JP2015516114A - アルミニウム被覆銅リボン - Google Patents

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Abstract

本発明は表面を有する銅を含む第一の層（２）と、前記第一の層（２）の表面上に重ね合わせられた少なくとも１つの被覆層（３）であってアルミニウムを含む前記被覆層（３）と、中間層（７）とを含むリボン、好ましくはマイクロエレクトロニクスにおけるボンディングのためのボンディングリボンであって、リボンの断面図において、第一の層（２）の面積の占める割合が、リボンの断面の総面積に対して５０〜９６％の範囲内であり、断面図におけるリボンの幅と高さとの間のアスペクト比が０．０３〜０．８未満の範囲内であり、前記リボンが２５０００μｍ2〜８０００００μｍ2の範囲内の断面積を有し、前記中間層（７）が第一の層（２）と被覆層（３）との間に配置され、前記中間層（７）が、第一の層（２）の材料と被覆層（３）の材料とを含む少なくとも１つの金属間化合物相を含む、前記リボンに関する。本発明はさらに、ワイヤの製造方法、前記方法によって得られるワイヤ、少なくとも２つの構成要素と少なくとも上述のワイヤとを含む電気装置、前記電気装置を含む推進装置、および２つの構成要素を上述のワイヤを通じてウェッジボンディングによって接続する方法に関する。

Description

本発明は表面を有する銅を含む第一の層と、前記第一の層の表面上に重ね合わせられた少なくとも１つの被覆層であってアルミニウムを含む前記被覆層と、中間層とを含むリボン、好ましくはマイクロエレクトロニクスにおけるボンディングのためのボンディングリボンであって、リボンの断面図において、第一の層の面積の占める割合が、リボンの断面の総面積に対して５０〜９６％の範囲内であり、断面図におけるリボンの幅と高さとの間のアスペクト比が０．０３〜０．８未満の範囲内であり、前記リボンが２５０００μｍ2〜８０００００μｍ2の範囲内の断面積を有し、前記中間層が第一の層と被覆層との間に配置され、前記中間層が、第一の層の材料と被覆層の材料とを含む少なくとも１つの金属間化合物相を含む、前記リボンに関する。本発明はさらに、リボンの製造方法、前記方法によって得られるリボン、少なくとも２つの構成要素と少なくとも上述のリボンとを含む電気装置、前記電気装置を含む推進装置（ｐｒｏｐｅｌｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）、および２つの構成要素を上述のリボンを通じてウェッジボンディングによって接続する方法に関する。
ボンディングワイヤは、半導体素子の製造において、半導体素子の製造の間に集積回路およびプリント回路板を電気的に相互接続するために使用される。さらには、ボンディングワイヤは、パワーエレクトロニクス用途において、トランジスタ、ダイオードおよびその種のものを、パッドまたはハウジングのピンと電気的に接続するために使用される。当初は、ボンディングワイヤは金から製造されていたが、最近はより安価な材料、例えば銅またはアルミニウムが使用されている。銅ワイヤは非常に良好な導電性および熱伝導性をもたらす一方で、銅ワイヤのウェッジボンディングはアルミニウム製のワイヤと比べて問題を有する。さらには、銅ワイヤは、ワイヤの酸化の影響を受けやすい。
ワイヤの形状に関して、円形の断面のワイヤが非常に一般的である。ボンディングのための他の興味深い形状は、本質的に角形の断面を有するリボンである。両方の形状は、それらを特定の用途のために有用にするという利点を有する。従って、両方の種類の形状が市場におけるシェアを有する。例えば、リボンは、特定の断面については、より大きな接触面積を有する。しかしながら、リボンの曲がりは限定的であり、且つ、ボンディングに際して、リボンと、それに結合される構成要素との間の受け容れ可能な電気的接触を達成するようにリボンの配向を考慮しなければならない。ボンディングワイヤについては、より柔軟性のある曲がりを有する。しかしながら、ボンディングは、ボンディング工程におけるはんだ付けまたはワイヤのより大きな変形を必要とし、そのことは、結合先であるボンディングパッドおよび構成要素の下方の電気的な構造を害するか、もしくは破壊すらしかねない。
いくつかの最近の開発は、コアおよびシェル、例えば被覆層を有するボンディングワイヤに関している。コア材料として、多くの場合、銅または金が選択される。被覆層に関して、アルミニウムがより一般的な選択肢の１つである。これらのコアシェルボンディングワイヤは、銅ワイヤの利点のいくつかと、アルミニウムワイヤの利点のいくつかを兼ね備える。最近の業績は、かかるアルミニウム被覆銅ワイヤのための標準的なウェッジボンディング工程の使用を可能にしている。それにもかかわらず、ワイヤまたはリボン、およびボンディング工程に関するボンディング技術をさらに改善することについては継続的なニーズがある。
従って、本発明の課題は、改善されたリボンを提供することである。
本発明の他の課題は、良好な加工特性を有し、且つ相互接続に際して特別な要請がない、つまり、費用を節約するリボンを提供することである。
また、本発明の課題は、優れた導電性および熱伝導性を有するリボンを提供することである。
本発明のさらなる課題は、改善された信頼性を示すリボンを提供することである。
本発明のさらなる課題は、ボンディングされた構造またはボンディングされた構造の下にある構造の破壊および／または破損を回避するボンディング技術を提供することである。
本発明のさらなる課題は、優れたボンディング性を示すリボンを提供することである。
本発明の他の課題は、腐食および／または酸化に対する耐性が改善されたリボンを提供することである。
本発明の他の課題は、標準的なチップおよびボンディング技術を用いて使用するための新規のリボンであって、従来のワイヤよりも延長された寿命が確保される前記新規リボンを提供することである。
本発明の他の課題は、現在の標準的なボンディング方法よりも単純であり、ひいてはコストを削減するボンディング技術を提供することである。
本発明のさらなる課題は、電気装置おいてより密にパッケージングするための手段を提供することである。
本発明のさらなる課題は、環境による酸化および劣化に対して、標準的なアルミニウムボンディングリボンと少なくとも同じぐらい安定である、改善されたリボンを提供することである。
さらなる課題は、特にパワーエレクトロニクスのための改善された電気装置であって、電気的な構成要素が標準的なアルミニウムワイヤおよびアルミニウムリボンによって相互接続されている従来の装置と比較して延長された寿命を有する前記電気装置を提供することである。
他の課題は、特にパワーエレクトロニクスのための改善された電気装置であって、ボンディングがアルミニウムワイヤに基づく従来の素子よりも高い電流で稼働する前記電気装置を提供することである。
本発明の他の課題は、上述の従来の装置と同一の寸法および類似したチップ設計を有する、改善された電気装置を提供することである。他の課題は、元々は従来の電気装置の製造のために設計された生産ラインにおいて、前記の改善された電気装置を製造するための手段を提供することである。これは、改善された技術を実施するためのコストを最小化し得る。
さらなる課題は、意図されていない内部の電気的橋絡の可能性が、従来の電気装置と比較して低減された、改善された電気装置を提供することである。さらには、特に、電気装置における意図されていない内部の橋絡に関する防止策を単純化、さらには省略すらできるようにすることが課題である。
意外なことに、本発明のリボンは、上述の課題の少なくとも１つを解決することが判明した。さらには、それらのリボンを製造するための方法は、リボンの製造の問題の少なくとも１つを解消することが判明した。さらには、本発明のリボンを含む、半導体を用いた装置は、本発明によるリボンと他の電気的構成要素、例えばプリント回路板、パッド／ピン等との間の界面でより信頼性が高いことが判明した。
特許請求の範囲の主題は、上記課題の少なくとも１つを解決するために寄与し、その際、特許請求の範囲の従属の下位請求項は本発明の好ましい態様を示し、その主題は同様に、上述の課題の少なくとも１つを解決するために寄与する。
本発明の第一の態様は、
ａ． 表面を有する銅を含む第一の層、および
ｂ． 前記第一の層の表面上に重ね合わせられた少なくとも１つの被覆層であって、アルミニウムを含む前記被覆層、および
ｃ． 中間層
