專利名稱：超聲波焊接用鋁帶材的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋁帶材，其用于在電子部件和半導體封裝中通過超聲波焊接連接半導體元件電極與基板側的引線部。
背景技術：
在半導體裝置的制造中，廣泛使用為了電連接設置在半導體芯片上的連接電極 (焊接區(qū))與半導體封裝中所設的外部引出用端子(引線)，使用截面為近乎矩形的帶狀的鋁導電體(下文稱為“帶材”)的焊接方法。該焊接方法利用了鋁的導電性線材的焊接方法， 其將硬質合金工具壓在重疊于電極或引線上的鋁帶材上，施加其載荷以及超聲波振動的能量進行接合。施加超聲波的效果如下，通過伴隨著線材(帶材)的變形而產生的接合面積的擴大，以及破壞并除去鋁帶材上自然形成的1納米(nm)左右的氧化膜，使鋁(Al)等金屬基質露出，伴隨著相接的鋁(Al)或鎳(Ni)等的焊接區(qū)與鋁帶材的界面處的塑性流動，通過在這些緊貼的基質面擴大的同時進行擴散接合，使兩者進行原子間的結合。迄今為止，通過如下一般的超薄條帶的加工方法制造該實用的鋁帶材。第一種方法是使用例如旋轉切割機那樣的切斷裝置或沖壓裝置將預先軋制成薄板狀的鋁合金構成的薄板材切割成規(guī)定的寬度和長度，隨后將該切出的鋁合金構成的薄板材進一步軋制成薄條帶狀，最后成型為規(guī)定形狀的鋁帶材。第二種方法是通過剪切加工或沖壓加工等除去由軋制成最終超薄條帶狀態(tài)的鋁合金構成的條帶基材(寬度和厚度的比為約25)的兩個邊緣，并成型為最終的規(guī)定寬度形狀的鋁帶材。使用由此形成的鋁帶材通過與引線接合法相同的方法接合到電極焊接區(qū)上，但是該接合過程與弓I線接合法存在一些差異。在引線接合法(球焊)中，將引線前端的球體壓在預先加熱的電極焊接區(qū)上施加超聲波振動，通過機械摩擦破壞球表面的鋁氧化膜以暴露金屬基質，同時，通過伴隨摩擦的發(fā)熱和壓力使該球體變形，擴大所謂金屬基質的這些新形成的面，形成接合面。在引線接合法中，由于經過這樣的過程，引線與電極焊接區(qū)接合，在球被壓接的狀態(tài)下，伴隨著新生成的面的擴大而形成接合面，由此獲得了可靠且牢固的接合。與此相對，在將鋁帶材與電極焊接區(qū)接合時，與電極焊接區(qū)連接的該接合部是平坦的面，即使將施加超聲波的硬質合金工具壓在上面，與電極焊接區(qū)接觸的界面沿該面幾乎不發(fā)生變形。因此，重要的是在與電極焊接區(qū)接合的整個面上嚴格地保持接合條件，但在可能施加的負荷和超聲波能量范圍內，由于微小的凸凹和不均勻性的影響，難以保持這些接合條件。例如，在上述超薄條帶的加工方法中，由于一般在軋制加工時使用機油，即使在加工后進行洗滌，檢測極限以下的油膜仍不均勻地分布在鋁帶材上而得以殘留，使得在將鋁帶材作為超聲波鋁帶材使用時的焊接條件變得不穩(wěn)定。因此，雖已經嘗試通過化學蝕刻對鋁帶材的表面進行酸洗，但由于化學蝕刻時在鋁帶材表面上產生由蝕刻造成的微觀腐蝕坑，使得超聲波焊接的焊接條件因這些凸凹而不穩(wěn)定。此外，由于對超聲波焊接而言，由包含添加元素和剩余部分的鋁的純度為99質量％以上的鋁合金構成的鋁帶材比超聲波焊接的一般的純度99. 99質量％的鋁(Al)板硬， 因此在軋制前的加工過程中容易發(fā)生白化等材料缺陷。因此，在鋁帶材的切割面或剪切面出現的凸角和毛刺殘留在帶材的端面，在焊接時掛在導向裝置和工具上，或變成薄片狀，附著在軋輥表面，令鋁帶材的表面產生凹凸。因此，雖將鋁帶材保持為軋制加工階段的硬質狀態(tài)進行超聲波焊接，但存在焊接時需要大量的能量，在焊接條件變得不穩(wěn)定的同時，接合強度低的缺點。