(57)【要約】【課題】半導体を用いた各種装置等に内蔵される電子部品と基板とを接合する際に使用される接合強度に優れ、安定したボンディング性を有し、且つ、均一な品質であるボンディング用のＡｌリボンおよびＡｌワイヤなどのアルミニウム配線材を提供する。【解決手段】Ｎｉ、ＳｉおよびＰのうちのいずれか１種類以上を合わせて８００ｐｐｍ以下含有し、残部が不可避的に含まれる元素を除いてＡｌから構成され、且つ平均結晶粒径が３μｍ以上１８０μｍ以下であり、且つ表面粗さ（Ｒａ）が２μｍ以下であり、且つ表面の酸化膜の厚さが５ｎｍ以下であり、且つ表面処理剤により表面処理されていることを特徴とするボンディング用アルミニウム配線材。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ、ＳｉおよびＰのうちのいずれか１種類以上を合わせて８００ｐｐｍ以下含有し、残部が不可避的に含まれる元素を除いてＡｌから構成され、且つ平均結晶粒径が３μｍ以上１８０μｍ以下であり、且つ表面粗さ（Ｒａ）が２μｍ以下であり、且つ表面の酸化膜の厚さが５ｎｍ以下であり、且つ表面処理剤により表面処理されていることを特徴とするボンディング用アルミニウム配線材。
【請求項２】
前記表面処理剤がステアリン酸またはステアリン酸塩であることを特徴とする請求項１に記載のボンディング用アルミニウム配線材。
【請求項３】
前記ステアリン酸塩の塩が、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｓｎ、Ｓｒ、およびＺｎのうちのいずれかであることを特徴とする請求項２に記載のボンディング用アルミニウム配線材。
【請求項４】
前記表面処理剤がリン酸または／およびリン酸水素塩であることを特徴とする請求項１に記載のボンディング用アルミニウム配線材。
【請求項５】
前記リン酸水素塩の塩が、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｓｎ、Ｓｒ、およびＺｎのうちのいずれかであることを特徴とする請求項４に記載のボンディング用アルミニウム配線材。
【請求項６】
前記表面処理剤がリン酸エステルまたは／およびリン酸エステル塩であることを特徴とする請求項１に記載のボンディング用アルミニウム配線材。
【請求項７】
表面処理剤がタンニン酸であることを特徴とする請求項１に記載のボンディング用アルミニウム配線材。
【請求項８】
前記表面処理剤がオレイン酸であることを特徴とする請求項１に記載のボンディング用アルミニウム配線材。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のボンディング用アルミニウム配線材を用いて半導体素子が接合されていることを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リードフレームを用いた半導体装置等の製造に用いられるボンディング用アルミニウム配線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体を用いた電子部品において、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）と半導体素子が搭載された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などのワイヤやリボン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、超音波の振動エネルギーによって、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】
このような用途に用いられるＡｌリボンやＡｌワイヤ（本発明では、これらを「アルミニウム配線材」と称している。）について以下のような技術が開示されている。
特許文献１として示す特開２００７−１９４２７０号公報には、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およびこれを用いたボンディング方法が開示されている。これにより、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、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、複数の凸部の頂部の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り、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している。
【０００４】
また、特許文献２として示す特許第４２１２６４１号公報には、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５〜２００μｍであり、かつ、この極薄テープの表面は、表面粗さがＲz≦２μｍの鏡面仕上げがされているものが開示されている。これにより、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としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
