JPS61157665A - アルミニウム極細線の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 各種ワイヤ、音響装置や半導体装置等の電気的装置のリ
ード線やボンディングワイヤ等に使用するための直径が
１０〜３００μｍ程度のアルミニウム合金製の極細線（
以下アルミニウム極細線と総称する）の製造方法に関す
る。

従来技術 例えば半導体装置に使用されるボンディングワイヤは、
通常は直径が１０〜６０μｍ程度の非常に細い極細線で
ある。導電性および耐蝕性の点からボンディングワイヤ
として金線が使用されてきたが、近年は前述の性質に加
えて低価格なことからアルミニウム線を使用するように
なってきた。

今までに提案されているアルミニウム極細線は、０、５
〜２重量％のＳｉを含有せるＡ１合金、１〜４重量％の
Ｃｕを含有せるＡ１合金、０．５〜２重量％のＭｇを含
有せるＡｌ合金、またはこれらの合金に０。

４重量％程度のＭｎＳＣｒ等を添加せる合金等を材料と
するものである。

このように直径が１０〜６０μｍ程度のアルミニウム極
細線は従来一般的には次のようにして製造されている。

即ち、材料のＡ１合金から直径５０ｍｍ程度のワイヤバ
ーを鋳造し、溶体化処理する。

このワイヤバーをロール加工して荒引線を形成し、これ
を伸線加工して所定線径のアルミニウム極細線を形成す
るのであるが、伸線加工により伸び特性が次第に低下す
るので、この伸線加工の中間段階で適宜に焼鈍処理を施
しつつ伸線加工し、これにより所定線径のアルミニウム
極細線を製造している。

ところで、アルミニウム極細線を例えばポンディングワ
イヤとして使用する場合、その引張強度並びに伸び特性
が半導体装置の信頌性および生産性に大きな影響を与え
る。即ち、引張強度が小さ過ぎると配線作業において切
断し易くなり、また半導体の使用時に発生するジュール
熱により軟化し変形してタブショートを生じる危険性が
高（なる。伸び特性が小さ過ぎると超音波接合による半
導体チップと外部配線との接合力が小さくなり、また好
ましいループ形状を得難くなって高速度高密度配線を困
難にする。従って引張強度並びに伸び特性は充分に大き
いことが要求される。

しかしながら、前述した従来方法で製造する場合は、伸
線加工による加工度を大きくして線材の引張強度を高め
ると尚のこと伸び特性の著しい低下をきたすので、伸び
特性を高めるために伸線加工の中間段階で適宜に焼鈍処
理を実施せざるを得ない。一方、この焼鈍処理を実施す
れば伸び特性を高め得ても引張強度の低下は避けられな
い。即ち焼鈍処理は、製造するアルミニウム極細線に要
求される引張強度および伸び特性に対して相反する効果
を与えるのである。このために、アルミニウム極細線を
製造するのに中間焼鈍処理が不可欠とされる従来技術で
は、引張強度と伸び特性のともに優れた極細線を得るこ
とができず、従って最終焼鈍により伸び特性との兼ね合
いから成る程度妥協した引張強度で満足せざるを得なか
った。

本出願人は左記に伸び特性を犠牲にすることなく強度に
優れたアルミニウム極細線を製造するために、アルミニ
ウム極細線の製造方法（特願昭５９−９２９９４号参照
）を出願した。この製造方法は、ＡＩまたはＡ１合金溶
湯を一方向性凝固鋳造して柱状晶組織からなる鋳造体を
鋳造し、該鋳造体を溶体化処理した後、中間段階で焼鈍
処理を施すことなく最終線径の線材にまで塑性加工する
ことを特徴としたものである。即ち、一方向に指向した
柱状晶組織のＡＩ系材料を使用することで最終線径の線
材まで焼鈍処理を施すことなく塑性加工を可能にし、こ
れによる中間段階での焼鈍処理の省略により伸び特性に
対する引張強度の全体的な低下を回避して、強度に優れ
たアルミニウム極細線を製造可能としたのである。