焊接條件如上所述變得不穩(wěn)定的原因，到目前為止認為是由于下述機械原因。也就是說，焊接區(qū)和鋁帶材的表面在微觀上都不平坦，1納米(nm)左右厚度的鋁氧化物膜在微觀上也不能說是均勻的，因此認為，在焊接的初期，鋁帶材在與焊接區(qū)接觸的部分的位置，尺寸并不恒定。因此，考慮了各種機械形狀的鋁帶材，以使得鋁帶材的焊接條件穩(wěn)定，得到穩(wěn)定的焊接強度(接合強度)。例如，在特開2002-313851 (專利文獻1)中，公開了在外形上“形成為近乎板狀的電流路徑部件(連接帶)”。該連接帶在薄板的兩端設有對于電極焊接區(qū)的接合部，在其之間跨過電極焊接區(qū)形成拱形，通過具備具有多個突出部的超聲波施加用焊頭(horn)的焊接工具在施壓的同時施加超聲波進行焊接，但是該連接部被制成平面狀，在焊接初期接觸的微觀部分的位置、 尺寸并不是均勻且恒定的，因此，這對于接合強度不穩(wěn)定的焊接條件的不穩(wěn)定性而言并非特殊的解決方案。此外，在特開2007-194270 (專利文獻幻中，提出了在鋁帶材的接合部位的與電極焊接區(qū)接合的面上形成多個凸條。其意圖是伴隨著加壓和施加超聲波，這些凸條自其端部變形，由此，帶來與焊線場合的端部的壓接球相同的效果，在該方法中，為了使初期的塑性流動容易產生，通過比較小的負荷和超聲波能量能夠實現確保與接合面為平坦的帶材相比穩(wěn)定的接合強度。但是，在用于通過超聲波焊接連接半導體裝置的鋁帶材的場合，盡管利用超聲波的接合條件在其前表面和后表面不同，但是以一秒數個的比率自動地進行超聲波焊接，因而需要即使進行上萬次也要在相同條件下進行接合。這樣，使鋁帶材的外形形狀機械地變化的以往的作法中，盡管開始可以發(fā)揮其效果，但是進一步持續(xù)進行幾萬次的超聲波焊接時，接合條件將無法保持，連接不良會頻繁發(fā)生?，F有技術文獻專利文獻專利文獻1 特開2002-313851號公報專利文獻2 特開2007-194270號公報專利文獻3 特許第42U641號公報

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的課題本發(fā)明人等認為，這些連接不良是在幾千次至幾萬次重復進行超聲波焊接中發(fā)生的，因此，其原因是由于在硬質合金工具與鋁帶材的接觸面產生的現象，為了掌握其影響， 對在超過硬質合金工具的數千次超聲波焊接的實際壽命至2萬次為止不進行表面改性的狀態(tài)下的鋁帶材以自動模式進行了超聲波焊接。在其間對硬質合金工具與鋁帶材的接觸面的變化情況進行了研究。在2萬次后的接觸面，鋁粉末變?yōu)楹u狀(堆積在硬質合金工具的接觸面上的金屬鋁粉末或鋁氧化物粉末的集合體以點分布的狀態(tài))。在硬質合金工具與鋁帶材的接觸面金屬鋁粉末或鋁氧化物粉末的集合體以點分布的現象被認為是經過了以下過程。首先，在超聲波焊接時，鋁帶材的界面與焊接區(qū)或引線框架的界面因摩擦而被加熱，自鋁帶材的界面出現新生成的面，與焊接區(qū)或引線框架的界面接合。此時，硬質合金工具與鋁帶材的界面也在超聲波焊接時同時因摩擦而被加熱，在鋁帶材的界面出現新生成的面。由鋁帶材與工具接觸側的界面，以金屬鋁(Al)的狀態(tài)或成為鋁氧化物粘附到硬質合金工具的接觸面上。一旦鋁氧化物粘附，在其后的焊接中，鋁和鋁氧化物優(yōu)先粘附，鋁(Al)變成凝集狀態(tài)。其結果是，最終凝集的這些鋁氧化物等聚到一起，在硬質合金工具的接觸面上形成鋁氧化物等的島。在硬質合金工具接觸面上生成許多鋁氧化物的島，結果形成了鋁氧化物粉末的海島圖案。