以上、述べたように超音波ボンディング用のアルミニウム配線材については色々な技術が公開され、また実用化もされてきている。しかし、次のような課題もあり、市場拡大の足枷となっている。
【０００７】
まず、アルミニウム配線材はボンディングする際、酸化膜が厚かったり、製造工程の洗浄不足により油分が残っていたりすると接合性を大きく低下させたり、接合強度がばらついたりしてしまう。また、酸化膜や油などの不純物の問題に加え、Ａｌのリボンやワイヤが硬すぎる場合などは、リボンをループ状に接合する際、その反発力が大きくなり接合性を低下させたりして問題となることがある。さらには曲率の小さいループを作れば作るほどアルミニウム配線材に加わるせん断応力や引張応力、圧縮応力が高くなりクラックが入り易くなってしまったり、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う。
【０００８】
さらに、Ａｌは酸化しやすかったり、アルカリに対しては激しく腐食が進行したりするため、耐酸化性の向上や耐食性の向上も欠かすことができない重要なことである。
【０００９】
加えて、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、この技術自体が生き残れない状況である。一般的に半導体分野では年率で数％程度の値下げは当たり前であり、場合によっては１０％以上もよくある話である。Ａｌリボンもこのような状況に置かれており低コスト化はアルミニウム配線材市場拡大に欠かすことができない重要な要素である。
【００１０】
以上よりアルミニウム配線材の解決すべき課題は、表面性が良好であり、ばらつきが少なく安定した高い接合強度を得ること、また、曲率の小さいループでもクラック等が発生しないこと、そして、低コストであることなどが挙げられる。これらを満たすことにより、アルミニウム配線材はさらに工業的に重要な製品となり得るのである。
【００１１】
ところで、特許文献１に示されるボンディングリボンは、凸部を接合側面に備えさせ安定した接合強度を実現させるようにしている。このようにすることによって、凸部は接合時の圧着力やエネルギーが集中し、酸化膜等を破り易くなり単位面積当りの強度は向上すると考えられる。しかし、接合面積は小さくなるため、凸部の部分的な強度ではなく、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においては逆に強度が低下したり、リボンの断面積が小さくなってワイヤの接合強度を下げてしまうことが推測される。
【００１２】
さらに、凸部を有していることにより接合の際、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、応力集中が起きやすくなってしまう。そして、この応力集中の位置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おそれがある。
【００１３】
また、特許文献２に示される超音波ボンディング用アルミニウムリボンは、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃｕ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、安定した接合強度が得られるとしている。しかし、結晶粒径を整えても酸化膜は存在しており、接合性を下げる一番の原因である酸化膜除去の効果は全く有しておらず、これによっての接合強度向上効果は小さいと言わざるを得ない。
【００１４】
さらに、この特許文献２の実施例等ではアルミリボン材を２００〜４００℃の熱処理をするとの記載がある。熱処理条件に関する詳しい記載はないが、例えば、ターボ分子ポンプを用いた超高真空炉を用いた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り、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。
【００１５】
このような厚い酸化膜が形成されていては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などの対策を行う必要があると言える。
【００１６】
さらに多段伸線後、ロール圧延すると断面が円状のものが板状に変形させられるわけであるから、高さ方向と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り強度がでなかったり、端部にクラックが発生し、収率が低下したり、断線したり、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に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に優れ強度を十分に有する接合は不可能であり、且つ製造上の収率も悪いことからコスト面でもかなり不利になってしまうと考えられる。
【００１７】
以上よりアルミニウム配線材の解決すべき課題は、高品質であり、ばらつきが少なく安定した高い接合強度を得ること、曲率の小さいループでもクラック等が発生しないこと、そして、低コストであること、さらには高い耐食性、耐候性などが挙げられる。これらを満たすことにより、Ａｌリボンはさらに工業的に重要な製品となり得る。
【００１８】