を含むリボンであって、リボンの断面図において、第一の層の面積の占める割合が、各々リボンの断面の総面積に対して５０〜９６％の範囲内、好ましくは６０〜９５％、または６５〜９２％、または７０〜９２％の範囲内であり、
断面図におけるリボンの幅と高さとの間のアスペクト比が０．０３〜０．８未満、好ましくは０．０３〜０．５、または０．１〜０．３の範囲内であり、
前記リボンが２５０００μｍ2〜８０００００μｍ2、好ましくは１０００００μｍ2〜６０００００μｍ2の範囲内の断面積を有し、
前記中間層（７）が第一の層（２）と被覆層（３）との間に配置され、前記中間層（７）が、第一の層（２）の材料と被覆層（３）の材料とを含む少なくとも１つの金属間化合物相を含む、前記リボンである。
該リボンは好ましくはマイクロエレクトロニクスにおけるボンディングのためのボンディングリボンである。該リボンは好ましくは一体型の物体である。上述の断面図および直径についての基準は、リボンの長手方向の延び（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）の少なくとも８０％、好ましくは９０％内で満たされなければならない。
本願に関する用語「断面図」とは、切断面がリボンの長手方向の延びに対して垂直であるリボンの切断図に関する。前記断面図は、リボンの長手方向の延びにおける任意の位置であってよい。
リボンの断面図を使用して、リボンの寸法を評価する。さらなる参考のために、平行四辺形Ｒ１を、平行四辺形Ｒ１の面積ＡR1とリボンの面積Ａリボンとの差が、リボンを囲んで描かれ得る他の全ての平行四辺形Ｒｘと比較して最小になるように、リボンを囲んで描画する。平行四辺形Ｒ１は、２つの辺ａおよび２つの辺ｂを有し、辺ａは辺ｂよりも長い。リボンの中心は、平行四辺形Ｒ１の任意の頂点について（ａ／２、ｂ／２）の位置である。
断面図におけるリボンの「幅」は、リボンの境界線とリボンを通じて平行四辺形Ｒ１の辺ａに平行に位置し得る全ての線との間の端から端までの平均の距離である。
断面図におけるリボンの「高さ」は、リボンの境界線とリボンを通じて平行四辺形Ｒ１の辺ｂに平行に位置し得る全ての線との間の端から端までの平均の距離である。
「直径」との用語は、全ての面がワイヤの長手方向の延びに対して垂直である任意の面および任意の方向における全ての幾何学的直径の算術平均である。
本発明に関して、「重ね合わせられた」との用語は、第一の要素、例えば層、シート、または銅コアの、第二の要素、例えば被覆層または他のシートに対する相対的な位置を記載するために使用される。場合によっては、さらなる要素、例えば中間層を第一の要素と第二の要素との間に配置してもよい。好ましくは、第二の要素は、第一の要素の表面上の少なくとも部分的、例えば、第一の要素の全表面に対して少なくとも３０％、５０％、７０％または少なくとも９０％、重ね合わせられている。
本発明に関する層の「厚さ」との用語は、リボンの断面図において測定された層のサイズの算術平均を定義するために使用され、前記算術平均は、（ａ／２）−０．４＊ａ〜（ａ／２）＋０．４＊ａによる範囲内の位置ａ’において、辺ｂに平行な方向におけるＲ１に対して測定される。
リボンに関して、本発明に関する「中間層」との用語は、第一の層と被覆層との間のリボンの領域である。この領域においては、第一の層における材料も被覆層における材料も、一緒になって、例えば少なくとも１つの金属間化合物相の形態で存在する。
本発明に関する「金属間化合物相」との用語は、２つまたはそれより多くの金属の相を定義するために使用され、ここで、異なる元素は構造内の異なるサイトに配列され、前記サイトは別途の局所的な環境を有し、且つ多くの場合、よく定義され固定された化学量論組成比を有する。このことは、異なる元素がランダムに分布されている合金に関しては異なる。
上述の長さの寸法の全て、例えば厚さ、直径、最長のパス、最短のパスは、上記で定義された断面図において測定される。
好ましくは本発明のリボンは、リボンの断面図において実質的に角形の領域を有する。本発明のリボンは、丸い角を有することができる。
被覆された、場合によりアニールされたリボンの第一の層の「表面」は、その中心部周辺の第一の層の事実上の境界であると定義され、前記の事実上の境界とは、Ｃｕの濃度がリボン中心部でのＣｕ濃度から９．９質量％より多くずれるところであり、前記中心部は上記のとおりに定義される。
本発明による第一の層は、純度が少なくとも９９．９％のＣｕの元素銅（Ｃｕ）を、第一の層の総質量に対して少なくとも９５質量％含む。好ましくは、本発明による第一の層は、純度が少なくとも９９．９９％の、または９９．９９９％、または９９．９９９９％のＣｕを、第一の層の総質量に対して少なくとも９８質量％含む。
本発明の好ましい態様によれば、第一の層内での上述の銅の酸素含有率は、０．１〜８０ｐｐｍ、好ましくは０．５〜７０ｐｐｍ、または１〜６０ｐｐｍ、または５〜５０ｐｐｍ、または１０〜５０ｐｐｍの範囲内である。
アルミニウムを含む被覆層は、好ましくは、アルミニウム、アルミニウム合金またはその２つの組み合わせからなる群から選択される。
好ましいアルミニウムは純度が少なくとも９９．９％のＡｌの元素アルミニウム（Ａｌ）であり、より好ましくは、アルミニウムの純度は少なくとも９９．９９％のＡｌまたは９９．９９９％のＡｌである。通常、かかる被覆層が、アルミニウムと空気との界面でアルミニウム酸化物の薄層を形成する。
好ましくは、被覆層は、Ａｌ純度９９．９％、より好ましくは純度９９．９９％、または９９．９９９％のアルミニウムを、各々被覆層の総質量に対して少なくとも８０質量％、好ましくは少なくとも９０質量％含む。
アルミニウム合金の好ましい例は、マグネシウムとの合金（ＡｌＭｇ）、およびアルミニウムと、合金の総量に対して１質量％のケイ素との合金（ＡｌＳｉ１）である。
本発明の他の態様によれば、リボンの幅は、１００〜５０００μｍ、好ましくは５００〜２０００μｍ、または１０００〜２０００μｍの範囲内である。
本発明の他の態様によれば、リボンの高さは、５０〜５００μｍ、好ましくは５００〜４００μｍ、または１００〜３００μｍ、または１００〜２００μｍの範囲内である。
リボンの幅と高さとの好ましい組み合わせは、５００μｍ×５０μｍ、１０００μｍ×１００μｍ、２０００μｍ×２００μｍ、２０００μｍ×３００μｍ、および２０００μｍ×４００μｍである。
リボンの中間層は第一の層と被覆層との間のリボンの領域であって、中間層の総質量に対して、Ｃｕ濃度が、第一の層におけるＣｕ濃度（第一の層の総質量に対する）から、５質量％より多くずれ、且つ、中間層の総質量に対して、Ａｌ濃度が、被覆層におけるＡｌ濃度（被覆層の総質量に対する）から、５質量％より多くずれる領域であると定義される。
リボンの上述の寸法、即ち、被覆層の厚さ、中間層の厚さ、および銅コアの直径を、リボンの断面図において、例えば光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡を使用して測定できる。光学顕微鏡において、第一の層は銅赤色をしており、且つ、被覆層は銀白色であり、且つ、中間層は灰色である。上述された銅およびアルミニウムの濃度は、一体型ＳＥＭ／ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分光）を使用して測定できる。
本発明の他の態様によれば、リボンの任意の断面図において中間層の面積の占める割合は、各々リボンの断面の総面積に対して０．１〜１５％、好ましくは０．１〜１０％、または０．３〜５％、または０．８〜８．５％の範囲内である。
本発明の他の態様によれば、中間層の厚さは、０．１〜５μｍ、好ましくは０．５〜３μｍの範囲内である。中間層の厚さについての上述の基準は、リボンの長手方向の延びの少なくとも８０％、好ましくは９０％において満たされなければならない。場合により、中間層の不完全性、例えば孔に起因して、中間層の厚さのずれが生じることがある。
本発明の他の態様によれば、中間層の厚さの標準偏差は、０．０５〜０．５μｍ、好ましくは０．１〜０．３μｍの範囲内である。
本発明の他の態様によれば、リボンの断面図で被覆層の面積の占める割合は、各々リボンの断面の総面積に対して３．９〜５０％、好ましくは８〜４０％の範囲内である。
本発明の他の態様によれば、被覆層の厚さは、１０〜７０μｍ、好ましくは２０〜７０μｍ、または２０〜６０μｍの範囲内である。
本発明の他の態様によれば、被覆層の厚さの標準偏差は、０．１〜１０μｍ、好ましくは０．５〜７μｍ、または１〜６μｍの範囲内である。
本発明の他の態様によれば、第一の層の厚さは、２５〜３８０μｍ、好ましくは８０〜３５０μｍ、または１５０〜３００μｍの範囲内である。
