WO2025115258A1 - Ａｌ接続材 - Google Patents

Abstract

優れた温度サイクル信頼性と良好な１ｓｔ接合強度を満足するＡｌ接続材を提供する。Ｓｉを４．０質量％以上１２．０質量％以下含有するＡｌ接続材であって、比電気抵抗Ｒａが２．６×１０^－８Ωｍ以上３．６×１０^－８Ωｍ以下であり、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Ａｌ相の結晶方位を測定したとき、中心軸に対して角度差が１５°以下である＜１１０＞結晶方位と＜１１１＞結晶方位の方位比率の総計が２０％以上７０％以下であり、但し該該方位比率の総計が２５％以下のとき、中心軸方向に対して角度差が１５°以下である＜１１０＞結晶方位の方位比率が５％以上である、Ａｌ接続材。

Description

Ａｌ接続材

　本発明は、Ａｌ接続材に関する。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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ボンディングワイヤが提案されている。Ａｌボンディングワイヤ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。

　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_２Ｓｉ）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。

　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。

　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。

特開２０１４－１３１０１０号公報 特開２０１４－１２９５７８号公報 特開昭５９－５７４４０号公報

　上述のとおり、次世代パワー半導体装置では、汎用パワー半導体装置に比べて、より長時間の使用に耐え得ることが求められる。パワー半導体装置の動作時に１ｓｔ接合部の温度は昇温、降温を繰り返す。その結果、Ａｌ接続材は半導体チップよりも線膨張係数が大きいため、１ｓｔ接合部において両者の線膨張係数差に起因する熱応力が発生し、最終的にＡｌ接続材が疲労破壊する場合があった。斯かる１ｓｔ接合部の昇温、降温にともなう接合部の寿命（温度サイクル信頼性）を加速評価する試験の一つに温度サイクル試験がある。次世代パワー半導体に使用するＡｌ接続材は、温度サイクル試験において、優れた温度サイクル信頼性を呈することが求められる。しかしながら、特許文献１～３に開示されるようなＳｉ等の添加により高強度化したＡｌ接続材を用いた場合、次世代パワー半導体装置での使用を想定した温度サイクル試験において、Ａｌ接続材よりも強度が低いＡｌ合金電極内において比較的速い速度でき裂が進展してしまい、良好な温度サイクル信頼性を安定的に得ることが困難となる課題があることを確認した。

　従来の温度サイクル試験（以下、「ＴＣＴ」ともいう。）は、市販の試験装置を用いて、簡便に試験が可能である。しかし、ＴＣＴにおける温度の変化速度は比較的遅いため、パワー半導体装置の動作時における速い温度変化速度とのずれが懸念される。そこで最近では、実使用の条件に近づけるため、温度変化速度を速めた高速温度サイクル試験（以下、「高速ＴＣＴ」ともいう。）が検討されている。温度の変化速度は、従来のＴＣＴが例えば１０℃／分程度であるのに対して、高速ＴＣＴでは例えば２００℃／分程度で高速に温度変化する。Ａｌ接続材の接合部の信頼性評価について、従来のＴＣＴで評価した際に信頼性は低下しないＡｌ接続材であっても、高速ＴＣＴで評価すると接合強度の低下、接合寿命の縮小が生じる場合がある。よって、実使用の条件に近い、より過酷な試験である高速ＴＣＴにおいても良好な接合部の信頼性を呈し、優れた温度サイクル信頼性をもたらすＡｌ接続材が求められている。以下、高速ＴＣＴにおける温度サイクル信頼性を「高速温度サイクル信頼性」という場合がある。

　また、接合を行う際にＡｌ接続材が電極から剥離する等の接合不良が発生すると、製品の不具合や製造歩留低下に繋がるため、各接合部において良好な接合強度を得ることが求められる。この点、１ｓｔ接合部では良好な接合強度を得るために超音波振動や荷重を強く印加すると半導体チップが損傷してしまうことがある。特にＳｉ等の添加により高強度化したＡｌ接続材を用いる場合、その硬さに起因して１ｓｔ接合時に半導体チップを損傷し易く、斯かる損傷を低減させるべく超音波振動や荷重を調整すると、その変形抵抗の高さや変形方向の不安定さなどに起因して接合面積を安定的に確保できなくなるなどして十分な１ｓｔ接合部の接合強度（以下、単に「１ｓｔ接合強度」ともいう。）が得られない場合があった。これら１ｓｔ接合部の初期接合時の問題は、ひいては温度サイクル信頼性の低下や不安定さの要因となることから、Ｓｉ等の添加により高強度化したＡｌ接続材の実用の障害となる。

　本発明は、優れた温度サイクル信頼性と良好な１ｓｔ接合強度を満足するＡｌ接続材を提供することを目的とする。

　本発明者らは、上記課題につき鋭意検討した結果、Ｓｉを４．０質量％以上１２．０質量％以下含有するＡｌ接続材において、比電気抵抗Ｒａが特定範囲にあり、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Ａｌ相の結晶方位を測定したとき、中心軸に対して角度差が１５°以下である＜１１０＞結晶方位と＜１１１＞結晶方位の方位比率の総計が特定範囲にあるＡｌ接続材が上記課題を解決できることを見出し、斯かる知見に基づいて更に検討を重ねることによって本発明を完成した。

　すなわち、本発明は以下の内容を含む。
＜１＞
　Ｓｉを４．０質量％以上１２．０質量％以下含有するＡｌ接続材であって、
　比電気抵抗Ｒａが２．６×１０^－８Ωｍ以上３．６×１０^－８Ωｍ以下であり、
　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Ａｌ相の結晶方位を測定したとき、中心軸に対して角度差が１５°以下である＜１１０＞結晶方位と＜１１１＞結晶方位の方位比率の総計が２０％以上７０％以下であり、但し該方位比率の総計が２５％以下のとき、中心軸方向に対して角度差が１５°以下である＜１１０＞結晶方位の方位比率が５％以上である、Ａｌ接続材。
＜２＞
　Ｌ断面におけるＡｌ相の結晶方位について、中心軸方向に対して角度差が１５°以下である＜１１０＞結晶方位の方位比率が５％以上５０％以下である、＜１＞に記載のＡｌ接続材。
＜３＞
　Ｌ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、＜１＞又は＜２＞に記載のＡｌ接続材。
＜４＞
　Ｌ断面におけるＡｌ相の短辺長さｃと長辺長さｄの比率（ｃ／ｄ）の平均値が０．２以上０．７以下である、＜１＞～＜３＞のいずれかに記載のＡｌ接続材。
＜５＞
　さらにＳｒ、Ｎａ、Ｃａ、Ｂ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、＜１＞～＜４＞のいずれかに記載のＡｌ接続材。
＜６＞
　さらにＦｅ、Ｍｇ、Ｐ、Ｔｉ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、＜１＞～＜５＞のいずれかに記載のＡｌ接続材。
＜７＞
　Ａｌ接続材中のその他の元素の総計濃度が０．５質量％以下である、＜１＞～＜６＞のいずれかに記載のＡｌ接続材。

　本発明によれば、優れた温度サイクル信頼性と良好な１ｓｔ接合強度を満足するＡｌ接続材を提供することができる。

図１は、Ａｌ接続材について、Ａｌ相およびＳｉ相の結晶方位、形状（形状比率（ｃ／ｄ））を測定する際の測定対象面（検査面）を説明するための概略図である。測定対象面は、Ａｌ接続材の中心軸を含む中心軸方向の断面（Ｌ断面）である。 図２は、Ｌ断面におけるＡｌ相の短辺長さ（ｃ）と長辺長さ（ｄ）を説明するための概略図である。 図３は、１ｓｔ接合部の中抜け不良を説明するための概略図である。 図４は、軟Ｘ線透過装置により観察したＡｌ接続材の内部クラックの一例である。

　以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。説明にあたり図面を参照する場合もあるが、各図面は、発明が理解できる程度に、構成要素の形状、大きさおよび配置が概略的に示されているに過ぎない。本発明は、下記実施形態及び例示物に限定されるものではなく、本発明の請求の範囲及びその均等の範囲を逸脱しない範囲において任意に変更して実施され得る。

　［Ａｌ接続材］
　本発明のＡｌ接続材は、Ｓｉを４．０質量％以上１２．０質量％以下含有するＡｌ接続材であって、
　比電気抵抗Ｒａが２．６×１０^－８Ωｍ以上３．６×１０^－８Ωｍ以下であり、
　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Ａｌ相の結晶方位を測定したとき、中心軸に対して角度差が１５°以下である＜１１０＞結晶方位と＜１１１＞結晶方位の方位比率の総計が２０％以上７０％以下であり、但し該方位比率の総計が２５％以下のとき、中心軸方向に対して角度差が１５°以下である＜１１０＞結晶方位の方位比率が５％以上であることを特徴とする。

　先述のとおり、温度サイクル試験（ＴＣＴ）において、高純度のＡｌのみからなる接続材を使用した場合には、該接続材の内部を比較的速い速度でき裂が進展して、良好な温度サイクル信頼性を得ることは困難であった。一方、Ｓｉ等の添加により高強度化したＡｌ接続材を使用する場合は、相対的に強度が低いＡｌ合金電極内をき裂が進展するため、次世代パワー半導体装置に要求される温度サイクル信頼性を得ることは困難であることを確認した。すなわち実使用の条件に近い、温度変化速度を速めた高速温度サイクル試験（高速ＴＣＴ）においては、従来のＴＣＴで評価した際に信頼性は低下しないＡｌ接続材であっても、接合強度の低下、接合寿命の縮小が生じる場合があることを確認した。さらには、Ｓｉ等の添加により高強度化したＡｌ接続材を用いる場合、１ｓｔ接合時に半導体チップを損傷し易く、斯かる損傷を低減させるべく超音波振動や荷重を調整すると、十分な１ｓｔ接合強度が得られない場合があった。

　本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、Ｓｉを４．０質量％以上１２．０質量％以下含有するＡｌ接続材であって、比電気抵抗Ｒａが特定範囲にあり、そのＬ断面におけるＡｌ相の結晶方位を測定したとき、中心軸に対して角度差が１５°以下である＜１１０＞結晶方位と＜１１１＞結晶方位の方位比率の総計が特定範囲にあるＡｌ接続材によれば、実使用の条件に近い、より過酷な試験である高速ＴＣＴにおいても良好な接合部の信頼性を呈し、優れた温度サイクル信頼性をもたらすと共に、１ｓｔ接合強度も向上させ得ることを見出した。斯かる本発明のＡｌ接続材は、次世代パワー半導体装置で要求される温度サイクル信頼性を実現すると共に良好な１ｓｔ接合強度を実現することに著しく寄与するものである。