本出願人は上述したアルミニウム極細線の製造方法の研
究を進めた結果、適当量のＭｇをＡ１に添加した組成の
一方向に指向せる柱状晶組織のＡｔ合金材から製造した
極細線が、焼鈍による引張強度の低下がそれ程大きくな
い約３５０℃以下の成る温度での焼鈍処理によって、伸
び特性がピーク状に著しく増大する特性を発現すること
を見出し、これに基づいて、このような伸びの特性を発
現するアルミニウム合金材を使用し、それに適した温度
で最終的な焼鈍処理を実施することで引張強度に優れる
のみならず、更に伸び特性に著しく優れたアルミニウム
極細線の製造を実現できることを見出したのである。

発明の目的 本発明の目的は上述の知見に基づき、高い引張強度に加
えて更に伸び特性に優れたアルミニウム極細線を製造可
能とする方法を提供することである。

２馴１１１戊 一方向に指向セる柱状晶組織からなるＡｌ−Ｍｇ基合金
材を溶体化処理した後、塑性加工の中間段階で焼鈍処理
を施すことなく最終線径の線材にまで塑性加工し、然る
後１００°Ｃ〜３５０℃の温度範囲で焼鈍処理すること
を特徴とする。

庄−几 本発明において使用するＡｌ−Ｍｇ基合金とは、Ｍｇを
０．５〜６重量％含有するＡ１合金をいう。この合金を
溶製するにあたってＡＩは高純度（９９，９９重景％以
上）のものが好ましい。これは不純物元素による金属間
化合物の晶出は橿く少量の存在でも数１０μｍのオーダ
ーの線径を有するような超極細線における伸線が阻害さ
れるし、またこのような晶出物の存在は本発明合金を例
えばボンイングワイヤとして用いた場合のボンイング特
性を著しく阻害するからである。

本発明の研究によれば、上記特性を完全に満足させるた
めには本発明に係わる合金中に含まれる不可避的不純物
の量は各々ｏ、ｏｏｔ重量％以下としなければならない
ことが判った。

また、本発明に係わる合金中にＭｇを含有させたのは、
この含有によって引張強度の低下がそれ程大きくない約
３５０℃以下のある温度での最終的な焼鈍処理により伸
びがピーク状に著しく増大する特性を発現できることの
知見によるのであり、Ｍｇの含有量が０．５重量％以下
となるとワイヤとして求められる充分な強度を得ること
ができなくなること、また６重量％超えると被加工材の
強度が高くなって塑性加工工程の中間段階で焼鈍処理を
施して伸び特性を回復しなければ最終線径までの塑性加
工ができな（なり、これによって本発明の特徴である著
しい伸び特性の増大が得られないことが見出された。特
に上記の特性値を充分に発現させるための好ましいＭｇ
の含を量は０．８〜４重景％である。

本発明に係わるＡＩ−Ｍｇ基合金は塑性加工の中間段階
で焼鈍処理を施さないで最終線径の極細線まで伸線加工
できる範囲内で特定の元素を添加させることかできる。

例えば、１．０重量％以下のＳｉ、２．０重量％以下好
ましくは０．５重量％以下のＣｕを添加させることがで
きる。

次に、一方向に指向した柱状晶組織を存する上記のＡｔ
−Ｍｇ基合金は塑性加工工程の中間段階で焼鈍処理する
ことなく塑性加工した場合、このようにして得た被加工
材を特定の温度範囲で最終的に焼鈍処理を施すと何故著
しく伸び特性が増大するのかそのメカニズムは明らかで
ないが、しかしながら現実に発明者が数多くの実験を行
った結果としてこの事実が得られたのである。