本発明の他の態様によれば、第一の層の厚さの標準偏差は、０．１〜１０μｍ、好ましくは０．５〜７μｍ、または１〜６μｍの範囲内である。
本発明の他の態様によれば、本発明によるリボンについての散逸仕事は、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについての散逸仕事よりも少なくとも２倍、好ましくは少なくとも３倍高い。好ましくは、２００００〜１２００００試験サイクルの範囲での１試験サイクルにおいて、本発明によるリボンについての散逸仕事は、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについての散逸仕事よりも、少なくとも２倍、好ましくは少なくとも３倍高い。より好ましくは、２００００〜１２００００試験サイクルの範囲での全ての試験サイクルにおいて、本発明によるリボンについての散逸仕事は、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについての散逸仕事よりも、少なくとも２倍、好ましくは少なくとも３倍高い。しかしながら、いくつかの場合においては、本発明によるリボンについての散逸仕事は、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンの散逸仕事の１０倍以下である。純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンは、５０ｐｐｍのニッケルでドープされた純度９９．９９９％のアルミニウム製のリボンであり（Ｈｅｒａｅｕｓ／ドイツによって「ＡＬ−Ｈ１１ ＣＲ」として販売）、且つ、本発明のリボンと同じ断面積を有する。
本発明の他の態様によれば、本発明によるリボンについての最大歪みは、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについての最大歪みよりも少なくとも１．５倍、好ましくは少なくとも２倍、または少なくとも４倍高い。好ましくは、２００００〜１２００００試験サイクルの範囲での１試験サイクルにおいて、本発明によるリボンについての最大歪みは、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンによる最大歪みよりも、少なくとも２倍、好ましくは少なくとも４倍高い。より好ましくは、２００００〜１２００００試験サイクルの範囲での全ての試験サイクルにおいて、本発明によるリボンについての最大歪みは、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについての最大歪みよりも、少なくとも２倍、好ましくは少なくとも４倍高い。しかしながら、いくつかの場合においては、本発明によるリボンの最大歪みは、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンの最大歪みの５倍以下である。純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンは、５０ｐｐｍのニッケルでドープされた純度９９．９９９％のアルミニウム製のリボンであり（Ｈｅｒａｅｕｓ／ドイツによって「ＡＬ−Ｈ１１ ＣＲ」として販売）、且つ、本発明のリボンと同じ断面積を有する。
本発明の他の態様によれば、２００００〜１２００００試験サイクルの範囲での１試験サイクルにおいて、本発明によるリボンについてのパワーサイクリング試験における同一条件下でのサイクル数は、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについてのパワーサイクリング試験よりも、少なくとも３倍、好ましくは少なくとも４倍高い。より好ましくは、２００００〜１２００００試験サイクルの範囲での全ての試験サイクルにおいて、本発明によるリボンについてのパワーサイクリング試験は、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンによるパワーサイクリング試験よりも、少なくとも３倍、好ましくは少なくとも４倍高い。しかしながら、いくつかの場合においては、本発明によるリボンについてのパワーサイクリング試験は、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンの散逸仕事の３０倍以下である。純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンは、５０ｐｐｍのニッケルでドープされた純度９９．９９９％のアルミニウム製のリボンであり（Ｈｅｒａｅｕｓ／ドイツによって「ＡＬ−Ｈ１１ ＣＲ」として販売）、且つ、本発明のリボンと同じ断面積を有する。
本発明の他の態様によれば、本発明によるリボンについてのボンドシェアは、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンと同等の高さである。この試験は以下に記載されている。純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンは、５０ｐｐｍのニッケルでドープされた純度９９．９９９％のアルミニウム製のリボンであり（Ｈｅｒａｅｕｓ／ドイツによって「ＡＬ−Ｈ１１ ＣＲ」として販売）、且つ、本発明のリボンと同じ断面積を有する。
本発明の他の態様によれば、本発明によるリボンについてのプルは、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについてのものより少なくとも１０％高い。純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンは、５０ｐｐｍのニッケルでドープされた純度９９．９９９％のアルミニウム製のリボンであり（Ｈｅｒａｅｕｓ／ドイツによって「ＡＬ−Ｈ１１ ＣＲ」として販売）、且つ、本発明のリボンと同じ断面積を有する。
本発明の他の態様によれば、本発明のリボンは、上述の試験条件、つまり、散逸仕事、最大歪み、パワーサイクリング試験、ワイヤボンドシェアおよびウェッジプルの少なくとも２つ、または全てを満たす。
本発明の他の態様は、リボンの製造方法であって、少なくとも以下の段階：
ａ． 表面を有する銅コアと、前記銅コアの表面上に重ね合わせられた被覆層とを含むワイヤプリフォームを準備する段階であって、
前記被覆層がアルミニウムを含み、
前記ワイヤプリフォームの断面図において、銅コアの面積の占める割合は、各々ワイヤプリフォームの断面の総面積に対して５０〜９０％、好ましくは６０〜１００％、または７０〜９５％の範囲内であり、且つ
断面図において前記ワイヤプリフォームを通じた最長のパスと最短のパスとの間のアスペクト比が０．８超〜１．０、好ましくは０．９〜１．０の範囲内であり、
前記ワイヤプリフォームは０．５〜５ｍｍ、好ましくは０．７５〜３ｍｍ、または０．７５〜２ｍｍの範囲内の直径を有する、前記段階
ｂ． 前記ワイヤプリフォームを成形する段階であって、リボンプリフォームが得られる、前記段階
ｃ． 成形されたリボンプリフォームをアニールする段階であって、中間層（７）が形成され、次いでリボンが得られる、前記段階
を含む、前記方法である。
リボンは好ましくは、２５０００〜８０００００μｍ2、または１０００００μｍ2〜６０００００μｍ2の断面積を有する。
リボンに関する上記の本発明の態様は、リボンの製造のための上述の方法によって得られるリボンの好ましい態様でもある。
ワイヤプリフォームの寸法を評価するために、断面におけるワイヤプリフォームを通じた「最長のパス」とは、断面図の面内においてワイヤプリフォームの断面を通じて存在し得る最長の弦のことである。
断面におけるワイヤプリフォームを通じた「最短のパス」とは、上記で定義された断面図の面内で最長のパスに対して垂直な最長の弦のことである。
ワイヤが完全な円形の断面を有している場合、最長のパスと最短のパスとは区別がつかず、且つ、同一の値を共有する。
好ましくは、ワイヤプリフォームは、ワイヤプリフォームの断面図において実質的に円形の領域を有する。
被覆されていない銅ワイヤプリフォームの銅コアの「表面」は、ワイヤプリフォーム／空気の界面である。
被覆された、場合によりアニールされたワイヤプリフォームの銅コアの「表面」は、その中心部周辺の銅コアの事実上の境界として定義され、前記の事実上の境界とは、Ｃｕの濃度がワイヤプリフォーム中心部でのＣｕ濃度から９．９質量％より多くずれるところであり、前記中心部は、上記で定義された最短のパスと最長のパスとの交差部によって定義される。
