超声波焊接用铝带材的制作方法

专利名称：超声波焊接用铝带材的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铝带材，其用于在电子部件和半导体封装中通过超声波焊接连接半导体元件电极与基板侧的引线部。
背景技术：
在半导体装置的制造中，广泛使用为了电连接设置在半导体芯片上的连接电极 (焊接区)与半导体封装中所设的外部引出用端子(引线)，使用截面为近乎矩形的带状的铝导电体(下文称为“带材”)的焊接方法。该焊接方法利用了铝的导电性线材的焊接方法， 其将硬质合金工具压在重叠于电极或引线上的铝带材上，施加其载荷以及超声波振动的能量进行接合。施加超声波的效果如下，通过伴随着线材(带材)的变形而产生的接合面积的扩大，以及破坏并除去铝带材上自然形成的1纳米(nm)左右的氧化膜，使铝(Al)等金属基质露出，伴随着相接的铝(Al)或镍(Ni)等的焊接区与铝带材的界面处的塑性流动，通过在这些紧贴的基质面扩大的同时进行扩散接合，使两者进行原子间的结合。迄今为止，通过如下一般的超薄条带的加工方法制造该实用的铝带材。第一种方法是使用例如旋转切割机那样的切断装置或冲压装置将预先轧制成薄板状的铝合金构成的薄板材切割成规定的宽度和长度，随后将该切出的铝合金构成的薄板材进一步轧制成薄条带状，最后成型为规定形状的铝带材。第二种方法是通过剪切加工或冲压加工等除去由轧制成最终超薄条带状态的铝合金构成的条带基材(宽度和厚度的比为约25)的两个边缘，并成型为最终的规定宽度形状的铝带材。使用由此形成的铝带材通过与引线接合法相同的方法接合到电极焊接区上，但是该接合过程与弓I线接合法存在一些差异。在引线接合法(球焊)中，将引线前端的球体压在预先加热的电极焊接区上施加超声波振动，通过机械摩擦破坏球表面的铝氧化膜以暴露金属基质，同时，通过伴随摩擦的发热和压力使该球体变形，扩大所谓金属基质的这些新形成的面，形成接合面。在引线接合法中，由于经过这样的过程，引线与电极焊接区接合，在球被压接的状态下，伴随着新生成的面的扩大而形成接合面，由此获得了可靠且牢固的接合。与此相对，在将铝带材与电极焊接区接合时，与电极焊接区连接的该接合部是平坦的面，即使将施加超声波的硬质合金工具压在上面，与电极焊接区接触的界面沿该面几乎不发生变形。因此，重要的是在与电极焊接区接合的整个面上严格地保持接合条件，但在可能施加的负荷和超声波能量范围内，由于微小的凸凹和不均勻性的影响，难以保持这些接合条件。例如，在上述超薄条带的加工方法中，由于一般在轧制加工时使用机油，即使在加工后进行洗涤，检测极限以下的油膜仍不均勻地分布在铝带材上而得以残留，使得在将铝带材作为超声波铝带材使用时的焊接条件变得不稳定。因此，虽已经尝试通过化学蚀刻对铝带材的表面进行酸洗，但由于化学蚀刻时在铝带材表面上产生由蚀刻造成的微观腐蚀坑，使得超声波焊接的焊接条件因这些凸凹而不稳定。此外，由于对超声波焊接而言，由包含添加元素和剩余部分的铝的纯度为99质量％以上的铝合金构成的铝带材比超声波焊接的一般的纯度99. 99质量％的铝(Al)板硬， 因此在轧制前的加工过程中容易发生白化等材料缺陷。因此，在铝带材的切割面或剪切面出现的凸角和毛刺残留在带材的端面，在焊接时挂在导向装置和工具上，或变成薄片状，附着在轧辊表面，令铝带材的表面产生凹凸。因此，虽将铝带材保持为轧制加工阶段的硬质状态进行超声波焊接，但存在焊接时需要大量的能量，在焊接条件变得不稳定的同时，接合强度低的缺点。焊接条件如上所述变得不稳定的原因，到目前为止认为是由于下述机械原因。也就是说，焊接区和铝带材的表面在微观上都不平坦，1纳米(nm)左右厚度的铝氧化物膜在微观上也不能说是均勻的，因此认为，在焊接的初期，铝带材在与焊接区接触的部分的位置，尺寸并不恒定。