(57)【要約】【課題】  半導体素子と基板との接合に使用されるボンディング用のＡｌリボンであって、高い接合強度を有し、クラック等が発生し難く、安定したボンディングが可能であり、特にコスト低減の強い要請に対応できる安価なＡｌリボンを提供する。【解決手段】  Ａｌを主成分とするＡｌ合金を１段で伸線した後、圧延してリボン状に加工したボンディング用Ａｌリボンである。このＡｌリボンは、合計で８００ｐｐｍ以下のＮｉ、Ｓｉ及びＰの少なくとも１種と、残部のＡｌ及び不可避不純物とからなり、平均結晶粒径が２〜２５０μｍ、表面粗さＲａが２.５μｍ以下、酸化膜の厚さが５ｎｍ以下である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ合金を１段で伸線した後、圧延してリボン状に加工したボンディング用のＡｌリボンであって、合計で８００ｐｐｍ以下のＮｉ、Ｓｉ及びＰから選ばれた少なくとも１種と、残部のＡｌ及び不可避不純物とからなり、平均結晶粒径が２〜２５０μｍ、表面粗さＲａが２.５μｍ以下、及び酸化膜の厚さが５ｎｍ以下であることを特徴とするボンディング用Ａｌリボン。
【請求項２】
Ｎｉの含有量が１ｐｐｍ以上１５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のボンディング用Ａｌリボン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子と基板とを接合するために使用されるボンディング用のＡｌリボンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の製造においては、半導体素子の上に設けられた接続電極（ボンディングパッド）とリードフレーム等の基板に設けられた外部引き出し用端子（リード）とを接続するため、ＡｌやＣｕなどのワイヤを用いた超音波ワイヤボンディングが一般的に行われている。この接続方法は、接続部を加圧したり超音波の高い振動エネルギーを加えたりすることによって、ワイヤのごく薄い酸化膜（例えば数ｎｍ）を破り、金属同士の接合を可能にするボンディング方法である。
【０００３】
このようなワイヤボンディングが広く行われているなかで、半導体技術の急速な進歩に伴って、大容量電流が流れる素子においてもボンディングによる接合を行う技術が求められている。この要望に応える方法として、Ａｌ等のリボンを用いるボンディングが提案されている。即ち、半導体素子と基板を接続する配線をワイヤからリボン状にすることによって断面積が格段に大きくなり、大電流を流すことが可能となるため、ハイパワーの半導体素子の接続にも十分耐えることができる。
【０００４】
このようなボンディングに用いるリボン状の金属、例えばＡｌリボンについて、以下に述べるような技術が開示されている。例えば特許文献１には、接合面が平坦なボンディングリボンと同等の電流容量を備え、同等若しくは同等以上であってより安定した接合強度を実現できるボンディング用リボンとして、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ボンディングリボン及びこれを用いたボンディング方法が記載されている。
【０００５】
このボンディングリボン及びボンディング方法によれば、ボンディングの初期に被接合面に接触する複数の凸部の頂部が形成され、その位置及び大きさを所望のものとすることにより、ボンディング時の原子間結合によって接合される新生面の広がりを容易にすることができる。また、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こと、初期の塑性流動を発生させやすいため、比較的小さな荷重及び超音波エネルギーにより、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されている。
【０００６】
また、特許文献２には、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として、添加元素及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、多段伸線後ロール圧延された極薄テープ構造を有し、リボンの断面内における結晶粒径の平均値が５〜２００μｍであり、その表面は表面粗さがＲＺ≦２μｍの鏡面仕上げがされている超音波ボンディング用アルミニウムリボンが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１９４２７０号公報
【特許文献２】特許第４２１２６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように、大容量電流が流れる半導体素子と基板とを接続する手段として、Ａｌなどのボンディングワイヤに代えてＡｌリボンによるボンディングが実用化され、次第に広まりつつある。しかしながら、Ａｌリボンによるボンディング技術には次のような課題があり、これが市場拡大の足枷となっている。
【０００９】