　本発明のＡｌ接続材は、Ｓｉを４．０質量％以上１２．０質量％以下含有しており、Ａｌ中にＳｉが固溶したＡｌ相と、Ｓｉが晶出又は析出して形成されたＳｉ相から構成される。ここで、Ａｌ相は、Ｓｉのほか、他の添加元素が固溶していてもよい。また、Ｓｉ相はＳｉ晶出物とＳｉ析出物の総称であり、Ｓｉ晶出物とは凝固中に溶解液から形成され、サイズが１～２０μｍ程度で粗大であるのに対して、Ｓｉ析出物とは固体状態から形成され、サイズは０．１～数μｍ程度で小さい。

　また本発明において、Ａｌ接続材のＬ断面、すなわちＡｌ接続材の中心軸を含む中心軸方向の断面とは、後記「（Ａｌ相、Ｓｉ相の結晶方位の方位比率の測定方法）」欄にて図１を参照しつつ説明するとおりである。

　本発明のＡｌ接続材が優れた温度サイクル信頼性と良好な１ｓｔ接合強度をもたらすことができる理由に関しては、以下のとおり推察される。

　Ｓｉ濃度が４．０質量％以上１２．０質量％以下の範囲であれば、Ｓｉ晶出物が粒子状に生成される傾向にある。斯かるＳｉ晶出物は上記のとおり比較的大きく成長しており、線膨張の抑制、温度サイクル信頼性などの特性の改善に寄与する。その一方で、高濃度のＳｉを含有することでＡｌ接続材は硬質化し、接合時の変形が不十分となったり変形方向が不安定となったりして、接合強度が低下する場合がある。これら初期接合時の問題は、ひいては温度サイクル信頼性の低下や不安定さの要因となることから、Ｓｉ等の添加により高強度化したＡｌ接続材の実用の障害となる。

　本発明者らは、超音波振動および荷重を印加した際（以下、単に「接合時」ともいう。）に半導体チップの損傷を抑制しつつ初期の接合強度を向上させるには、（ｉ）Ａｌ相内の固溶状態のＳｉおよび微細析出物と、（ｉｉ）Ａｌ相の特定の結晶方位の配向と、を同時に制御することが有効であることを見出した。

　上記（ｉ）に関し、Ａｌ相内に固溶されたＳｉ原子は、格子歪みの増加、転位の固着などの作用により、接合時の変形抵抗を増加させるように作用することから、固溶状態のＳｉ量を低減させると、Ａｌ接続材は軟質化して、その変形を促進できる。また、熱処理により固溶されたＳｉの一部は析出して、微細なＳｉ析出物などを形成するが、そのサイズをサブミクロン程度の範囲で制御することで、接合時の均一変形および接合部の温度サイクル特性を改善し得る。

　ここで、固溶状態のＳｉは直接観察することができないため、Ａｌ接続材全体の固溶量を精度よく測定することは困難である。また微細なＳｉ析出物について、ＴＥＭなど高度解析により、その一部は観察可能ではあるものの、観察領域が限定され、粒子の分布も含めた、Ａｌ接続材内の微細なＳｉ析出物の量、体積を正確に把握することは難しい。この点、電気測定により求められるＡｌ－Ｓｉ合金の比電気抵抗は、Ａｌ相内のＳｉ固溶量、微細析出物量や分布の指標として管理できる。さらにこの比電気抵抗を制御することが、Ａｌ接続材の材料構造を変化させて、接合性の改善を図るにあたって有効であることを見出した。例えば比電気抵抗を低減することは、Ｓｉ固溶量の低下または微細析出物量の増加と関係して、接合時の半導体チップの損傷を低減する効果に寄与する。反対に比電気抵抗を増加することは、Ｓｉ固溶量の増加または微細析出物量の低減と関係している。なお、粗大化したＳｉ晶出物が比電気抵抗に及ぼす影響は、固溶状態のＳｉに比べてかなり小さく、ほぼ無視できるレベルである。

　したがって、Ａｌ－Ｓｉ合金の比電気抵抗を指標としてＡｌ接続材の材料構造を調整することが、固溶状態のＳｉや微細なＳｉ析出物を制御することに繋がり、接合時の半導体チップの損傷を抑制しつつ接合強度の向上を達成するにあたり有効である。なお、従来のＡｌ合金からなる接続材では導電率（電気抵抗の逆数）を調整することは行われているが、これは電気を通し易くするための電気特性の視点であった。本発明におけるＡｌ－Ｓｉ合金の比電気抵抗の適正化については、電気特性の調整が目的ではなく、固溶、微細析出の材料構造を制御するための指標として設定していることを特徴とする。材料構造を制御するに際し比電気抵抗に適正範囲があり、その範囲から外れると電気特性は良好であっても、接合時の半導体チップの損傷を抑制しつつ接合強度の向上を達成することは難しい。またＳｉを３質量％以下の範囲で含有するＡｌ接続材に関しては、比電気抵抗と接合特性との関係が希薄であることを確認した。接合時の半導体チップの損傷を抑制しつつ接合強度の向上を達成するにあたり、比電気抵抗を指標として管理できるのは、Ｓｉを４．０質量％以上１２．０質量％以下含有する本発明の構成において特異的に妥当することを確認している。

　上記（ｉｉ）に関し、Ａｌ相の結晶粒に関する集合組織の制御が、接合時の十分な変形を促進するにあたり有効である。すなわちＡｌ相の＜１１０＞結晶方位と＜１１１＞結晶方位の方位比率の総計が２０％以上７０％以下の範囲（但し該方位比率の総計が２５％以下のとき、中心軸方向に対して角度差が１５°以下である＜１１０＞結晶方位の方位比率が５％以上）であると、Ａｌ接続材全体の変形を促進して接合強度を高める効果が得られるものと考えられる。また＜１１０＞結晶方位と＜１１１＞結晶方位の方位比率を制御することにより、接合時に接合界面に介在する酸化膜を破壊して新生面を露出させて金属接合を促進する効果が高まるものと考えられる。＜１１０＞結晶方位の配向により超音波振動と平行方向のＡｌ接続材の変形を主に制御し、＜１１１＞結晶方位の配向により超音波振動とは垂直方向（Ａｌ接続材の幅方向）の変形を主に制御していると考えられる。

　以上のように、本発明のＡｌ接続材は、温度サイクル信頼性と１ｓｔ接合強度の向上に寄与する因子が適切に制御された結果、先述のとおり優れた温度サイクル信頼性と良好な１ｓｔ接合強度をもたらすことができるものと推察される。

　－Ｓｉ濃度－
　Ｓｉ濃度は４．０質量％以上１２．０質量％以下の範囲であることで、接合部の熱歪みを低減して、温度サイクル特性を向上することに役立つ。４．０質量％未満であれば改善効果が小さく、１２．０質量％超であれば、硬質化による初期接合強度の低下、半導体チップの損傷などが問題となる。実使用の条件に近い、温度変化速度を速めた高速ＴＣＴにおいても良好な温度サイクル信頼性を得る観点から、本発明のＡｌ接続材におけるＳｉの濃度は４．０質量％以上であり、好ましくは４．５質量％以上、より好ましくは４．６質量％以上、４．８質量％以上、５．０質量％以上、５．２質量％以上、５．４質量％以上又は５．５質量％以上である。他方、Ａｌ接続材の硬度が過大となると、一般的に用いる超音波振動、荷重の接合条件では１ｓｔ接合時に半導体チップの損傷が発生し易くなる。一般的な接合条件にて１ｓｔ接合する場合に良好な接合強度を得る観点から、本発明のＡｌ接続材におけるＳｉ濃度は１２．０質量％以下であり、好ましくは１１．５質量％以下又は１１．０質量％以下、より好ましくは１０．８質量％以下、１０．６質量％以下、１０．５質量％以下、１０．４質量％以下、１０．２質量％以下又は１０．０質量％以下である。

　本発明のＡｌ接続材に含まれる元素の濃度分析には、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析装置やＩＣＰ質量分析装置を利用することができる。Ａｌ接続材の表面に酸素や炭素等の大気中からの汚染物由来の元素が吸着している場合には、分析を行う前に吸着した物質に応じて酸やアルカリにより洗浄を行うことが有効である。

　－比電気抵抗－
　高速ＴＣＴにおいても良好な温度サイクル信頼性を得ると共に良好な１ｓｔ接合強度を得る観点から、Ａｌ接続材の比電気抵抗は２．６×１０^－８Ωｍ以上であり、好ましくは２．７×１０^－８Ωｍ以上、より好ましくは２．８×１０^－８Ωｍ以上である。該比電気抵抗の上限は、優れた温度サイクル信頼性と良好な１ｓｔ接合強度を得る観点から、３．６×１０^－８Ωｍ以下であり、好ましくは３．５×１０^－８Ωｍ以下、より好ましくは３．４×１０^－８Ωｍ以下である。

　Ａｌ接続材の比電気抵抗は、直流４端子測定法により測定することができる。例えば、抵抗計として日置電機株式会社製ＤＭ７２７５を用い、試料長さ２００ｍｍ、測定電流０．０２～０．１ｍＡの範囲、室温で試料の電気抵抗値を測定することができる。測定回数は５回とし、その算術平均により各試料の電気抵抗値Ｒを求める。その電気抵抗値をＲ、試料の長さをＬ、試料の断面積をＳとすると、Ａｌ接続材の比電気抵抗値ＭはＲ×（Ｓ／Ｌ）で算出することができる。

