專利名稱：超聲波焊接用鋁帶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁帶，其用于在電子部件及半導(dǎo)體封裝內(nèi)，通過(guò)超聲波焊接將半導(dǎo)體元件和基板側(cè)弓I線部進(jìn)行連接。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體裝置的制造中，為了將設(shè)于半導(dǎo)體芯片上的連接電極(焊接區(qū))和設(shè)于半導(dǎo)體封裝中的外部引出用端子(引線)進(jìn)行電連接，廣泛使用截面為大致矩形的帶狀的導(dǎo)電體(以下，稱為“帶”)的焊接方法。該方法應(yīng)用了利用鋁的導(dǎo)電性引線的超聲波引線焊接方法，通過(guò)在鋁帶上施加負(fù)荷及超聲波振動(dòng)，將自然形成于鋁帶表面的1納米(nm)左右的氧化膜破壞，使鋁(Al)等的金屬原子露出表面，使鋁(Al)或鎳(Ni)等的焊接區(qū)與鋁帶的界面處產(chǎn)生塑性流動(dòng)，而使互相密合的新生面逐漸增加，同時(shí)使原子間鍵合而進(jìn)行接合。該實(shí)用的鋁帶迄今為止一直是用普通的超薄帶的加工方法按如下制造。第一方法是通過(guò)例如旋轉(zhuǎn)切割機(jī)那樣的切斷裝置或沖壓機(jī)械，將由預(yù)先被輥軋成薄板狀的鋁合金構(gòu)成的薄板材切割成規(guī)定的寬度和長(zhǎng)度，再將由該切出的鋁合金構(gòu)成的薄板材進(jìn)一步軋制加工成薄帶狀，最終成型為規(guī)定形狀的鋁帶。第二方法是通過(guò)縱切剪加工或沖壓機(jī)械等，將輥軋至最終超薄的帶狀態(tài)的鋁合金構(gòu)成的帶狀基材(寬度與厚度的比為25左右)的兩端邊緣部去除，成型為最終的規(guī)定寬度形狀的鋁帶。但是，在上述超薄帶的加工方法中，由于一般在軋制加工時(shí)使用機(jī)油，因此，檢測(cè)極限以下的油膜不均勻地分布在鋁帶上并殘留，將鋁帶作為超聲波焊接帶使用時(shí)的焊接條件變得不穩(wěn)定。因此，雖然也嘗試了通過(guò)化學(xué)腐蝕對(duì)焊接帶的表面進(jìn)行酸洗，但當(dāng)進(jìn)行化學(xué)腐蝕時(shí)，在焊接帶的表面會(huì)產(chǎn)生由腐蝕引起的微觀的凹凸，由于該凹凸，超聲波焊接時(shí)的焊接條件變得不穩(wěn)定。另外，由包含添加元素及剩余部分為鋁的、純度99質(zhì)量％以上的鋁合金構(gòu)成的鋁帶，與超聲波焊接的一般純度99. 99質(zhì)量％的鋁(Al)板相比較硬，因此，在軋制前的加工途中容易產(chǎn)生夾層(被U )等材料缺陷。因此，在鋁帶的切割面或剪切面上容易出現(xiàn)凸角及毛刺，其殘留在帶端面上，在焊接時(shí)掛在導(dǎo)向裝置及工具上，或變成薄片狀而附著在軋輥表面上，在焊接帶的表面產(chǎn)生凹凸。因此，雖然將鋁帶保持為軋制加工階段的硬質(zhì)狀態(tài)進(jìn)行超聲波焊接，但在焊接時(shí)需要大量能量，具有焊接條件變得不穩(wěn)定，并且接合強(qiáng)度低的缺點(diǎn)。焊接條件如上所述變得不穩(wěn)定，到目前為止認(rèn)為是如下的原因。即，可以認(rèn)為這是由于焊接區(qū)及焊接帶的表面在微觀上都是不平坦的，鋁氧化物的1納米(nm)左右的膜在微觀上也不能說(shuō)是均勻的，所以在焊接的初期，焊接帶在與焊接區(qū)接觸的部分的位置、大小并不恒定而造成的。因此，要想使焊接帶的焊接條件穩(wěn)定，得到穩(wěn)定的焊接強(qiáng)度(接合強(qiáng)度)，考慮了各種形狀的焊接帶(參照專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2)。