ここで、一方向に指向した柱状晶組織を有するＡＩ材は
一方向に指向されていない柱状晶組織を有するＡＩ材と
は異なり、以後の塑性加工において特異性を示すのであ
る。即ち、前記一方向に指向されていない柱状晶組織を
有するＡＩ材が塑性加工工程における中間段階で焼鈍処
理を施して伸び特性を回復する必要がある（焼鈍処理を
施こされた被加工材の組織は再結晶して等軸晶組織とな
る）のに対し、一方向に指向した柱状晶組織を有するＡ
１材は塑性加工工程における中間段階で焼鈍処理を施こ
さなくても最終形状まで塑性加工できる。このような特
異性の解明は定かでないが、塑性加工によって生じる加
工歪の集中すると考えられる結晶粒界が一般的な等軸晶
組織を有する旧材に多く存在して集中的な加工硬化をも
たらし、以後の塑性加工に困難性を与えるようになるの
に対して、一方向に指向した柱状晶組織を有するＡＩ材
には上記の結晶粒界が少ないことに加え、塑性加工され
る方向が柱状晶の成長方向に一致するためと考えられる
。

さて、上記した組成からなり、一方向に指向した柱状晶
組織を有するＡ１合金材は溶体化処理を施こされるが、
これは鋳造歪、合金元素の偏析を解消した固溶体とし、
以後の塑性加工工程において被加工材が破断することな
く最終形状まで塑性加工なされるようにするためのもの
であって、この溶体化処理の温度は固溶体範囲の温度で
あって、例えば３００°Ｃ〜５８０℃の一般的な温度範
囲がら適宜選択される。その処理時間も１５分以上であ
って、熱経済および生産性の理由から４８時間程度以下
の範囲から適宜選択することができる。

このようにして溶体化処理を施こされた一方向に指向し
た柱状晶組織を有する本発明による組成のＡ１合金材は
最終形状にまで中間焼鈍を施こすことなく塑性加工され
るが、このようにして塑性加工された被加工材は組成に
よって定まる温度であるが顕著な伸び特性の増大を示す
１００℃〜３５０℃の温度範囲から選定された温度にて
最終的略焼鈍処理され、これにより優れた伸び特性と適
当な強度が付与される。ここで１００°Ｃ以上としたの
は、これ以下の温度では顕著な伸び特性が得られず、ま
た３５０°Ｃ以下としたのは、これ以上の温度となると
再結晶粒子の成長によって伸びの増加は成る程度認めら
れるもののこの反面強度が著しく低下し、極細線として
要求される特性に欠けることとなるからである。

また、一方向に指向した柱状晶組織を有するＡ１合金材
は以下のようにして製造することができる。

即ち、旧舎金溶湯を加熱鋳型により鋳造すると同時に一
側より連続的に冷却凝固させる方法、またはＡ１合金材
を部分的に溶融しつつ一側より連続的に冷却凝固させる
方法等の他、一般的な方法で製造できる。

このようにして製造したＡ１合金材は塑性加工して任意
の径、例えば１０〜３００μｍの極細線に伸線加工され
るが、この伸線加工は複数の伸線用ダイスを連続または
半連続（中断を含むことを意味する）的に通過させる一
般的な方法で実施できる。

大皇Ｍ 第１表 第１表に示す純度の金属を用い、常法により合金を溶製
し、加熱鋳型（実体温度６８０”Ｃ）を使用して一方向
性凝固させ、これにより直径２０ｍｍのワイヤバーを鋳
造したこのワイヤバーを溶体化処理した徒面前し、通常
の単頭伸線機により直径３ｍｍ迄伸線加工し、次にこれ
を連続伸線機に掛けて直径０．８ｍｍに迄伸線加工した
。更にこれを精密伸線機に掛けて伸線加工し、直径３０
μｍの極細線に迄塑性加工した。この塑性加工の段階の
中間で焼鈍処理は一切施さなかった。即ち、３０μｍの
直径の極細線に迄焼鈍処理を行わないで断線等の不具合
を発生することなく伸線加工できた。これらの実施例は
第２表で試験符号Ａ−Ｃで示しである。

また比較例として、本発明において重要であるＭｇを含
有しない組成の合金を使用し、上述したのと同様な方法
で３０μｍの直径の極細線を形成した。この実施例は第
２表で試験符号りで示しである。