本発明は、この様な問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高品質であり、高い接合強度を有し、耐候性、耐食性に優れ、安定したボンディングが可能であり、且つ、生産性がよく、よって安価なボンディング用アルミニウム配線材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
そこで上記の目的を達成するために、本発明のボンディング用アルミニウム配線材はＮｉ、ＳｉおよびＰのうちのいずれか１種類以上を合わせて８００ｐｐｍ以下含有し、残部が不可避的に含まれる元素を除いてＡｌから構成され、且つ平均結晶粒径が３μｍ以上１８０μｍ以下であり、且つ表面粗さ（Ｒａ）が２μｍ以下であり、且つ表面の酸化膜の厚さが５ｎｍ以下であり、且つ表面処理剤により表面処理されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明のボンディング用アルミニウム配線材は、前記表面処理剤がステアリン酸またはステアリン酸塩であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明のボンディング用アルミニウム配線材は、前記ステアリン酸塩の塩が、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｓｎ、Ｓｒ、およびＺｎのうちのいずれかであることが好ましい。
【００２２】
また、本発明のボンディング用アルミニウム配線材は、前記表面処理剤がリン酸または／およびリン酸水素塩であることが好ましい。
【００２３】
また、本発明のボンディング用アルミニウム配線材は、前記リン酸水素塩の塩が、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｓｎ、Ｓｒ、およびＺｎのうちのいずれかであることが好ましい。
【００２４】
また、本発明のボンディング用アルミニウム配線材は、前記表面処理剤がリン酸エステルまたは／およびリン酸エステル塩であることが好ましい。
【００２５】
また、本発明のボンディング用アルミニウム配線材は、表面処理剤がタンニン酸であることが好ましい。
【００２６】
また、本発明のボンディング用アルミニウム配線材は、前記表面処理剤がオレイン酸であることが好ましい。
【００２７】
あるいは、本発明の電子部品は、上記のいずれかに記載のボンディング用アルミニウム配線材を用いて半導体素子が接合されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ＡｌワイヤをＮｉメッキＣｕ基板にボンディングした状態を示す模式的に示した平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明のボンディング用アルミニウム配線材について説明する。本発明のＡｌリボン、およびＡｌワイヤは、Ｎｉ、ＳｉおよびＰのうち１種以上を合わせて８００ｐｐｍ以下含有しており、残部が不可避的に含まれる元素を除いてＡｌから構成され、且つ平均結晶粒径が３μｍ以上１８０μｍ以下であり、且つ表面粗さが２μｍ以下であり、且つ酸化膜の厚さが５ｎｍ以下であり、且つ表面処理剤によって表面処理されていることを特徴としている。
【００３０】
＜各元素＞
本発明に必須な元素、および、必要に応じて含有させる元素について、以下、説明する。
【００３１】
＜Ａｌ＞
Ａｌは本発明のアルミニウム配線材の主成分である。Ａｌは電気伝導性に優れ、かつ、非常に軽く、配線材として非常に優れる。このため、配線材料として一般的に使用されている。しかし、Ａｌのみではボンディング性、接合性、および耐候性など実用上、十分とは言い難く、このため、各種元素を含有させることなどが必要となってくる。
【００３２】
＜Ｎｉ、Ｓｉ＞
本発明のアルミニウム配線材はＮｉ、ＳｉおよびＰのうちのいずれか１種以上を合わせて８００ｐｐｍ以下含有していることを必須条件とする。ＮｉとＳｉは似たよう効果を有するため、まず、この２元素について説明する。
【００３３】
Ｎｉ、Ｓｉの最も大きな効果は、Ａｌより劣る還元性にある。すなわち、Ｎｉ、ＳｉはＡｌより酸化され難いため、アルミニウム配線材に含有させるとアルミニウム配線材自体が酸化しづらくなり、酸化防止に役立つのである。さらにはＮｉ、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。すでに述べてき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、これらの元素を含有する効果は大きく、実際にボンディングの際は発熱し酸化が進行し易くなるわけであるから、ますます酸化防止効果が発揮され、かつ、接合後の耐腐食性も向上して、高い信頼性を有する接合が可能となるわけである。
【００３４】