例如，在專利文獻(xiàn)1中，公開了在外形上“形成為大致板狀的電流路徑部件”。另夕卜，記載了“連接帶的形狀也可以如前述的大致板形狀、或大致帶形狀那樣，其俯視為長(zhǎng)方形以外的形狀。例如，可以為橢圓形狀、偏平橢圓形狀(長(zhǎng)圓形狀、橢圓形狀)、梯形等。另夕卜，可以應(yīng)用這些各種形狀，或者也可以適當(dāng)組合使用”。但是，就專利文獻(xiàn)1所述的連接帶而言，由于連接部設(shè)定為平面狀，在焊接初期接觸的微觀部分的位置、大小并不恒定，因此， 這不是特別解決接合強(qiáng)度不穩(wěn)定這樣的焊接條件的不穩(wěn)定性的方案。另一方面，在專利文獻(xiàn)2中，公開了其外形上的特征為“在接合側(cè)的一個(gè)面具備頂部位于大致同一平面上的多個(gè)凸部”的焊接帶。可認(rèn)為這是通過(guò)減小多個(gè)凸部的頂部面積， 帶和接受帶的物體的摩擦容易產(chǎn)生，可容易地破壞表面形成的氧化膜。認(rèn)為在該方法中，由于使初期的塑性流動(dòng)容易產(chǎn)生，用比較小的負(fù)荷及超聲波能量，能夠?qū)崿F(xiàn)確保比接合面平坦的帶更穩(wěn)定的接合強(qiáng)度。但是，在用于通過(guò)超聲波焊接連接半導(dǎo)體器件的鋁帶的情況下，以1秒鐘1 數(shù)個(gè)的比率自動(dòng)地進(jìn)行超聲波焊接，這需要幾萬(wàn)次都在相同條件下進(jìn)行接合。如專利文獻(xiàn)2所公開的焊接帶那樣，即使形成與被接合面接觸的多個(gè)凸部的頂部，當(dāng)一處被焊接并破壞微觀上的部分的氧化膜而開始塑性流動(dòng)時(shí)，整體的焊接條件的平衡破壞，不能幾萬(wàn)次都在相同條件下進(jìn)行接合。這樣，使焊接帶的外形的形狀改變的以往做法，幾萬(wàn)次都在相同條件下對(duì)微觀部分的同一處進(jìn)行接合是困難的，得不到接合強(qiáng)度高且穩(wěn)定的焊接。不過(guò)，在使用上述焊接帶的超聲波焊接中，當(dāng)要從第一點(diǎn)向第二點(diǎn)畫出線弧而進(jìn)行接合時(shí)，在形成線弧時(shí)產(chǎn)生經(jīng)鏡面精加工的鋁帶斷裂這樣的不良現(xiàn)象。本現(xiàn)象雖然是限定為線弧高度非常高、或線弧長(zhǎng)度非常長(zhǎng)的情況等的現(xiàn)象，但在各種線弧形狀多樣化發(fā)展的最近，成為應(yīng)解決的問(wèn)題之一。另外，作為提高鋁帶的焊接性的方法，如專利文獻(xiàn)3所述，發(fā)明人等正在嘗試調(diào)整晶體粒徑以及表面粗糙度的方法?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 特開2002-313851號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 特開2007-194270號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 特許第42U641號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題因此，本發(fā)明的課題是提供一種焊接帶，在使用焊接帶的超聲波焊接中，與以往技術(shù)的焊接帶相比較，即使進(jìn)行幾萬(wàn)次接合每次都能夠在遍及接合面的整個(gè)面上均質(zhì)地進(jìn)行接合，能夠?qū)崿F(xiàn)更穩(wěn)定的接合強(qiáng)度，并且沒(méi)有形成線弧時(shí)的斷裂。