形成這些海島狀圖案的鋁氧化物層使得硬質合金工具和鋁帶材的接觸狀態(tài)不均勻，伴隨著施加超聲波能量，在兩者的界面處部分發(fā)熱，出現溫度升高，進一步促進了這些氧化物層的堆積，同時，從硬質合金工具傳達到鋁帶材界面的超聲波振動能量變得不均勻， 給接合過程帶來壞的影響。因此，在與這些海島狀圖案形成的同時，產生了鋁帶材的接合強度的變化。因此，如果在使用鋁帶材的超聲波焊接時，在硬質合金工具與鋁帶材的接觸面上， 不粘附鋁(Al)，或即使粘附，也能夠從硬質合金工具的接觸面將粘附的鋁(Al)剝離，即使接合上萬次，也應該每次均能夠在接合面的整個面上均勻地接合。因此，本發(fā)明的課題在于，提供一種鋁帶材，其即使重復進行超聲波焊接，也不會在硬質合金工具上形成此類鋁或鋁氧化物造成的海島狀的圖案，超聲波振動能量由硬質合金工具均勻傳送到鋁帶材的界面，溫度分布均勻，在整個接合部位保持均勻的接合條件，能夠實現更穩(wěn)定的焊接強度。用于解決課題的手段作為解決上述課題的手段，本發(fā)明的超聲波焊接用鋁帶材的特征在于，在鋁帶材的鏡面光澤面上蒸發(fā)干燥粘著的分子量500以下的非離子性表面活性劑的有機碳總量為 100-1000微克/平方米。本發(fā)明人等根據上述問題，作為超聲波焊接時影響其接合效果的因素，對表面改性條件進行了研究。對專利文獻1中描述的潤滑劑成分，研究了與鋁帶材的超聲波焊接性之間的關系。即，使用鏈烷烴系礦物油、聚丙二醇、脂肪酸皂和棕櫚油等作為潤滑劑成分。在鋁線材的情況下，在超聲波焊接時新生成的面擴大并成為新的接合，但是在鋁帶材的情況下，由于不能期待此類現象，因此污染物在硬質合金工具與鋁帶材接觸的一側上積蓄，在數千次接合的情況下，開始發(fā)生接合強度的變化，不能獲得高且穩(wěn)定的接合強度。另外，如專利文獻2中所描述的那樣，嘗試使用了將全氟醇與純水的混合溶液作為溶劑，含有15%的全氟三丁基胺(AGC的“CTL-816AP”)的溶液，但是在數百次接合的情況下，很快開始發(fā)生接合強度的變化，不能獲得高且穩(wěn)定的接合強度。此外，發(fā)明人等如專利文獻3中所述那樣，嘗試調整晶粒尺寸和表面粗糙度，以提高鋁帶材的焊接性，在該方法中，在數千次接合的情況下，發(fā)生接合強度的變化，不能獲得高且穩(wěn)定的接合強度。在這些例子中，對潤滑劑成分而言，潤滑劑成分本身給硬質合金工具帶來了污染， 反倒起到了相反的效果。此外，對于焊線，關于形成謀求對其表面進行改性的表面活性劑被膜，在特公平 2-11016號公報中，公開了通過在金或金合金的焊線上形成平均膜厚0. 5微米-50埃的表面活性劑被膜，防止多層卷繞到線軸上的線材彼此粘連的現象。在特開2002-241782號公報中公開了如使用HLB值為10-20m、平均分子量為350-20000的非離子性表面活性劑水溶液作為高純度金的拉絲加工用潤滑劑，則焊接時有機物不會堆積在毛細管中。此外，在特開 2008-172009號公報中，記載了通過在純金線材上形成金非離子性表面活性劑的單分子吸附層，有機物不轉移附著到加持器或毛細管中，防止了線材彼此的接合并保持了抽出性。但是，這些表面活性劑被膜均涉及提高金線焊接中的潤滑性或防止表面活性劑等堆積到毛細管中，而與鋁帶材的上述那樣的鋁、鋁氧化物附著到硬質合金工具上的現象無關。因此，本發(fā)明人等對上述在鋁帶材表面形成的鋁氧化物等的附著現象著眼于硬質合金工具與這些帶材表面的接觸條件，嘗試通過在兩者的界面插入非常薄的被膜層以實現接觸條件的均勻化。