Ｎｉ、Ｓｉの二番目の効果はアルミニウム配線材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、伸びのバラツキが少ない配線材を製造することが可能となるのである。アルミニウム配線材への特性要求はユーザーによりさまざまであり、個別に合わせ込む必要がある。例えば、アルミニウム配線材が硬すぎる場合、ボンディング時、ループ状に曲げた際、反発力が強く、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はできず、場合によっては接合できなかったりしてしまう。逆にループ性ばかりに注目して柔らかい材料とした場合には配線材の切断面にバリが発生したり、切りカスが多く発生して異物混入してしまうなどの問題を引き起こす可能性が高くなる。このため、ユーザー各々のニーズに対応するため、接合強度、伸び、そしてループやそれらのバラツキなどを調整する必要があり、このためにＮｉ、Ｓｉのいずれか１種以上を含有させ、結晶粒径等を制御することが有効なのである。
【００３５】
＜Ｐ＞
本発明のアルミニウム配線材はＮｉ、ＳｉおよびＰのうちのいずれか１種以上を合わせて８００ｐｐｍ以下含有していることを必須条件としているが、次にＰを含有させる効果について説明する。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のような酸化し易い金属は当然酸化膜で覆われており、熱間圧延されたり、熱処理を施したりした場合は条件によっては数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しているが、同様に酸化膜を有していることに違いはない。そして、この酸化膜や、洗浄不足による残留油等を破って安定した接合強度を得ることは容易ではない。
【００３６】
この問題を解決するために大きな役割を果たすのがＰである。Ｐを含有したアルミニウム配線材は接合時、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接合でき、接合強度を格段に向上させることができる。Ｐは接合面を還元後、気体の酸化物となり飛んでいくため、接合面に残留して問題を起こすことが無く、この点においても非常に優れた元素と言える。油等の不純物についてもＰの効果はあると推測される。当然、不純物の成分に依存するわけだが、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でき、さらには還元後、気化する際に不純物もいっしょに飛ばす効果もあると考えられる。以上の効果によりＰを含有したＡｌ配線材は非常に優れた性能を発揮するのである。
【００３７】
＜平均粒径・表面粗さ・酸化膜＞
本発明のアルミニウム配線材は平均結晶粒径が３μｍ以上１８０μｍ以下であり、且つ平均表面粗さＲａが２μｍ以下であり、且つ酸化膜の厚さが５ｎｍ以下であることを必須条件とする。
平均粒径が３μｍ以上１８０μｍ以下でなければならない理由は、アルミニウム配線材の強度や伸び率等を適正な値にするためである。すなわち、添加元素等によって結晶粒径や形状を制御することによって、強度、伸びが適正な値となり、且つ、バラツキが少ない配線材を製造することが可能となるのである。アルミニウム配線材への特性要求はユーザーによりさまざまであり、個別に合わせ込む必要があり、よって、結晶粒径や形状制御を行うことは必要であり、且つ、重要なことである。
【００３８】
例えば、アルミニウム配線材が硬すぎる場合、ボンディング時、ループ状に曲げた際、反発力が強く、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はできず、場合によっては接合できなかったりしてしまう。逆にループ性ばかりに注目して柔らかい材料とした場合には配線材の切断面にバリが発生したり、切りカスが多く発生して異物混入してしまうなど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ユーザー各々のニーズに対応するため、接合強度、伸び、そしてループやそれらのバラツキなどを調整する必要であり、結晶粒径や形状制御は重要なことなのである。
【００３９】
本発明のアルミニウム配線材の平均粒径は３μｍ以上１８０μｍ以下でなければならず、２μｍ未満では柔らかすぎて、製造時にバリの発生率が高くなり収率が下がったり、ボンディングした際にループが撓んだりしてしまう。一方、１８０μｍを超えてしまうとリボンが硬くなりすぎてボンディング時に反発力が強くてボンディングできなかったり、製造時に加工しづらかったり、きれいに巻取れなかったりしてしまう。
【００４０】
平均表面粗さＲａが２μｍ以下でなければならない理由は、平均表面粗さが２μｍを超えてしまうと接合の際、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。例えば、表面粗さが３．６μｍのＡｌリボンと表面粗さが０．８μｍのＡｌリボンをボンディングした際の接合強度を比較すると、表面粗さが３．６μｍのアルミニウム配線材の接合強度は０．８μｍのものに比較して接合強度が４０％程度であった。２μｍ以下であれば、安定して高い接合強度の接合が可能となり、さらに１．０μｍであればより一層、良好な接合が可能となり好ましい。
【００４１】
酸化膜の厚さが５ｎｍ以下でなければならない理由は、基板の接合面とアルミニウム配線材の間に接合される金属以外のものがあると、金属同士が直接接することができず、接合強度が低下してしまうためである。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訳であるが、それでも酸化膜が５ｎｍを超えてしまうと良好な接合ができなくなってしまう。例えば、酸化膜の厚さが６．０ｎｍのＡｌリボンを５０本ボンディングしたが、そのうち１８本は接合できず、残りの３２本も部分的にしか接合できておらず、明らかに接合強度が低い結果であった。なお、酸化膜の厚さが３ｎｍ以下であれば、より一層良好な接合が可能になり好ましい。