　－Ｌ断面におけるＡｌ相の結晶方位－
　高速ＴＣＴにおいても良好な温度サイクル信頼性を得ると共に良好な１ｓｔ接合強度を得る観点から、Ａｌ接続材のＬ断面におけるＡｌ相の結晶方位を測定したとき、中心軸に対して角度差が１５°以下である＜１１０＞結晶方位と＜１１１＞結晶方位の方位比率の総計（以下、「Ａｌ相の＜１１０＞＋＜１１１＞総計比率」ともいう。）は、２０％以上であり、好ましくは２２％以上、２４％以上、２５％以上又は２５％超、より好ましくは２６％以上又は２８％以上、さらに好ましくは３０％以上、さらにより好ましくは３５％以上、４０％以上、４２％以上、４４％以上又は４５％以上である。該Ａｌ相の＜１１１＞＋＜１１０＞総計比率が低い態様について詳しく調べたところ、該総計比率が２０％以上３０％未満の範囲においても、温度サイクル信頼性と１ｓｔ接合強度を向上する効果が得られることを確認した。但し、該Ａｌ相の＜１１１＞＋＜１１０＞総計比率が２５％以下のとき、中心軸方向に対して角度差が１５°以下である＜１１０＞結晶方位の方位比率が５％以上であることが重要であることを確認している。該Ａｌ相の＜１１０＞＋＜１１１＞総計比率の上限は、優れた温度サイクル信頼性と良好な１ｓｔ接合強度を得る観点から、７０％以下であり、好ましくは６５％以下、より好ましくは６０％以下、さらに好ましくは５８％以下、５６％以下又は５５％以下である。

　よりいっそう良好な１ｓｔ接合強度を得る観点、１ｓｔ接合部の中抜け（Ａｌ接続材と電極との接合領域中に金属接合が不十分である箇所が形成される現象）を抑制する観点から、Ａｌ接続材のＬ断面におけるＡｌ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＜１１０＞結晶方位の方位比率（以下、「Ａｌ相の＜１１０＞比率」ともいう。）は、５％以上５０％以下の範囲にあることが好ましい。Ａｌ相の結晶方位に関して、Ａｌ相の＜１１０＞＋＜１１１＞総計比率が２０％以上７０％以下の範囲という上記の条件を満足したうえで、Ａｌ相の＜１１０＞比率が５％以上５０％以下であることにより、１ｓｔ接合部の中抜けを抑制して１ｓｔ接合強度を向上する高い効果が得られる。Ａｌ相の＜１１０＞比率が斯かる範囲にある場合に上記の効果が得られる理由に関しては、次のとおり推察される。すなわち、Ａｌ相の＜１１０＞比率が斯かる範囲にあると、超音波振動方向におけるＡｌ接続材の変形を促進することができ、ひいては１ｓｔ接合強度をさらに向上させることができるものと考えられる。また、中抜けは、超音波振動方向に発生する場合が多く、上記のとおり超音波振動方向におけるＡｌ接続材の変形を促進することにより、中抜けも抑制されるものと考えられる。該Ａｌ相の＜１１０＞比率は、よりいっそう良好な１ｓｔ接合強度を得る観点、１ｓｔ接合部の中抜けを抑制する観点から、より好ましくは１０％以上、さらに好ましくは１２％以上、１４％以上又は１５％以上である。また、該Ａｌ相の＜１１０＞比率の上限は、より好ましくは４５％以下、さらに好ましくは４０％以下、３８％以下、３６％以下又は３５％以下である。

　Ａｌ接続材のＬ断面におけるＡｌ相の結晶方位の方位比率の測定には、ＳＥＭ－ＥＤＳによって得られたＡｌ濃度及びＳｉ濃度の情報と後方散乱電子線回折法（ＥＢＳＤ）によって得られた結晶方位の情報を組み合わせる手法を用いることができる。詳細には、Ａｌ接続材のＬ断面を検査面とした測定領域において、ＥＤＳを用いたＡｌとＳｉの濃度測定と、ＥＢＳＤを用いた結晶方位解析を同時に行う。続いて、装置に付属している解析ソフトを利用して、ＥＤＳの測定結果からＡｌ相とＳｉ相を分離・抽出する。具体的には、ＦＥ－ＳＥＭ装置に付属の解析ソフトＯＩＭ　Ｄａｔａ　ＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎまたはＯＩＭ　Ａｎａｙｓｉｓ（両者ともＴＳＬソリューション製）の機能であるＣｈｉ　Ｓｃａｎ（カイスキャン）機能を利用することが好適である。そしてＡｌ相と特定された領域について、装置に付属している解析ソフトを利用することにより、Ａｌ相の＜１１０＞結晶方位と＜１１１＞結晶方位の方位比率及びそれらの総計を算出することができる。その方位比率を算出するにあたって、測定エリア内で、ある信頼度を基準に同定できた結晶方位のみの面積を母集団として算出した部分比率（Ｐａｒｔｉａｌ　Ｒａｔｉｏ）を用いる。そして＜１１０＞結晶方位と＜１１１＞結晶方位の面積割合を、それぞれ＜１１０＞結晶方位の方位比率、＜１１１＞結晶方位の方位比率とした。したがって一実施形態において、本発明のＡｌ接続材のＬ断面におけるＡｌ相の結晶方位の方位比率は、以下の（１）乃至（３）の手順により算出される。
（１）Ａｌ接続材のＬ断面を検査面とした測定領域において、ＥＤＳを用いたＡｌとＳｉの濃度測定と、ＥＢＳＤを用いた結晶方位測定を同時に行う。
（２）Ｃｈｉ　Ｓｃａｎ機能を利用して、ＡｌとＳｉを分離・抽出する。具体的にはＳｉのＥＤＳの測定結果から、Ｓｉの閾値に相当するＴｏｌｅｒａｎｃｅを設定することで、ＡｌとＳｉを分離して識別できる。マテリアルファイルからＡｌとＳｉの結晶情報を用いて、結晶方位を解析することができる。
（３）Ａｌ相と特定された領域について、結晶方位を解析し、Ａｌ相の＜１１０＞結晶方位の方位比率と＜１１１＞結晶方位の方位比率を算出する。

　上記（２）の手順において、Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ（％）の設定は２０～4０％の範囲で選定することができ、Ａｌ接続材のＬ断面の標準的な解析では、約３０％で比較することが好ましい。このＴｏｌｅｒａｎｃｅを調整する手順について補足説明する。ＥＤＳ分析のＳｉ元素濃度を２次元で表示するＥＤＳマップから識別されるＳｉ相の形状、大きさと比較して、Ｃｈｉ　Ｓｃａｎ機能で抽出・識別されるＳｉ相の形状、大きさが同等であるようにＴｏｌｅｒａｎｃｅの数値を選定または確認することが望ましい。

　本発明において、Ｌ断面におけるＡｌ相の＜１１０＞結晶方位の方位比率と＜１１１＞結晶方位の方位比率は、３箇所以上を測定して得られた方位比率の各値の平均値とした。測定領域の選択にあたっては、測定データの客観性を確保する観点から、測定対象のＡｌ接続材から、測定用の試料を、該Ａｌ接続材の中心軸方向に対し５０ｃｍ以上の間隔で取得し、測定に供することが好ましい。また本発明において、ＥＢＳＤ法による結晶方位の測定領域は、Ａｌ接続材の中心軸方向の長さが３００μｍ以上８００μｍ未満であり、Ａｌ接続材の中心軸と垂直な方向にはＡｌ接続材の全体が入ることが望ましいが、サイズが大きく全体を測定することが難しい場合には６００μｍ未満の範囲で調整してよい。

　－Ｌ断面におけるＳｉ相の結晶方位－
　高速ＴＣＴにおいてよりいっそう良好な温度サイクル信頼性を得る観点から、Ａｌ接続材のＬ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（以下、「Ｓｉ相の＜１１１＞＋＜１１０＞総計比率」ともいう。）は、２０％以上７０％以下の範囲にあることが好ましい。上述した比電気抵抗の制御とＡｌ相の＜１１０＞＋＜１１１＞総計比率の制御に加えて、Ｓｉ相の＜１１１＞＋＜１１０＞総計比率を斯かる範囲にすると、接合強度の低下を抑える強度維持率の向上、または接合強度が低下する不良発生までの試験回数の延長により、高速ＴＣＴにおいてもよりいっそう良好な温度サイクル信頼性を達成することができる。これは、Ｓｉ相の＜１１１＞結晶方位および＜１１０＞結晶方位と、Ａｌ相の＜１１０＞結晶方位及び＜１１１＞結晶方位とが揃うことで、Ｓｉ相とＡｌ相の界面の密着性が向上して、温度変化速度が激しい高速ＴＣＴにおけるサイクル数が増加しても界面の剥離を抑える効果が発現するためと考えられる。Ｓｉ相の＜１１１＞＋＜１１０＞総計比率は、より好ましくは２５％以上、さらに好ましくは２６％以上、２８％以上又は３０％以上である。該Ｓｉ相の＜１１１＞＋＜１１０＞総計比率は、優れた温度サイクル信頼性と良好な１ｓｔ接合強度を得る観点から、より好ましくは６５％以下、さらに好ましくは６０％以下、５８％以下、５６％以下、５５％以下、５４％以下、５２％以下又は５０％以下である。

　Ａｌ接続材のＬ断面におけるＳｉ相の結晶方位の方位比率の測定には、Ａｌ相の結晶方位の方位比率の測定と同様、ＳＥＭ－ＥＤＳによって得られたＡｌ濃度及びＳｉ濃度の情報とＥＢＳＤによって得られた結晶方位の情報を組み合わせる手法を用いることができる。詳細な手順はＡｌ相の結晶方位の方位比率の測定に関連して先述したものと同様としてよく、すなわち、Ｓｉ相と特定された領域について、装置に付属している解析ソフトを利用することにより、Ｓｉ相の＜１１１＞結晶方位と＜１１０＞結晶方位の方位比率及びそれらの総計を算出することができる。その方位比率を算出するにあたって、測定エリア内で、ある信頼度を基準に同定できた結晶方位のみの面積を母集団として算出した部分比率（Ｐａｒｔｉａｌ　Ｒａｔｉｏ）を用いる。したがって一実施形態において、本発明のＡｌ接続材のＬ断面におけるＳｉ相の結晶方位の方位比率は、以下の（１）乃至（３）の手順により算出される。
（１）Ａｌ接続材のＬ断面を検査面とした測定領域において、ＥＤＳを用いたＡｌとＳｉの濃度測定と、ＥＢＳＤを用いた結晶方位解析を同時に行う。
（２）Ｃｈｉ　Ｓｃａｎ機能を利用して、ＡｌとＳｉを分離して解析する。具体的にはＳｉのＥＤＳの測定結果から、Ｓｉの閾値に相当するＴｏｌｅｒａｎｃｅを設定することで、ＡｌとＳｉを分離して識別できる。マテリアルファイルからＡｌとＳｉの結晶情報を用いて、結晶方位を解析する。
（３）Ｓｉ相と特定された領域について、結晶方位を解析し、Ｓｉ相の＜１１１＞結晶方位の方位比率と＜１１０＞結晶方位の方位比率を算出する。

