特許ウォッチ

公開番号2025108597
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-23
出願番号2025067311,2024536442
出願日2025-04-16,2023-11-27
発明の名称Al接続材
出願人日鉄ケミカル&マテリアル株式会社,日鉄マイクロメタル株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類C22C 21/02 20060101AFI20250715BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】製造時に内部クラックの発生を抑制し得ると共に、優れた温度サイクル信頼性を呈するAl接続材を提供する。
【解決手段】Siを3.0質量%以上12.0質量%以下含有し、かつ、Sr、Na、Eu、Caのいずれか一種以上を総計で5質量ppm以上800質量ppm以下含有する、Al接続材。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
Ｓｉを３．０質量％以上１２．０質量％以下含有し、かつ
Ｓｒ、Ｎａ、Ｅｕ、Ｃａのいずれか一種以上を総計で５質量ｐｐｍ以上８００質量ｐｐｍ以下含有する、Ａｌ接続材。
続きを表示（約 360 文字）【請求項２】
該Ａｌ接続材のＬ断面（中心軸を含む中心軸方向の断面）におけるＳｉ相の結晶方位を測定したとき、中心軸方向に対して角度差が１５°以下である＜１１１＞結晶方位と＜１１０＞結晶方位の方位比率の総計が２０％以上７０％以下である、請求項１に記載のＡｌ接続材。
【請求項３】
Ｌ断面におけるＳｉ相の平均径が０．８μｍ以上４μｍ以下である、請求項１に記載のＡｌ接続材。
【請求項４】
さらにＴｉ、Ｂ、Ｚｒのいずれか一種以上を総計で１０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下含有する、請求項１に記載のＡｌ接続材。
【請求項５】
さらにＮｉ、Ｙ、Ｙｂ、Ｓｃのいずれか一種以上を総計で５質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下含有する、請求項１～４のいずれか１項に記載のＡｌ接続材。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ接続材に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体装置では、半導体チップ上に形成された電極と、リードフレームや基板上の電極との間をボンディングワイヤ（線材）やボンディングリボン（条材）によって接続している。パワー半導体装置においては主にアルミニウム（Ａｌ）を材質とするボンディングワイヤやボンディングリボンが用いられている。Ａｌボンディングワイヤの線径は主に１００μｍ～６００μｍの範囲であり、Ａｌボンディングリボンでは主に幅が１００μｍ～３０００μｍの範囲、厚さが５０μｍ～６００μｍの範囲である。ここで、ＡｌボンディングワイヤやＡｌボンディングリボンを総称して、Ａｌ接続材ともいう。
【０００３】
パワー半導体装置においては、半導体チップの材料としてシリコン（Ｓｉ）が、また、半導体チップ上に形成された電極の材料としてＡｌ－Ｓｉ合金やＡｌ－Ｃｕ合金が用いられることが多い。またＡｌ接続材を用いたパワー半導体装置は、エアコンや太陽光発電システムなどの大電力機器、車載用の半導体装置として用いられることが多い。
【０００４】
Ａｌ接続材の接合方法について、半導体チップ上の電極との１ｓｔ接合と、リードフレームや基板上の電極との２ｎｄ接合とがあり、いずれもウェッジ接合が用いられている。ウェッジ接合とは、金属製の治具（ツール）を介してＡｌ接続材に超音波振動と荷重を印加し、Ａｌ接続材と電極材料の表面酸化膜を破壊して新生面を露出させ、固相拡散接合を行う方法である。この接続方法は、接続材を溶融しないで固相状態で接続することが特徴であり、接続材を溶融する溶接技術とは異なる接合技術である。
【０００５】
次世代パワー半導体装置においては、汎用パワー半導体装置に比べて長時間にわたって安定的に動作することが要求される。パワー半導体装置は電流のオン、オフを繰り返して動作する。Ａｌ接続材を通してＳｉ製の半導体チップに電流が供給されると１ｓｔ接合部の温度は上昇する。一方、電流の供給が停止されると１ｓｔ接合部の温度は低下する。このようにしてパワー半導体の動作時には１ｓｔ接合部が昇温、降温を繰り返す。そうすると１ｓｔ接合部にはＡｌ接続材と半導体チップとの熱膨張差に起因する熱応力が繰り返し負荷される。高純度のＡｌのみからなる接続材を用いた場合、熱応力によりＡｌ接続材が比較的短時間で破壊し、次世代パワー半導体装置に求められる性能を満足することは困難であった。したがって、次世代パワー半導体では、１ｓｔ接合部の昇温、降温にともなう接合部寿命（以下、「温度サイクル信頼性」ともいう。）の向上が要求される。
【０００６】
温度サイクル信頼性の要求に対して、機械的強度向上に主眼をおいたＡｌ接続材が提案されている。Ａｌ接続材の機械的特性を向上させる方法として、Ａｌに特定の元素を添加する手法が提案されている。
【０００７】
特許文献１には、少なくともマグネシウム（Ｍｇ）及びシリコン（Ｓｉ）を含有し、且つＭｇ及びＳｉの含有量の合計が０．０３質量％以上０．３質量％以下であるＡｌ合金からなるボンディングワイヤが開示されている。本特許文献には、ＭｇやＳｉの固溶強化による高強度化の効果や析出したマグネシウムシリサイド（Ｍｇ
２
Ｓｉ）によるき裂進展抑制効果により、７０℃から１２０℃の温度範囲での冷温度サイクル試験における１ｓｔ接合部の接合強度の低下が遅れることが開示されている。
【０００８】
特許文献２には、鉄（Ｆｅ）を０．０１～０．２質量％、シリコン（Ｓｉ）を１～２０質量ｐｐｍ含有し、残部が純度９９．９９７質量％以上のＡｌである合金からなり、Ｆｅの固溶量が０．０１～０．０６％であり、Ｆｅの析出量がＦｅ固溶量の７倍以下であり、かつ、平均結晶粒子径が６～１２μｍの微細組織であることを特徴とするボンディングワイヤが開示されている。本特許文献には、ＦｅとＡｌの金属間化合物粒子をＡｌ中に均一に分散させてマトリックスの機械的強度を向上させ、さらに再結晶粒を微細化することによって、－５０℃から２００℃の温度範囲での熱衝撃試験における１ｓｔ接合部の接合強度の低下が抑制できることが開示されている。
【０００９】
特許文献３には、シリコン（Ｓｉ）を０．１～５質量％含み、残部がＡｌ及び不純物からなるＡｌ－Ｓｉ合金を溶融して、これを噴出急冷して細線に成形してなるボンディングワイヤが開示されている。本特許文献には、溶融したＡｌ－Ｓｉ合金を急冷してＳｉを微細かつ均一に分散させることで、機械的強度が向上することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開２０１４－１３１０１０号公報
特開２０１４－１２９５７８号公報
特開昭５９－５７４４０号公報
【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）

関連特許