用于解決課題的手段作為用于解決上述課題的方法之一，本發(fā)明的超聲波焊接用鋁帶為對(duì)專利文獻(xiàn)3 所公開的鋁帶進(jìn)行了改良的鋁帶，其由純度99質(zhì)量％以上的鋁合金構(gòu)成，所述鋁合金由添加元素和剩余部分的鋁組成，其特征在于，該帶為多級(jí)拉絲后輥軋而成的超薄帶結(jié)構(gòu)，該帶CN 102549731 A的截面內(nèi)的晶體粒徑的平均值為5 200微米(μ m)，該超薄帶的表面為進(jìn)行了表面粗糙度為艮< 2微米(μπι)的鏡面精加工，且在蒸氣壓比水高的水溶性的烴系溶劑、醇系溶劑、酮系溶劑或醚系溶劑中進(jìn)行了浸漬處理或氣氛處理的表面。優(yōu)選醇系溶劑為乙醇、甲醇、丁醇、正丙醇、苯酚、乙二醇、十三醇或甘油。特別是乙醇、甲醇及正丙醇由于分子量小，抽取鋁帶內(nèi)存在的水分(認(rèn)為其與鋁帶表面的氧化膜結(jié)合而生成勃姆石、三羥鋁石、三水鋁石等。)的作用大，故優(yōu)選。優(yōu)選酮系溶劑為丙酮或甲乙酮。優(yōu)選醚系溶劑為甲基正丙基醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丁醚、二乙二醇二甲
醚、二乙二醇二乙醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單丁醚、二丙二醇單乙醚、二丙二醇二甲醚或二丙二醇單丁醚。優(yōu)選烴系溶劑為乙胺或乙酸乙酯。發(fā)明效果通過(guò)使用上述方法規(guī)定的有機(jī)溶劑，即使是進(jìn)行了鏡面精加工的焊接帶，處于帶表面的鋁與空氣接觸而氧化后，空氣中的水分及因拉絲加工等帶入的水分也會(huì)被吸入有機(jī)溶劑中，這種水分不會(huì)在帶表面形成鋁的氫氧化物(AW(OH))，可成為實(shí)現(xiàn)與純金的焊絲同等穩(wěn)定的接合強(qiáng)度及線弧成形性的焊接。并且，當(dāng)使用在蒸氣壓比水高的水溶性的烴系溶齊U、醇系溶劑、酮系溶劑或醚系溶劑中浸漬處理過(guò)的焊接帶時(shí)，因?yàn)樵从谒值奈廴疚镔|(zhì)被從焊接帶除去，所以線弧成形性更加穩(wěn)定。
具體實(shí)施例方式當(dāng)使用在蒸氣壓比水高的水溶性的烴系溶劑、醇系溶劑、酮系溶劑或醚系溶劑中浸漬處理過(guò)的焊接帶時(shí)，由于源于水分的污染物質(zhì)被從焊接帶除去，線弧成形性更加穩(wěn)定。 由于碳原子數(shù)越少，在揮發(fā)時(shí)越不會(huì)殘留碳餾分，因此，有機(jī)溶劑特別優(yōu)選乙醇、甲醇及正丙醇。相反，當(dāng)碳原子數(shù)變多時(shí)，則熱分解、揮發(fā)少，為比較穩(wěn)定的溶劑，除去水分的反應(yīng)性變低。因此，在使這種有機(jī)溶劑以高濃度大量殘留在鋁帶上的情況下，得不到作為鋁帶的目標(biāo)的性能，故不優(yōu)選。本發(fā)明的有機(jī)溶劑由于如果進(jìn)行加溫或加熱就容易氣化，所以在氣化狀態(tài)的氣氛下也能使溶劑附著在鋁帶上。另一方面，對(duì)鋁帶的組成而言，特別是通過(guò)調(diào)整鋁帶的晶體粒徑，成為以往問(wèn)題的焊接強(qiáng)度的偏差變小，不需要較高地保持超聲波的功率，即使超聲波的功率低也能得到穩(wěn)定的接合強(qiáng)度，原因不明的突發(fā)性的接合不良完全消失。另外，發(fā)現(xiàn)通過(guò)使用本發(fā)明的焊接帶能夠避免接合界面的微孔的發(fā)生，可確保穩(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(jìn)行穩(wěn)定的超聲波焊接。因此，本發(fā)明人等也對(duì)鋁帶的晶體組織對(duì)超聲波焊接時(shí)的焊接機(jī)理的影響進(jìn)行了考察。多級(jí)拉絲后經(jīng)輥軋的狀態(tài)下的超薄帶的內(nèi)部晶體組織為加工纖維組織，晶體粒徑為1微米(ym)以下，不能用通常的顯微鏡觀察鋁帶的晶粒。即使對(duì)該超薄帶實(shí)施用于除去應(yīng)力的低溫?zé)崽幚恚庸だw維組織也不會(huì)變化。