定された熱処理温度と熱処理区間によって所定の熱エネルギーをアルミニウム合金細線に付与することができる。
この調質熱処理によって、強制固溶後の冷間伸線による冷間伸線組織はワイヤボンディングに適した機械的性質の再結晶組織となる。
調質熱処理の加熱方法としては、電気炉による加熱、通電加熱、光照射による加熱、水蒸気加熱などがある。調質熱処理は、数秒〜数十秒間で行われるため、アルミニウム（Ａｌ）マトリックスからＡｌ３Ｓｃ粒子が析出しないからである。同様にして、調質熱処理をしたアルミニウム合金配線材料をアルミパッドへ超音波ボンディングをしても、アルミニウム合金配線材料が硬化して半導体素子がチップ割れを起こすことはない。
【００１６】
この様にアルミニウムマトリックス中にスカンジウム（Ｓｃ)が均一に強制固溶した、アルミニウム合金配線材料は、純アルミニウムの場合と同様にチップ割れを起すことなく、また、容易にループを形成して半導体装置に対する配線を行うことができる。
そして、これらの配線後に時効熱処理を行うことにより、アルミニウム（Ａｌ）マトリックスからＡｌ３Ｓｃ粒子が析出して、Ａｌ−Ｓｃ二元合金としての機械的強度を発揮することができる。これらの時効熱処理は、配線形成後の半導体装置の熱履歴に対する耐性などにより、例えば、樹脂封止前などに行なえばよい。
なお、パッドの材質は、主にアルミニウム（Al）およびアルミニウム（Al）合金であるが、アルミニウム合金配線材料と超音波接合性が良い銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）でも良く、金（Ａｕ)等の貴金属を被覆することもできる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のアルミニウム合金配線材料によれば、配線前は純アルミニウム細線のように軟らかく自由に配線でき、超音波接合も純アルミニウム合金細線と同様にアルミパッドと接合することができる。
他方、配線後は、アルミニウム（Ａｌ）マトリックスからＡｌ３Ｓｃ粒子を析出させ、配線の機械的強度を強化することができる。スカンジウム（Ｓｃ)の添加量は少なく、かつ、析出物とアルミニウム（Al）マトリックスとの整合性が良いことから、Ａｌ３Ｓｃ粒子が析出しても接合界面から機械的ひずみによるクラックが発生することはない。しかも、析出したＡｌ３Ｓｃ粒子は、電気自動車等のパワー半導体における繰り返しの高温環境下でもほとんど粗大化することがない。この効果は、４Ｎアルミニウム合金細線よりも５Ｎアルミニウム合金細線のほうがよりよく発揮されるが、価格を優先するときは４Ｎ８純度のアルミニウム合金細線が良く、パワーサイクル半導体に好適なアルミニウム合金配線材料となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明のアルミニウム合金細線と純アルミニウム細線のせん断強度の変化割合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２０】
純度９９．９９質量％のアルミニウム（Al）と純度９９．９質量％のスカンジウム（Sc)からなるＡｌ−Sc  ０．１５％、Ａｌ−Ｓｃ  ０．２％、Al−Sc  ０．３％、Ａｌ−Ｓｃ  ０．５％  の４種類のAl-Ｓｃ合金を溶融し、連続鋳造により直径３００ｍｍアルミニウム合金インゴットを鋳造した。
この鋳塊を溝ロール圧延後、伸線加工して直径５ｍｍのアルミニウム合金素線を作成した。次いで、この素線を６３０℃×１２０分の溶体化熱処理後、水中で急冷した。その後、直径０．５ｍｍまで水中でダイヤモンドダイスを用いて連続伸線加工をした後、６２０℃×１分で調質熱処理をし、水冷した。
この試料を実施例１（サンプル１〜４）とした。この実施例１をアカシ社製型式ＭＶＫ−Ｇ３のマイクロビッカース硬度計で測定した。測定した硬さを表１に示す。
この実施例１をＳｉチップ（厚さ０．５ｍｍ）上のＡｌ−１．０％Ｓｉ膜（厚さ４μｍ）上に以下の条件で１００個超音波接合をした。
【００２１】
（超音波接合条件）
アルミニウム合金細線の線径０．５ｍｍ、ループ長は１０ｍｍで、ループ高さは１．５ｍｍとした。
超音波工業社製ＲＥＢ０７型全自動ボンダを用いて、アルミニウム合金細線をＳｉチップ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、１２０ｋＨｚの周波数で、荷重及び超音波条件については、ファースト接合部のつぶれ幅がワイヤ線径の１．３倍になるように任意に調整を行い、全サンプル１００個について同一条件でファーストボンド及びセカンドボンドの超音波ボンディングを実施した。超硬ツール及びボンディングガイドは、ワイヤサイズの合致した超音波工業社製のものを使用した。