ワイヤプリフォームに関して、本発明に関する「中間層」との用語は、銅コアと被覆層との間のワイヤプリフォームの領域である。この領域においては、コアにおける材料も被覆層における材料も、一緒になって、例えば少なくとも１つの金属間化合物相の形態で存在する。
本発明の他の態様によれば、銅コアの直径は、各々、ワイヤプリフォームの断面図内で測定して１００〜５００μｍ、好ましくは１５０〜４００μｍ、または２００〜３００μｍ、または２３０〜２５０μｍの範囲内である。
本発明の他の態様によれば、被覆層の厚さ対銅コアの直径の比は、各々、ワイヤプリフォームの断面図内で測定して０．０５〜０．２、好ましくは０．０５〜０．１５、または０．１〜０．１５の範囲内である。
本発明の他の態様によれば、銅コアの直径の標準偏差と銅コアの直径との比は、各々、ワイヤプリフォームの断面図内で測定して０．１以下、または０．０５以下、または０．０３以下、または０．０３〜０．００１の範囲内である。
本発明の他の態様によれば、被覆層の厚さは、各々、ワイヤプリフォームの断面図内で測定して１０〜６０μｍ、好ましくは２０〜５０μｍ、または２０〜４０μｍ、または２５〜３５μｍの範囲内である。被覆層の厚さについての上述の基準は、ワイヤプリフォームの長手方向の延びの少なくとも８０％、好ましくは９０％内で満たされなければならない。
本発明の他の態様によれば、ワイヤプリフォームは、被覆層の厚さの標準偏差と被覆層の厚さとの比が０．０５〜０．５、好ましくは０．１〜０．３の範囲内である。
本発明の他の態様によれば、中間層が、ワイヤプリフォームのコアと被覆層との間に配置される。中間層は好ましくは、コアの材料と被覆層の材料とを含む少なくとも１つの金属間化合物相を含む。中間層は、含まれる材料の各々について濃度勾配を示す。金属間化合物相は、両方の材料が金属である場合に形成される。
本発明の好ましい態様によれば、中間層は、ワイヤプリフォームのコアと被覆層との間に配置され、その際、中間層は銅コアに隣接し且つ被覆層に隣接する。
本発明によるワイヤプリフォームの第一の層は、純度が少なくとも９９．９％のＣｕの元素銅（Ｃｕ）を、第一の層の総質量に対して少なくとも９５質量％含む。好ましくは、本発明による第一の層は、純度が少なくとも９９．９９％の、または９９．９９９％、または９９．９９９９％のＣｕを、第一の層の総質量に対して少なくとも９８質量％含む。
本発明の好ましい態様によれば、ワイヤプリフォームの第一の層内での上述の銅の酸素含有率は、０．１〜８０ｐｐｍ、好ましくは０．５〜７０ｐｐｍ、または１〜６０ｐｐｍ、または５〜５０ｐｐｍ、または１０〜５０ｐｐｍの範囲内である。
ワイヤプリフォームの中間層は銅コアと被覆層との間のワイヤプリフォームの領域であって、中間層の総質量に対して、Ｃｕ濃度が、銅コアにおけるＣｕ濃度（銅コアの総質量に対する）から５質量％より多くずれ、且つ、中間層の総質量に対して、Ａｌ濃度が、被覆層におけるＡｌ濃度（銅コアの総質量に対する）から５質量％より多くずれる領域であると定義される。
ワイヤプリフォームの上述の寸法、即ち、被覆層の厚さ、中間層の厚さ、および銅コアの直径を、ワイヤプリフォームの断面図において、例えば光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡を使用して測定できる。光学顕微鏡において、第一の層は銅赤色をしており、且つ、被覆層は銀白色であり、且つ、中間層は灰色である。上述された銅およびアルミニウムの濃度は、一体型ＳＥＭ／ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分光）を使用して測定できる。
段階ａにおけるようなワイヤプリフォームを、アルミニウム被覆層を銅ワイヤの表面の少なくとも一部の上に形成することによって得ることができる。好ましくは、アルミニウム層は、各々銅ワイヤの総面積に対して１００％、または８０〜１００％、または６０〜８０％の銅ワイヤの表面上に形成される。銅表面上、特に銅ワイヤ上にアルミニウム層を形成するための多数の技術が公知である。好ましい技術はめっき、例えば電気めっきおよび無電解めっき、気相からのアルミニウムの堆積、例えばスパッタリング、イオンめっき、真空蒸着および化学気相堆積、および溶融物からのアルミニウムの堆積である。
表面粗さを適合させるために、且つ／または銅ワイヤ表面にパターンを付与するために、銅ワイヤの前処理を採用してもよい。銅ワイヤの表面を適合させるための多数の技術が公知である。好ましい技術は、冷間ロール成形、研削および電気化学的研削である。
ワイヤプリフォームを成形するための多数の技術が公知である。好ましい技術は、圧延、スエージ加工、ダイドローイングまたはその種のものであり、その中でダイドローイングが特に好ましい。より好ましくは、ワイヤプリフォームは３〜２０段階で引き抜かれ、その際、各々の段階において、長さに関して６〜１８％のワイヤプリフォームの伸長が行われる。スリップ剤を用いてもよい。適したスリップ剤は沢山あり、且つ、当業者に公知である。リボンプリフォームは、ワイヤプリフォームを成形することによって得られる。
本発明の他の態様は、リボンの製造方法であって、少なくとも以下の段階：
Ａ） 少なくとも９９．９％の純度の銅を含む第一のシートを準備する段階、
Ｂ） ９９．９％の純度のアルミニウムを含む少なくとも１つのさらなるシートを準備する段階であって、
第一のシートおよび少なくとも１つのさらなるシートの断面図において、第一のシートの断面積対少なくとも１つのさらなるシートの断面積の比は、１：１〜４：１、好ましくは１．２：１〜３．８：１の範囲内である、前記段階、
Ｃ） 段階ａおよびｂにおいて準備されたシートを重ね合わせ、シートを結合してリボンプリフォームを得て、そのリボンプリフォームを成形する段階、
Ｄ） 成形され且つ結合されたシートをアニールする段階であって、中間層が形成され、次いでリボンが得られる、前記段階
を含む前記製造方法である。
リボンは好ましくは、２５０００〜８０００００μｍ2、または１０００００μｍ2〜６０００００μｍ2の範囲内の断面積を有する。
リボンに関する上記の本発明の態様は、リボンの製造のための上述の方法によって得られるリボンの好ましい態様でもある。
本発明の態様によれば、純度９９．９％のアルミニウムを含む少なくとも２つのさらなるシートを準備する。この場合、第一のシートは好ましくは段階Ｃ）においてシートを重ね合わせる際に少なくとも２つのさらなるシートの間に配置される。
段階Ｃ）において、段階Ａ）およびＢ）において準備されたシートを重ね合わせ、結合し、その後、成形して、成形されたリボンプリフォームを得る。前記シートの重ね合わせは、多くの場合、結合する直前に実施される。結合は、当該技術分野において公知の多数の技術により、好ましくは圧延によって実施できる。さらにより好ましくは、リボンプリフォームの厚さおよび断面積は、圧延の間に所望の高さのリボンになるように調整される。断面積の適合化は、圧延の間にリボンを引き延ばすことによって実施される。
リボンプリフォームの成形を、当該技術分野において公知の多数の技術によって、好ましくは、当該技術分野において公知のものから適切に選択される打抜型を使用してリボンプリフォームを切断して、成形されたリボンプリフォームにすることにより行うことができる。さらにより好ましくは、成形されたリボンプリフォームの幅は、切断によって所望の幅のリボンになるように調節される。
本発明の他の態様によれば、第一の層は、少なくとも１つのさらなる層に背反する側において、被覆物で被覆される。前記被覆物は、有機被覆物であってよく、前記有機被覆物は間の温度に本質的に耐えるべきである。好ましくは、前記被覆物は、例えばパラジウム、白金または金を含む金属層であり、引き続くアニールの間に第一の層の酸化を防ぐ。かかる被覆物は、場合によっては、ボンディング工程の間にボンディング器具を保護するために施与される。
上述の工程の段階Ｃ）およびＤ）において、成形されたリボンプリフォームをアニールすることによってリボンが得られる。リボンプリフォームをアニールするための多数の手順が当該技術分野において公知であり、例えば、リボンプリフォームのアニールを連続的な方法または断続的な方法のいずれでも実施することができる。特別な用途においては、連続的な方法と断続的な方法とを組み合わせてもよい。