當(dāng)要通過(guò)超聲波產(chǎn)生的微小振動(dòng)將這種晶體組織的鋁帶與焊接區(qū)接合時(shí)，鋁帶為經(jīng)軋制加工的狀態(tài)下的內(nèi)部組織，為硬質(zhì)，在焊接時(shí)需要大的能量，另一方面，其接合強(qiáng)度低。這是因?yàn)殡m然加工纖維組織內(nèi)的超聲波的傳送速度高，但材料過(guò)于硬質(zhì)而不會(huì)促進(jìn)接合界面的變形。不過(guò)，當(dāng)在適當(dāng)?shù)臏囟认聦?duì)該多級(jí)拉絲后經(jīng)輥軋的狀態(tài)下的超薄帶進(jìn)行熱處理時(shí)，用焊接時(shí)的能量可將鋁帶的接合界面調(diào)質(zhì)成充分塑性變形的硬度。另外，通過(guò)使晶體粒徑均質(zhì)化，使內(nèi)部形變等的微觀缺陷消失，超聲波及負(fù)荷的傳送變得均勻，產(chǎn)生使各個(gè)接合部的接合強(qiáng)度偏差(所謂接合強(qiáng)度偏差，表示可靠性試驗(yàn)(HAST)后的接合強(qiáng)度的降低)降低的效果。這次，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)了鋁帶的晶體組織的控制及最佳粒徑尺寸區(qū)域，并對(duì)其進(jìn)行了再現(xiàn)及確認(rèn)。在這種晶體組織中，可以說(shuō)有助于接合強(qiáng)度的由負(fù)荷引起的接合界面的變形和由超聲波引起的接合界面上的表面氧化膜的除去的平衡較好。關(guān)于這種鋁帶的晶體組織對(duì)超聲波焊接時(shí)的焊接機(jī)理的影響與專利文獻(xiàn)3所述的效果基本上一樣。產(chǎn)生晶體粒徑均勻成長(zhǎng)的區(qū)域的熱處理?xiàng)l件，也依賴鋁帶的材質(zhì)及形狀而不可千篇一律地規(guī)定。在由包含添加元素及剩余部分為鋁的純度99質(zhì)量％以上的鋁合金構(gòu)成的普通鋁帶的情況下，在帶的厚度為1mm，熱處理溫度為250°C 400°C、熱處理時(shí)間為30 90分鐘時(shí)，成為使本發(fā)明的鋁帶的晶體粒徑析出的標(biāo)準(zhǔn)。帶的厚度薄于Imm時(shí)，具有熱處理溫度更低，且熱處理時(shí)間更短的傾向，厚度為10微米(ym)時(shí)，一般的熱處理溫度為200 250°C、熱處理時(shí)間為10 60分鐘。另外，對(duì)于熱處理氣氛而言，在大氣中就足夠。但也可以進(jìn)行加溫、加熱來(lái)進(jìn)行氣氛處理。在熱處理溫度為180°C以下的情況下，即使花費(fèi)時(shí)間，由純度99質(zhì)量％以上的鋁合金構(gòu)成的鋁帶的晶體組織也仍為加工纖維組織，鋁帶的截面內(nèi)的晶體粒徑的平均值不會(huì)粗化至5微米(μ m)，故不優(yōu)選。在本領(lǐng)域中，帶自身的硬度高，接合界面的塑性變形則變得不充分。另外，在平均值不足5微米(μπι)的這樣的熱處理?xiàng)l件下，由于會(huì)殘留未再結(jié)晶部分，超聲波焊接時(shí)的帶界面上的再結(jié)晶部分和未再結(jié)晶部分的變形不均，成為接合強(qiáng)度偏差的原因。另外，當(dāng)熱處理溫度超過(guò)450°C時(shí)，則純度99質(zhì)量％以上的鋁合金的晶粒急劇粗化，難以實(shí)現(xiàn)組織的均勻化。另外，這時(shí)的晶體粒徑的平均值在厚度為Imm的情況下超過(guò) 200微米(μ m)，鋁帶自身容易變形，并且超聲波難以在材料內(nèi)部傳送，超聲波的傳送及負(fù)荷引起的變形的平衡變差，故不優(yōu)選。另外，一般地，從超聲波和負(fù)荷的最佳平衡的觀點(diǎn)出發(fā)，鋁帶的厚度優(yōu)選10微米 (μ m) Imm的范圍。