即ち、半導体分野は激しいコスト競争にさらされており、市場からのコストダウン要請は強く、この要求に応えきれなければ技術自体が生き残れない状況であり、Ａｌリボンにもこのような状況が当てはまる。更に、Ａｌリボンは車載用などの一般的な製品に使われているため、特にコスト低減の要求が強い。従って、Ａｌリボンの市場拡大にはコスト低減が最も大きな課題となっている。
【００１０】
更に、Ａｌリボンでボンディングする際に、リボン表面の酸化膜が厚かったりリボン表面に洗浄時の油が残っていたりすると、接合性が大きく低下したり接合強度がばらついたりする。この現象はワイヤでも問題になることであるが、特にリボンの場合は１本あたりの接合面積が広くなるため顕著に現れる。
【００１１】
また、Ａｌリボンが硬すぎる場合などには、リボンをループ状に接合する際の反発力が大きくなり、接合性が低下するという問題がある。リボンはワイヤに比べて１本あたりの断面積が大きいため、ループ状に曲げた時の反発力が非常に大きくなり、ワイヤではあまり問題ならない反発力の問題も顕在化してくる。特に曲率の小さいループを作るほど、Ａｌリボンに加わるせん断応力や引張応力、圧縮応力が高くなるため、クラックが入り易くなったり接合強度にばらつきが生じたりして、安定した接合が難しくなってしまう。
【００１２】
更には、半導体装置の小型化に伴い短い距離を接続することがますます求められているが、曲率の小さいループを作れば作るほど、Ａｌリボンに加わるせん断応力や引張応力、ループの内側に加わる圧縮応力が高くなるため、クラックが入り易くなったり、接合強度にばらつきがでて安定した接合が難しくなってしまったりする。
【００１３】
このようにＡｌリボンの解決すべき課題として、Ａｌリボンの低コスト化、並びに、ばらつきが少なく安定した高い接合強度で接合できること、曲率の小さいループでもクラック等が発生しないことなどがある。従って、これらの課題を解決することによって、Ａｌリボンは更に工業的に重要な製品となり得る。
【００１４】
これらの課題に対して、上記特許文献１では、Ａｌリボンの接合面に複数の凸部を設けることにより、安定した接合強度を実現できるとしている。しかし、配線材として使われるボンディング用Ａｌリボンは厚みが非常に薄く、一般的には５０〜１００μｍ程度、厚くても２００μｍを超えることはほとんどない。このような薄いＡｌリボンに複数の凸部を形成することは容易ではなく、かなりのコストアップになることは避けられない。例えば、工程が増えるだけでなく、装置や治具等が増えることは必然であり、この凸部を形成する工程だけでＡｌ合金からＡｌリボンを製造する工程以上のコストがかかる可能性も十分にある。
【００１５】
更に、上記特許文献１の方法では、凸部には接合時の圧着力やエネルギーが集中して酸化膜等を破り易くなり、部分的な単位面積当りの強度は向上すると考えられる。しかし、凹部では押し付ける応力は低くなるため凹部の接合強度は低くなり、接合部全体としての強度は必ずしも上がるとは言えない。また、部分的な応力集中によって、リボンの変形が著しい箇所では逆に強度が低下したり、リボンの断面積が小さくなったりして、リボン自身の接合強度を下げてしまうことが推測される。
【００１６】
そのうえ、Ａｌリボンが凸部を有していることにより、接合の際にループ状に変形させたとき、断面が長方形なものに比較して応力集中が起きやすくなる。その結果、この応力集中の位置や応力の大きさによっては、クラック発生の原因になったり、ループがきれいに曲がらず、例えば幅方向に均一に曲がらず、十分な接合強度が得られなかったり、接合面の接合強度に大きなバラツキが発生してしまうなどの問題が発生するものと考えられる。
【００１７】
また、上記特許文献２では、添加元素や伸線条件等を所定の範囲内とすることにより、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ことが記載されているが、伸線条件は多段伸線を行うことを必須の条件としている。
【００１８】
しかしながら、多段伸線を行うと、その段数が増えれば増えるほど作業時間や手間がかかり、その分だけ多くの治具等が必要となる。また、１台の装置で多段伸線を行おうとすると、ダイスを交換したり、交換のための掃除等を行ったり、ワイヤの張力を毎回調整しなければならないなど、多くの手間がかかるため非常に非効率的である。
【００１９】
このような手間を省き、効率的に多段伸線する方法として、必要な段数に応じて多くの伸線装置を揃え、各装置で伸線するワイヤ径を固定することも考えられる。この方法によれば作業は大幅に簡略化できるが、多くの装置の導入にコストがかかるうえ、設備の置き場として広いスペースが必要となる。いずれにせよ、多段伸線は多くのコストがかかり、最も大きな課題であるコストの低減を達成できないことは明白である。
【００２０】
更に、上記特許文献２では、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃｕの添加で結晶粒径を整えることにより、ボンディング強度のバラツキが小さくなり、安定した接合強度が得られるとしている。しかしながら、Ａｌリボンの結晶粒径を整えても表面には酸化膜は存在しているため、接合性を下げる一番の原因である酸化膜の除去効果は全く期待できず、従って接合強度向上の効果は小さいと言わざるを得ない。