作為鋁帶材表面的改性手段，由于非離子性表面活性劑能夠作為極薄的被膜層而形成堅固的膜，因此對這些非離子性表面活性劑研究了實現上述效果的條件。結果發(fā)現，如果在鋁帶材的鏡面光澤面上蒸發(fā)干燥粘著的分子量為500以下的非離子性表面活性劑的有機碳總量為100-1000微克/平方米，就能夠解決這些課題。本發(fā)明的用于超聲波焊接的平坦軋制的鏡面光澤的鋁帶材，金屬鋁或鋁基合金中所含的鋁的純度為99. 99質量％以上、雜質為小于0. 01質量％，這樣的鋁帶材在超聲波焊接時容易產生上述現象。雖然還不能說能夠完全闡明其機理，但可認為主要如下首先，在硬質合金工具與鋁帶材的界面處，當表面活性劑由于其潤滑性而達到一定的被膜厚度時，在硬質合金工具與鋁帶材之間，接觸的鋁帶材對于硬質合金工具的超聲波振動變得不能充分跟隨，由于伴隨超聲波振動而滑動，相反地產生摩擦而變得發(fā)熱。另一方面，由于高純度的鋁具有低熔點而且也是柔軟的，由于伴隨這種超聲波振動的發(fā)熱和超聲波振動，其表層剝落，伴隨著氧化而附著到硬質合金工具上。一旦發(fā)生這種現象，其影響進一步增大而擴大，鋁和鋁氧化物進行堆積，最終呈現出此前所述那樣的海島狀的圖案。當插入這些堆積層時，超聲波能量從硬質合金工具向鋁帶材界面的傳達變得不均勻并且不充分，整個接合面的接合條件變得不均勻。
與此相對，如果滿足本發(fā)明的上述非離子性表面活性劑的被膜條件，因為對從硬質合金工具到鋁帶材的超聲波振動能夠跟隨，不產生異常的發(fā)熱，也不會生成這種堆積層， 經上萬次的超聲波接合也能夠在與當初條件相同的情況下進行。此外，非離子性表面活性劑在鋁帶材與硬質合金工具的接觸面和相反側的與電極的接合面，由于其厚被膜的插入會破壞接合性。在鋁帶材與電極之間的界面，由于伴隨著超聲波振動的摩擦，鋁帶材通過機械接觸和發(fā)熱而接合，但不同于與硬質合金工具之間的界面，接合對象側的電極處于固定狀態(tài)，而且，接合的兩者的材質不存在硬質合金工具和鋁之間那樣在硬度等材質上的差別，因此，即使不存在具有潤滑性的表面活性劑，相互間伴隨摩擦也能使超聲波能量發(fā)散而接合。另一方面，由于表面活性劑對鋁帶材而言成為非金屬雜質，因此希望盡量少。因此，使用具有低臨界膠束濃度的非離子性表面活性劑以保持平坦軋制的鋁帶材表面狀態(tài)為恒定。另外，即使是水溶液的溶劑，如果加入醇或鹽等，臨界膠束濃度也會顯著變化。本發(fā)明的非離子性表面活性劑優(yōu)選是低分子型表面活性劑，其分子量為500以下。根據上述機理，這是為了在超聲波焊接時鋁(Al)不會粘附在硬質合金工具與鋁帶材的接觸面上。非離子性表面活性劑優(yōu)選具有低分解溫度和對于溶劑的可溶性。通常，溶劑是純水，但如果非離子性表面活性劑不溶于純水，可以使用醇類與純水的混合溶劑。由于醇類具有醇基，使得鋁帶材表面的空氣中的水分和通過拉絲加工等帶來的水分不在該面上形成鋁的氫氧化物(AW (OH))，并且，醇基能夠形成鋁和醇鹽化合物。此外，可以通過將非離子性表面活性劑與陰離子型表面活性劑并用而將非離子性表面活性劑均勻地分散。作為陰離子型表面活性劑有十二烷基苯磺酸銨，但通常以非離子性表面活性劑和陰離子型表面活性劑的混合物的形式銷售。本發(fā)明的非離子性表面活性劑不希望是高分子型表面活性劑。即使非離子性表面活性劑在臨界膠束濃度以下，如果非離子性表面活性劑為高分子型，即使為高溫，作為表面活性劑也比較穩(wěn)定。因此，高分子型表面活性劑在超聲波焊接時不會分解，使得碳被碳化并殘留在硬質合金工具表面，擔心使以后的超聲波焊接不穩(wěn)定。使表面活性劑在鋁帶材上蒸發(fā)干燥粘著是為了在鋁帶材的鏡面光澤面上均勻地形成薄膜。