只要鋁帶的晶體粒徑的平均值在5 200微米(μπι)的范圍內(nèi)，在本發(fā)明中即可得到該晶體粒徑的縱橫比(寬度方向/厚度方向)為0. 5 10的范圍且接合強(qiáng)度更好的焊接帶，在對(duì)鋁帶進(jìn)行了第二超聲波焊接后將鋁帶切斷時(shí)，也能夠得到更加穩(wěn)定的結(jié)果?？v橫比的測(cè)定方法是從帶的長(zhǎng)度方向看，通過(guò)在晶體粒徑的寬度方向/厚度方向上進(jìn)行測(cè)定。鋁帶的優(yōu)選的寬度對(duì)厚度的比為7 16的范圍。代表性的鋁帶的寬度和厚度如以下的表1所示。另一方面，已知由于大氣中的氧的作用，即使在常溫下，鋁帶表層的鋁也能形成1 納米(nm)左右的氧化膜。至今為止雖然認(rèn)為由于該氧化膜較薄，因此與接合強(qiáng)度沒(méi)有關(guān)系，但當(dāng)鋁帶的表面存在微觀的凹凸時(shí)，其表面積增加，并且鋁氧化物的量增加。因?yàn)殇X氧化物對(duì)接合沒(méi)有幫助，所以，接合界面上的氧化物的量的變化可成為超聲波焊接時(shí)的接合強(qiáng)度不均的原因。因此，即使在對(duì)看起來(lái)外形上相同的鋁帶進(jìn)行超聲波焊接的情況下，以往也可看到接合后的HAST強(qiáng)度不穩(wěn)定的現(xiàn)象，推測(cè)要提高超聲波的功率來(lái)實(shí)現(xiàn)接合強(qiáng)度的穩(wěn)定。本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，將鋁帶的表面制成鏡面，利用規(guī)定的有機(jī)溶劑從鋁帶的表面將水分完全地除去，且使接合界面的氧化物因表面的凹凸而造成的存在量減少，由此，只要鋁帶的晶體粒徑的平均值在5 200微米(μπι)的范圍內(nèi)，即使為低的超聲波的功率也能夠使接合強(qiáng)度穩(wěn)定化。鋁帶由于越是鏡面，形成氧化物的表面積越減小，因此是所希望的，其標(biāo)準(zhǔn)是表面粗糙度為Ιζ彡2微米(μ m)。因?yàn)樵阡X帶的超聲波焊接中，使用10 120Hz的高頻，因此， 只要鋁帶的晶體粒徑的平均值在5 200微米(μπι)的范圍內(nèi)，且表面粗糙度為Rz <2微米(μ m)，由于純度99質(zhì)量％以上的Al合金很柔軟，所以就能夠避免微孔，得到穩(wěn)定的焊接強(qiáng)度。更優(yōu)選表面粗糙度為Rz < 1. 6微米(μ m)。另一方面，即使鋁帶為鏡面，有時(shí)鋁帶和焊接工具之間的摩擦阻力也變大，有時(shí)在形成線弧時(shí)鋁帶會(huì)斷裂?？烧J(rèn)為這是因?yàn)闅埓嬗性从谒值奈廴疚镔|(zhì)。因此，在本發(fā)明的有機(jī)溶劑方面，當(dāng)使用在水溶性的烴系溶劑、醇系溶劑、酮系溶劑或醚系溶劑中進(jìn)行浸漬處理過(guò)的焊接帶時(shí)，源于水分的污染物質(zhì)向有機(jī)溶劑中擴(kuò)散而被稀釋，被從焊接帶除去。此時(shí)， 當(dāng)使用蒸氣壓比水高的有機(jī)溶劑時(shí)，有機(jī)溶劑的蒸發(fā)速度變快，有機(jī)溶劑快速地?fù)]發(fā)，源于水分的污染物質(zhì)不會(huì)在有機(jī)溶劑中濃縮。特別是當(dāng)使用醇系溶劑時(shí)，由于鋁容易形成醇化物，因此可認(rèn)為鋁帶的表面活性被進(jìn)一步惰性化。特別是由于乙醇、甲醇及正丙醇在揮發(fā)時(shí)不會(huì)殘留碳餾分，故優(yōu)選。另外，當(dāng)醇中存在氯化鋁等鹵化物時(shí)，由于催化作用而加速了醇化物的形成。另外，也能將醇系溶劑與其它烴系溶劑、酮系溶劑和醚系溶劑適當(dāng)混合來(lái)進(jìn)行調(diào)整。