　本発明において、Ｌ断面におけるＳｉ相の＜１１１＞結晶方位の方位比率と＜１１０＞結晶方位の方位比率は、３箇所以上を測定して得られた方位比率の各値の算術平均値とした。上記（２）の手順におけるＴｏｌｅｒａｎｃｅの設定範囲、測定用の試料の取得方法やＥＢＳＤ法による結晶方位の測定領域は、Ａｌ相の結晶方位の方位比率の測定に関し先述したとおりである。

　－Ｌ断面におけるＡｌ相の形状－
　超音波振動と荷重を印加してＡｌ接続材を接合する場合、その接合形状を管理することが重要である。Ａｌ接続材の接合形状は、接合部のせん断強度試験を行った際に、破断部の圧痕において、Ａｌ接続材の中心軸と垂直方向における圧痕幅（接合幅）により評価できる。この接合幅のばらつきを低減し安定化させることは、ひいては温度サイクル信頼性の向上に寄与する。この点、Ｓｉ等の添加により高強度化したＡｌ接続材では、その変形抵抗の高さや変形方向の不安定さなどに起因して、従来のＡｌ接続材に比し接合幅のばらつきが増えることが懸念される。

　本発明者らは、Ｓｉを４．０質量％以上１２．０質量％以下含有し、その比電気抵抗が特定範囲にあり、そのＬ断面におけるＡｌ相の＜１１０＞＋＜１１１＞総計比率が特定範囲にあるＡｌ接続材について検討を進める過程で、Ｌ断面におけるＡｌ相の形状がＡｌ接続材の接合時の接合幅のばらつきに影響を及ぼすことを見出した。詳細には、Ｌ断面におけるＡｌ相の短辺長さｃと長辺長さｄの比率（ｃ／ｄ）の平均値が０．２以上０．７以下の範囲であることにより、接合時の接合幅のばらつきが低減することを見出した。この比率（ｃ／ｄ）の数値は扁平度を示す指標である。図２を参照してさらに説明する。図２は、Ａｌ接続材のＬ断面におけるＡｌ相を模試的に示した図であり、Ａｌ接続材の中心軸方向が図２の水平方向（左右方向）に、また、中心軸に垂直な方向が図２の垂直方向（上下方向）にそれぞれ対応するように示している。Ｌ断面におけるＡｌ相について、上記の「短辺長さｃ」は、図２において符号ｃで示した寸法に該当する。またＬ断面におけるＡｌ相について、上記の「長辺長さｄ」は、図２において符号ｄで示した寸法に該当する。以下、Ｌ断面におけるＡｌ相の短辺長さｃと長辺長さｄの比率（ｃ／ｄ）を、単に「Ａｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）」ともいう。Ａｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）の数値は、装置に付属の解析ソフトでは、Ｇｒａｉｎ　Ｓｈａｐｅ　Ａｓｐｅｃｔ　Ｒａｔｉｏで求めることができる。

　本発明のＡｌ接続材において、Ａｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）の平均値を制御することにより接合時の接合幅のばらつきを低減させ得る理由に関しては、以下のとおり推察される。Ａｌ相が柱状、繊維状など長くなると、超音波振動および荷重を印加した際にＡｌ接続材の変形は不均一となり、接合幅がばらつく原因となる。先述のとおり比電気抵抗を適正化し固溶、微細析出の材料構造を制御して変形が促進された状態を達成することに加えて、Ａｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）を適正化することにより、変形、摩擦、接合の方向性を均一化する作用が働き、接合幅が安定化すると考えられる。Ａｌ接続材は押し出し、伸線などの加工により製造されるため、基本的にはＡｌ相はＡｌ接続材の中心軸方向に扁平した形状となる傾向があること、すなわち、Ａｌ相は、その長辺長さｄの方向が、Ａｌ接続材の中心軸方向、あるいはそれに近い方向になるように配列する傾向にあること、また、先述のとおりＡｌ相の結晶方位の適正化によって超音波振動に平行／垂直な方向における複合的な変形を制御していることから、方向を特に指定しない上記のＡｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）の管理で所期の効果を達成し得るものと考えられる。なお、接合時の接合幅のばらつきを低減するにあたっては、Ｌ断面におけるＡｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）の平均値が上記好適範囲にあればよく、全てのＡｌ相について形状比率（ｃ／ｄ）が０．２以上０．７以下の範囲にある必要はない。例えば、形状比率（ｃ／ｄ）が０．２未満であるＡｌ相を含んでいてもよいし、形状比率（ｃ／ｄ）が０．７超であるＡｌ相を含んでいてもよい。

　接合時の接合幅のばらつきを低減し、次世代パワー半導体装置で要求される温度サイクル信頼性をいっそう良好に実現する観点から、本発明のＡｌ接続材のＬ断面におけるＡｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）の平均値は、より好ましくは０．２５以上であり、その上限は、より好ましくは０．６５以下である。

　Ａｌ接続材のＬ断面におけるＡｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）を測定する方法について説明する。まず、上述した結晶方位の測定と同様に、ＳＥＭ－ＥＤＳによって得られたＡｌ濃度及びＳｉ濃度の情報と、ＥＢＳＤによって得られた結晶方位の情報を組み合わせる手法を用いることができる。詳細な手順は結晶方位の方位比率の測定に関連して先述したものと同様としてよく、すなわち、Ａｌ相と特定された領域について、装置に付属している解析ソフトを利用することにより結晶方位を解析することができる。測定点間の方位差が１５°以上であれば結晶粒界と判断して形状比率（ｃ／ｄ）を算出する。各Ａｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）の平均値をＡｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）の平均値と定義する。Ａｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）を求める過程では、結晶方位が測定できない部位、あるいは測定できても方位解析の信頼度が低い部位は除外して計算した。したがって一実施形態において、本発明のＡｌ接続材のＬ断面におけるＡｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）の平均値は、以下の（１）乃至（３）の手順により算出される。
（１）Ａｌ接続材のＬ断面を検査面とし、ＥＤＳを用いたＡｌとＳｉの濃度測定と、ＥＢＳＤを用いた結晶方位測定を同時に行う。
（２）Ｃｈｉ　Ｓｃａｎ機能を利用して、ＡｌとＳｉを分離・抽出する。具体的にはＳｉのＥＤＳの測定結果から、Ｓｉの閾値に相当するＴｏｌｅｒａｎｃｅを設定することで、ＡｌとＳｉを分離して識別できる。マテリアルファイルからＡｌとＳｉの結晶情報を用いて、結晶方位を解析することができる。
（３）Ａｌ相と特定された領域について、結晶方位を解析し、測定点間の方位差が１５°以上であれば結晶粒界と判断して各結晶粒の形状比率（ｃ／ｄ）を求め、各結晶粒の形状比率（ｃ／ｄ）を平均計算してＡｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）の平均値を算出する。ここで、Ａｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）の平均値は、解析ソフトのＧｒａｉｎ　Ｓｈａｐｅ　Ａｓｐｅｃｔ　Ｒａｔｉｏの数値（以下、「粒形アスペクト比」という。）を用いる。この数値は各結晶粒の粒形アスペクト比を平均計算して平均値を求めたものである。なお、粒形アスペクト比の計算法について、結晶粒１個の短辺長さ（ｃ）（Ｇｒａｉｎ　Ｓｈａｐｅ　Ｍｉｎｏｒ　Ａｘｉｓ）と長辺長さ（ｄ）（Ｇｒａｉｎ　Ｓｈａｐｅ　Ｍａｊｏｒ　Ａｘｉｓ）の比率（ｃ／ｄ）を求めている。また、平均計算に関しては、装置付属ソフトで選択できるＡｒｅａ平均で求めた平均値を採用する。Ａｒｅａ平均で求めた平均値を採用することにより、接合時の接合幅のばらつきを低減させ得るのに好適な、Ａｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）の平均値に係る条件の成否を精度良く測定・判定することができる。Ａｒｅａ平均の計算では、各粒子面積が全粒子の面積に占める割合を各粒子面積値に乗算した値の平均から算出されるもので、ソフトが自動で演算する。

　Ｌ断面におけるＡｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）の平均値を測定するに際して、上記（２）の手順におけるＴｏｌｅｒａｎｃｅの設定範囲、ＥＢＳＤ法による結晶方位の測定領域は、Ａｌ相の結晶方位の方位比率の測定に関し先述したとおりである。

　なお、Ａｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）を測定する手法には、上記のほか、Ｌ断面の観察画像からの二値化処理を含む幾つかの方法があるが、本発明においては、多くの測定機能が備わり１回の測定で、上記の結晶方位、Ａｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）といった複数の特性を求められること、自動解析が可能であること、普及した装置・解析技術であり測定が容易であることなどの理由から、上記のとおり、ＳＥＭ－ＥＤＳによって得られたＡｌ濃度及びＳｉ濃度の情報と、ＥＢＳＤによって得られた結晶方位の情報を組み合わせる手法を用いる。

　－Ｓｒ、Ｎａ、Ｃａ、Ｂの添加－
　本発明のＡｌ接続材は、さらにＳｒ、Ｎａ、Ｃａ、Ｂのいずれか一種以上（以下、「第１元素群」ともいう。）を総計で５質量ｐｐｍ以上８００質量ｐｐｍ以下含有してもよい。

　Ｓｉ等の添加により高強度化したＡｌ接続材では、伸線加工時にＡｌ接続材内にクラック（内部クラック）が発生する場合があることを見出した。これは、粗大なＳｉ晶出物の形成、Ａｌ相の不均一な塑性変形などが原因と考えられる。内部クラックは温度サイクル信頼性の低下、大電流が印加された際の溶融破断などの不良を誘発する場合があるため、内部クラックの発生を抑制することが求められる。