此外，在本發(fā)明的非離子性表面活性劑中，使有機碳總量為30-1000微克/平方米是為了在鋁帶材的鏡面光澤面上形成納米級的平均膜厚。由于納米級的平均膜厚過薄，難以精度良好地簡便測量，因此通過有機碳總量來進行測定。使有機碳總量為30-1000微克 /平方米的極少量是為了盡可能避免在超聲波焊接時在硬質合金工具表面的碳污染。作為本發(fā)明的酰胺類非離子性表面活性劑，除了作為醇型非離子性表面活性劑的鏈烷醇酰胺以外，有鏈烷醇烷酰胺和脂肪酸鏈烷醇酰胺等。醇型非離子性表面活性劑優(yōu)選為鏈烷醇酰胺型非離子性表面活性劑。這是由于非離子性表面活性劑的成分容易在超聲波焊接時從硬質合金工具表面分解。脂肪酸鏈烷醇酰胺的結構為以N為中心， R-CO-和-CH2CH2OH與兩個氫置換，并且以化學式R-CON(CH2CH2OH)2表示。發(fā)明效果通過上述特定的非離子性表面活性劑蒸發(fā)粘著、均勻分布而成的規(guī)定的膜，在超聲波焊接時在硬質合金工具表面沒有形成鋁氧化物污染，即使重復進行超聲波焊接也可得到穩(wěn)定的接合強度。而且，使鋁帶材的表面成為親油性，避免了空氣中的水分卷入，同時，由于使硬質合金工具通路內的鋁帶材的滑動性良好，環(huán)成形性更為穩(wěn)定。并且，由于非離子性表面活性劑的膜極薄，即使重復幾千次超聲波焊接，也能夠避免硬質合金工具表面的碳污染，因此能夠在其間減少超聲波焊接時接合強度的變化，維持穩(wěn)定的接合條件。發(fā)明的實施方式在進行上述2萬次的超聲波焊接試驗時可以發(fā)現，碳數越少的非離子性表面活性劑在超聲波焊接時越具有不殘留碳的傾向。由于非離子性表面活性劑溶液稀薄，難以測量其濃度。例如，當使用Dyunui表面張力試驗器(Ito-seisakusyo Co. Lt d.制)的環(huán)輪法測定含非離子性表面活性劑的溶液的表面張力時，濃度為0. 001%，顯示與不含非離子性表面活性劑的溶液的表面張力相同的數值。另一方面，關于鋁帶材，可使用常規(guī)鋁帶材。鋁帶材越是鏡面的，由于形成氧化物的表面積減少而越優(yōu)選，其標準為表面粗糙度民< 2微米(μ m)。由于鋁帶材的超聲波焊接中使用10-120赫茲的高頻率，如果鋁帶材的晶粒尺寸的平均值為5-200微米(μπι)的范圍內，且表面粗糙度Ιζ < 2微米(μ m)，因為純度99質量％以上的鋁合金是柔軟的，能夠避免微孔，獲得穩(wěn)定的接合強度。更優(yōu)選的表面粗糙度為民< 1. 6微米(μ m)。尤其是，通過調節(jié)鋁帶材的晶粒尺寸，焊接強度的變化減小，能得到穩(wěn)定的接合強度。此外，通過使用鏡面的鋁帶材，能夠避免接合邊界的微孔的發(fā)生，能確保穩(wěn)定的接合區(qū)域，即使在間距狹窄的焊接區(qū)之間，也能夠進行穩(wěn)定的超聲波焊接。蒸發(fā)粘著的熱處理條件是在規(guī)定溶液中浸漬鋁帶材后立即連續(xù)在線干燥鋁帶材。 一般的熱處理溫度為100-450°C，鋁帶材的生產線移送的線速度通常為10-100米/分鐘。 熱處理溫度優(yōu)選高于鋁帶材在超聲波焊接時的接合溫度。這是為了在超聲波焊接時避免因非離子性表面活性劑分解而附著在硬質合金工具表面的碳污染。另外，熱處理氣氛在空氣中足夠。這是因為在空氣中進行鋁帶材的超聲波焊接。另外，一般從施加的超聲波與施加的負荷之間的最佳平衡考慮，鋁帶材的厚度優(yōu)選為10微米(μπι)-Ι毫米的范圍。鋁帶材的優(yōu)選的寬度對厚度的比為7-16的范圍。鋁帶材越是鏡面的，由于形成氧化物的表面積減少而越優(yōu)選。