更に他の比較例として、Ｍｇを含有する合金の溶湯を本
発明の方法とは相違する常法により金型鋳造して直径５
０ｍｍのワイヤバーを鋳造した。このワイヤバーを溶体
化処理した後面前し、ロール加工して荒引線を形成し、
伸線加工中の断線等の不具合を回避するために塑性加工
の段階で数回の焼鈍処理を施して線径３０μｍの極細線
に迄伸線した。この例を第２表で試験符号Ｅで示す。

次に、このようにして製造した直径３０μｍの極細線を
１００〜５５０℃の温度範囲内の様々な温度で常法によ
り２時間にわたる最終的な焼鈍処理を施した。それぞれ
の極ｔａ線から試験片を１０本づつ切出し、引張試験お
よび伸び特性を測定し、軟化曲線を作成した。測定器は
「東洋ボールドウィン社製万能引張試験機」を使用した
。また引張試験条件は標点間距離が５Ｑｍｍ、引張速度
が１０ｍｍ／分であった。

このようにして得た本発明に係わる試験符号Ａ〜Ｃの軟
化曲線を第１図に、比較例とせる試験符号り、Ｅの軟化
曲線を第２図にそれぞれ示す。第１図によれば、Ｍｇを
含有し且つ一方向に指向せる柱状晶の組織からなるＡＩ
合金を使用し、これを中間焼鈍することなく最終線径ま
で伸線加工するという本発明（試験符号Ａ−Ｃ）の特徴
により、１００°Ｃ〜３５０℃の焼鈍温度範囲において
伸び特性にピーク状の顕著な増大を発現できることが判
る。従って焼鈍温度をこれらピーク状の伸びを発現する
温度もしくはその付近の温度に選定すれば強度を損なう
ことなく非常に大きな伸び特性を得られることは明白で
ある。

これに反して第２図に示すように、Ｍｎを含有するＡＩ
合金（試験符号Ｄ）ではこのような大きな伸び特性は発
現されず、従って焼鈍温度を選定して□も大きな伸び特
性を得ることができないことは明らかである。

またＭｇを含有するＡＩ合金を従来方法によって製造し
たもの（試験符号Ｅ）もまた第２図に示すようにこのよ
うな大きな伸び特性が発現されず、従って焼鈍温度を選
定しても大きな伸び特性を存する極細線を得られないこ
とが明らかとなる。

このようにして、本発明の製造方法により製造されたア
ルミニウム極細線は引張強度が優れているから、例えば
半導体チップと外部端子とを電気的に接続するボンディ
ングワイヤとして使用する場合に要求される高い引張強
度を満足し、且つ好ましいループ形状の形成に望まれる
高い伸び特性を充分に満足できることが確認されたので
ある。

実際のアルミニウム極細線の製造では、このような軟化
曲線に基づいて所要の伸び特性および強度特性を得るよ
うに最終焼鈍の温度を適宜選定すれば良いのである。

発明の効果 ■　従来の製造方法で得られるアルミニウム極細線より
も著しく大きな伸び特性を有する極細線を容易に製造で
きる。

■　このような高い伸び特性を得るために強度を犠牲に
していない。

■　伸、び特性が大きいので、ボンディングワイヤとし
て使用する場合、その配線作業におけるワイヤのループ
を好ましい形状にできる。

■　従って、アルミニウム極細線自体の品質を向上でき
、この結果、これを使用する製品の信輔性を著しく向上
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法で製造したアルミニウム極細
線の最終的な焼鈍温度の選定に有効な軟化曲線を示すグ
ラフ。 第２図は比較例とせる従来法によるアルミニウム極細線
の軟化曲線を示すグラフ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方向に指向せる柱状晶組織からなるＡｌ−Ｍｇ
   基合金材を溶体化処理した後、塑性加工の中間段階で焼
   鈍処理を施すことなく最終線径の線材にまで塑性加工し
   、然る後１００℃〜３５０℃の温度範囲で焼鈍処理する
   ことを特徴とする伸び特性に優れたアルミニウム極細線
   の製造方法。