【００２１】
加えて、上記特許文献２の実施例等には、Ａｌ合金のリボン材を２００〜４００℃で熱処理することが記載されている。熱処理条件に関する詳しい記載はないが、例えターボ分子ポンプを用いた超高真空炉による熱処理であったとしても、還元性の強いＡｌの酸化膜を増加させないことは不可能である。例えば２００℃以上に加熱すれば、Ａｌリボンの酸化膜はどんなに薄くとも数〜１０ｎｍ、部分的に見れば数１０ｎｍ以上の酸化膜が形成されていると考えられる。このような厚い酸化膜が形成されている場合、結晶粒径がいかに揃っていようとも、接合強度向上の効果がほとんど現れないことは明確であり、接合強度向上には第一に酸化膜を薄くするための対策を行う必要があると言える。
【００２２】
更に、上記特許文献２の方法によれば、多段伸線した後ロール圧延することによって断面が円形状のものを板状に変形させるわけであるから、幅方向で塑性変形量が大きく異なり、残留応力が大きくなって強度が出なかったり、クラックの発生や断線により収率が低下したり、結晶粒径が幅方向で大きく異なって接合強度のバラツキの原因になったりしてしまう。このようなＡｌリボン材では、安定性があり且つ十分な強度を有する接合は不可能であり、しかも製造時の収率も悪いことから、コスト面においても非常に不利になってしまう。
【００２３】
本発明は、このような従来のボンディング用Ａｌリボンにおける課題を解決するためになされたものであり、高い接合強度を有し、クラック等が発生し難く、安定したボンディングが可能であると共に、特にコスト低減の強い要請に対応し得る安価なＡｌリボンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するため、本発明が提供するボンディング用Ａｌリボンは、Ａｌ合金を１段で伸線した後、圧延してリボン状に加工したボンディング用のＡｌリボンであって、合計で８００ｐｐｍ以下のＮｉ、Ｓｉ及びＰから選ばれた少なくとも１種と、残部のＡｌ及び不可避不純物とからなり、平均結晶粒径が２〜２５０μｍ、表面粗さＲａが２.５μｍ以下、及び酸化膜の厚さが５ｎｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、高い接合強度を有し、曲率の小さいループでもクラック等が発生し難く、安定したボンディングが可能なだけでなく、安価なＡｌリボンを提供することができる。従って、本発明のボンディング用Ａｌリボンは、近年におけるコスト低減の強い要請に十分対応することができ、車載用など一般的な製品にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】接合強度試験においてＡｌリボンをＮｉメッキＣｕ基板にボンディングした状態を模式的に示す図面であって、（ａ）は断面図及び（ｂ）は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明によるボンディング用Ａｌリボンは、その組成において、Ａｌを主成分とし、Ｎｉ、Ｓｉ及びＰから選ばれた少なくとも１種を合計で８００ｐｐｍ以下含有することを必須の条件とする。また、本発明のＡｌリボンの好ましい態様として、合計で８００ｐｐｍ以下のＮｉ、Ｓｉ及びＰから選ばれた少なくとも１種と、残部のＡｌ及び不可避不純物とからなるＡｌリボンがある。以下に、本発明のＡｌリボンにおける必須の元素について説明する。
【００２８】
＜Ａｌ＞
Ａｌは本発明のＡｌリボンの主成分である。Ａｌは電気伝導性に優れ且つ非常に軽いため、配線材料として極めて優れている。しかし、Ａｌのみではボンディング性、接合性及び耐候性などにおいて実用上十分とは言い難く、このため本発明では以下に述べるＮｉ、Ｓｉ及びＰの少なくとも１種を含有させることが必要である。
【００２９】
＜Ｎｉ、Ｓｉ＞
ＮｉとＳｉは似たような効果を有し、その最も大きな効果はＡｌより劣る還元性にある。即ち、ＮｉとＳｉはＡｌより酸化され難いため、Ａｌリボンに含有させることでＡｌリボン自体が酸化され難くなり、酸化膜の形成防止に役立つ。また、ＮｉとＳｉはＡｌに比べて酸などとの反応性が低いため、耐腐食性の向上にも寄与する。
【００３０】
既に述べたように接合部の酸化膜が接合性を落とす大きな原因となっているため、これらＮｉ又はＳｉを含有することによる酸化防止の効果は大きい。実際にボンディング時には発熱して酸化が進行し易い状況になるが、本発明のＡｌリボンでは上記したＮｉやＳｉによる酸化防止効果が発揮され、且つ接合後の耐腐食性も向上することによって、高い信頼性を有する接合が可能となる。
【００３１】
ＮｉとＳｉの２番目の効果は、Ａｌリボンの結晶組織の制御にある。これらの元素を適量含有させることにより結晶粒径や形状を制御でき、強度及び伸びのバラツキが少ないＡｌリボンを製造することが可能となる。具体的には、ＮｉやＳｉの添加量を増やすことにより、Ａｌリボンの結晶粒径を小さくすることができ、また結晶の形状や大きさを均一化することができる。尚、Ａｌリボンの結晶の形状や大きさは、Ａｌ合金の鋳造温度やアニール条件でも制御することができる。