本発明の好ましい態様によれば、リボンプリフォームを１４０〜４００℃、好ましくは１６０〜３５０℃、または２００〜３００℃、または２２０〜２８０℃の範囲の温度に加熱し、且つ、その温度を３０分〜５時間、好ましくは３０分から３時間保持することによって、アニールを実施する。その後、リボンプリフォームのアニールによって得られたリボンを室温に冷却する。冷却を様々な方法で実施することができる。１つの適した方法は、リボンを加熱領域から取り出した際に周囲温度で周囲空気にさらすことである。
上述の手順によるリボンの室温（Ｔ＝２０℃）への冷却は、通常、２４時間以内で達成できる。例えば冷水およびその種のものに浸漬させることによるリボンの急冷は回避すべきである。従って、他の態様は、加熱ゾーンから取り出した際のリボンの冷却が、リボンの急冷によって実施されない方法である。
本発明の他の態様によれば、アニールは連続的な方法で、より好ましくは管状炉内で実施される。さらにより好ましくは、リボンプリフォームは、ワイヤプリフォームを準備し、且つ成型し、且つアニールする段階から、単独のドローイング機によって引き抜かれる。
管状炉内でのアニールの間の引き抜き速度は管状炉の管の長さに依存する。管が長いほど、より速い引き抜き速度でリボンプリフォームの部分への特定のエネルギー曝露をもたらすことが可能になる。管状炉の管の好ましい長さは、０．８〜２．５ｍ、または１〜２ｍ、または１．５〜２．５ｍの範囲内である。
炉の管内の温度は、引き抜き速度に合わせることができる、または独立して測定できる。管内の好ましい温度は、１５０〜６００℃、または２００〜６００℃、または２５０〜５５０℃の範囲内である。一般に、温度は、少なくとも１つの成分、または少なくとも２つの成分の混合物がリボンプリフォーム中で液化されて存在する温度よりも低くなるように選択される。例えば、部分的に可溶性または不溶性の二成分または他成分系合金をアニールする場合、炉内の温度は合金の共融温度を上回るべきではない。
本発明の他の態様によれば、炉内の温度は、リボンプリフォームの少なくとも１つの成分、または少なくとも２つの成分の混合物が液化する温度よりも、少なくとも３０℃、または５０℃、または８０℃低くなるように選択される。
本発明の他の態様によれば、アニール速度は、１〜２０ｍ／分、または１〜１６ｍ／分、または２〜１８ｍ／分の範囲内で選択される。
本発明の他の態様によれば、アニールを不活性雰囲気または還元性雰囲気中で実施できる。これは、例えば管状炉内での連続的な方法、および断続的な方法におけるアニールの両方に当てはまる。多数の不活性雰囲気並びに還元性雰囲気が当該技術分野において公知である。公知の不活性雰囲気の中で、窒素が好ましい。公知の還元性雰囲気の中で、水素が好ましい。さらに、好ましい還元性雰囲気は窒素と水素との混合物である。好ましくは、窒素と水素との混合物は、各々混合物の総体積に対して、９０〜９８体積％の窒素および１０〜２体積％の水素の範囲内であることが好ましい。好ましい混合物の窒素／水素は、各々混合物の総体積に対して９３／７、９５／５および９７／３体積％／体積％である。リボンプリフォーム表面のいくつかの部分が空気の酸素により酸化されやすい場合、例えばリボンプリフォームの銅が表面に露出している場合、アニールに際して還元性雰囲気を適用することが特に好ましい。
本発明の他の態様によれば、管状炉内で、１５０℃〜６００℃の範囲内の温度で、好ましくは１〜２０ｍ／分の範囲内の引き抜き速度で、さらにより好ましくは還元性雰囲気中でアニールを実施する。
本発明の他の態様は、上記で定義された方法によって得られるリボンである。
本発明の他の態様によれば、リボンは以下の特徴の少なくとも１つによって特徴付けられる：
ａ． 本発明によるリボンについての散逸仕事が、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについての散逸仕事よりも少なくとも２倍高い、
ｂ． 本発明によるリボンについての一軸サイクリング試験における最大歪みが、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについての最大歪みよりも少なくとも１．５倍高い、
ｃ． 本発明によるリボンについてのパワーサイクリング試験が、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについてのものよりも少なくとも３倍高い、
ｄ． 本発明によるリボンのプルが、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについてのものよりも少なくとも１０％高い、
ｅ． 本発明によるリボンのボンドシェアが、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンと同等の高さである、
ｆ． 本発明によるリボンの導電率が、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンの導電率よりも２０％〜５５％の範囲内で高い。
上記における純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンは、５０ｐｐｍのニッケルでドープされた純度９９．９９９％のアルミニウム製のリボンであり（Ｈｅｒａｅｕｓ／ドイツによって「ＡＬ−Ｈ１１ ＣＲ」として販売）、且つ、本発明のリボンと同じ断面積を有する。
本発明の他の態様は、２つの構成要素および少なくとも１つの上記で定義されたリボンまたは上述のとおりに製造されたリボンを含む電気装置である。
本発明の他の態様によれば、電気装置内の少なくとも１つのリボンは、ウェッジボンディングによって、好ましくは超音波ウェッジ・ウェッジボンディングによって電気装置の他の構成要素に接続される。
本発明の他の態様によれば、構成要素の少なくとも１つは、基板、ＩＧＢＴ（即ち、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、集積回路、トランジスタ、ダイオード、例えば発光ダイオード、フォトダイオードからなる群から選択される。
本発明の他の態様は、上述のリボンの使用、または上述の方法によって製造されたリボンの、制御ユニットと制御される素子との間のウェッジ−ウェッジボンディングの相互接続における使用である。
本発明の他の態様は、推進装置、好ましくは推進車両、太陽電池または風力タービンであり、前記の推進装置は、少なくとも１つの上述の電気装置を含む。
本発明の他の態様は、電気装置の製造方法であって、
ａ． 少なくとも２つの構成要素を準備する段階、
ｂ． ２つの構成要素を上述のリボンによって接続する段階であって、前記接続の少なくとも１つはウェッジボンディングによって実施される前記段階
を含む前記製造方法である。
ウェッジボンディング技術は当該技術分野において公知であり、且つ、文献、例えばＳｈａｎｋａｒａ Ｋ． Ｐｒａｓａｄ、「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｗｉｒｅｂｏｎｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ， ２００４， ＩＳＢＮ １−４０２０−７７６２−９、特に第Ｉ章（ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）および第ＩＶ章（ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）において広範に記載されている。
本発明の対象を図に例示する。しかしながら、図面は、本発明の範囲または特許請求の範囲をいかようにも限定することは意図されていない。