　Ｓｉを４．０質量％以上１２．０質量％以下含有する場合であっても、さらにＳｒ、Ｎａ、Ｃａ、Ｂのいずれか一種以上を総計で５質量ｐｐｍ以上８００質量ｐｐｍ以下含有することにより、加工時の内部クラックの発生を抑制することができる。第１元素群を総計で５質量ｐｐｍ以上８００質量ｐｐｍ以下の濃度で添加すると、Ｓｉ晶出物が微細化されて、Ａｌ接続材内に均一に分散することで、クラックの起点の発生が抑えられるものと考えられる。さらに比電気抵抗の制御によりＡｌ相内のＳｉ固溶量を調整していることで、Ａｌ相の加工歪みを緩和してクラックの成長を抑制する作用があるものと考えられる。

　加工時の内部クラックの発生を抑制する観点から、本発明のＡｌ接続材における第１元素群の総計濃度は、より好ましくは２０質量ｐｐｍ以上、さらに好ましくは３０質量ｐｐｍ以上、４０質量ｐｐｍ以上又は５０質量ｐｐｍ以上であり、その上限は、半導体チップの損傷を抑制しつつ良好な１ｓｔ接合強度を達成し易い観点から、好ましくは７５０質量ｐｐｍ以下、より好ましくは７４０質量ｐｐｍ以下、７２０質量ｐｐｍ以下又は７００質量ｐｐｍ以下である。

　－Ｆｅ、Ｍｇ、Ｐ、Ｔｉの添加－
　本発明のＡｌ接続材は、さらにＦｅ、Ｍｇ、Ｐ、Ｔｉのいずれか一種以上（以下、「第２元素群」ともいう。）を総計で５質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下含有してもよい。

　さらにＦｅ、Ｍｇ、Ｐ、Ｔｉのいずれか一種以上を総計で５質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下含有することにより、Ａｌ接続材表面の傷、削れの発生を抑えて、平滑な表面を形成することができる。Ｓｉを４．０質量％以上１２．０質量％以下の高濃度に含有するＡｌ合金は、表面の硬質化や、表面に存在するＳｉ相およびＡｌ酸化物の脱落などが生じることで、伸線加工において表面に傷、削れが発生し、表面凹凸が大きいＡｌ接続材に帰着する場合がある。第２元素群の添加により、Ａｌ接続材表面のＡｌ酸化物の安定化、Ａｌ結晶粒の組織の微細化、硬質化などが進むことで、伸線加工中の傷、削れを低減することができるものと推察される。Ｌ断面におけるＡｌ相の結晶方位の方位比率を制御すると共に、第２元素群を添加することにより、Ａｌ接続材表面の傷、削れの発生を抑えて、平滑な表面を形成する効果が高められるものと考えられる。

　表面の傷、削れの発生を抑えて、平滑な表面を有するＡｌ接続材を形成する観点から、本発明のＡｌ接続材における第２元素群の総計濃度は、より好ましくは１０質量ｐｐｍ以上、さらに好ましくは２０質量ｐｐｍ以上、３０質量ｐｐｍ以上、４０質量ｐｐｍ以上又は５０質量ｐｐｍ以上であり、その上限は、半導体チップの損傷を抑制しつつ良好な１ｓｔ接合強度を達成し易い観点から、好ましくは４５０質量ｐｐｍ以下、より好ましくは４４０質量ｐｐｍ以下、４２０質量ｐｐｍ以下又は４００質量ｐｐｍ以下である。

　本発明のＡｌ接続材を製造する際のアルミニウム原料としては、純度が４Ｎ（Ａｌ：９９．９９質量％以上）のＡｌを用いることが好適であり、さらに不純物量の少ない５Ｎ（Ａｌ：９９．９９９質量％以上）以上のＡｌを用いることがより好適である。

　本発明の効果を阻害しない範囲において、本発明のＡｌ接続材は、Ａｌ、Ｓｉ、第１元素群及び第２元素群以外の元素（以下、「その他の元素」ともいう。）をさらに含有してもよい。Ａｌ接続材中のその他の元素の総計濃度は、本発明の効果を阻害しない範囲において特に限定されない。該その他の元素の総計濃度は、例えば、０．５質量％以下、０．４質量％以下、０．３質量％以下、０．２質量％以下、０．１５質量％以下、０．１質量％以下、０．０８質量％以下、０．０６質量％以下、０．０５質量％以下、０．０４質量％以下、０．０３質量％以下、０．０２５質量％以下、０．０２質量％以下、０．０１８質量％以下、０．０１６質量％以下、０．０１５質量％以下、０．０１４質量％以下、０．０１２質量％以下又は０．０１質量％以下であってもよい。その他の元素の総計濃度の下限は特に限定されず、０質量％であってもよい。一実施形態において、本発明のＡｌ接続材の残部はＡｌ及びその他の元素からなる。したがって好適な一実施形態において、本発明のＡｌ接続材は、Ａｌ、Ｓｉ及びその他の元素からなる。他の好適な一実施形態において、本発明のＡｌ接続材は、Ａｌと、Ｓｉと、第１元素群のいずれか一種以上と、その他の元素とからなる。さらに他の好適な一実施形態において、本発明のＡｌ接続材は、Ａｌと、Ｓｉと、第２元素群のいずれか一種以上と、その他の元素とからなる。さらに他の好適な一実施形態において、本発明のＡｌ接続材は、Ａｌと、Ｓｉと、第１元素群のいずれか一種以上と、第２元素群のいずれか一種以上と、その他の元素とからなる。

　一実施形態において、本発明のＡｌ接続材の残部はＡｌ及び不可避不純物からなる。したがって好適な一実施形態において、本発明のＡｌ接続材は、Ａｌ、Ｓｉ及び不可避不純物からなる。他の好適な一実施形態において、本発明のＡｌ接続材は、Ａｌと、Ｓｉと、第１元素群のいずれか一種以上と、不可避不純物とからなる。さらに他の好適な一実施形態において、本発明のＡｌ接続材は、Ａｌと、Ｓｉと、第２元素群のいずれか一種以上と、不可避不純物とからなる。さらに他の好適な一実施形態において、本発明のＡｌ接続材は、Ａｌと、Ｓｉと、第１元素群のいずれか一種以上と、第２元素群のいずれか一種以上と、不可避不純物とからなる。

　好適な一実施形態において、本発明のＡｌ接続材は、該Ａｌ接続材の外周に、Ａｌ以外の金属を主成分とする被覆を有していない。ここで、「Ａｌ以外の金属を主成分とする被覆」とは、Ａｌ以外の金属の含有量が５０質量％以上である被覆をいう。

　本発明のＡｌ接続材は、Ａｌボンディングワイヤであってもよく、Ａｌボンディングリボンであってもよい。本発明のＡｌ接続材がＡｌボンディングワイヤである場合、その線径は特に限定されず、例えば、１００～６００μｍの範囲であってよい。本発明のＡｌ接続材がＡｌボンディングリボンである場合、その矩形若しくは略矩形の断面の寸法（Ｗ×Ｔ）は、特に限定されず、例えば、Ｗは１００～３０００μｍであってよく、Ｔは５０～６００μｍであってよい。

　本発明のＡｌ接続材は、優れた温度サイクル信頼性と良好な１ｓｔ接合強度をもたらすことができる。したがって本発明のＡｌ接続材は、半導体装置用のＡｌ接続材、特にパワー半導体装置用のＡｌ接続材として好適に使用することができる。

　－Ａｌ接続材の製造方法－
　本発明のＡｌ接続材の製造方法の一例を説明する。以下、線径２００～４００μｍのＡｌボンディングワイヤの製造に即して一例を説明する。

　原材料となるＡｌおよび合金元素は純度が高い方が好ましい。Ａｌは純度が９９．９９質量％以上で残部が不可避不純物から構成されるものが好ましい。合金元素として使用するＳｉ、第１元素群及び第２元素群は、純度が９９．９質量％以上で残部が不可避不純物から構成されるものが好ましい。ボンディングワイヤに用いるＡｌ合金は、円柱形状のインゴットが得られるように加工した黒鉛やアルミナ製のるつぼに、Ａｌ原料と合金元素の原料を装填し、電気炉や高周波加熱炉を用いて溶解することにより製造できる。円柱状のインゴットの直径はその後の加工工程における加工性を考慮してΦ６ｍｍ以上８ｍｍ未満とすることが好ましい。溶解時の炉内の雰囲気は、ワイヤを構成するＡｌやその他の元素が過剰に酸化されることを防ぐため、不活性雰囲気あるいは還元雰囲気とすることが好ましい。溶解時の溶湯の最高到達温度は、溶湯の流動性を確保しつつ、凝固時のＳｉ相の形状、サイズを制御しやすくすることなどを考慮して、８００℃以上１０５０℃未満の範囲とすることが好ましい。溶解後の冷却方法は水冷、炉冷、空冷などを用いることができる。

　溶解によって得られた円柱状のインゴットに対し、高温で加熱する溶体化処理を行った後、ダイスを用いた伸線加工を繰り返し行うことで、目的とする線径のワイヤを製造することができる。伸線加工後のワイヤは電気炉を用いて最終熱処理を行うことでＡｌ合金ボンディングワイヤとして使用することができる。

　Ｌ断面におけるＳｉ相の結晶方位、粒径を制御するには、溶体化処理、均質化処理、最終熱処理などの熱処理条件、および、伸線加工条件などを制御することが有効である。伸線加工時には、ワイヤとダイスの接触界面における潤滑性を確保するため、潤滑液を用いることが有効である。

　比電気抵抗を２．６×１０^－８Ωｍ以上３．６×１０^－８Ωｍ以下の範囲に制御するための製造条件の一例を、以下に示す。

　比電気抵抗を調整するには、Ａｌ相内のＳｉ固溶量、微細析出物の量や分布の制御が有効であり、具体的には、インゴットに対し２段階の熱処理を行うと共に最終熱処理の条件を制御することが有効である。