例如，水分除去效果比甲醇高的乙醇，能夠作為3%乙醇-丙酮混合溶液使用。另一方面，本發(fā)明的鋁帶的構(gòu)成為整體的純度為99質(zhì)量％以上的鋁合金，包含添加元素和剩余部分的鋁。在容許作為添加元素的元素中，能夠列舉鎳(Ni)、硅(Si)、鎂(Mg)、銅(Cu)、硼 (B)、銦 an)、鋰(Li)、鈹(Be)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、釔(Y)、鑭(La)、鋪(Ce)、釹(Nd)、鉍(Bi) 等元素。對(duì)于鋁帶的晶體粒徑更有效的添加元素為鎳(Ni)、硅(Si)、鎂(Mg)及銅(Cu)。只要是純度99質(zhì)量％以上的鋁合金，只要以合計(jì)包含5 700質(zhì)量ppm的這些可容許的添加元素中的至少一種，就能夠在200 400°C的熱處理溫度下使晶體粒徑均勻地生長(zhǎng)。在純度99質(zhì)量％以上的鋁合金的剩余部分的鋁中，包含不可避免的雜質(zhì)。但是， 不可避免的雜質(zhì)對(duì)鋁(Al)元素的影響并不明確，因此，優(yōu)選不可避免的雜質(zhì)盡可能少。為了穩(wěn)定地產(chǎn)生鋁帶的晶體粒徑均勻地生長(zhǎng)的區(qū)域，優(yōu)選純度99. 99質(zhì)量％以上的鋁(Al)作為母合金。只要是純度99. 99質(zhì)量％以上的鋁(Al)，則不管上述添加元素的組合的種類及量，在200 400°C的熱處理溫度下、在晶體粒徑的平均值為5 200微米(μ m)的范圍內(nèi)都可均勻地生長(zhǎng)。如果是純度99. 999質(zhì)量％以上的鋁(Al)作為母合金，當(dāng)然更優(yōu)選。特別是當(dāng)作為添加元素包含10 300質(zhì)量ppm的鎳(Ni)、剩余部分由至少純度 99. 99質(zhì)量％以上的鋁(Al)構(gòu)成的鋁(Al)合金用于鋁帶時(shí)，能夠以低的超聲波功率使接合強(qiáng)度高水平地穩(wěn)定。
關(guān)于鋁帶的優(yōu)選方式，能夠像如下所述那樣。添加元素優(yōu)選由合計(jì)為5 700質(zhì)量PPm的鎳(Ni)、硅(Si)、鎂(Mg)及銅(Cu)中的至少一種構(gòu)成。添加元素特別優(yōu)選10 300質(zhì)量ppm的鎳(Ni)。另外，優(yōu)選剩余部分的鋁為純度99. 99質(zhì)量％以上的鋁(Al)和不足0. 01質(zhì)量％ 的雜質(zhì)，進(jìn)一步，優(yōu)選剩余部分的鋁為純度99. 999質(zhì)量％以上的鋁(Al)和不足0. 001質(zhì)
量％的雜質(zhì)。特別是從容易調(diào)整鋁帶的晶體粒徑的角度出發(fā)，特別優(yōu)選純度99質(zhì)量％以上的鋁合金包含10 300質(zhì)量ppm的鎳(Ni)作為添加元素，且其剩余部分為純度99. 99質(zhì)量％ 以上的鋁(Al)，更優(yōu)選其剩余部分為純度99. 999質(zhì)量％以上的鋁(Al)。另外，在從圓線軋制成超薄帶時(shí)，優(yōu)選輥軋用一階段或兩階段完成。這是因?yàn)檐堉拼螖?shù)為三階段以上時(shí)，在對(duì)鋁(Al)帶進(jìn)行焊接時(shí)，可發(fā)現(xiàn)接合強(qiáng)度不穩(wěn)定的現(xiàn)象?？烧J(rèn)為該焊接時(shí)的接合強(qiáng)度的不均是因?yàn)檐堉平M織被進(jìn)一步擠壓，結(jié)果組織內(nèi)部的形變?cè)龃?，即使通過(guò)軋制后的熱處理也會(huì)產(chǎn)生晶粒未粗化的部分，晶體粒徑變得不均勻。因此，在以一階段進(jìn)行軋制時(shí)，可獲得接合強(qiáng)度的不均最少的結(jié)果。在專利文獻(xiàn)3獲得的鋁帶的效果在本發(fā)明中也照樣被維持。