図１はリボン１を図示する。 図２は境界線８を有するリボン１の断面図を示す。該断面図内に、第一の層２が示される。第一の層２は、中間層７に隣接しており、前記中間層７は被覆層３に隣接している。（仮想上の）平行四辺形Ｒ１がリボン１を囲んでいる。リボン１の中心２４は、平行四辺形Ｒ１の左下部の角からａ／２、ｂ／２の場所に位置している。 図３はワイヤプリフォーム９の断面図を図示する。断面図において、銅コア２’は該断面図の中央にある。銅コア２’は、被覆層３によって囲まれている。ワイヤプリフォーム２’の境界上に、銅コアの表面１５’が位置する。ワイヤプリフォーム９の中心２３を通るラインＬにおいて、銅コア２の直径は、ラインＬと表面１５との交差部の間の端から端までの距離として示される。ワイヤプリフォーム９の直径は、中心２３を通るラインＬとワイヤプリフォーム９の外側の境界との交差部の間の端から端までの距離である。さらに、被覆層３の厚さが図示される。 図４は本発明による方法を示す。 図５は本発明による他の方法を示す。 図６は２つの構成要素１１およびリボン１を含む電気装置を図示する。リボン１は２つの構成要素１１を電気的に接続する。 図７は他の電気装置１０を図示する。４つの構成要素１１が３本のリボン１によって電気的に接続されている。 図８は電気装置１０を含む推進装置１６、この場合は車を図示する。 図９は本発明によるリボンの一部の断面図を示す。 図１０はリボン１の拡大図を図示する。下から上に、第一の層２の部分、中間層７が示され、上部に被覆層３が示される。被覆層３に隣接する上部の黒い領域はバックグラウンドであり、この例の一部ではない。 図１１は歪み−一軸サイクリング試験の例示的なグラフを図示する。延びはｘ軸に％で示される。応力［ＭＰａ］がｙ軸に示される。実験から得られる曲線はヒステリシスループである。Ａで示される曲線は、本発明によるリボンによって記録され、曲線Ｂは純粋なアルミニウム製のリファレンス用リボンを用いて記録された。Δεp1およびΔｗは、試験方法において記載されるとおりに測定される。 図１２は図１１について記載された複数の測定の、散逸仕事についての結果をまとめてグラフで示す。丸い点で示される値は、本発明によるリボンによって記録され、四角い点で示される値は純粋なアルミニウム製のリファレンス用リボンを用いて記録された。 図１３は図１１について記載された複数の測定の、塑性歪みについての結果をまとめてグラフで示す。丸い点で示される値は、本発明によるワイヤによって記録され、四角い点で示される値は純粋なアルミニウム製のリファレンス用ワイヤを用いて記録された。 図１４は、パワーサイクリング試験の結果をまとめたグラフを示す。サイクルの開始時の温度とサイクルの停止時の温度の間の差異であるΔＴがｘ軸に示される。ｙ軸には破壊までのサイクル数が示される。このグラフにおいて、純粋なアルミニウム製の試料のリボンについての曲線が示される（明るい四角い点を通るカーブフィッティング）。さらには、本発明によるリボンについての曲線が示される（暗い四角い点を通るカーブフィッティング）。該グラフによれば、本発明のリボンについて、破壊までのサイクル数は純粋なアルミニウム製のリファレンス用リボンよりも少なくとも３倍高い。 図１５はリボンのプル試験の略図を示す。基板２０に、リボン１が結合部２１において４５°の角度１９でボンディングされている。プルフック１７がリボン１を引っ張る。プルフック１７がワイヤ１を引っ張る際に形成される角度２２は９０°である。
試験方法
全ての試験および測定は、Ｔ＝２０℃、および相対湿度５０％で行われた。一般に、リボンについて記載された全ての試験を、ワイヤを使用する同様の方式で実施できる。
導電率
試験試料、即ち長さ１．０メートルのリボンの両端を、定電流Ｉ＝１０ｍＡを供給する電源に接続した。電圧を測定するための装置を用いて電圧を記録した。この構成を少なくとも４つの試験試料について繰り返した。以下に示す計算のために、４つの測定の算術平均を使用した。
抵抗ＲをＲ＝Ｕ／Ｉに従って計算した。
比抵抗率ρを、ρ＝（Ｒ×Ａ）／ｌによって計算し、ここでＡはワイヤの平均断面積であり、ｌは電圧を測定するための装置の２つの測定点の間のワイヤの長さである。
比導電率σをσ＝１／ρによって計算した。
層厚
被覆層の厚さ、中間層の厚さ、およびコアの直径を測定するために、リボンの最も長い方向に対して垂直にリボンを切断した。柔らかい材料、例えばＡｌのスミアリングを避けるために、切断部を注意深く研削し、且つ、研磨した。光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって写真を撮影し、その際、ワイヤの断面の全体が示されるように倍率を選択した。
この手順を少なくとも１５回繰り返した。全ての値は、少なくとも１５回の測定の算術平均としてもたらされる。
ウェッジ・ウェッジボンディング パラメータの定義（リボンについて）
ＡｌＳｉ１でめっきされたＣｕＳｎ６製基板（Ｈｅｒａｅｕｓ／ドイツから入手可能）へのリボンのボンディングを２０℃で実施し、その際、ボンディングをＡｌＳｉ１表面に適用した。リボンは常に、アルミニウム被覆層で被覆されたリボンの側の上にウェッジボンディングされる。リボンがアルミニウム層で被覆された１より多い面を有する場合、ウェッジボンディングは同じ面で、即ち、同じアルミニウム層の上で実施される。ウェッジボンディングは常に平坦な表面上でリボンに適用される。リボンと基板との間に４５°の角度で第一のウェッジボンディング部を形成した後、第二の端部でリボンを基板にウェッジボンディングする。リボンの２つの端部の間のボンディング部の距離は、５〜２０ｍｍの範囲内であった。この距離はリボンと基板との間の角度が４５°であることを確実にするために選択された。ウェッジボンディングの間、６０〜１２０ｋＨｚの範囲の周波数の超音波を、９０〜５００ミリ秒の間、ボンディング器具に適用した。同一のウェッジボンディング条件を試験されるべき全てのリボンに適用した。
プル試験（リボンについて）
プル試験を、ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｇ Ｍｅｔｈｏｄ ２０１１．７ （１９８９）、Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ Ｄに準拠し、ＸＹＺＴＥＣ Ｃｏｎｄｏｒ １５０機において行った。この標準に対して、リボンが使用された点において異なり、前記リボンをＡｌＳｉ１でめっきされたＣｕＳｎ６製アルミニウム基板（Ｈｅｒａｅｕｓ／ドイツから入手可能）上にアルミニウム被覆された平坦な表面上で角度４５°でウェッジボンディングし、その際、ボンディングをＡｌＳｉ１表面に適用した。リボンの２つの端部の間のボンディング部の距離は、５〜２０ｍｍの範囲内であった。この距離はリボンと基板との間の角度が４５°であることを確実にするために選択された。ループを、引張速度２５００μｍ／ｓで、ループの中央で引っ張った。使用されたプルフックはＸＹＺＴｅｃ ＴＯＲ０５１２００であった。
ボンドシェア試験（リボンについて）
ボンドシェア試験を、ＡＥＣ−Ｑ１０１−００３ Ｒｅｖ−Ａ （０７．２００５）に準拠し、ＸＹＺＴＥＣ Ｃｏｎｄｏｒ １５０機において実施した。この標準に対して、リボンが使用された点において異なり、前記リボンをＡｌＳｉ１でめっきされたＣｕＳｎ６製アルミニウム基板（Ｈｅｒａｅｕｓ／ドイツから入手可能）上にアルミニウム被覆された平坦な表面上で角度４５°でウェッジボンディングし、その際、ボンディングをＡｌＳｉ１表面に適用した。ウェッジボンディングの広い側、即ち、リボンの端部を剪断して、シェア試験を実施した。その後、シェア器具を速度５０μｍ／ｓで基板まで下げて、高さがゼロであるところを定義した。次に、剪断器具を基板表面から３５μｍ後退させた。その後、剪断を速度２５０μｍ／ｓで行った。ボンディングのせん断破壊モードも記録した： （１）ボンディングのリフト、（２）ボンディングの剪断、（３）へこみ、（４）ボンディング表面のリフト（下にある基板からのボンディング表面の分離）。
歪みおよび散逸仕事 一軸サイクリング試験（リボンについて）
直線のリボンの試料を機械にはさみ、機械的歪みを与えた（引張および圧縮）。機械的試験に供されるリボンの長さは１．０ｍｍである。試料のサイクリングを歪み速度１％／ｓで、試料が破壊される（ワイヤが破損する）まで実施した。該機械は試料によって伝達される力を記録した。塑性歪み振幅（Δεp1）および散逸仕事（Δｗ）を各々、破壊までのサイクル数（Ｎ）に対してプロットする。
Δεp1は、応力ゼロでの、ヒステリシスループの増加経路と減少経路との歪みの差として定義される。
Δｗは１つのヒステリシスループの積分として定義される。
パワーサイクリング試験
ダイオードＥＭＣＯＮ ４ Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｃｈｉｐ （ａｖａｉｌａｂｌｅ ｆｒｏｍ ＩＮＦＩＮＥＯＮ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＡＧ、Ｍｕｎｉｃｈ、ドイツから入手可能）を、試験すべきリボンを使用して台板にウェッジボンディングすることによって試料を製造した。上述のとおり、ウェッジボンディングのパラメータを、リボンと台板との間で、結合されたリボンの全てが同じ接触面積（Ａc ref）を確実に示すように、適切に選択した。市販の台板の中で、試験の間、ダイ装着物（ダイオード）を保持する台板を選択した。全ての試料を同一の台板を使用して製造した。