【００４２】
＜伸線方法・圧延方法＞
本発明のアルミニウム配線材の製造方法はとくに限定されないが、表面処理を行う必要がある。例えば、Ａｌワイヤの場合は伸線で製造してよく、Ａｌリボンの場合は圧延のみ、または伸線後に圧延を行い製造してよい。
【００４３】
本発明のボンディング用アルミニウム配線材に用いるＡｌを主成分とする原料は、本発明の請求範囲内の組成を満たしていれば、製造方法等とくに限定されない。例えば、Ａｌおよび、各添加元素を不活性ガス中、高周波溶解後、鋳型に鋳込んでよい。または連続鋳造機によって製造してもよい。このようにして準備したＡｌ合金を伸線や圧延してワイヤまたはリボン形状とするのであるが、以下、Ａｌワイヤの製造方法の一例を具体的に説明する。
【００４４】
まず、原料として純度９９．９９５質量％以上のＡｌ、そして純度の高い添加すべき元素を準備する。例えば純度９９．９５質量％以上のＮｉ、Ｓｉ、Ｐを準備する。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、溶解、鋳造方法としては好ましく、連続鋳造法の例について説明する。各原料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。Ｐなどを添加する場合は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。
【００４５】
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０．５〜２（Ｌ／分）程度流す。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℃高い温度で保持する状態にして、各原料が溶けた後、各元素の溶け残りや偏析がないように攪拌翼を挿入して攪拌する。原料が十分に混ざったことを確認した後、るつぼ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所定の径の棒状（ワイヤ状）のＡｌ合金を製造する。
【００４６】
鋳造されたアルミ合金の素材は湿式伸線機を用いて伸線する。伸線機は、コーン式または円筒形の隣り合う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が得られるようになっている。伸線時に用いる潤滑剤は鉱物油、植物油などを用いてキャプスタンが浸る没式伸線、またはダイス孔入り口付近に潤滑剤を噴霧または滴下する方法としてよく、ダイス減面率や生産性を考慮し方法を選択する事が可能であり、必要に応じて希釈をしてもよい。ダイス中心部に配置される孔部の素材は、超鋼材や人工また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。ダイスは孔が円形のものを使用し、最終形状を考慮し、２段以上の伸線を行う。
【００４７】
Ａｌ合金の連続鋳造後の合金径から所望する異形状の断面積を考慮し、円形ダイスで伸線を行う。クラック等が入らないように圧下量に注意しながら伸線を行う。伸線は潤滑油をかけながら行うのが一般的であり、このようにするとキズが少なく、厚みが一定となり、さらには蛇行等も発生しづらくなる。伸線時、潤滑油の噴霧量等を設定し、伸線機の電源を入れ自動伸線する。この際、圧下率が高すぎるとリボンにクラックが発生したり、欠けたりするため、注意をしながら欠陥等がでない速度に調整しながら伸線する必要がある。潤滑油にはＡｌ専用伸線油はもちろん、鉱物油、植物油など用いることができる。とくに洗浄後、残留しづらい潤滑油が好ましい。例えば、ヤシ油、ゴマ油、アマニ油、オリーブ油、大豆油、菜種油などの植物油、灯油、軽油など石油類等が挙げられる。さらに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。
【００４８】
その後、油を除去するため、洗浄をする。製造したＡｌワイヤを洗浄機にセットする。伸線後、潤滑油を除去するため、自動洗浄機で有機溶剤を用いて洗浄する。有機溶剤は潤滑油を溶解しやすく、潤滑油がワイヤ材に残りづらいものが好ましい。たとえば、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。とく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、潤滑油や溶剤がワイヤに残りづらいため好ましい。
【００４９】
＜表面処理方法＞
表面処理の方法はとくに限定されない。例えば、Ａｌリボンに表面処理する場合は圧延時に表面処理剤を使って圧延してよく、または、圧延時に潤滑油を使う場合は潤滑剤を除去した後に表面処理を行ってよい。さらには表面処理は加工時に潤滑油の代わりとして表面処理剤を用いてもよい。ステアリン酸などは潤滑剤として機能する。Ａｌワイヤに表面処理をする場合は押出されたワイヤをそのまま表面処理剤を満たした漕に浸して表面処理し巻き取ってよく、または、ワイヤを製造後に巻き取られたワイヤを表面処理装置で表面処理してよい。
【００５０】