其標準是表面粗糙度Rz <2微米(μπι)。由于鋁帶材的超聲波焊接中使用10-120赫茲的高頻率，如果鋁帶材的晶粒尺寸的平均值為5-200微米(μπι)的范圍內，且表面粗糙度2微米(μπι)，因為純度99質量％以上的鋁合金是柔軟的，能夠避免微孔，獲得穩(wěn)定的焊接強度。更優(yōu)選的表面粗糙度為Rz彡1. 6微米(μ m)。另一方面，本發(fā)明的鋁帶材的構成包含純金屬鋁或鋁基合金，所述純金屬鋁由純度99. 99質量％以上的鋁和小于0. 01質量％的雜質形成，所述鋁基合金含有99. 9質量％ 以上的該純金屬鋁和小于0. 1質量％的添加元素。作為添加元素所可允許的元素中，可舉出鎳(Ni)、硅(Si)、鎂(Mg)、銅(Cu)、硼 (B)、銦(I η)、鋰(Li)、鈹(Be)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、釔(Y)、鑭(La)、鈰(Ce)、釹(Nd)、鉍(Bi) 等元素。對于鋁帶材的晶粒尺寸效果大的添加元素為鎳(Ni)、硅(Si)、鎂(Mg)和銅(Cu)。在純度99. 99質量％以上的鋁合金的剩余部分的鋁中包含小于0. 01質量％的不可避免的雜質。由于不可避免的雜質給鋁(Al)元素帶來的影響是未知的，因此此類不可避免的雜質優(yōu)選盡可能少。如果是純度99. 99質量％以上的鋁(Al)，則不取決于上述添加元素的組合的種類和量，在200-450°C的熱處理溫度及10-100米/分鐘的線速度的條件下蒸發(fā)粘著不存在問題。不言而喻，如果是純度99. 999質量％以上的鋁(Al)作為母合金則更優(yōu)選。如果使用含10-300質量ppm添加元素，特別是鎳(Ni)，剩余部分至少由純度 99. 99質量％以上的鋁組成的鋁(Al)合金作為鋁帶材，能夠在低超聲波輸出功率下實現接合強度的提高和穩(wěn)定。用于鋁帶材的鋁合金的優(yōu)選實施方案如下。添加元素包含合計為5-700質量ppm 的鎳(Ni)、硅(Si)、鎂(Mg)和銅(Cu)中的至少一種元素。作為添加元素，10-300質量ppm的鎳(Ni)是特別優(yōu)選的。另外，優(yōu)選的是，剩余部分的鋁是純度99. 99質量％以上的鋁(Al)和小于0.01質量％的雜質，進一步，剩余部分的鋁是純度99. 999質量％以上的鋁(Al)和小于0.001質
量％的雜質。特別是，從容易調節(jié)鋁帶材的晶粒尺寸的角度出發(fā)，特別是，優(yōu)選純度為99. 9質量％以上的鋁合金，其包含10-300質量ppm的鎳(Ni)作為添加元素，且剩余部分為純度 99. 99質量％以上的鋁(Al)，更優(yōu)選其剩余部分為純度99. 999質量％以上的鋁(Al)。另外，關于鋁帶材表面的鏡面化，在從圓線軋制為極薄帶材時，優(yōu)選軋輥軋制以一階段或兩階段進行。這是因為當對軋制次數為3階段以上的鋁(Al)帶材進行超聲波焊接時，觀察到接合強度不穩(wěn)定的現象?？烧J為該焊接時的接合強度的變化與非離子性表面活性劑的存在與否并無關系，這是由于進一步減薄拉深的結果，造成軋制組織的組織內部的應力變大，在軋制后通過熱處理生成了晶粒沒有變大的部分，使得晶粒尺寸變得不均勻。因此，在以一階段軋制的情況下獲得了接合強度的變化最小的結果。本發(fā)明中也保持了專利文獻3中所得到的鋁帶材的效果。另外，雖然通過一階段的軋制等在鋁帶材表層出現了新的活性面，但該活性面較小，而且，通過空氣中氧鋁馬上被氧化，形成了 1納米(nm)左右的氧化鋁膜。這些氧化鋁膜之間不會彼此粘附，因此能夠制成多層卷形式的鋁帶材。如果多層卷形式的鋁帶材的焊接強度穩(wěn)定的話，可以在無人的情況下連續(xù)進行超聲波焊接的作業(yè)。