　２段階の熱処理では、高温での溶体化処理を行い、その後の冷却途中で均質化処理を連続的に行うことが好適である。溶体化処理の温度範囲は４００℃以上５５０℃未満、時間は１時間以上６時間未満とすることが有効である。この溶体化処理後に均質化処理を２５０℃以上３５０℃未満、時間は２時間以上６時間未満の範囲で行うことが有効である。高温での溶体化処理によりＳｉの固溶を促進し、さらに熱処理時間を調整して晶出したＳｉ相の一部を固溶することができる。また冷却中の均質化処理により、過剰に固溶したＳｉの一部を析出させて微細なＳｉ析出物を形成したり、一部のＳｉ晶出物を成長させたりして制御することができる。例えば、溶体化処理を５００℃の高温で行いＳｉの固溶量を増した後に、均質化処理を３００℃で行うと、比電気抵抗は低下する傾向にある。

　さらに比電気抵抗を細かく調整するため、最終熱処理の温度範囲は２５０℃以上３５０℃未満、時間は２時間以上２４時間未満とすることが有効である。上記の２段階の熱処理に付したインゴットを加工して、Ｓｉ相がほぼ均一に分布する状態を形成してから、最終熱処理を行うことで、Ａｌ相内に固溶するＳｉの濃度を均一に制御することができる。その結果として比電気抵抗を制御することが容易となる。例えば、最終熱処理を低温で長時間行うと、比電気抵抗は低下する傾向にある。

　Ｌ断面におけるＡｌ相の＜１１０＞＋＜１１１＞総計比率を２０％以上７０％以下の範囲に調整するためには、最終熱処理条件を制御することが有効である。

　Ａｌ相の＜１１０＞＋＜１１１＞総計比率を所期の範囲に調整するにあたり、最終熱処理の温度範囲は２５０℃以上３５０℃未満、時間は２時間以上２４時間未満の範囲で調整することが好適である。最終熱処理によりＡｌ相の回復・再結晶が進行すると同時に、熱処理温度に応じてＡｌ相内のＳｉ固溶量が変化して再結晶温度が変化する。上述した加工集合組織の形成と共に、最終熱処理による再結晶の進行を調整することで、結晶方位の配向を制御することが容易となる。例えば最終熱処理を低温または短時間で調整することで、稠密度の高い＜１１０＞結晶方位と＜１１１＞結晶方位の方位比率が増加する傾向にある。

　Ｌ断面におけるＡｌ相の＜１１０＞比率を５％以上４０％以下の範囲に調整するためには、伸線加工のワイヤ送り速度（伸線速度）と最終熱処理条件を制御することが有効である。

　Ａｌ相の＜１１０＞比率の制御には伸線加工を行う線径に応じてワイヤ送り速度を制御することが有効である。溶解によって得られたインゴットの線径から１／５の線径まで伸線加工する工程を「伸線加工１」、その１／５の線径から最終線径まで伸線加工する工程を「伸線加工２」とする。伸線加工１におけるワイヤ送り速度を１０ｍ／分以上２５ｍ／分未満、伸線加工２におけるワイヤ送り速度を３０ｍ／分以上５０ｍ／分未満とすることが好ましい。さらに最終熱処理の温度範囲は２７０℃以上３３０℃未満、時間は１０時間以上２４時間未満の範囲で調整することが好適である。これはワイヤ送り速度を所定の範囲に設定することによって、伸線加工時にワイヤ中心軸方向にかかる応力を調整することができ、さらに最終熱処理条件を所定の範囲にすることにより結晶方位の回転などを促進することで、Ａｌ相の＜１１０＞比率の制御が容易となる。

　Ｓｉ相の結晶方位を調整するには、上述のとおりインゴットに対し２段階の熱処理を行うと共に、伸線加工の減面率を制御することが有効である。

　２段階の熱処理の条件を先述のとおり調整することにより、凝固過程で晶出するＳｉ相の分断および成長を促進させることにより、Ｓｉ相の結晶方位について＜１１１＞および＜１１０＞の配向を促進できる。

　伸線加工条件については、伸線加工時に使用するダイス１個あたりのワイヤ減面率を１２％以上３０％未満の範囲とすることが有効である。ここで、ダイス１個あたりのワイヤ減面率をＰ１とすると、Ｐ１は以下の式で表される。

　Ｐ１＝｛（Ｒ_２ ^２－Ｒ_１ ^２）／Ｒ_２ ^２｝×１００
　式中、Ｒ_２は加工前のワイヤの直径（ｍｍ）、Ｒ_１は加工後のワイヤの直径（ｍｍ）を表す。

　ワイヤ減面率を上記範囲で調整することにより、ダイス加工時にワイヤ全体を大きく変形させて、ワイヤ内部まで加工歪みが増加して、Ｓｉ相はワイヤ中心軸方向に配列すると同時に、Ｓｉ相内の加工歪みを調整する。こうした伸線加工の状態から、その後の熱処理を施すことで、原子の稠密性が高い＜１１１＞結晶方位と＜１１０＞結晶方位の方位比率を高めることができ、またＳｉ相では弾性率の高い＜１１１＞結晶方位と＜１１０＞結晶方位の方位比率を高めることが可能となる。

　Ｌ断面におけるＡｌ相の形状（形状比率（ｃ／ｄ））を調整するには、中間熱処理と最終熱処理を制御することが有効である。

　中間熱処理とは、インゴットから最終線径のワイヤまで加工する工程の途中で行う熱処理である。中間熱処理の温度範囲は３００℃以上４５０℃未満、時間は３０分間以上３時間未満とすることが有効である。中間熱処理は、最終線径の２．５～４．０倍の線径で実施することが有効である。中間熱処理を行うことで、Ａｌ相の加工歪みの軽減、再結晶の進行を達成でき、Ａｌ相を一次調整することで、その後の最終熱処理で、Ａｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）の調整が容易となる。例えば中間熱処理温度を高くすると、Ａｌ相の結晶粒は粒状化して、形状比率（ｃ／ｄ）は大きくなる傾向にある。

　最終熱処理の温度範囲は２５０℃以上３５０℃未満、時間は２時間以上２４時間未満とすることが有効である。前述の伸線によるワイヤ内の加工歪みを駆動力として、Ａｌ相の再結晶の進行を促進して結晶粒の形状あるいは結晶方位を調整することができる。例えば、最終熱処理を低温で長時間行うと、Ａｌ相の結晶粒は粒状化して、形状比率（ｃ／ｄ）は大きくなる傾向にある。

　先述のとおり、上記はＡｌ接続材の代表例として、線材であるＡｌボンディングワイヤの製造に即して一例を説明したものである。条材であるＡｌボンディングリボンに関しても基本的に同様の手順で製造することができる。熱処理の温度および時間は上記とほぼ同等の条件を使用することができる。また、Ａｌボンディングリボンを圧延加工で製造する場合は、ダイスの減面率を圧下率に置き換えて調整すればよい。

　［半導体装置］
　本発明のＡｌ接続材を用いて、半導体チップ上の電極と、リードフレームや基板上の外部電極とを接続することによって、半導体装置を製造することができる。先述のとおり、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接合のいずれもウェッジ接合が用いられる。

　一実施形態において、本発明の半導体装置は、回路基板、半導体チップ、及び回路基板と半導体チップとを導通させるためのＡｌ接続材を含み、該Ａｌ接続材が本発明のＡｌ接続材であることを特徴とする。

　本発明の半導体装置において、回路基板及び半導体チップは特に限定されず、半導体装置を構成するために使用し得る公知の回路基板及び半導体チップを用いてよい。あるいはまた、回路基板に代えてリードフレームを用いてもよい。例えば、特開２０２０－１５０１１６号公報に記載される半導体装置のように、リードフレームと、該リードフレームに実装された半導体チップとを含む半導体装置の構成としてよい。

　半導体装置としては、電気製品（例えば、コンピューター、携帯電話、デジタルカメラ、テレビ、エアコン、太陽光発電システム等）及び乗物（例えば、自動二輪車、自動車、電車、船舶及び航空機等）等に供される各種半導体装置が挙げられ、中でも電力用半導体装置（パワー半導体装置）が好適である。

　以下、本発明について、実施例を示して具体的に説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。

　（サンプル）
　サンプルの作製方法について説明する。原材料となるＡｌは純度が４Ｎ（９９．９９質量％以上）で、残部が不可避不純物から構成されるものを用いた。合金元素として用いるＳｉ、第１元素群（Ｓｒ、Ｎａ、Ｃａ、Ｂ）、第２元素群（Ｆｅ、Ｍｇ、Ｐ、Ｔｉ）は、純度が９９．９９質量％以上で残部が不可避不純物から構成されるものを用いた。Ａｌ接続材に用いるＡｌ合金は、アルミナるつぼにＡｌ原料と合金元素の原料を装填し、高周波加熱炉を用いて溶解することにより製造した。溶解時の炉内の雰囲気はＡｒ雰囲気とし、溶解時の溶湯の最高到達温度は８００～１０５０℃とした。溶解後の冷却方法は大気中で冷却する空冷または水中で冷却する水冷とした。

　溶解によりΦ６ｍｍの円柱状のインゴットを得、該インゴットに対し、溶体化処理および均質化処理を行った後、ダイスを用いた伸線加工と中間熱処理を行いΦ３００μｍのＡｌ接続材（Ａｌボンディングワイヤ）を作製した。溶体化処理の温度範囲は４００℃以上５５０℃未満、時間は１時間以上６時間未満とした。溶体化処理の終了後に冷却途中に連続して、均質化処理を実施した。均質化処理の温度範囲は２５０℃以上３５０℃未満、時間は２時間以上６時間未満とした。均質化処理後の冷却方法は大気中で冷却する空冷とした。

　伸線加工時には市販の潤滑液を用い、伸線加工時のダイス１個あたりのワイヤ減面率は１２．５％以上１８．０％未満とした。最終熱処理の温度範囲は２５０℃以上３５０℃未満、最終熱処理の時間は２時間以上２４時間未満とした。

　一部の実施例では、伸線加工１におけるワイヤ送り速度を１０ｍ／分以上２５ｍ／分未満、伸線加工２におけるワイヤ送り速度を３０ｍ／分以上５０ｍ／分未満とした。一部の実施例では、中間熱処理の温度範囲は３００℃以上４５０℃未満、時間は３０分間以上３時間未満とした。中間熱処理の回数は１回とし、最終線径の２．５～４．０倍の線径で実施した。

　（元素含有量の測定方法）
　Ａｌ接続材に含まれる元素の濃度分析は、分析装置として、ＩＣＰ－ＯＥＳ（（株）日立ハイテクサイエンス製「ＰＳ３５２０ＵＶＤＤＩＩ」）又はＩＣＰ－ＭＳ（アジレント・テクノロジーズ（株）製「Ａｇｉｌｅｎｔ　７７００ｘ　ＩＣＰ－ＭＳ」）を用いて測定した。