一例としてＡｌリボンの表面処理について述べる。熱間圧延または／および冷間圧延によって製造したＡｌリボンを準備した。この際、圧延時の潤滑剤はイソプロピルアルコールを用いて自動洗浄機で超音波をかけながら洗浄した。潤滑剤を十分に落とさず潤滑剤が残留してしまうと表面処理剤が十分にＡｌリボンに付かず、効果が半減してしまうためにきれいに洗浄する必要がある。
【００５１】
表面処理剤は、ステアリン酸または／およびステアリン酸塩であってよく、ステアリン酸塩の塩はＡｌ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｓｎ、Ｓｒ、およびＺｎのうちのいずれかであってよい。また表面処理剤は、リン酸または／およびリン酸水素塩であってもよく、リン酸水素塩の塩はＡｌ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｓｎ、Ｓｒ、およびＺｎうちのいずれかであってよい。また表面処理剤は、リン酸エステルまたは／およびリン酸エステル塩であってもよく、あるいはタンニン酸やオレイン酸であってもよい。
【００５２】
ステアリン酸、ステアリン酸塩はアルミニウム配線材表面に主にマイナスにイオン化されたＯＨ基が結合し、（Ｈ−Ｃ−Ｈ）ｎが表面を覆い、ダイスや圧延ロールの金属面との結合力を下げ、よってアルミニウム配線材との摩擦抵抗を下げ、引っ掛かることなどがなくなって表面を滑らかにすることができきる。さらにステアリン酸やステアリン酸塩を洗浄除去してもよいが、このまま残留させることにより接合性を向上させることができる。すなわち、ステアリン酸やステアリン酸塩はＨ、Ｃを主成分としており、さらには接合時の瞬間的な熱エネルギーよって容易に分解し接合面等に存在する酸素と結合し、よって、酸化物のない状態で接合が可能性となり、接合強度が向上したり、バラつきの少ない安定した接合が可能となる。
【００５３】
リン酸、リン酸水素塩は耐候性向上に大きな効果を発揮する。すなわち、リン酸、リン酸塩は各種鋼板等の表面処理に用いられているが、これは主に耐候性、耐食性の向上を目的としている。本発明においてもこれと同じ効果が期待できる。すなわち、リン酸、リン酸塩はアルミニウム配線材と反応し、表面に安定した塩が形成され、コーティングされるのである。リン酸は金属と反応すると非常に粘性が高くなるとともに金属との結合力が増し、定性的な説明をするとベタついた状態となりきれいに拭き取ることは困難である。このことが長期的に耐候性、耐食性を持続させる要因となる。
【００５４】
リン酸エステル、リン酸エステル塩はリン酸と同様な効果が期待できるが、エステルがある分、ステアリン酸の潤滑性向上効果とリン酸の耐候性、耐食性向上効果を併せ持つ。
【００５５】
タンニン酸、オレイン酸は酸として表面の酸化膜を除去する効果を主に有する。
【００５６】
目的に応じてこれらの表面処理剤を使い分ければよく、または混合して使ってよい。また、伸線、圧延の前後、または途中においてアニールを行ってよい。これは金属組織の制御によって強度、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、１２０〜３８０℃であるとさらにその効果が大きく好ましい。
【実施例】
【００５７】
＜実施例１＞：Ａｌワイヤに関する実施例について示す。
以下、具体的な実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。
【００５８】
原料として純度９９．９９５質量％以上のＡｌ、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次のような手順で溶解鋳造した。
まず、各原料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した。次に、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０．８（Ｌ／分）流した。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。その後、自動運転で約８５０℃を保持する状態にして、各原料が溶けた後、各元素の溶け残りや偏析がないように攪拌翼を挿入して攪拌した。原料が十分に混ざったことを確認した後、るつぼ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φ５ｍｍの棒状（ワイヤ状）のＡｌ合金を得た。各原料の投入量だけ変えて以上の作業を繰り返し、試料１〜５４の伸線用Ａｌ合金を準備した。これら試料１〜５４の押出用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。その分析結果を下記の表１に示す。
【００５９】
【表１】
2016152316.tif 000003
（注）表中の※を付した試料は比較例である。
【００６０】
次に、上記試料１〜５４の各押出用Ａｌ合金について、下記のごとく伸線機で断面がφ０．４ｍｍの円形状のワイヤに加工した。そして、作製した試料１〜５４のワイヤについて、平均粒径、平均表面粗さ、酸化膜の厚さを測定した。さらに外観検査（クラック、バリ等の検査）、ボンディング後の接合強度の評価、伸び率の評価を行った。