另外，即使通過(guò)一階段的輥軋等在鋁帶的表層出現(xiàn)了多級(jí)拉絲的表面以外的新的活性面，由于大氣中的氧的作用，該活性面的鋁也會(huì)立刻被氧化而形成1納米(nm)左右的氧化鋁膜。由于該氧化鋁膜彼此不會(huì)相互接合，能夠形成鋁帶的多層卷形態(tài)。只要鋁帶的多層卷形態(tài)的焊接強(qiáng)度穩(wěn)定，則可在無(wú)人的情況下連續(xù)進(jìn)行超聲波焊接的作業(yè)。實(shí)施例下面，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。將表1所示的合金組成(雖然配制原料的鋁使用純度99. 999質(zhì)量％的鋁(Al)，但純度99. 99質(zhì)量％的鋁(Al)也為同樣的結(jié)果。)及規(guī)定線徑的焊絲用作出發(fā)材料，準(zhǔn)備了表1所示的焊接帶的實(shí)施例1 20及比較例1 5。這些焊接帶是使用軋制裝置(沒(méi)有圖示)對(duì)進(jìn)行一階段熱處理軋制處理，在表1所示的規(guī)定溫度下進(jìn)行熱處理之前或之后，在高純度乙醇溶液中浸漬2秒鐘而得到的焊接帶。將這樣操作得到的本發(fā)明的實(shí)施例1 20及比較例1 5，在以下的個(gè)數(shù)和大小的條件下，在純度99. 99質(zhì)量％的Al板(厚度5mm)上實(shí)施超聲波焊接。在合計(jì)進(jìn)行了 500 根焊接的情況下，調(diào)查在焊接中產(chǎn)生的焊絲斷裂次數(shù)。將其判定結(jié)果一并記于表1。另外，可靠性后的強(qiáng)度比按如下進(jìn)行測(cè)定。焊接使用Orthodyne Electronics公司制的Al帶焊接機(jī)3600R型，在Al基板上以壓壞寬度為1. 05倍的條件實(shí)施焊接。對(duì)于接合強(qiáng)度，從帶側(cè)面用DAGE制萬(wàn)能焊接測(cè)試儀PC4000型實(shí)施自接合部側(cè)面的剪切強(qiáng)度測(cè)定。作為可靠性試驗(yàn)，測(cè)定將完成焊接的基板在150°C暴露1000小時(shí)后的剪切強(qiáng)度。然后，將用試驗(yàn)實(shí)施前的剪切強(qiáng)度除可靠性后的剪切強(qiáng)度得到的值定義為可靠性后的強(qiáng)度比，用其進(jìn)行評(píng)價(jià)。另外，判定是以可靠性后的強(qiáng)度比為基礎(chǔ)，用雙圓符號(hào)(◎)表示可靠性后的強(qiáng)度比為0.9以上，用單圓符號(hào)(〇)表示0.7以上不足0.9，用叉(X)表示不足0.7。7 x 卜._J> O O 5, 6 . Ξ ^ ·\1ρ1Η· * i)興 fte'.!-外 ,磁 (SS)^宋 i-γ 磁 《夢(mèng)= 的
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2 _―_ _―_ _―_ O 7 8 9 006= C ___ ___ ___路徑及工具的滑動(dòng)阻力比通常條件更大的條件。用Orthodyne Electronics公司制全自動(dòng)帶焊接機(jī)3600R型，在純度99. 99質(zhì)量％ 的鋁(Al)板(厚度5mm)上實(shí)施超聲波焊接。焊接條件是以80kHz的頻率調(diào)整負(fù)荷及超聲條件，以使壓壞寬度為帶寬度的1.1倍。進(jìn)行焊接的帶根數(shù)分別設(shè)定為合計(jì)500根。焊接工具及焊接導(dǎo)向裝置使用與各帶尺寸一致的Orthodyne Electronics公司制的。相對(duì)于進(jìn)行了表1所示的規(guī)定熱處理的實(shí)施例，將未進(jìn)行熱處理的例子及進(jìn)行了 380 0C的熱處理的例子作為比較例。