[发明专利]超声波焊接用铝带

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝带，其用于在电子部件及半导体封装内，通过超声波焊接将半导体元件和基板侧引线部进行连接。

背景技术

在半导体装置的制造中，为了将设于半导体芯片上的连接电极(焊接区)和设于半导体封装中的外部引出用端子(引线)进行电连接，广泛使用截面为大致矩形的带状的导电体(以下，称为“带”)的焊接方法。

该方法应用了利用铝的导电性引线的超声波引线焊接方法，通过在铝带上施加负荷及超声波振动，将自然形成于铝带表面的1纳米(nm)左右的氧化膜破坏，使铝(Al)等的金属原子露出表面，使铝(Al)或镍(Ni)等的焊接区与铝带的界面处产生塑性流动，而使互相密合的新生面逐渐增加，同时使原子间键合而进行接合。

该实用的铝带迄今为止一直是用普通的超薄带的加工方法按如下制造。

第一方法是通过例如旋转切割机那样的切断装置或冲压机械，将由预先被辊轧成薄板状的铝合金构成的薄板材切割成规定的宽度和长度，再将由该切出的铝合金构成的薄板材进一步轧制加工成薄带状，最终成型为规定形状的铝带。

第二方法是通过纵切剪加工或冲压机械等，将辊轧至最终超薄的带状态的铝合金构成的带状基材(宽度与厚度的比为25左右)的两端边缘部去除，成型为最终的规定宽度形状的铝带。

但是，在上述超薄带的加工方法中，由于一般在轧制加工时使用机油，因此，检测极限以下的油膜不均匀地分布在铝带上并残留，将铝带作为超声波焊接带使用时的焊接条件变得不稳定。因此，虽然也尝试了通过化学腐蚀对焊接带的表面进行酸洗，但当进行化学腐蚀时，在焊接带的表面会产生由腐蚀引起的微观的凹凸，由于该凹凸，超声波焊接时的焊接条件变得不稳定。

另外，由包含添加元素及剩余部分为铝的、纯度99质量％以上的铝合金构成的铝带，与超声波焊接的一般纯度99.99质量％的铝(Al)板相比较硬，因此，在轧制前的加工途中容易产生夹层(被リ)等材料缺陷。因此，在铝带的切割面或剪切面上容易出现凸角及毛刺，其残留在带端面上，在焊接时挂在导向装置及工具上，或变成薄片状而附着在轧辊表面上，在焊接带的表面产生凹凸。因此，虽然将铝带保持为轧制加工阶段的硬质状态进行超声波焊接，但在焊接时需要大量能量，具有焊接条件变得不稳定，并且接合强度低的缺点。

焊接条件如上所述变得不稳定，到目前为止认为是如下的原因。即，可以认为这是由于焊接区及焊接带的表面在微观上都是不平坦的，铝氧化物的1纳米(nm)左右的膜在微观上也不能说是均匀的，所以在焊接的初期，焊接带在与焊接区接触的部分的位置、大小并不恒定而造成的。

因此，要想使焊接带的焊接条件稳定，得到稳定的焊接强度(接合强度)，考虑了各种形状的焊接带(参照专利文献1、专利文献2)。

例如，在专利文献1中，公开了在外形上“形成为大致板状的电流路径部件”。另外，记载了“连接带的形状也可以如前述的大致板形状、或大致带形状那样，其俯视为长方形以外的形状。例如，可以为椭圆形状、偏平椭圆形状(长圆形状、椭圆形状)、梯形等。另外，可以应用这些各种形状，或者也可以适当组合使用”。但是，就专利文献1所述的连接带而言，由于连接部设定为平面状，在焊接初期接触的微观部分的位置、大小并不恒定，因此，这不是特别解决接合强度不稳定这样的焊接条件的不稳定性的方案。

另一方面，在专利文献2中，公开了其外形上的特征为“在接合侧的一个面具备顶部位于大致同一平面上的多个凸部”的焊接带。可认为这是通过减小多个凸部的顶部面积，带和接受带的物体的摩擦容易产生，可容易地破坏表面形成的氧化膜。认为在该方法中，由于使初期的塑性流动容易产生，用比较小的负荷及超声波能量，能够实现确保比接合面平坦的带更稳定的接合强度。

但是，在用于通过超声波焊接连接半导体器件的铝带的情况下，以1秒钟1～数个的比率自动地进行超声波焊接，这需要几万次都在相同条件下进行接合。如专利文献2所公开的焊接带那样，即使形成与被接合面接触的多个凸部的顶部，当一处被焊接并破坏微观上的部分的氧化膜而开始塑性流动时，整体的焊接条件的平衡破坏，不能几万次都在相同条件下进行接合。

这样，使焊接带的外形的形状改变的以往做法，几万次都在相同条件下对微观部分的同一处进行接合是困难的，得不到接合强度高且稳定的焊接。

不过，在使用上述焊接带的超声波焊接中，当要从第一点向第二点画出线弧而进行接合时，在形成线弧时产生经镜面精加工的铝带断裂这样的不良现象。本现象虽然是限定为线弧高度非常高、或线弧长度非常长的情况等的现象，但在各种线弧形状多样化发展的最近，成为应解决的问题之一。