　Ａｌ接続材の比電気抵抗は、直流４端子測定法により測定した。詳細には、抵抗計として日置電機株式会社製ＤＭ７２７５を用い、試料長さ２００ｍｍ、測定電流０．０２～０．１ｍＡの範囲、常温で試料の電気抵抗値を測定した。測定回数は５回とし、その算術平均により各試料の電気抵抗値Ｒを求めた。その電気抵抗値をＲ、試料の長さをＬ、試料の断面積をＳとすると、比電気抵抗値ＭはＲ×（Ｓ／Ｌ）で算出した。

　（Ａｌ相、Ｓｉ相の結晶方位の方位比率の測定方法）
　Ａｌ接続材のＬ断面（中心軸を含む中心軸方向の断面）を検査面とし、Ａｌ相、Ｓｉ相の結晶方位を測定した。本発明において、Ａｌ接続材の中心軸、該中心軸を含む中心軸方向の断面（Ｌ断面）は、図１に示すとおりである。図１にはＡｌ接続材が円形の断面形状を有するＡｌボンディングワイヤである場合を示すが、Ａｌ接続材が幅Ｗ、厚さＴの矩形若しくは略矩形の断面形状を有するＡｌボンディングリボンである場合、中心軸は幅Ｗの中心であって厚さＴの中心を通る軸をいい、また、Ｌ断面は、中心軸を含む中心軸方向の断面であって厚さＴの方向における断面をいう。Ａｌ接続材のＬ断面を露出させるために断面加工する際は、Ａｌ接続材の中心軸からずれることがある。このときＬ断面の中心軸に垂直な方向の長さが、Ａｌ接続材の線径（リボンの場合は厚さＴ）の９０％以上であれば、中心軸を含む断面と見なすことができる。

　また、測定にはＦＥ－ＳＥＭ（日立ハイテク社製ＳＵ－７０)、解析ソフトにはＯＩＭ　Ｄａｔａ　ＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎまたはＯＩＭ　Ａｎａｙｓｉｓ（両者ともＴＳＬソリューションズ社製）のいずれか片方または両方を使用した。Ａｌ接続材の中心軸方向に対して５０ｃｍ以上の間隔で３箇所の測定領域を無作為に選択し、３箇所の領域について測定した。測定領域は、Ａｌ接続材の中心軸方向に３００μｍ以上８００μｍ未満、該中心軸と垂直な方向にはＡｌ接続材全体が入るように決定した。また、ＥＤＳおよびＥＢＳＤ測定の主な条件について、加速電圧は１５ｋＶ、スキャン速度は３０～１２０点/秒、測定倍率は３５０倍、測定間隔は０．１～０．３μｍの範囲とした。ここで、スキャン速度が速い場合は、測定時間を短くできるが、ＥＤＳの測定精度が低下することが懸念される。上記範囲で適正なスキャン速度は選定することが望ましい。

　－Ａｌ相の結晶方位－
　Ａｌ接続材のＬ断面におけるＡｌ相の結晶方位の方位比率の測定には、ＳＥＭ－ＥＤＳによって得られたＡｌ濃度及びＳｉ濃度の情報とＥＢＳＤによって得られた結晶方位の情報を組み合わせる手法を用いた。詳細には、以下の（１）乃至（３）の手順にしたがって測定を実施した。
（１）Ａｌ接続材のＬ断面を検査面とした測定領域において、ＥＤＳを用いたＡｌとＳｉの濃度測定と、ＥＢＳＤを用いた結晶方位測定を同時に行った。
（２）ＥＢＳＤ解析ソフトの機能であるＣｈｉ　Ｓｃａｎ機能を利用して、ＡｌとＳｉを分離・抽出した。具体的にはＳｉのＥＤＳの測定結果から、Ｓｉの閾値に相当するＴｏｌｅｒａｎｃｅを設定することで、ＡｌとＳｉを分離して識別した。マテリアルファイルからＡｌとＳｉの結晶情報を用いて、結晶方位の解析に供した。ここで、Ｔｏｌｅｒａｎｃｅの条件は主に３０％に設定し、必要に応じて調整した。
（３）Ａｌ相と特定された領域について、結晶方位を解析し、Ａｌ相の＜１１０＞結晶方位の方位比率と＜１１１＞結晶方位の方位比率を算出した。調査する結晶方位としては、Ａｌ金属の代表的な結晶方位である＜１１１＞、＜１１０＞、＜１００＞の少なくとも３種類と、必要に応じて比率の高い結晶方位を選択した。ここで、結晶方位の方位比率について、部分比率（Ｐａｒｔｉａｌ　Ｒａｔｉｏ）を用いた。

　Ａｌ相の＜１１０＞結晶方位の方位比率と＜１１１＞結晶方位の方位比率は、３箇所の測定領域について上記（１）乃至（３）の手順により得た各値の平均値とした。

　－Ｓｉ相の結晶方位－
　Ａｌ接続材のＬ断面におけるＳｉ相の結晶方位の方位比率の測定は、Ａｌ相の結晶方位の方位比率の測定と同様、ＳＥＭ－ＥＤＳによって得られたＡｌ濃度及びＳｉ濃度の情報とＥＢＳＤによって得られた結晶方位の情報を組み合わせる手法を用いた。詳細には、上記（１）及び（２）の手順を実施した後、以下の（３）の手順にしたがって測定を実施した。
（３）Ｓｉ相と特定された領域について、結晶方位を解析し、Ｓｉ相の＜１１１＞結晶方位の方位比率と＜１１０＞結晶方位の方位比率を算出した。結晶方位の方位比率について、部分比率（Ｐａｒｔｉａｌ　Ｒａｔｉｏ）を用いた。

　３箇所の測定領域について上記（１）乃至（３）の手順により得た各値を算術平均してＳｉ相の＜１１１＞結晶方位の方位比率と＜１１０＞結晶方位の方位比率を求めた。

　（Ａｌ相の形状の測定法）
　Ａｌ接続材のＬ断面におけるＡｌ相の形状（形状比率（ｃ／ｄ））の測定は、Ａｌ相の結晶方位の方位比率の測定と同様、ＳＥＭ－ＥＤＳによって得られたＡｌ濃度及びＳｉ濃度の情報とＥＢＳＤによって得られた結晶方位の情報を組み合わせる手法を用いた。詳細には、上記（１）及び（２）の手順を実施した後、以下の（３）の手順にしたがって測定を実施した。
（３）Ａｌ相と特定された領域について、結晶方位を解析し、測定点間の方位差が１５°以上であれば結晶粒界と判断して各結晶粒の形状比率（ｃ／ｄ）を求めた。そして、各結晶粒の形状比率（ｃ／ｄ）を平均計算してＡｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）の平均値を算出した。ここで、Ａｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）の平均値は、解析ソフトのＧｒａｉｎ　Ｓｈａｐｅ　Ａｓｐｅｃｔ　Ｒａｔｉｏの数値（「粒形アスペクト比」）を用いた。ここで粒形アスペクト比の計算法について、結晶粒１個の短辺長さ（ｃ）（Ｇｒａｉｎ　Ｓｈａｐｅ　Ｍｉｎｏｒ　Ａｘｉｓ）と長辺長さ（ｄ）（Ｇｒａｉｎ　Ｓｈａｐｅ　Ｍａｊｏｒ　Ａｘｉｓ）の比率（ｃ／ｄ）を、ソフトが自動で算出している。ここで、平均計算に関し、Ａｒｅａ平均で求めた平均値を採用した。

　（Ａｌ接続材の評価方法）
　Ａｌ接続材の評価方法について説明する。評価に用いたＡｌ接続材（Ａｌボンディングワイヤ）の線径はΦ３００μｍとした。半導体チップはＳｉ製のものを用い、半導体チップ上の電極には、組成がＡｌ－０．５％Ｃｕの合金を厚さ４μｍで成膜したものを用いた。基板にはＡｌ合金にＮｉを５μｍ成膜したものを用いた。Ａｌ接続材の接合には市販のワイヤボンダー（超音波工業社製）を用い、１ｓｔ接合及び２ｎｄ接合のいずれもウェッジ接合とした。

　（高速温度サイクル信頼性の評価方法）
　高速温度サイクル試験（高速ＴＣＴ）の評価には市販の高速冷熱衝撃試験装置を用いた。高速ＴＣＴでは、熱風を試料に吹き付けて急速加熱を行う。高速ＴＣＴを行うサンプルは基板に半導体チップを搭載した構造とし、半導体チップ上の電極と基板上の電極間をＡｌ接続材で接続した。高速冷熱衝撃試験装置の試料室内に設置したサンプルに対して加熱と冷却を１サイクルとして熱的負荷を繰り返し与えた。冷却時の最低温度は－５０℃、加熱時の最高温度は１７５℃とした。昇温時間を含む加熱時間は２０秒、降温時間を含む冷却時間は４０秒とした。試験開始後は１００００サイクル後にサンプルを取り出し、１ｓｔ接合部のせん断強度試験を行った。高速温度サイクル信頼性の評価に用いる１ｓｔ接合部のせん断強度の値には、無作為に抽出した１０箇所の１ｓｔ接合部のせん断強度の平均値を用いた。試験前の平均せん断強度に対して、高速ＴＣＴを実施した後の平均せん断強度の比率（百分率）を強度維持率とした。この強度維持率が高いほど接合部の信頼性が優れている。強度維持率が８５％以上であれば特に優れていると判断し「４」、８０％以上８５％未満であれば良好と判断し「３」、７５％以上８０％未満であれば良好と判断し「２」、７０％以上７５％未満であれば改善が必要であると判断し「１」、７０％未満であれば実用上問題が生じるとして「０」とした。「４」、「３」、「２」が合格であり、「１」、「０」が不合格である。評価結果は表中の「高速温度サイクル信頼性（１００００回）」の欄に記載した。次世代パワー半導体装置における温度サイクル信頼性の要求は１００００サイクルに相当する。