以下、伸線、圧延加工について詳述するとともに、平均粒径、平均表面粗さ、酸化膜の厚さの測定方法、さらには外観検査、ボンディング後の接合強度の評価、伸び率についての各評価についても詳しく説明する。
【００６１】
＜Ａｌワイヤの伸線加工＞
表１に示す試料１〜５４の各伸線用Ａｌ合金（φ５ｍｍ×長さ２０ｍ）を以下のように伸線した。伸線機にφ２．０ｍｍのダイス、潤滑油をかけた試料をセットし、ダイスを通した試料を治具で固定し、一定速度でもって自動で引っ張りながら伸線した。ダイスにワイヤ状の試料が引っ掛かったり、キズ等が入らないように適量の潤滑油を適宜供給しながら伸線した。φ２．０ｍｍに伸線後、φ１．５ｍｍ、φ０．７ｍｍ、φ０．４ｍｍまで同様の方法で伸線した。
【００６２】
その後、上記試料１〜５４を自動洗浄機にセットし、洗浄した。洗浄液にはイソプロピルアルコールを用いた。洗浄後、常温で真空で乾燥した。
次に表面処理剤を用いて表面処理を行った。
【００６３】
＜Ａｌワイヤの表面処理＞
上記のように製造したＡｌワイヤを表面処理装置で表２に示す表面処理剤を用いて表面処理した。表面処理装置には表面処理剤を満たした槽があり、その槽にＡｌワイヤを一定速度で送り出し、超音波をかけながら表面処理し、その後、温風で乾燥し、スプールに巻き取った。Ａｌワイヤが槽内で表面処理剤に浸っている時間は３０〜１８０秒とした。超音波をかけながらの状態であればこの処理時間で十分に表面処理できることを確認した。
【００６４】
＜平均粒径の測定＞
平均粒径の測定は以下のように行った。まず試料を２％硝酸と５％弗酸を用いてエッチング処理を行った。その後、マイクロスコープ（キーエンス株式会社製、型式：ＲＴＧ−１２１０）を用いて任意に２０個の結晶粒径を測定した。結晶粒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、粒の最も長い径と最も短い径の平均値を平均粒径と定義した。
【００６５】
＜平均表面粗さの測定＞
平均表面粗さの測定は、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。準備したＡｌワイヤを圧延方向、そして圧延方向と直角の方向に各３点ずつ平均表面粗さを測定し、計６点の平均値をその試料の平均表面粗さとした。
【００６６】
＜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。準備したＡｌワイヤについて、酸化膜の厚さを任意に３点測定し、３点の平均をその試料の酸化膜の厚さとした。
用いた表面処理剤、結晶粒径、平均表面粗さ、そして酸化膜の厚さを表２に示す。
【００６７】
【表２】
2016152316.tif 000004
（注）表中の※を付した試料は比較例である。
【００６８】
＜外観検査（クラック・バリの有無の検査）＞
以上のように製造した試料１〜５４のＡｌワイヤについて、クラックやバリが無いか外観検査を行った。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  ＶＨＸ−９００）を用いて検査した。Ａｌワイヤ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個以上の場合を「×」と評価した。
【００６９】
＜接合強度試験＞
接合強度を確認するため図１と図２に示すようなＡｌワイヤ１をＮｉメッキ４をしたＣｕ基板３にボンディングした試験基板を作成し、ボンディングを行った後、その接合部３のシェア試験を行った。まず、Ｎｉメッキ４を施したＣｕ基板３に上記Ａｌワイヤ１を押し当て加圧し、その後、超音波振動を８５（ｍｓ）加え、接合部２で接続した。なお、半導体素子にＡｌワイヤ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ワイヤを冶具に引っかけ接合強度を測定した。試料４５〜５４の接合強度の平均値を１００（％）として、各試料の相対評価を行った。接合強度試験の模式図を図１と図２に示す。ＡｌワイヤまたはリボンをＮｉメッキＣｕ基板にボンディングした状態を示す模式図である。
【００７０】
＜伸び率＞
ループ性や柔らかさの指標として伸び率を測定した。製造したワイヤ状の各試料を１００ｍｍの長さに切断し、引張試験機（株式会社Ａ＆Ｄ製、型式：ＲＴＧ−１２１０）を用いて伸び率を測定した。各試料５点のワイヤを準備して、伸び率を測定し、計５点の平均をその試料の伸び率とした。試料４５〜５４の伸び率の平均値を１００（％）として、各試料の相対評価を行った。
【００７１】
＜耐候性の評価＞
耐候性、腐食性、および酸化性を調べるため、８５℃―８５％ＲＨ−１０００時間の耐候性試験を行った。１５ｃｍに切断したワイヤを各試料３本ずつ準備し、上記の条件で耐候性試験を行った。その後、光学顕微鏡（株式会社  キーエンス製  ＶＨＸ−９００）を用いて、表面を検査し、錆び、腐食、膨れ、過度な酸化（表面の光沢が全くなくなり白くなった状態）が無かった場合を「○」、１〜３個あった場合を「△」、４個以上の場合を「×」と評価した。外観検査、接合強度、伸び率、および耐候性の評価結果を表３に示す。
【００７２】
【表３】
2016152316.tif 000005
（注）表中の※を付した試料は比較例である。
【００７３】