因此，考虑了各种机械形状的铝带材，以使得铝带材的焊接条件稳定，得到稳定的焊接强度(接合强度)。例如，在特开2002-313851 (专利文献1)中，公开了在外形上“形成为近乎板状的电流路径部件(连接带)”。该连接带在薄板的两端设有对于电极焊接区的接合部，在其之间跨过电极焊接区形成拱形，通过具备具有多个突出部的超声波施加用焊头(horn)的焊接工具在施压的同时施加超声波进行焊接，但是该连接部被制成平面状，在焊接初期接触的微观部分的位置、 尺寸并不是均勻且恒定的，因此，这对于接合强度不稳定的焊接条件的不稳定性而言并非特殊的解决方案。此外，在特开2007-194270 (专利文献幻中，提出了在铝带材的接合部位的与电极焊接区接合的面上形成多个凸条。其意图是伴随着加压和施加超声波，这些凸条自其端部变形，由此，带来与焊线场合的端部的压接球相同的效果，在该方法中，为了使初期的塑性流动容易产生，通过比较小的负荷和超声波能量能够实现确保与接合面为平坦的带材相比稳定的接合强度。但是，在用于通过超声波焊接连接半导体装置的铝带材的场合，尽管利用超声波的接合条件在其前表面和后表面不同，但是以一秒数个的比率自动地进行超声波焊接，因而需要即使进行上万次也要在相同条件下进行接合。这样，使铝带材的外形形状机械地变化的以往的作法中，尽管开始可以发挥其效果，但是进一步持续进行几万次的超声波焊接时，接合条件将无法保持，连接不良会频繁发生。现有技术文献专利文献专利文献1 特开2002-313851号公报专利文献2 特开2007-194270号公报专利文献3 特许第42U641号公报

发明内容
本发明要解决的课题本发明人等认为，这些连接不良是在几千次至几万次重复进行超声波焊接中发生的，因此，其原因是由于在硬质合金工具与铝带材的接触面产生的现象，为了掌握其影响， 对在超过硬质合金工具的数千次超声波焊接的实际寿命至2万次为止不进行表面改性的状态下的铝带材以自动模式进行了超声波焊接。在其间对硬质合金工具与铝带材的接触面的变化情况进行了研究。在2万次后的接触面，铝粉末变为海岛状(堆积在硬质合金工具的接触面上的金属铝粉末或铝氧化物粉末的集合体以点分布的状态)。在硬质合金工具与铝带材的接触面金属铝粉末或铝氧化物粉末的集合体以点分布的现象被认为是经过了以下过程。首先，在超声波焊接时，铝带材的界面与焊接区或引线框架的界面因摩擦而被加热，自铝带材的界面出现新生成的面，与焊接区或引线框架的界面接合。此时，硬质合金工具与铝带材的界面也在超声波焊接时同时因摩擦而被加热，在铝带材的界面出现新生成的面。由铝带材与工具接触侧的界面，以金属铝(Al)的状态或成为铝氧化物粘附到硬质合金工具的接触面上。一旦铝氧化物粘附，在其后的焊接中，铝和铝氧化物优先粘附，铝(Al)变成凝集状态。其结果是，最终凝集的这些铝氧化物等聚到一起，在硬质合金工具的接触面上形成铝氧化物等的岛。在硬质合金工具接触面上生成许多铝氧化物的岛，结果形成了铝氧化物粉末的海岛图案。形成这些海岛状图案的铝氧化物层使得硬质合金工具和铝带材的接触状态不均勻，伴随着施加超声波能量，在两者的界面处部分发热，出现温度升高，进一步促进了这些氧化物层的堆积，同时，从硬质合金工具传达到铝带材界面的超声波振动能量变得不均勻， 给接合过程带来坏的影响。因此，在与这些海岛状图案形成的同时，产生了铝带材的接合强度的变化。因此，如果在使用铝带材的超声波焊接时，在硬质合金工具与铝带材的接触面上， 不粘附铝(Al)，或即使粘附，也能够从硬质合金工具的接触面将粘附的铝(Al)剥离，即使接合上万次，也应该每次均能够在接合面的整个面上均勻地接合。