實施例下面說明本發(fā)明的實施例。使用表1中所示合金組成(作為配合原料的鋁使用純度99. 999質量％的鋁(Al)， 但純度99. 99質量％的鋁(Al)也為相同的結果)以及規(guī)定線徑的焊線作為出發(fā)材料，準備表1中所示的實施例1-20和比較例1-5。接著，使用軋制裝置(未顯示)，對這些鋁帶材進行一階段加熱軋制處理，使表面粗糙度Rz = 0. 5微米(μ m)、晶粒尺寸的平均值為10微米(μ m)、厚度為120微米(μ m)、 寬度/厚度的縱橫比為11。接著，用80°C的熱純水洗滌這些鋁帶材兩次。隨后，在室溫下， 以80米/分鐘的線速度將規(guī)定的鋁帶材在非離子性表面活性劑Cleanthrough-LC-841(Kao Chemicals Inc.)的5000倍純水稀釋溶液(A液)中浸漬0. 8秒，之后，以80米/分鐘的線速度連續(xù)通過320°C的熱處理爐0. 4秒，使非離子性表面活性劑溶液自鋁帶材蒸發(fā)并粘著。以相同的方式，于 50 °C 下在 Elease K1000 (ASAHI KASEI CHEMICALSCORPORATION)的10000倍純水稀釋溶液(B液)中浸漬0. 6秒左右后，以100米/分鐘的線速度連續(xù)通過400°C的熱處理爐0. 4秒，使非離子性表面活性劑溶液自鋁帶材蒸發(fā)并粘著。以相同的方式，于室溫下在Sunwash FM-550 (LION CORPORATION)的50000倍的純水稀釋溶液(C液)中浸漬0. 2秒左右后，以100米/分鐘的線速度連續(xù)通過250°C的熱處理爐0. 6秒，使非離子性表面活性劑溶液自鋁帶材蒸發(fā)并粘著。以相同的方式，于室溫下在Simwash FM-200 (主要成分是非離子性表面活性劑和陰離子型表面活性劑的混合物)(LION CORPORATION)的3000倍的純水稀釋溶液(D液)中浸漬1. 0秒左右后，以80米/分鐘的線速度連續(xù)通過250°C的熱處理爐0. 6秒，使非離子性表面活性劑溶液自鋁帶材蒸發(fā)并粘著。將以此方式獲得的本發(fā)明的實施例1-20和比較例1-5的鋁帶材與純度99. 99質量％的Al板(厚度為5毫米)連續(xù)地進行約2萬次超聲波焊接。超聲波焊接的條件如下表1中顯示的鋁帶材的環(huán)長度為50毫米、環(huán)高度為30毫米。設定為與通常條件相比，帶材受到的來自通路和工具的滑動阻力更大的條件。利用Orthodyne Electronics Co.制的全自動帶焊機3600R型將表1中所示的鋁帶材超聲波焊接到純度99. 99質量％的鋁(Al)板(厚度為5毫米)上。焊接條件為頻率80kHz，并調節(jié)負荷及超聲波條件，使得壓扁寬度(collapse width)為帶材寬度的1.05倍。使用由Orthodyne Electronics Co.制的與帶材尺寸相符的附屬硬質合金工具和焊接導軌。對于接合強度，使用DAGE制的萬能焊接測試儀PC400型自帶材側面實施從接合部側面的剪切強度測定。作為可靠性試驗，對暴露于150°C X 1000小時后的焊接完成的基板測定其剪切強度。而且，將可靠性試驗后的剪切強度除以試驗實施前的剪切強度的值定義為可靠性試驗后的強度比，并用該值進行評價。