次に、この接合されたアルミニウム合金細線の実施例１について、時効処理をした。時効処理条件は、３００℃で２時間である。
次に、この接合されたアルミニウム合金細線の実施例１について、以下の試験を行った。
その結果を表１に示す。
【００２２】
（熱衝撃試験）
熱衝撃試験装置は、エスペック社製小型冷熱衝撃装置TSE-11を用い、高温側：＋２００℃、 低温側：−５０℃で各々３分間ずつで、１万回繰り返した。
熱衝撃試験によってワイヤ接合部にダメージを与えた結果について、次のせん断強度試験によってダメージの度合いを評価した。
【００２３】
（せん断強度試験）
せん断試験は、ＤＡＧＥ社製２４００型式を用いてファースト接合部のせん断強度を、一千回、二千回、５千回、および１０千回終了後に測定し、０回の初期強度との比較を求めた。このグラフを実施例１（Ｎｏ．4）及び従来例とを対比して図１に示す。
初期のせん断強度と繰り返し後のせん断強度比が初期から２０％（０．８）まで低下する回数が従来の２倍未満のものを×、２倍以上のものを○とした。なお、試験高さは、５μｍ、試験速度は５００μｍ/秒であった。
【００２４】
（チップ割れ観察試験）
ボンディング後の試料を、２０％ＮａＯＨ溶液でＡｌ−０．1％Ｓｉパッドを溶解して、光学顕微鏡（オリンパス製測定顕微鏡、ＳＴＭ６）を使用し、１００倍の倍率でチップ割れの有無を観察した。１０箇所観察を行い、チップ割れが一つでも発生していたら×、一つも発生していなければ○とした。
【実施例２】
【００２５】
純度９９．９９質量％のアルミニウム（Al）と純度９９．９質量％のスカンジウム（Sc)と純度９９．９質量％のジルコニウム（Ｚｒ）からなるAl−Ｓｃ０．２％−Ｚｒ０．１％合金、及びAl−Ｓｃ０．５％−Ｚｒ０．２５％合金を実施例１と同様にして、直径０．５ｍｍのアルミニウム合金細線を作成し、実施例２（サンプル５、６）とした。
次いで、これらのサンプルについて、実施例１と同様の条件で、超音波接合し、時効処理を行った。
これらのサンプルについて、実施例１と同様の条件で前記の試験を行った。それらの結果を表１に示す。
【実施例３】
【００２６】
純度９９．９９質量％のアルミニウム（Al）と純度９９．９質量％のスカンジウム（Sc)からなるAl−Ｓｃ０．３％合金から実施例１と同様にして、直径０．１ｍｍ及び０．３ｍｍのアルミニウム合金細線を作成し、実施例３（サンプル７、８）とした。
次いで、これらのサンプルについて、実施例１と同様の条件で、超音波接合し、時効処理を行った。
これらのサンプルについて、実施例１と同様の条件で前記の試験を行った。それらの結果を表１に示す。
【実施例４】
【００２７】
純度９９．９９８質量％のアルミニウム（Al）と純度９９．９質量％のスカンジウム（Sc)とからなるAl−Ｓｃ０．１５％合金から、実施例１と同様にして、直径０．５ｍｍのアルミニウム合金細線を作成し、実施例４（サンプル９）とした。
次いで、これらのサンプルについて、実施例１と同様の条件で、超音波接合し、時効処理を行った。
これらのサンプルについて、実施例１と同様の条件で前記の試験を行った。それらの結果を表１に示す。
【比較例】
【００２８】
純度９９．９９質量％のアルミニウム（Al）と純度９９．９質量％のスカンジウム（Sc)からなるＡｌ−Ｓｃ０.1％Ａｌ−Ｓｃ及び０.８％合金から実施例１と同様にして、直径０．５ｍｍのアルミニウム合金細線を作成し、比較例１及び２とした。
次いで、このサンプルについて、実施例１と同様の条件で、超音波接合し、時効処理を行った。
これらのサンプルについて、実施例１と同様の条件で前記の試験を行った。それらの結果を表１に示す。
〔従来例〕
【００２９】
純度９９．９９５質量％（５N）高純度Ａｌを溶融し、連続鋳造により、直径３００ｍｍアルミニウムインゴットを鋳造し、この鋳塊を溝ロール圧延後に伸線加工して、直径５ｍｍのアルミニウム素線を作成し、この素線を４００℃×６０分および３００℃×１分間の中間熱処理を施した。その後、直径０．５ｍｍまで連続伸線加工をした後、３３０℃で最終熱処理をした試料を従来例とした。この比較品１も実施例１と同様の試験を行い、その結果を表１に示す。
【表１】