パワーサイクリング試験を、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｔｅｍｐｅ、ＡＺ８５２８１、米国製のＩＴＣ５２３０において実施した。試験のために、試料を冷却パッド上に搭載し、そのことによって、冷却パッドの入口で温度２０℃を有する流体を使用して一定の流量で永続的に試料を冷却した。試料によって散逸された熱の一定の輸送を確実にするために、試料と冷却パッドとの間に熱伝導性フィルムを配置した。ＩＴＣ５２３０の電極をダイオードおよび台板に接続した。
パワーサイクリング試験に先立ち、プリセット電圧（Ｖ0）での電流（Ｉ0）量および試料の温度を開始時の温度の４０℃から１７５℃に上げるために必要な時間を測定した。この時間がサイクルのオン時間である。その後、試料に電流を流さずに、試料が１７５℃から４０℃へと冷える冷却時間を評価した。この時間がオフ時間である。１回のオン時間、続く１回のオフ時間のシーケンスが、１回のパワーサイクルを規定する。
その後、連続的に上述のパワーサイクルを適用することによってパワーサイクリング試験を実施した。プリセット電流Ｉ0で、パワーサイクルのオン時間の間の電圧（Ｖt）を記録した。オン時間の間に電圧Ｖtが電圧Ｖfを上回った際に、パワーサイクリング試験を終了させた。Ｖf＝（Ｖ0＋１０％）。
ボンディング後の電気的欠陥
上述のウェッジ−ウェッジボンディング手順によって同一の条件下で作製した２５０の試料のセットを、電気的欠陥に関して評価した。各々の試料は２つのボンディング部を有し、ボンディング部は合計５００個になる。欠陥の数に依存して、各々のセットを表２における＋＋、＋、０、−または−−でランク付けする。
＋＋ ＝ ０％
＋ ＝＜ ２％
０ ＝ ２〜５％
− ＝ ５〜１０％
−− ＝＞ １０％。
引張強度試験
この試験を、Ｚｗｉｃｋ Ｚ２５０試験機において、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ６８９２−１ ：２００９、手順Ａに準拠して、以下のパラメータを用いて行った： 初期ゲージ長 Ｌ0＝１００ｍｍ； 試験条件： 温度＝２０℃。Ｒp0.2まで、歪み速度は１ｍｍ／分であった。Ｒp0.2を超えたら、試料を歪み速度１０ｍｍ／分で破壊するまで引っ張った。引張強度は、最大の力Ｆmを試料の初期の断面Ｓ0で割ることによって得られた。延びはΔＬ／Ｌ0に等しく、ここで、ΔＬはゲージ長の変化である。
実施例
本発明を実施例によってさらに説明する。これらの例は、本発明を例示的に説明するために提供され、且つ、本発明の範囲および特許請求の範囲をいかようにも限定するものではない。
例１〜４（被覆されたワイヤプリフォームからのリボン）
アルミニウム被覆の厚さ１１５μｍおよび銅コアの直径７７０μｍを有し、全体で直径１ｍｍのワイヤを、各々、１２％の延伸をもたらす３つの引き抜きダイを使用して引き延ばし、直径７００μｍのワイヤを得た。その後、ワイヤを圧延して、所望の厚さのリボンをもたらした。その後、リボンを炉内で１時間、表１に詳述されるアニール温度Ｔでアニールした。アニール後、リボンを２４時間のうちに周囲温度に冷却した。それらのリボンの特性を表１にまとめる。
例５〜８
リボンを例１〜４のとおりに製造した。しかしながら、銅コアは８４０μｍの直径および８０μｍのアルミニウム被覆を有した。全体のワイヤの直径は１ｍｍであった。
例Ｃ１、Ｃ２
それらのリボンを例１〜４のとおりに製造した。しかしながら、Ｃ１の銅コアは２２０μｍの直径および３９０μｍのアルミニウム被覆を有した。Ｃ２の銅コアは９７５μｍの直径および１２．５μｍのアルミニウム被覆を有した。
例９〜１６、Ｃ３、Ｃ４（シートからのリボン）
例９〜１２によるリボンを製造するために、厚さ７００μｍを有する純度９９．９％の銅のシートを、厚さ２２０μｍを有する純度９９．９％のアルミニウムのシートと、２枚のシートの角が互いに揃うように合わせた。リボンプリフォームを得るために、合わせられたシートを圧延に供した。リボンプリフォームの厚さはロールに加えられる圧力に依存した。その後、リボンプリフォームを切断してリボンにし、長さ０．９ｍの管状炉内で、以下の表２に記載される温度およびアニール速度でアニールし、それによりリボンを得た。その後、リボンを２４時間のうちに周囲温度に冷却した。例１３〜１６をそのように製造した。しかしながら、銅のシートは厚さ５００μｍを有し、アルミニウムのシートは厚さ２２０μｍを有した。
表２に要約を示す。
Figure 2015516114
Figure 2015516114
（１） リボン
（２） 第一の層
（２’） 銅コア
（２’’） 第一のシート
（３） 被覆層
（３’’） さらなるシート
（４） コンタクト
（５） リボンの幅
（５’） 断面図におけるワイヤプリフォームを通じた最長のパス
（６） リボンの高さ
（６’） 断面図におけるワイヤプリフォームを通じた最短のパス
（７） 中間層
（８） リボンの境界線
（９） ワイヤプリフォーム
（９’） リボンプリフォーム
（１０） 電気装置
（１１） 構成要素
（１２） 電子素子
（１３） 制御される素子
（１４） 制御ユニット
（１５） 第一の層の表面
（１５’） 銅コアの表面
（１６） 推進される装置
（１７） プルフック
（１８） プルフックの引張方向
（１９） リボンと表面との間の角度
（２０） 基板
（２１） リボンと基板との間のボンディング部
（２２） ワイヤを引っ張るプルフック下のリボンの角度
（２３） ワイヤの中心
（２４） リボンの中心
（２５） リボンの境界線
（２６） 管状炉
（Ｌ） ライン
（Ｒ１） 平行四辺形
本発明の他の態様によれば、リボンの高さは、５０〜５００μｍ、好ましくは５０〜４００μｍ、または１００〜３００μｍ、または１００〜２００μｍの範囲内である。
リボンの上述の寸法、即ち、被覆層の厚さ、中間層の厚さ、および第一の層の厚さを、リボンの断面図において、例えば光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡を使用して測定できる。光学顕微鏡において、第一の層は銅赤色をしており、且つ、被覆層は銀白色であり、且つ、中間層は灰色である。上述された銅およびアルミニウムの濃度は、一体型ＳＥＭ／ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分光）を使用して測定できる。
ワイヤプリフォームの中間層は銅コアと被覆層との間のワイヤプリフォームの領域であって、中間層の総質量に対して、Ｃｕ濃度が、銅コアにおけるＣｕ濃度（銅コアの総質量に対する）から５質量％より多くずれ、且つ、中間層の総質量に対して、Ａｌ濃度が、被覆層におけるＡｌ濃度（被覆層の総質量に対する）から５質量％より多くずれる領域であると定義される。
本発明の他の態様は、リボンの製造方法であって、少なくとも以下の段階：
Ａ） 少なくとも９９．９％の純度の銅を含む第一のシートを準備する段階、
Ｂ） ９９．９％の純度のアルミニウムを含む少なくとも１つのさらなるシートを準備する段階であって、
第一のシートおよび少なくとも１つのさらなるシートの断面図において、第一のシートの断面積対少なくとも１つのさらなるシートの断面積の比は、１：１〜４：１、好ましくは１．２：１〜３．９：１の範囲内である、前記段階、
Ｃ） 段階ａおよびｂにおいて準備されたシートを重ね合わせ、シートを結合してリボンプリフォームを得て、そのリボンプリフォームを成形する段階、
Ｄ） 成形され且つ結合されたシートをアニールする段階であって、中間層が形成され、次いでリボンが得られる、前記段階
を含む前記製造方法である。
本発明の他の態様によれば、第一の層は、少なくとも１つのさらなる層に背反する側において、被覆物で被覆される。前記被覆物は、有機被覆物であってよく、前記有機被覆物はアニールの間の温度に本質的に耐えるべきである。好ましくは、前記被覆物は、例えばパラジウム、白金または金を含む金属層であり、引き続くアニールの間に第一の層の酸化を防ぐ。かかる被覆物は、場合によっては、ボンディング工程の間にボンディング器具を保護するために施与される。

Claims (24)

  1. ａ． 表面（１５）を有する銅を含む第一の層（２）、および
    ｂ． 前記第一の層（２）の表面（１５）上に重ね合わせられた少なくとも１つの被覆層（３）であって、アルミニウムを含む前記被覆層（３）、および
    ｃ． 中間層（７）
    を含むリボン（１）であって、リボン（１）の断面図において、第一の層（２）の面積の占める割合が、リボン（１）の断面の総面積に対して５０〜９６％の範囲内であり、且つ