【００３２】
Ａｌリボンへの特性要求はユーザーにより様々であり、例えば、Ａｌリボンが硬すぎる場合、ボンディング時にループ状に曲げた際の反発力が強くなり、特に接合面の酸化膜にバラツキがあると均一な接合が難しくなるため、場合によっては接合できなくなる。逆にループ性に注目して柔らかい材料とした場合には、リボン切断面にバリが発生したり、切り滓が多く発生して異物混入したりする問題を引き起こす可能性が高くなる。そのため、ユーザー各々のニーズに対応して接合強度、伸び、ループ性やそれらのバラツキなどを調整する必要があり、その場合にＮｉとＳｉのいずれか１種以上を添加含有させ、結晶粒径等を制御することが有効である。
【００３３】
＜Ｐ＞
一般に金属は、特殊な場合を除き、表面が酸化膜で覆われている。Ａｌのような酸化しやすい金属は当然酸化膜で覆われており、熱間圧延されたり熱処理を施されたりした場合には、条件によっては厚さが数１０ｎｍ以上の酸化膜になってしまうことがある。基板の外部引き出し端子などはＣｕであったり、その接合面はＮｉメッキされていたりするが、その表面にも同様に酸化膜を有していることに違いはない。従って、この酸化膜や洗浄不足による残留油等を破って、Ａｌリボンを安定した接合強度で接合することは容易ではない。
【００３４】
この酸化膜に関する問題を解決するために、大きな役割を果たすのが添加元素のＰである。即ち、Ｐを含有するＡｌリボンは、接合時にＰの持つ強い還元性により接合面を還元するため、酸素等の不純物が無い状態での接合が可能となり、接合強度を格段に向上させることができる。しかも、Ｐは接合面を還元した後、気体の酸化物となって飛散してしまうため、接合面に残留して問題を起こすことがなく、この点においてもＰは非常に優れた添加元素と言える。
【００３５】
上記したＰの効果は、洗浄不足によりＡｌリボン表面や接合面に残っている残留油等の不純物に対しても得られると考えられる。即ち、Ｐによる還元作用は不純物の成分に依存するが、Ｐで還元できない酸化物は稀であり、ほとんどの元素が還元される。しかも、還元後にＰが酸化物となって飛散する際には、油等の不純物もいっしょに飛散させる作用がある。このように、Ｐを含有するＡｌリボンは、接合性において非常に優れた性能を発揮することができる。
【００３６】
本発明のボンディング用Ａｌリボンにおいて、添加元素である上記Ｎｉ、Ｓｉ及びＰの含有量は合計で８００ｐｐｍ以下とする。その理由は、Ｎｉ、Ｓｉ及びＰの含有量が合計で８００ｐｐｍを超えると、これらの元素が偏析して強度の低下やばらつきの原因になるからである。また、Ａｌリボン表面付近でのＮｉ、Ｓｉ及びＰの存在割合が多くなり、特にＮｉとＰは金属との結合力が小さいため、Ａｌリボンのような固相と固相を結合させる場合には接合強度が低下する原因となる。
【００３７】
尚、上記添加元素のうちのＮｉを含有するとき、その含有量は１ｐｐｍ以上１５０ｐｐｍ以下であることが好ましい。Ｎｉの含有量を１〜１５０ｐｐｍの範囲とすることにより、Ｎｉによる酸化抑制効果が低下することなく維持され、同様に耐腐食性も維持される。しかも、Ｎｉを１５０ｐｐｍを超えて含有させた場合よりもＮｉが均一に分布し易く、より一層均一な品質のＡｌリボンを得ることができる。
【００３８】
本発明のボンディング用Ａｌリボンは、上記した組成を有することと共に、平均結晶粒径が２〜２５０μｍであり、表面粗さＲａが２.３μｍ以下であって、酸化膜の厚さが５ｎｍ以下であることを必須の条件とする。これら本発明のＡｌリボンが必須の条件とする平均結晶粒径、表面粗さ及び酸化膜の厚さについて、以下に詳しく説明する。
【００３９】
＜平均結晶粒径＞
平均結晶粒径を２〜２５０μｍの範囲とする理由は、Ａｌリボンの強度や伸び率等を適正な値にするためである。即ち、添加元素等によって結晶粒径や形状を制御することで強度や伸びが適正な値となり、且つバラツキが少ないリボンを製造することが可能となる。Ａｌリボンへの特性要求はユーザーにより様々であるが、それぞれ個別に合わせ込む必要があり、よって結晶粒径や形状の制御を行うことは必要であり且つ重要なことである。
【００４０】
例えば、Ａｌリボンが硬すぎる場合には、ボンディングの際やループ状に曲げた際に反発力が強くなり、特に接合面の酸化膜にバラツキがあったりすると均一な接合ができず、場合によっては接合できなかったりする。逆にループ性に注目して柔らかい材料とした場合には、リボン切断面にバリが発生したり、切り滓が多く発生して異物混入の原因となる等の問題を引き起こす可能性が高くなる。このようなことが起きないように、接合強度や伸び、ループの反発力やそれらのバラツキなどを調整する必要があり、その調整のために結晶粒径や形状の制御は重要なことである。
【００４１】
＜表面粗さ＞
