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公開番号2025063794
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-16
出願番号2023184302
出願日2023-10-04
発明の名称超音波接合
出願人個人
代理人
主分類H01L 21/607 20060101AFI20250409BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】超音波接合について、現状では接合箇所に用いるエネルギー源は、超音波、圧力および、加熱である。
【解決手段】超音波接合をするときに、超音波接合する部材の接合箇所へ電流を流す方法を提供する。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
超音波接合するときに、超音波接合する部材の接合箇所へ電流を流す方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、部材の超音波接合方法に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
［非特許文献１］の図２．１の（ｂ）のＴＥＭ観察像に、金属のＡｕとＡｕを常温で接触すると、表面原子拡散で接合する格子像が示されている。金属のＡｕは、高温で溶融しなくても常温で原子的な接合ができることが記載されている。
また、力が加わると原子の動きとともに自由電子も動くため、自由電子が原子間の接着剤となり、原子間の結合は切れることなく変形する延性を持つことが記載されている。
【０００３】
［非特許文献２］の第２８図、第２９図、第３０図、第３１図に、超音波を印加するチップと、チップに荷重を加えるアンビルの間でワイヤを接合する装置にて、熱電対を用いて温度測定をした結果のグラフが示されている。
チップに加える荷重を大きくすると、印加する超音波の振幅（出力）が抑制され、チップとアンビルの間の温度上昇が抑制されることが記載されている。
このことより、超音波に加えて、荷重を加える方法を用いると、超音波接合する箇所の温度上昇（エネルギー）は抑制され、印加する超音波の効果は低下することが推定される。
【０００４】
［非特許文献３］の図８に、Ａｕとアルミニウムの超音波接合箇所の断面観察像が示されている。
Ａｕとアルミニウムの接合は金属間化合物にて進行するため、金属間化合物層を形成するための活性化エネルギーとして１５０～２００℃で加熱することが記載されている。
しかし、金属間化合物層により接合部の強度は向上するが、図９には金属間化合物層が厚くなりすぎるとせん断方向の強度が低下することが示されている。
なお、加熱は半導体チップ全体を加熱するため、半導体チップ上に形成された集積回路のトランジスタや、張り巡らされた配線も同じく加熱されるため、熱ダメージを与える可能性が推定される。
【０００５】
［非特許文献４］の、「３．複線ワイヤと基板の超音波接合」の図７のＥＢＳＤ装置による結晶方位解析で、超音波接合の後では、ほとんどの領域で結晶粒は＜１１０＞方向を向いており，せん断集合組織が生成していることが確認されたことが記載されている。
また、「４．その場観察実験」の項目に、超音波接合中に多数のナノ粒子が生成し、複数回の超音波の印加により，それらが集積し微細粒領域が形成され、また、ナノ結晶が重ねた２つのＡｌ薄片試料の間を動き回る様子が確認されたことが記載されている。
【０００６】
［非特許文献５］の、図１にて、６０６１アルミニウム合金と３０４ステンレス鋼の接合界面近傍の結晶方位マップが記載されている。
結晶方位マップは電流が流れる方向に対して、平行となる断面を観察している。
また、アルミニウム合金および、アルミニウム合金とＳＵＳ３０４鋼の接触領域の断面観察による結晶方位マップより得られた｛１１１｝極点図が記載されており、接合界面近傍の極点図にて、極中心部で強度が高くなっている、すなわち、ｆｃｃ（面心立方格子）金属のせん断帯において観察される分布になっていることが記載されている。
｛１１１｝極点図から、すべり面である結晶粒の｛１１１｝面が接合面に対して平行になっていることを示唆していることが記載されている。
【０００７】
［非特許文献６］の、「１．３．１ワイヤボンディングプロセス（ウェッジ、ボール）」の項目に、超音波を用い無い「熱圧着法」すなわち、加熱と加圧のみで接合する方法が記載されている。
超音波を用い無い「熱圧着法」の場合は、高温状態（３００℃）で接合するため、チップおよび、チップマウント部、その他半導体材料を壊してしまう可能性があることが記載されている。
また、「熱圧着法」では無く、Ａ．Ｃｏｕｃｏｕｌａｓによる超音波接合と熱圧着を組み合わせた接合方法、「超音波熱圧着法」（ＨｏｔＷｏｒｋＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＢｏｎｄｉｎｇ、１９７０年）を用いると、接合温度は１２５～２２０℃に低温化できることが記載されている。
【０００８】
［非特許文献７］の、「ＩＩＩＩ．実験結果および考察」の項目の、「１．接合部におけるボイド生成」のＦｉｇ．３に、ＡｕとＡｌの異種金属を超音波接合するときに、Ａｌパッドの表面に酸化膜があると、接合が良好で無くなることが示されている。
なお、おなじ「ＩＩＩＩ．実験結果および考察」の項目の、「１．接合部におけるボイド生成」に、Ａｌ表面に形成された自然酸化膜あるいは熱酸化膜が、ボール部接合時の荷重変形および超音波印加により破壊され，Ａｌの新生面が露出されることにより、良好な金属接合を得ることができることも記載されている。
【０００９】
［非特許文献８］の、「７－１強力超音波の発生」に、圧電セラミックスに交流の電圧を印加して超音波を発生する方法が記載されている。
また、「７－４超音波溶接」の、「７－４－１超音波溶接装置の基本構成」の図７・１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、に、超音波溶接装置の構成が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
公益法人日本金属学会日本金属学会会報「まてりあ」第５７巻、第１０号（２０１８年）、「拡散接合その２、金属を接合するには、接合装置、接合面積の増加過程、接合面の被膜の挙動」ＷＥＬＬＢＯＮＤ代表（東京理科大学客員教授）大橋修
一般社団法人生産技術振興協会大阪大学生産技術振興会季刊誌「生産と技術」Ｖｏｌ．１４、Ｎｏ．８（１９６２年）、「超音波接合法について」大阪大学溶接工学科工学博士新成夫
エレクトロニクス実装学会誌Ｖｏｌ．５、Ｎｏ４（２００２年）．、材料基礎講座、第５回「半導体デバイスにおけるワイヤボンディング技術」秋田県立大学システム科学技術学部電子情報システム学科大貫仁
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｕｒｆａｃｅＡｎａｌｙｓｉｓ、Ｖｌ．２８、Ｎｏ．２（２０２２年）、「超音波接合界面の微細組織」茨城大学大学院理工学研究科量子線科学専攻岩本知広
第２１回青葉工学研究奨励賞、「金属材料の超音波接合における接合機能の解明」東北大学大学院工学研究科材料システム工学専攻助教藤井啓道
大阪大学大学院博士学位論文（２０２２年１月）、「大電流パワーモジュールのための高信頼超音波接合技術の研究」大阪大学大学院工学研究科環境エネルギー工学専攻川城史義
日本金属学会誌第６３巻第７号（１９９９年）、「Ａｌ／Ａｕ接合における金属間化合物成長とボイド生成」新日本製鐵株式会社先端技術研究所宇野智裕、巽宏平
電子情報通信学会「知識ベース」（２０１４年）１郡－１０編－７章「７－１強力超音波の発生」中村健太郎（２０１０年９月）、「７－４超音波溶接」渡辺裕二（２００９年７月）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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