對于剪切強度而言，關于初期的接合強度(剪切強度)，第一焊接和第二焊接為第 1/第2 :4000-5000gf(目標值4500gf)，雖然根據通過焊接而接合的電極焊接區(qū)的尺寸而不同，但得到了滿足一般尺寸的情況下所求得的剪切強度(3-6kgf)值的結果，對于焊接次數為2萬次的重復焊接的場合，通過可靠性試驗后的接合強度比進行了評價。將該至2萬次時的焊接的接合強度的變化分別對應焊接次數分為以下四個階段進行測定最初的1次-40次的平均值測定值A，5001次-5040次的平均值測定值B， 10001次-10040次的平均值測定值C，15001次-15040次的平均值測定值D，以及20001 次-20040次的平均值測定值E。另外，如下測量鋁帶材表面的非離子性表面活性劑的有機碳總量稱重10000米的鋁帶材，加入200克0. IN的NaOH水溶液，在水浴中煮沸30分鐘進行浸提，冷卻后，加入2. 5毫升8N的HCl輕輕搖振，用高純度空氣鼓泡15分鐘。將其供給 Shimadzu Ltd.制的T0C-5000型有機碳測定儀中，測量有機碳的濃度，由該值計算有機碳的總重量并除以鋁帶材表面積，作為鋁帶材表面的非離子性表面活性劑的有機碳的總量。另外，以可靠性試驗后的強度比為基礎進行判定，對可靠性試驗后的強度比相對于測定值A為0.9以上的用雙圓標記(◎)表示，0.7以上小于0.9的用單圓標記(〇)表示，小于0.7的用叉(X)表示。將測定值B至測定值D的判定結果一并顯示在表1中。測定值A為基準值，關于測定值E，實施例的全部可靠性試驗后的強度比相對于測定值A都為0. 9以上，全部合格，與此相對，比較例全部不合格，因而未加表示。表 權利要求
1.超聲波焊接用鋁帶材，該鋁帶材是由金屬鋁或鋁基合金形成的鋁帶材，其特征在于， 其材質為純度99. 99質量％以上的鋁，或為由99. 9質量％以上的該純金屬鋁和小于0. 1質量％的添加元素形成的鋁基合金，并且，該純金屬鋁或該鋁基合金的表面是鏡面精軋過的， 粗糙度Ιζ < 2微米(μ m)，該鋁帶材的鏡面上蒸發(fā)粘著有非離子性表面活性劑，其有機碳總量為30-1000微克/平方米。
2.權利要求1所述的超聲波焊接用鋁帶材，其特征在于，所述蒸發(fā)粘著的溫度高于超聲波焊接時的加熱溫度。
3.權利要求1所述的超聲波焊接用鋁帶材，其特征在于，所述蒸發(fā)粘著的非離子性表面活性劑從由溶解有非離子性表面活性劑的醇和純水形成的水溶液蒸發(fā)粘著。
4.權利要求1所述的超聲波焊接用鋁帶材，其特征在于，添加元素為總量5-700質量 PPm的鎳(Ni)、硅(Si)、鎂(Mg)和銅(Cu)中的至少一種。
5.權利要求1所述的超聲波焊接用鋁帶材，其特征在于，非離子性表面活性劑與陰離子型表面活性劑并用。
6.權利要求1所述的超聲波焊接用鋁帶材，其特征在于，非離子性表面活性劑是酰胺類非離子性表面活性劑。
全文摘要
本發(fā)明的課題是提供超聲波焊接用鋁帶材，即使進行幾萬次接合其也能夠保持高的焊接接合強度和規(guī)定的接合強度。作為解決手段，為一種超聲波焊接用鋁帶材，其包含金屬鋁或鋁基合金，該鋁的純度為99.99質量％以上，并且在鋁帶材的鏡面光澤面上蒸發(fā)干燥粘著有分子量為500以下的非離子性表面活性劑，該非離子性表面活性劑的有機碳總量為100-1000微克/平方米。
文檔編號H01L21/60GK102326242SQ201080008770
公開日2012年1月18日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權日2009年11月26日
發(fā)明者三上道孝, 中島伸一郎, 中村政晴, 平田勇一, 木村啟裕, 菊地照夫 申請人:田中電子工業(yè)株式會社