Ａｌリボンの表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を２.５μｍ以下とする理由は、Ｒａが２.５μｍを超えると接合の際に実質的に接合している面積が小さくなってしまい、接合強度が低くなったり、ばらつきが大きくなったりしてしまうためである。表面粗さＲａを２.５μｍ以下に調整することによって安定して高い接合強度の接合が可能となり、更に１.０μｍ以下であればより一層良好な接合が可能となるため特に好ましい。
【００４２】
＜酸化膜の厚さ＞
一般的に基板の接合面とＡｌリボンとの間に酸化膜が存在すると、金属同士が直接接触することができず、接合強度が低下してしまう。この酸化膜を破るために超音波の振動エネルギーによってボンディングするが、それでも酸化膜の厚さが５ｎｍを超えると良好な接合ができなくなってしまう。そのため、Ａｌリボンの酸化膜の厚さを５ｎｍ以下とする必要があり、酸化膜の厚さが３ｎｍ以下であれば一層良好な接合が可能になるため好ましい。
【００４３】
更に、本発明のボンディング用Ａｌリボンは、Ａｌ合金を１段で伸線した後、圧延してリボン状に加工することで製造されたものである。このように１段のみで伸線した後、圧延してリボン状に加工することによって、接合性に優れたＡｌリボンを安価に製造することが可能となる。
【００４４】
即ち、１段で伸線することによって、多段で伸線するよりも作業工数が減り、使用する治具等のコストも軽減することができる。しかし、伸線を１段のみとするためには、高い伸線技術を必要とする。例えば、伸線の過程において、減面率が高くてもクラックが発生し難く、伸線速度が速くても断線せず且つ表面キズが少なく、線径が一定に伸線でき、伸線時の発熱が小さくなるようにしなければならない。これらの諸点を実現するためには、Ａｌ合金の組成や結晶粒の状態、酸化膜の厚さや表面粗さの状態等を十分に把握したうえで、各々のＡｌ合金の伸線に適した条件に調整して伸線を行うことが非常に重要である。
【００４５】
例えば、表面粗さが大きいＡｌ合金の場合は、ダイスと伸線速度に十分注意を払う必要がある。つまり、表面が荒れていることでダイスに引っ掛かり易く、そのため詰まりや表面キズが発生しやすくなることから、抵抗が少なく且つ摩耗し難いダイスを用いることが重要である。このようなダイスの孔部の材質は、超鋼材よりもダイヤモンドが好ましく、また天然ダイヤよりも品質が均一な人工ダイヤの方が好ましい。また、Ａｌ合金の表面が荒れている場合には、伸線速度が速いと引っ掛かった際に蛇行しやすくなり、その結果として長さ方向で塑性加工の程度が異なったり、キズが多くなったりするため、伸線速度を遅くすることが望ましい。
【００４６】
また、添加元素を多めに含有するＡｌ合金は硬くなる傾向があるため、伸線速度を遅くし、ダイスにはテーパーダイスを用いることが好ましい。伸線速度を遅くすることによって、ダイス部（Ａｌ合金が変形する部分）の力が高くなりすぎず、伸線方向に均一な品質のＡｌワイヤが得られやすくなり、そして、テーパーダイスを用いることによって、ダイス先端部のみ応力が高くなり、硬いものでも加工しやすくなるからである。
【００４７】
次に、本発明のボンディング用Ａｌリボンの製造方法、即ち、Ａｌ合金を１段で伸線した後、圧延してリボン状に加工する方法について、一例を挙げて具体的に説明する。尚、伸線の原材料となるＡｌ合金については、上記した本発明に必須の組成を満たしていれば、その製造方法等は特に限定されない。
【００４８】
まず、原料の金属粉末として、純度９９.９９５質量％以上のＡｌと、純度の高い添加元素、例えば純度９９.９５質量％以上のＮｉ、Ｓｉ、Ｐを準備する。これらのＡｌと添加元素を、不活性ガス中において溶解した後、鋳型に鋳込むことにより又は連続鋳造機によってＡｌ合金を製造する。例えば、高周波溶解式の連続鋳造炉を用いて溶解鋳造すると、多量に安定した品質の合金を作れるため好ましいため、連続鋳造法を例にとって以下に詳しく説明する。
【００４９】
各原料の金属粉末を目標組成に合わせ所定量秤量し、溶解用グラファイト坩堝に投入する。グラファイト坩堝の底付近の側面には横穴が開いており、ここにＡｌ合金のダミー材（目標組成のＡｌ合金）を詰めて蓋の役割をさせる。Ｐを添加する場合は、溶解時に蒸気として飛んでしまいやすいため、目標組成より１０〜３０％程度多めに入れるとよい。
【００５０】
原料粉末の入ったグラファイト坩堝を高周波溶解方式の連続鋳造炉にセットして、窒素ガスなどの不活性ガスを原料１ｋｇあたり０.５〜２ｌ／分程度の流量で流す。ガスを流した状態で連続鋳造炉の電源を入れ、昇温速度の設定値を２〜４℃／秒として自動で昇温する。その後、自動運転で融点よりも８０〜２００℃程度高い温度で保持して、各原料が溶けた後、溶け残りや偏析がないように撹拌翼を挿入して撹拌する。原料が十分に混ざったことを確認した後、坩堝の底付近の横穴から一定速度でゆっくり原料を引き出して、所定の直径の棒状（ワイヤ状）のＡｌ合金を製造する。
【００５１】