    断面図におけるリボン（１）の幅（５）と高さ（６）との間のアスペクト比が０．０３〜０．８未満の範囲内であり、
    前記リボン（１）が２５０００μｍ2〜８０００００μｍ2の範囲内の断面積を有し、
    前記中間層（７）が第一の層（２）と被覆層（３）との間に配置され、前記中間層（７）が、第一の層（２）の材料と被覆層（３）の材料とを含む少なくとも１つの金属間化合物相を含む、前記リボン。
  2. リボン（１）の断面図での中間層（７）の面積の占める割合が、リボン（１）の断面の総面積に対して０．１〜１５％の範囲内である、請求項１に記載のリボン（１）。
  3. 中間層（７）の厚さが０．１〜５μｍの範囲内である、請求項１または２に記載のリボン（１）。
  4. リボン（１）の断面図での被覆層（３）の面積の占める割合が、リボン（１）の断面の総面積に対して３．９〜５０％の範囲内である、請求項１から３までのいずれか１項に記載のリボン（１）。
  5. 第一の層（２）の厚さが、リボン（１）の断面図で測定して２５〜３８０μｍの範囲内である、請求項１から４までのいずれか１項に記載のリボン（１）。
  6. 被覆層（３）の厚さが、リボン（１）の断面図で測定して１０〜７０μｍの範囲内である、請求項１から５までのいずれか１項に記載のリボン（１）。
  7. 第一の層（２）が、少なくとも９９．９％の純度の銅を、前記第一の層（２）の総質量に対して少なくとも９５質量％含む、請求項１から６までのいずれか１項に記載のリボン（１）。
  8. 第一の層内の銅の酸素含有率が、０．１〜８０ｐｐｍの範囲内である、請求項１から７までのいずれか１項に記載のリボン（１）。
  9. 被覆層（３）が、９９．９％の純度のアルミニウムを、前記被覆層（３）の総質量に対して少なくとも８０質量％含む、請求項１から８までのいずれか１項に記載のリボン（１）。
  10. リボン（１）についての散逸仕事が、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについての散逸仕事より少なくとも２倍高い、請求項１から９までのいずれか１項に記載のリボン（１）。
  11. リボン（１）についての一軸サイクリング試験における最大歪みが、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについての最大歪みより少なくとも１．５倍高い、請求項１から１０までのいずれか１項に記載のリボン（１）。
  12. リボン（１）についてのパワーサイクリング寿命試験が、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについてのものよりも少なくとも３倍高い、請求項１から１１までのいずれか１項に記載のリボン（１）。
  13. リボン（１）についてのプルが、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについてのものよりも少なくとも１０％高い、請求項１から１２までのいずれか１項に記載のリボン（１）。
  14. リボン（１）の製造方法であって、少なくとも以下の段階：
    ａ． 表面（１５’）を有する銅コア（２’）と、前記銅コア（２’）の表面（１５’）上に重ね合わせられた被覆層（３）とを含むワイヤプリフォーム（９）を準備する段階であって、
    前記被覆層（３）はアルミニウムを含み、
    前記ワイヤプリフォーム（９）の断面図において、銅コア（２’）の面積の占める割合は、ワイヤプリフォーム（９）の断面の総面積に対して５０〜９０％の範囲内であり、且つ
    断面図において前記ワイヤプリフォーム（９）を通じた最長のパス（５’）と最短のパス（６’）との間のアスペクト比が０．８超〜１．０の範囲内であり、
    前記ワイヤプリフォーム（９）は０．５〜５ｍｍの範囲内の直径を有する、前記段階、
    ｂ． 前記ワイヤプリフォーム（９）を成形する段階であって、リボンプリフォーム（９’）が得られる、前記段階、
    ｃ． 成形されたリボンプリフォーム（９’）をアニールする段階であって、中間層（７）が形成され、次いでリボン（１）が得られる、前記段階
    を含む前記製造方法。
  15. リボン（１）の製造方法であって、少なくとも以下の段階：
    Ａ） 少なくとも９９．９％の純度の銅を含む第一のシート（２’’）を準備する段階、
    Ｂ） ９９．９％の純度のアルミニウムを含む少なくとも１つのさらなるシート（３’’）を準備する段階であって、
    第一のシート（２’’）および少なくとも１つのさらなるシート（３’’）の断面図において、第一のシート（２’’）の断面積対少なくとも１つのさらなるシート（３’’）の断面積の比は、１：１〜４：１、好ましくは１．２：１〜３．９：１の範囲内である、前記段階
    Ｃ） 段階ａおよびｂにおいて準備されたシート（２’’）および（３’’）を重ね合わせ、シート（２’’）および（３’’）を結合してリボンプリフォーム（９’）を得て、そのリボンプリフォーム（９’）を成形して、成形されたリボンプリフォーム（９’）を得る段階、
    Ｄ） 成形されたリボンプリフォーム（９’）をアニールする段階であって、中間層（７）が形成され、次いでリボン（１）が得られる、前記段階
    を含む前記製造方法。
  16. アニールを、１４０℃〜４００℃の範囲の温度で、３０分〜５時間の時間にわたって実施する、請求項１４または１５に記載の方法。
  17. アニールを、管状炉（２６）内で１５０℃〜６００℃の範囲の温度で、好ましくは１〜２０メートル／分の範囲内の引き抜き速度で実施する、請求項１４または１５に記載の方法。
  18. 請求項１４から１７までのいずれか１項に記載の方法によって得られるリボン（１）。
  19. リボン（１）が、
    ａ． リボン（１）についての散逸仕事が、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについての散逸仕事よりも少なくとも２倍高い、
    ｂ． リボン（１）についての一軸サイクリング試験における最大歪みが、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについての最大歪みよりも少なくとも１．５倍高い、
    ｃ． リボン（１）についてのパワーサイクリング寿命試験が、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについてのものよりも少なくとも３倍高い、
    ｄ． リボン（１）についてのリボン（１）のプルが、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンについてのものよりも少なくとも１０％高い、
    ｅ． リボン（１）の導電率が、純粋なＡｌ製のリファレンス用リボンの導電率よりも２０％〜５５％の範囲内で高い
    という特徴の少なくとも１つによって特徴付けられる、請求項１８に記載のリボン（１）。
  20. 少なくとも２つの構成要素（１１）と、請求項１から１３または請求項１８および請求項１９のいずれか１項に記載の少なくとも１つのリボン（１）または請求項１４から１７までのいずれか１項に記載される方法によって製造された少なくとも１つのリボン（１）とを含み、リボン（１）が２つの構成要素（１１）を電気的に接続している電気装置（１０）。
  21. 電気的接続がウェッジボンディングによって得られる、請求項２０に記載の電気装置（１０）。
  22. 構成要素（１１）の少なくとも１つが、基板、ＩＧＢＴ、集積回路、トランジスタ、ダイオード、例えば発光ダイオードまたはフォトダイオードからなる群から選択される、請求項２０または２１に記載の電気装置（１０）。
  23. 請求項２０から２２までのいずれか１項に記載の少なくとも１つの電気装置（１０）を含む推進装置（１６）。
  24. 電気装置（１０）の製造方法であって、以下の段階：
    ａ． 少なくとも２つの構成要素（１１）を準備する段階、
    ｂ． 前記少なくとも２つの構成要素（１１）を、請求項１から１３または請求項１８および請求項１９のいずれか１項に記載のリボン（１）、または請求項１４から１７までのいずれか１項に記載の方法によって製造されたリボン（１）を通じて接続する段階であって、前記接続の少なくとも１つがウェッジボンディングによって行われる、前記段階
    を含む、前記製造方法。
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