因此，本发明的课题在于，提供一种铝带材，其即使重复进行超声波焊接，也不会在硬质合金工具上形成此类铝或铝氧化物造成的海岛状的图案，超声波振动能量由硬质合金工具均勻传送到铝带材的界面，温度分布均勻，在整个接合部位保持均勻的接合条件，能够实现更稳定的焊接强度。用于解决课题的手段作为解决上述课题的手段，本发明的超声波焊接用铝带材的特征在于，在铝带材的镜面光泽面上蒸发干燥粘着的分子量500以下的非离子性表面活性剂的有机碳总量为 100-1000微克/平方米。本发明人等根据上述问题，作为超声波焊接时影响其接合效果的因素，对表面改性条件进行了研究。对专利文献1中描述的润滑剂成分，研究了与铝带材的超声波焊接性之间的关系。即，使用链烷烃系矿物油、聚丙二醇、脂肪酸皂和棕榈油等作为润滑剂成分。在铝线材的情况下，在超声波焊接时新生成的面扩大并成为新的接合，但是在铝带材的情况下，由于不能期待此类现象，因此污染物在硬质合金工具与铝带材接触的一侧上积蓄，在数千次接合的情况下，开始发生接合强度的变化，不能获得高且稳定的接合强度。另外，如专利文献2中所描述的那样，尝试使用了将全氟醇与纯水的混合溶液作为溶剂，含有15%的全氟三丁基胺(AGC的“CTL-816AP”)的溶液，但是在数百次接合的情况下，很快开始发生接合强度的变化，不能获得高且稳定的接合强度。此外，发明人等如专利文献3中所述那样，尝试调整晶粒尺寸和表面粗糙度，以提高铝带材的焊接性，在该方法中，在数千次接合的情况下，发生接合强度的变化，不能获得高且稳定的接合强度。在这些例子中，对润滑剂成分而言，润滑剂成分本身给硬质合金工具带来了污染， 反倒起到了相反的效果。此外，对于焊线，关于形成谋求对其表面进行改性的表面活性剂被膜，在特公平 2-11016号公报中，公开了通过在金或金合金的焊线上形成平均膜厚0. 5微米-50埃的表面活性剂被膜，防止多层卷绕到线轴上的线材彼此粘连的现象。在特开2002-241782号公报中公开了如使用HLB值为10-20m、平均分子量为350-20000的非离子性表面活性剂水溶液作为高纯度金的拉丝加工用润滑剂，则焊接时有机物不会堆积在毛细管中。此外，在特开 2008-172009号公报中，记载了通过在纯金线材上形成金非离子性表面活性剂的单分子吸附层，有机物不转移附着到加持器或毛细管中，防止了线材彼此的接合并保持了抽出性。但是，这些表面活性剂被膜均涉及提高金线焊接中的润滑性或防止表面活性剂等堆积到毛细管中，而与铝带材的上述那样的铝、铝氧化物附着到硬质合金工具上的现象无关。因此，本发明人等对上述在铝带材表面形成的铝氧化物等的附着现象着眼于硬质合金工具与这些带材表面的接触条件，尝试通过在两者的界面插入非常薄的被膜层以实现接触条件的均勻化。作为铝带材表面的改性手段，由于非离子性表面活性剂能够作为极薄的被膜层而形成坚固的膜，因此对这些非离子性表面活性剂研究了实现上述效果的条件。结果发现，如果在铝带材的镜面光泽面上蒸发干燥粘着的分子量为500以下的非离子性表面活性剂的有机碳总量为100-1000微克/平方米，就能够解决这些课题。本发明的用于超声波焊接的平坦轧制的镜面光泽的铝带材，金属铝或铝基合金中所含的铝的纯度为99. 99质量％以上、杂质为小于0. 01质量％，这样的铝带材在超声波焊接时容易产生上述现象。虽然还不能说能够完全阐明其机理，但可认为主要如下首先，在硬质合金工具与铝带材的界面处，当表面活性剂由于其润滑性而达到一定的被膜厚度时，在硬质合金工具与铝带材之间，接触的铝带材对于硬质合金工具的超声波振动变得不能充分跟随，由于伴随超声波振动而滑动，相反地产生摩擦而变得发热。另一方面，由于高纯度的铝具有低熔点而且也是柔软的，由于伴随这种超声波振动的发热和超声波振动，其表层剥落，伴随着氧化而附着到硬质合金工具上。一旦发生这种现象，其影响进一步增大而扩大，铝和铝氧化物进行堆积，最终呈现出此前所述那样的海岛状的图案。当插入这些堆积层时，超声波能量从硬质合金工具向铝带材界面的传达变得不均勻并且不充分，整个接合面的接合条件变得不均勻。