次に、上記連続鋳造により得られたワイヤ状のＡｌ合金を、湿式伸線機などの伸線機を用いて１段で伸線する。伸線機は隣り合う２つのキャプスタンからなる構成を有し、キャプスタン間に配置されたダイス孔を通過することにより、所望の線径のＡｌ合金線が得られる。ダイスには円形のもの又は長方形などの異形状のものを用いてよく、キャプスタンはコーン形状でも又は円筒形状でもよい。ダイス中心部に配置される孔部の素材は、超鋼材、人工ダイヤ又は天然ダイヤを用いてよく、孔の形状は円形が一般的に用いられる。
【００５２】
また、伸線時に用いる潤滑剤としては、鉱物油、植物油、若しくは、これらの混合油などを用いることができ、必要に応じて希釈をしてもよい。潤滑油にキャプスタンが浸る没式伸線、あるいはダイス孔入り口付近に潤滑剤を噴霧又は滴下する方法を用いることができ、ダイス減面率や生産性を考慮して上記いずれかの方法を選択すればよい。
【００５３】
本発明において上記Ａｌ合金の伸線は１段で行う。１段で伸線することによってコストを低減でき、更には高品質のＡｌリボンを得ることができる。１段での伸線に際しては、Ａｌ合金の連続鋳造後の合金径から所望する断面積を考慮して伸線を行う。更に、Ａｌ合金の結晶粒径や表面粗さ等も考慮して、テーパーダイスやフラットダイスなどダイス形状を選定すると共に潤滑油などを選定し、伸線速度などにも十分注意して１段で伸線する。
【００５４】
上記１段の伸線で得られたワイヤ形状のＡｌ合金を、温間圧延あるいは冷間圧延などでリボン状に圧延することによって、本発明のＡｌリボンを製造することができる。以下に、Ａｌ合金を圧延する方法について、冷間圧延を例に詳しく説明する。
【００５５】
上記ワイヤ形状のＡｌ合金を４段の冷間ロール圧延機にセットし、所望の寸法形状に圧延する。伸線されたＡｌ合金の断面積から所望する厚み及び幅となるように圧延の圧下量を決定し、好ましくは１段で圧延するが、２段以上で圧延してもよい。１段で圧延すればコストの低減になるため好ましいが、２段以上とすれば仕上げ圧延がより高い精度でできるため、品質を優先する場合には２段以上で圧延することが望ましい。尚、２段以上で圧延する場合は、最終圧延となる仕上げ圧延の圧下量はごくわずかとすることが好ましい。このように仕上げ圧延を行うと表面がより一層きれいになり、具体的には表面粗さが小さくなるなどの利点がある。
【００５６】
圧延は潤滑油を供給しながら行うことによって、キズの発生が少なく且つ厚みが一定となり、更には蛇行等も発生し難くなる。潤滑油としては、Ａｌ専用圧延油のほか、鉱物油、植物油などを用いることができる。特に洗浄後に残留し難い潤滑油、例えば、ヤシ油、ゴマ油、アマニ油、オリーブ油、大豆油、菜種油などの動植物油、灯油や軽油など石油類等が好ましい。また、粘度や潤滑性を調整する目的で、これらの潤滑油をブレンドすることも有効である。
【００５７】
圧延の終了後、得られたＡｌリボン表面に付着残留している潤滑油を除去するために、自動洗浄機で有機溶剤を用いて洗浄する。使用する有機溶剤は、潤滑油を溶解しやすく、潤滑油がＡｌリボンの表面に残り難いものが好ましい。例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、メチルエチルケトン、アセトン、塩化メチレン、ベンゼン、トルエンなどが挙げられる。特にメチルアルコールは潤滑油をよく溶解するうえ、揮発性が高く、潤滑油や溶剤がＡｌリボンに残り難いため好ましい。
【００５８】
潤滑油を洗浄除去した後、Ａｌリボンの幅を調整するために、必要に応じてスリット加工を施してしもよい。スリット加工の際に、柔らかいＡｌリボンの場合はバリが出易くなるため、十分手入れの行き届いたきれいに切断できるスリッターを使用する必要がある。
【００５９】
更に、圧延中又は圧延後のＡｌリボンが硬かったり、柔軟性が不足気味であったりする場合には、熱処理あるいは熱間圧延を行ってもよい。熱処理や熱間圧延を行うことにより、目的にあった柔軟性や加工性を有するＡｌリボンとすることが可能である。ただし、熱処理等を行う際には、熱処理温度や酸素濃度等に十分注意を払う必要がある。その理由は、熱処理温度を上げすぎたり、酸素濃度が高すぎたりすると、Ａｌリボン表面の酸化膜が厚くなり、条件によっては接合が不可能な数１０ｎｍ以上の厚みになってしまうからである。
【００６０】
尚、伸線あるいは圧延の前後若しくは途中においてアニールを行ってよい。このアニールは金属組織の制御によって強度や伸び率等を調整することを目的としており、アニール温度は５０〜４００℃程度がよく、特に１２０〜３８０℃の範囲であると効果が大きいため好ましい。
【実施例】
【００６１】
原料として純度９９.９９５質量％以上のＡｌと、純度９９.９５質量％以上のＮｉ、Ｓｉ、Ｐを準備し、高周波溶解式の連続鋳造炉を用いて以下の手順で溶解鋳造した。まず、各原料を目標組成に合わせて所定量秤量し、溶解用グラファイト坩堝に投入した。原料の入ったグラファイト坩堝を高周波溶解方式の連続鋳造炉にセットし、不活性ガスを原料１ｋｇあたり約０.８ｌ／分の流量で流した。不活性ガスを流した状態で連続鋳造炉の電源を入れ、昇温速度の設定値を３℃／秒として自動で昇温した。
【００６２】
その後、自動運転で約８５０℃を保持する状態にし、各原料が溶けた後、溶け残りや偏析がないように撹拌翼を挿入して撹拌した。原料が十分に混ざったことを確認した後、坩堝の底付近の横穴から一定速度でゆっくり溶融原料を引き出して、直径４.０ｍｍの棒状（ワイヤ状）の伸線用Ａｌ合金を得た。