上記表３から分かるように、本発明の要件を満たしている試料１〜３７のＡｌワイヤは各評価項目において良好な結果を示している。つまり、全ての試料において、外観検査ではクラックやバリは確認されず、引張強度も全て相対比較で１５０（％）を超えており、伸び率についても相対比較で全て１３５％を超える結果となった。本発明の請求範囲に入っている試料１〜３７について、クラックやバリが発生しなかった理由は柔らかすぎず、脆くもなく適度な硬さと延性を有する材料であるともに、表面処理剤によって伸線時に表面の摩擦抵抗が小さくなり均一な応力で伸線できたためだと考えられる。接合強度や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、結晶粒径、表面平均粗さ、酸化膜の厚さが本発明の要件を満たしているためだと考えられる。さらに耐候性の評価おいても良好な結果が得られている。このように錆び等が一切発生せず、良好な耐候性が得られた理由は表面処理剤が表面をコーティングしており、各表面処理剤の保護作用が発揮されたためである。そして、試料１〜３７は伸線の際、ダイスにワイヤが引っ掛かったり巻き乱れたりすることなく、伸線作業が容易にかつ短時間で行うことができ、効率的な製造ができた。
【００７４】
一方、本発明の要件を満たしていない比較例の試料３８〜５４のＡｌワイヤは、少なくともいずれかの特性において好ましくない結果となった。具体的には、全ての試料において外観検査では１個以上のクラックやバリが確認され、接合強度、伸び率は１１０（％）以下である。クラックやバリが多く発生した理由は、結晶粒径、表面粗さや酸化膜の厚さが適切な範囲になかったためであったり、表面処理剤を使用しなかったためであると考えられる。なお、表面処理剤を使用しなかった試料は耐候性の評価において、錆び等が多発し非常に悪い結果となった。
【００７５】
＜実施例２＞：Ａｌリボンに関する実施例について示す。
実施例１と同様の方法で表４に示す試料５５〜１０８のＡｌ合金を製造した。ただし、るつぼの底付近の横穴からの引き出し部の形状を長方形とした。具体的には得られる各試料の合金は幅２０ｍｍ×厚み５ｍｍとなるものを用いた。
【００７６】
【表４】
2016152316.tif 000006
（注）表中の※を付した試料は比較例である。
【００７７】
得られた合金を圧延機を用いてリボン形状にした。圧延はクラック等は入らないように潤滑油を供給しながら行った。その後、圧延時に合金のカスやほこりが付着している可能性があるためイソプロピルアルコールを用いて自動洗浄機で洗浄し、さらに常温で真空乾燥を行った。そして、表面処理剤を用いて実施例１と同様に表面処理を行った。さらに目的の結晶粒径、表面粗さ、酸化膜の厚さにするため、アニールしたり、研磨紙によって研磨したりした。用いた表面処理剤、結晶粒径、平均表面粗さ、そして酸化膜の厚さを表５に示す。
【００７８】
【表５】
2016152316.tif 000007
（注）表中の※を付した試料は比較例である。
【００７９】
このようにして、試料５５〜１０８のリボンを作製した。
実施例１と同様に外観検査、接合強度試験、伸び率測定、および耐候性評価を行った。その評価結果を表６に示す。なお接合強度、伸び率はそれぞれ試料１０１〜１０８の平均値を１００％として相対評価した。
【００８０】
【表６】
2016152316.tif 000008
（注）表中の※を付した試料は比較例である。
【００８１】
上記表６から分かるように、本発明の要件を満たしている試料５５〜９１の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。つまり、全ての試料において、外観検査ではクラックやバリは確認されず、引張強度も全て相対比較で１５０（％）を超えており、伸び率についても相対比較で全て１３５％を超える結果となった。本発明の請求範囲に入っている試料５５〜９１について、クラックやバリが発生しなかった理由は柔らかすぎず、脆くもなく適度な硬さと延性を有する材料であるとともに、表面処理剤によって伸線時に表面の摩擦抵抗が小さくなり均一な応力で伸線できたためだと考えられる。接合強度や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、結晶粒径、表面平均粗さ、酸化膜の厚さが本発明の要件を満たしているためだと考えられる。さらに耐候性の評価おいても良好な結果が得られている。このように錆び等が一切発生せず、良好な耐候性が得られた理由は表面処理剤が表面をコーティングしており、各表面処理剤の保護作用が発揮されたためである。
【００８２】
一方、本発明の要件を満たしていない比較例の試料９２〜１０８のＡｌリボンは、少なくともいずれかの特性において好ましくない結果となった。具体的には、全ての試料において外観検査では１個以上のクラックやバリが確認され、接合強度、伸び率は１１２（％）以下である。クラックやバリが多く発生した理由は、結晶粒径、表面粗さや酸化膜の厚さが適切な範囲になかったためであったり、表面処理剤を使用しなかったためであると考えられる。なお、表面処理剤を使用しなかった試料は耐候性の評価において、錆び等が多発し非常に悪い結果となった。
【符号の説明】
【００８３】
１・・・Ａｌリボン（Ａｌワイヤ）
２・・・接合部
３・・・Ｃｕ基板
４・・・Ｎｉメッキ
【図１】
2016152316.tif 000009
【図２】
2016152316.tif 000010