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（注１）Ａｌ原材料の純度は実施例１〜３（サンプルNo.１〜８）及び比較例１，２：９９．９９質量％、実施例５（サンプルNo.９）：９９．９９８質量％。
従来例Ａｌ原材料の純度は９９．９９５質量％
（注２）実施例の溶体化後の冷却方法：水冷
【００３０】
表１の試験結果から、実施例のサンプルＮｏ．１〜４は、Ｓｃの含有量が０．１５質量％から０．５質量％に至るまで、Ｓｃの含有量が増加するにつれて調質後のビッカース硬さが大きくなるが、Ｓｃ含有量が０．５質量％の最大範囲でもビッカース硬さが２７に抑制されており、チップ割れを生じることがない。
また、ワイヤボンディング後の時効処理によって、その硬さが大きく向上し、Ｓｃ含有量が最小の０．１５質量％でもビッカース硬さは３８に達し、熱衝撃試験結果は良好であった。
【００３１】
一方、比較例１、及び２は、Ｓｃ含有量がそれぞれ０．１質量％及び０．８質量％であって、比較例１はビッカース硬さが低く、チップ割れを生じていないが、時効処理後の硬さが低く、熱衝撃試験結果は不良であり、比較例２はこれに対して逆にＳｃ含有量が多いためにボンディング後の時効処理による硬さが大きく、熱衝撃試験結果は良好であったが、調質後の硬さが大きいためチップ割れを生じ、使用に耐えないものとなった。
【００３２】
さらに、Ｓｃ含有量を０．３質量％として、これらのアルミニウム合金細線の太さを変えて、直径０．１ｍｍ及び０．３ｍｍとしたサンプル７及び８は、ボンディング時のチップ割れ及びボンディング後の熱衝撃試験結果は良好であって、これらのアルミニウム合金細線の太さを細くしても、これらの効果が変わらないことが示された。
【００３３】
また、Ｓｃに加えてＺｒを添加したサンプル５及び６から、Ｚｒの添加により調質熱処理後の硬さは大きくなるものの抑制されてチップ割れを生じないが、ボンディング後の時効処理による硬さは著しく向上し、熱衝撃試験結果が良好であることが解かる。
ジルコニウム（Ｚｒ）は、スカンジウム（Ｓｃ）と同様の時効硬化作用があり、また、時効硬化したアルミニウム合金細線がその使用環境で温度変化にさらされるなどの温度履歴による劣化に対して安定化する作用があり、スカンジウム（Ｓｃ）の含有量の半分以下の添加量の範囲であれば、スカンジウム（Ｓｃ）と同様に扱うことができる。
【００３４】
さらに、アルミニウム原材料の純度を一桁（９９．９９８質量％）向上し、Ｓｃ含有量を最低限に抑制したサンプル９は、調質後の硬さはより低くなるが、時効処理後の硬さは３８と高く維持されており、熱衝撃試験結果が良好であることが解かる。
【００３５】
せん断強度試験結果は、実施例１のサンプルNo.４と従来例の純度５Ｎのアルミニウム細線を対象とした初期のせん断強度と繰り返し後のせん断強度比を示す図１のグラフから明らかなように、初期から２０％（０．８）まで低下する回数が実施例４では１０千回以上に対して従来例の純度５Ｎのアルミニウム細線では約３，０００回であって、実施例４は、高純度アルミニウム細線の３倍の熱衝撃寿命を有することが解かる。
【００３６】
以上の試験結果から、半導体装置用配線として、スカンジウム（Ｓｃ)とアルミニウム（Ａｌ）とからなるＡｌ−Ｓｃ二元合金は、Ｓｃが０．１５〜０．５質量％の範囲が適し、
また、スカンジウム（Sc)とアルミニウム（Ａｌ）とジルコニウム（Ｚｒ）とからなるＡｌ−Ｓｃ−Ｚｒ三元合金の場合は、スカンジウム（Ｓｃ)が０．１５〜０．５質量％に対して、ジルコニウム（Ｚｒ）は第３の添加元素として、前記の含有量より低い微量な範囲においても効果を有し、０．０１〜０．２５質量％の範囲で好適であった。ただし、ＺｒはＳｃよりも硬さに対する影響が大きいため、その含有量はＳｃの半分以下とする必要がある。
溶体化処理後のビッカース硬さについては、チップ割れ防止の点から、表１の２１Hv
よりも低くても、Ｓｃ添加により時効処理によって熱衝撃を向上できるため、その範囲は１８Hv〜３０Hvまで有効であった。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、熱衝撃試験を繰り返してもシェア強度の低下が少ないことから、ハイブリッド車や電気自動車、あるいは、電車、風力発電機、産業用ロボットなどに使用されるパワー半導体の接続線として有用である。
【図１】
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