【００６３】
上記各原料の投入量のみを変えて上記の作業を繰り返すことにより、組成の異なる試料１〜３２の各伸線用Ａｌ合金を製造した。これら試料１〜３２の各Ａｌ合金の組成を、ＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ  Ｓ−８１００）を用いて分析した。得られた分析結果を下記表１に示す。
【００６４】
【表１】
2015037111.tif 000003
【００６５】
次に、上記試料１〜３２の各伸線用Ａｌ合金を、下記のごとく伸線機で断面の直径が０.８ｍｍのワイヤ状に伸線した後、圧延して厚さ０.１９ｍｍのＡｌリボンを製造した。得られた各Ａｌリボンについて、下記に示す方法により平均結晶粒径、表面粗さＲａ、酸化膜の厚さを測定すると共に、外観検査（クラック、バリ等の検査）を行い、ボンディング後の接合強度及び伸び率を測定した。
【００６６】
以下に、上記した伸線及び圧延加工について詳述すると共に、得られた各試料のＡｌリボンの平均結晶粒径、表面粗さＲａ及び酸化膜の厚さの測定方法と各評価について詳しく説明する。
【００６７】
＜伸線及び圧延加工＞
上記表１に示す試料１〜３２の各Ａｌ合金（直径４ｍｍ×長さ２０ｍ）を以下のように伸線した。その際、試料１〜１６の各Ａｌ合金は伸線機にて直径０.８ｍｍのテーパーダイスを用いて１段で伸線した。一方、試料１７〜３２の各Ａｌ合金は、比較例として直径２.０ｍｍと直径０.８ｍｍのテーパーダイスを用いて２段で伸線を行った。
【００６８】
上記伸線加工においては、鉱物油と植物油を重量比で１：２.５の割合で混ぜた潤滑油を準備し、この潤滑油をかけたＡｌ合金を伸線機にセットし、ダイスに通して巻取ロールに治具で固定した後、自動運転によって一定速度で引っ張りながら伸線した。伸線時にはダイスにワイヤ状のＡｌ合金が引っ掛かったり、キズ等が入ったりしないように、適量の潤滑油を適宜供給しながら伸線した。
【００６９】
尚、２段伸線の場合は、直径２.０ｍｍに伸線した後、ダイスを直径０.８ｍｍに交換して伸線を行った。ダイス交換の際には、まず固定された直径２.０ｍｍのダイス及びキャプスタンの潤滑油をウェスできれいに拭き取り、工具を用いてダイスを取り外した後、更に異物等が装置内部や周辺部、ワイヤが通る付近等に無いようにきれいに掃除し、直径０.８ｍｍのダイスを取り付けて、以降は上記と同様に伸線を行った。
【００７０】
上記の伸線加工が終了した後、試料１〜３２の全てについて、１段で厚さ８０μｍに圧延することによりリボン形状に加工してＡｌリボンを製造した。圧延の際には、キズ等が入らないように潤滑油をかけながら圧延を行い、酸化が進行しないように冷間圧延とした。
【００７１】
上記のごとく試料１〜３２の全てについて１段又は２段の伸線と圧延を行ってそれぞれＡｌリボンを製造した後、得られた各試料のＡｌリボン毎に平均結晶粒径、表面粗さＲａ及び酸化膜の厚さを調整するため、電気炉でのアニールと研磨紙での研磨を行った。尚、試料１のＡｌ合金については、アニールと研磨の条件を変えることにより、平均結晶粒径、表面粗さＲａ及び酸化膜の厚さの異なる試料１ａ〜１ｊの各Ａｌリボンを得た。
【００７２】
上記平均結晶粒径、表面粗さＲａ及び酸化膜の厚さの調整について具体的に説明する。まず、平均結晶粒径の調整は電気炉でアニールを行って制御した。特に試料１ｂ〜１ｄ及び試料２０〜２２については、注意を払い目標とする平均結晶粒径になるようにアニールを行った。具体的には、各試料のＡｌリボンを真空引きできる密閉性のバッチ式電気炉に入れ、温度１２０〜３５０℃でアニールした。アニール時間は目標温度に達してから３０分とした。
【００７３】
表面粗さＲａの調整は研磨紙で研磨することによって行った。特に試料１ｅ〜１ｇ及び試料２３〜２５については、注意を払い目標とする表面粗さになるように研磨した。具体的には、＃２２０〜＃５０００の研磨紙を用いて、狙いの表面粗さＲａに合わせて研磨を行った。
【００７４】
酸化膜の厚さはアニール時の雰囲気によって調整した。特に試料１ｈ〜１ｊ、試料２６〜２８については、注意を払い目標とする酸化膜の厚さとなるように雰囲気を調整してアニールを行った。具体的には、アニール時に、各試料のＡｌリボンを電気炉に入れて真空引きを行った後、目標の酸化膜の厚さとなるように純窒素ガスと純酸素ガスを混合して流しながらアニールを行った。
【００７５】
＜平均結晶粒径の測定＞
各試料のＡｌリボンを２％硝酸と５％弗酸を用いてエッチング処理した後、マイクロスコープ（キーエンス社製、型式：ＶＨＸ−９００）を用いて観察し、任意に２０個の結晶粒径を測定した。その際、結晶は必ずしも球状ではなく、ほとんどのものは多角形や複雑な形状をしているが、結晶粒の最も長い径と最も短い径の平均値を結晶粒径とし、２０個の結晶粒径の平均値を求めて平均結晶粒径とした。
【００７６】
＜表面粗さＲａの測定＞