　（１ｓｔ接合強度の評価方法）
　１ｓｔ接合強度の評価方法について説明する。１ｓｔ接合強度はせん断強度試験により評価した。一般的な接合条件で１０箇所の１ｓｔ接合を行い、１ｓｔ接合部のせん断強度を測定した。せん断強度の測定には、市販の微小せん断強度試験機（Ｎｏｒｄｓｏｎ製４０００－ＰＬＵＳ）を用いた。せん断速度は２００μｍ／秒、せん断ツールの高さは電極表面から１０μｍとした。せん断強度の測定は、Ａｌ接続材を接合した基板を治具で固定して行った。１０箇所の１ｓｔ接合部のせん断強度の平均値が１６００ｇｆ以上であれば優れていると判断し「３」と評価し、１４００ｇｆ以上１６００ｇｆ未満であれば実用上問題ないと判断し「２」と評価し、１０００ｇｆ以上１４００ｇｆ未満であれば改善が必要であると判断し「１」と評価し、１０００ｇｆ未満であれば実用上問題があると判断し「０」と評価した。評価結果は表中の「１ｓｔ接合強度」の欄に記載した。

　（半導体チップの損傷の評価方法）
　半導体チップの損傷は、パッド表面の金属を酸にて溶かし、パッド下を顕微鏡にて観察して評価した（評価数Ｎ＝５０）。クラック及びボンディングの痕跡等も観られない良好な場合を「３」とし、クラックは無いもののボンディングの痕跡が確認される箇所があるもの（評価数５０中、３箇所以下）を「２」とし、それ以外を「１」として、表中の「チップ損傷」欄に記載した。

　（１ｓｔ接合部の中抜けの評価方法）
　１ｓｔ接合部の中抜け不良の評価方法について説明する。上述した１ｓｔ接合部のせん断強度試験を行った後に、電極側の破断面の圧痕を光学顕微鏡またはＳＥＭで観察して、破断領域内に金属接合が得られていない部位を中抜けとして判定した。中抜けが発生した部位は、電極が変形しても接合していない部位であり、接合が金属接合されている領域とは識別できる。せん断強度試験は上述した条件であり、１０箇所の１ｓｔ接合部の破断面を観察した。そして、Ａｌ接続材の中心軸に対し垂直方向（接合幅方向）の接合長さ（Ｊ）に対する、中抜け領域の接合幅方向の長さの総計（Ｋ）の占める割合を中抜け比率（Ｋ／Ｊ）として求めた（図３）。１０箇所の破断面において中抜け比率を確認し、その最大値を「中抜け不良率」と定義する。中抜け不良率が５％未満であれば良好であると判断し「３」、５％以上１５％未満であれば実用上は問題ないと判断し「２」、１５％以上２５％未満であれば改善が必要であると判断し「１」、２５％超であれば量産の障害となると判断し「０」と評価した。評価結果は表中の「１ｓｔ接合部の中抜け」の欄に記載した。

　（接合幅の安定性の評価方法）
　接合幅の安定性の評価方法について説明する。上述した１ｓｔ接合部のせん断強度試験を行った後、電極側の破断面の圧痕における圧痕幅（接合幅）により評価した。詳細には、破断面の圧痕について、Ａｌ接続材の中心軸方向の接合部長さの中央位置において、Ａｌ接続材の中心軸と垂直方向における接合長さ（Ｊ）を測定して、母標準偏差（σ）を算出した。σが１５μｍ以上の場合は実用上問題があると判断し「１」、σが５μｍ以上１５μｍ未満であれば良好と判断し「２」、σが５μｍ未満であれば優れていると判断し「３」と評価した。「１」が不合格であり、「２」、「３」が合格である。評価結果は表中の「接合幅の安定性」の欄に記載した。

　（内部クラックの評価方法）
　Ａｌ接続材の内部クラックの評価方法について説明する。製造したＡｌ接続材について、軟Ｘ線投影検査装置（松定プレシジョン製、μＢ２６００）を用いた観察（以下、Ｘ線観察と称す）により評価した。Ｘ線観察の測定条件は、Ａｌ接続材の線径に応じて適宜決定し得るが、本実施例で製造した線径３００μｍのＡｌ接続材の場合、電圧は５０～８０ｋＶ、電流は６０～９０μＡの範囲で調整した。Ａｌ接続材の中心軸方向に対して１ｍ以上の間隔で３箇所を無作為に選択し、３箇所それぞれで約８ｃｍの長さの試料を３本選択して、合計９本を測定試料とした。図４には、線径３００μｍのＡｌ接続材をＸ線観察した一例を示しており、内部クラックが観察される。内部クラックの長さが０．３ｍｍ以上であれば問題ある欠陥と判断して評点「２」、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ未満であれば注意すべきと判断して評点「０．５」で採点した。測定箇所の評点の合計を「クラック指標」と設定した。測定試料全体のクラック指標について、ゼロであれば良好であると判断し「３」、０．１～２．０の範囲であれば実用上は問題ないと判断し「２」、２．０～５．０の範囲であれば改善が必要であると判断し「１」、６．０超であれば実用は難しいと判断し「０」と評価した。評価結果は表中の「内部クラック」の欄に記載した。

　（表面の傷、削れの評価方法）
　Ａｌ接続材の表面性状に関して傷、削れに注目して評価した。Ａｌ接続材の中心軸方向に対して１ｍ以上の間隔で３箇所の測定領域を無作為に選択し、３箇所それぞれで約２ｃｍの長さの試料を３本採取して、合計９本の試料について観察した。ＳＥＭの５０～５００倍の範囲の倍率で表面を観察した。５０μｍ以上の長さの傷、３０μｍ以上の長さの削れを不良と判断した。傷、削れの箇所をカウントして、０箇所であれば良好であり合格と判断し「３」、２箇所以下であれば実用上は問題ないと判断し「２」、３～７箇所であれば表面性状が良くないと判断し「１」、８箇所以上であれば実用は難しいと判断し「０」と評価した。評価結果は表中の「表面性状」の欄に記載した。

　実施例及び比較例の評価結果を表１～表３に示す。

　実施例Ｎｏ．１～５８のＡｌ接続材はいずれも、Ｓｉを４．０質量％以上１２．０質量％以下含有すると共に、その比電気抵抗Ｒａが２．６×１０^－８Ωｍ以上３．６×１０^－８Ωｍ以下であり、そのＬ断面におけるＡｌ相の＜１１０＞＋＜１１１＞総計比率が２０％以上７０％以下（但し該該方位比率の総計が２５％以下のとき、中心軸方向に対して角度差が１５°以下である＜１１０＞結晶方位の方位比率が５％以上）であり、高速ＴＣＴにおいても良好な温度サイクル信頼性を呈すると共に良好な１ｓｔ接合強度を呈することを確認した。
　加えて、Ｌ断面におけるＡｌ相の＜１１０＞比率が５％以上５０％以下である実施例Ｎｏ．１～１３、１５～３０、３２～５０、５２、５３、５５～５８のＡｌ接続材は、１ｓｔ接合強度においてより良好な結果を呈し、また、１ｓｔ接合部の中抜けを抑制し易いことを確認した。
　Ｌ断面におけるＳｉ相の＜１１１＞＋＜１１０＞総計比率が２０％以上７０％以下である実施例Ｎｏ．１～３７、４０～５８のＡｌ接続材は、高速ＴＣＴにおいてよりいっそう良好な温度サイクル信頼性が得られる傾向にあることを確認した。
　Ｌ断面におけるＡｌ相の形状比率（ｃ／ｄ）の平均値が０．２以上０．７以下である実施例Ｎｏ．１～６、８～２３、２５～５８のＡｌ接続材は、接合時の接合幅のばらつきを低減させ、接合幅を安定化させ得る傾向にあることを確認した。
　さらに、第１元素群（Ｓｒ、Ｎａ、Ｃａ、Ｂ）の一種以上を総計で５質量ｐｐｍ以上８００質量ｐｐｍ以下含有する実施例Ｎｏ．２７～３３、３５～３７、４８～５１、５５～５８のＡｌ接続材は、加工時の内部クラックを低減させ得ることを確認した。
　第２元素群（Ｆｅ、Ｍｇ、Ｐ、Ｔｉ）の一種以上を総計で５質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下含有する実施例Ｎｏ．３９～５１、５３～５８のＡｌ接続材は、表面の傷、削れの発生を抑えて、平滑な表面を有することを確認した。
　他方、比較例Ｎｏ．１～１０のＡｌ接続材は、Ｓｉ濃度、比電気抵抗、Ｌ断面におけるＡｌ相の＜１１０＞＋＜１１１＞総計比率（該総計比率が２５％以下の場合はＡｌ相の＜１１０＞比率を含めて）のいずれかが本発明範囲外であり、高速温度サイクル信頼性および１ｓｔ接合強度のいずれかが十分に得られないことを確認した。
 

Claims (7)

1. 　Ｓｉを４．０質量％以上１２．０質量％以下含有するＡｌ接続材であって、
   　比電気抵抗Ｒａが２．６×１０^－８Ωｍ以上３．６×１０^－８Ωｍ以下であり、
   　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Ａｌ相の結晶方位を測定したとき、中心軸に対して角度差が１５°以下である＜１１０＞結晶方位と＜１１１＞結晶方位の方位比率の総計が２０％以上７０％以下であり、但し該方位比率の総計が２５％以下のとき、中心軸方向に対して角度差が１５°以下である＜１１０＞結晶方位の方位比率が５％以上である、Ａｌ接続材。
2. 　Ｌ断面におけるＡｌ相の結晶方位について、中心軸方向に対して角度差が１５°以下である＜１１０＞結晶方位の方位比率が５％以上５０％以下である、請求項１に記載のＡｌ接続材。
3. 　Ｌ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又は２に記載のＡｌ接続材。
4. 　Ｌ断面におけるＡｌ相の短辺長さｃと長辺長さｄの比率（ｃ／ｄ）の平均値が０．２以上０．７以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載のＡｌ接続材。
5. 　さらにＳｒ、Ｎａ、Ｃａ、Ｂ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、請求項１～４のいずれか１項に記載のＡｌ接続材。
6. 　さらにＦｅ、Ｍｇ、Ｐ、Ｔｉ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１～５のいずれか１項に記載のＡｌ接続材。
7. 　Ａｌ接続材中のその他の元素の総計濃度が０．５質量％以下である、請求項１～６のいずれか１項に記載のＡｌ接続材。