關(guān)于焊接中的帶斷裂根數(shù)，是對(duì)由于斷裂發(fā)生而造成裝置停止的停止次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。但是，在每次停止時(shí)實(shí)施裝置停止是由于帶斷裂而產(chǎn)生的這樣的確認(rèn)。進(jìn)行如下操作算出晶體粒徑的平均值。對(duì)埋進(jìn)樹脂內(nèi)的Al帶通過(guò)研磨使帶截面露出，通過(guò)化學(xué)腐蝕使截面的晶體露出， 用金屬顯微鏡(物鏡X4500倍)進(jìn)行觀察并拍攝照片，在觀察照片的厚度方向引出三條直線，求出用各直線穿過(guò)的結(jié)晶的數(shù)除帶厚度(μπι)而得到的值，將三條的平均值作為平均粒徑。實(shí)施例及比較例的鋁帶與電極的接觸面具有將多根焊絲等間隔配置的接觸面，以與現(xiàn)有的具有實(shí)際效果的焊絲的接合機(jī)理接近的接合機(jī)理而被接合。另外，在可靠性后的強(qiáng)度比試驗(yàn)后將鋁帶溶解、剝離并觀察接合部位時(shí)，實(shí)施例 1 20的接合部位的整個(gè)接合面呈均勻的接合痕跡。另外，比較例1 5的焊接部位的焊接痕跡也是整個(gè)接合面呈均勻的接合痕跡。
權(quán)利要求
1.一種超聲波焊接用鋁帶，其由純度99質(zhì)量％以上的鋁合金構(gòu)成，該鋁合金由添加元素和剩余部分的鋁組成，其特征在于，該帶為多級(jí)拉絲后輥軋而成的超薄帶結(jié)構(gòu)，該帶的截面內(nèi)的晶體粒徑的平均值為5 200微米(μ m)，該超薄帶的表面進(jìn)行了表面粗糙度為 RzS 2微米(μπι)的鏡面精加工，且在蒸氣壓比水高的水溶性的烴系溶劑、醇系溶劑、酮系溶劑或醚系溶劑中進(jìn)行了浸漬處理或氣氛處理。
2.權(quán)利要求1所述的超聲波焊接用鋁帶，其中，醇系溶劑為乙醇、甲醇、丁醇、正丙醇、 苯酚、乙二醇、十三醇或甘油。
3.權(quán)利要求1所述的超聲波焊接用鋁帶，其中，醇系溶劑為乙醇、甲醇或正丙醇。
4.權(quán)利要求1所述的超聲波焊接用鋁帶，其中，酮系溶劑為丙酮或甲乙酮。
5.權(quán)利要求1所述的超聲波焊接用鋁帶，其中，醚系溶劑為甲基正丙基醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丁醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單丁醚、 二丙二醇單乙醚、二丙二醇二甲醚或二丙二醇單丁醚。
6.權(quán)利要求1所述的超聲波焊接用鋁帶，烴系溶劑為乙胺或乙酸乙酯。
全文摘要
本發(fā)明的課題是提供一種焊接帶，即使進(jìn)行幾萬(wàn)次接合，每次都能夠遍及接合面的整個(gè)面均質(zhì)地進(jìn)行接合，可實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)定的接合強(qiáng)度，并且沒(méi)有形成線弧時(shí)的斷裂。作為解決手段，是一種超聲波焊接用帶，其由純度99質(zhì)量％以上的鋁基合金構(gòu)成，為多級(jí)拉絲后輥軋而成的超薄帶結(jié)構(gòu)，截面內(nèi)的晶體粒徑的平均值為5～200μm，進(jìn)行表面粗糙度為Rz≤2μm的鏡面精加工，且在蒸氣壓比水高的水溶性的烴系溶劑、醇系溶劑、酮系溶劑或醚系溶劑中進(jìn)行了浸漬處理或氣氛處理。
文檔編號(hào)H01L21/60GK102549731SQ201080045558
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9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(qǐng)人:田中電子工業(yè)株式會(huì)社