表面粗さＲａの測定は、表面粗さ測定装置（東京精密株式会社製、型式：サーフコム４７０Ａ）を用いて行った。各試料のＡｌリボンについて、圧延方向及び圧延方向と直角の方向に各３点ずつ表面粗さＲａを測定し、得られた計６点の平均値を求めて表面粗さＲａとした。
【００７７】
＜酸化膜の厚さの測定＞
酸化膜の厚さの測定は、電界放射型オージェ電子分光装置（ＵＬＶＡＣ−ＰＨＩ製、型式：ＳＡＭ−４３００）を用いて行った。各試料のＡｌリボンについて、酸化膜の厚さを任意に３点測定し、得られた３点の平均値を求めて酸化膜の厚さとした。
【００７８】
本発明によるＡｌリボンについて、各試料の平均結晶粒径、表面粗さＲａ及び酸化膜の厚さを、各試料の伸線段数と共に、下記表２−１に示す。また、比較例である各試料の平均結晶粒径、表面粗さＲａ及び酸化膜の厚さを、各試料の伸線段数と共に、下記表２−２に示す。
【００７９】
【表２−１】
2015037111.tif 000004
【００８０】
【表２−２】
2015037111.tif 000005
【００８１】
上記した各試料のＡｌリボンについて、外観検査によりクラックやバリの有無を調べると共に、ボンディング後の接合強度及び伸び率を測定した。外観検査の方法、接合強度及び伸び率の測定方法と各評価について以下に詳しく説明する。
【００８２】
＜外観検査（クラック・バリの有無の検査）＞
各試料のＡｌリボンについて、外観検査によりクラックやバリの有無を調べた。外観検査は、まず何も用いずに目視で行い、目視での判断が難しい場合に光学顕微鏡（株式会社キーエンス製、型式：ＶＨＸ−９００）を用いて検査した。Ａｌリボン１０ｍ当りにクラックやバリが無かった場合を「○」、１〜３個あった場合を「△」、４個以上あった場合を「×」と評価した。
【００８３】
＜接合強度＞
各試料のＡｌリボンについて、接合強度を確認するためボンディングを行った後、その接合部のシェア試験を行った。即ち、図１に示すように、Ｎｉメッキ４を施したＣｕ基板３にＡｌリボン１を押し当てて加圧し、超音波振動を８５ｍｓ加えて接続した。尚、半導体素子にＡｌリボンを接合した試料ではシェア試験機にセットできず、精度の高い評価ができないためＮｉメッキＣｕ基板を用いた。このようにして作製した試料（Ａｌリボンが接続されたＣｕ基板）をシェア試験機に固定し、Ａｌリボン１を冶具に引っかけて接合部２が剥がれるときの接合強度を測定した。尚、接合強度の評価は、試料１ａを１００％として各試料の相対評価を行った。
【００８４】
＜伸び率＞
各試料のＡｌリボンについて、ループ性や柔らかさの指標として伸び率を測定した。Ａｌリボンを１００ｍｍの長さに切断し、引張試験機（Ａ＆Ｄ株式会社製、型式：ＲＴＧ−１２４０）を用いて伸び率を測定した。各試料５点のＡｌリボンを準備して伸び率を測定し、計５点の平均値を求めて伸び率とした。尚、伸び率の評価は、試料１ａを１００％として各試料の相対評価を行った。
【００８５】
更に、本発明及び比較例の各試料について、上記のごとく伸線用Ａｌ合金を伸線した後、圧延してＡｌリボンを得るまでの作業時間を測定した。得られた作業時間は、試料１ａを１００％として相対評価を行った。その結果を、各試料の外観検査結果、接合強度及び伸び率と共に、下記表３−１及び表３−２に示す。
【００８６】
【表３−１】
2015037111.tif 000006
【００８７】
【表３−２】
2015037111.tif 000007
【００８８】
上記表３−１及び表３−２の結果から分かるように、本発明による試料１ａ〜１ｊ及び試料２〜１６の各Ａｌリボンは、各評価項目において良好な結果を示している。即ち、本発明による全ての試料において、作業時間は比較例の試料に比べ短く、外観検査ではクラックやバリは確認されず、接合強度も相対評価で全て１００％を超えており、伸び率についても相対評価で全て１００％を超える結果となった。
【００８９】
本発明の全ての試料において作業時間が短かった理由は、１段で伸線したことが最も大きな要因である。また、クラックやバリが発生しなかった理由は、柔らかすぎず且つ脆くもなく、適度な硬さと延性を有する材料であると共に、伸線において異形状のダイスを用いて比較的平坦なワイヤとした後に圧延しているためと考えられる。更に、接合強度及び伸び率が高い理由も、上記のとおりクラックやバリがないことや、平均結晶粒径、表面粗さＲａ、酸化膜の厚さが本発明の要件を満たしているためと考えられる。尚、本発明による全ての試料で、圧延の際に蛇行したり、反りが発生したり、シワが発生したりすることがなく、圧延作業を容易に行うことができ、効率的にＡｌリボンを製造することができた。
【００９０】
一方、比較例の試料１７〜３２の各Ａｌリボンは、少なくともいずれかの評価項目において好ましくない結果となった。具体的には、作業時間は相対評価で全て１５０％を超え、長い作業時間がコスト上昇の要因となっている。また、試料２０〜３２は、いずれも接合強度と伸び率が相対評価で６５％以下と極めて悪い結果となった。
【符号の説明】
【００９１】
１      Ａｌリボン
２      接続部
３      Ｃｕ基板
４      Ｎｉメッキ
【図１】
2015037111.tif 000008