与此相对，如果满足本发明的上述非离子性表面活性剂的被膜条件，因为对从硬质合金工具到铝带材的超声波振动能够跟随，不产生异常的发热，也不会生成这种堆积层， 经上万次的超声波接合也能够在与当初条件相同的情况下进行。此外，非离子性表面活性剂在铝带材与硬质合金工具的接触面和相反侧的与电极的接合面，由于其厚被膜的插入会破坏接合性。在铝带材与电极之间的界面，由于伴随着超声波振动的摩擦，铝带材通过机械接触和发热而接合，但不同于与硬质合金工具之间的界面，接合对象侧的电极处于固定状态，而且，接合的两者的材质不存在硬质合金工具和铝之间那样在硬度等材质上的差别，因此，即使不存在具有润滑性的表面活性剂，相互间伴随摩擦也能使超声波能量发散而接合。另一方面，由于表面活性剂对铝带材而言成为非金属杂质，因此希望尽量少。因此，使用具有低临界胶束浓度的非离子性表面活性剂以保持平坦轧制的铝带材表面状态为恒定。另外，即使是水溶液的溶剂，如果加入醇或盐等，临界胶束浓度也会显著变化。本发明的非离子性表面活性剂优选是低分子型表面活性剂，其分子量为500以下。根据上述机理，这是为了在超声波焊接时铝(Al)不会粘附在硬质合金工具与铝带材的接触面上。非离子性表面活性剂优选具有低分解温度和对于溶剂的可溶性。通常，溶剂是纯水，但如果非离子性表面活性剂不溶于纯水，可以使用醇类与纯水的混合溶剂。由于醇类具有醇基，使得铝带材表面的空气中的水分和通过拉丝加工等带来的水分不在该面上形成铝的氢氧化物(AW (OH))，并且，醇基能够形成铝和醇盐化合物。此外，可以通过将非离子性表面活性剂与阴离子型表面活性剂并用而将非离子性表面活性剂均勻地分散。作为阴离子型表面活性剂有十二烷基苯磺酸铵，但通常以非离子性表面活性剂和阴离子型表面活性剂的混合物的形式销售。本发明的非离子性表面活性剂不希望是高分子型表面活性剂。即使非离子性表面活性剂在临界胶束浓度以下，如果非离子性表面活性剂为高分子型，即使为高温，作为表面活性剂也比较稳定。因此，高分子型表面活性剂在超声波焊接时不会分解，使得碳被碳化并残留在硬质合金工具表面，担心使以后的超声波焊接不稳定。使表面活性剂在铝带材上蒸发干燥粘着是为了在铝带材的镜面光泽面上均勻地形成薄膜。此外，在本发明的非离子性表面活性剂中，使有机碳总量为30-1000微克/平方米是为了在铝带材的镜面光泽面上形成纳米级的平均膜厚。由于纳米级的平均膜厚过薄，难以精度良好地简便测量，因此通过有机碳总量来进行测定。使有机碳总量为30-1000微克 /平方米的极少量是为了尽可能避免在超声波焊接时在硬质合金工具表面的碳污染。作为本发明的酰胺类非离子性表面活性剂，除了作为醇型非离子性表面活性剂的链烷醇酰胺以外，有链烷醇烷酰胺和脂肪酸链烷醇酰胺等。醇型非离子性表面活性剂优选为链烷醇酰胺型非离子性表面活性剂。这是由于非离子性表面活性剂的成分容易在超声波焊接时从硬质合金工具表面分解。脂肪酸链烷醇酰胺的结构为以N为中心， R-CO-和-CH2CH2OH与两个氢置换，并且以化学式R-CON(CH2CH2OH)2表示。发明效果通过上述特定的非离子性表面活性剂蒸发粘着、均勻分布而成的规定的膜，在超声波焊接时在硬质合金工具表面没有形成铝氧化物污染，即使重复进行超声波焊接也可得到稳定的接合强度。而且，使铝带材的表面成为亲油性，避免了空气中的水分卷入，同时，由于使硬质合金工具通路内的铝带材的滑动性良好，环成形性更为稳定。并且，由于非离子性表面活性剂的膜极薄，即使重复几千次超声波焊接，也能够避免硬质合金工具表面的碳污染，因此能够在其间减少超声波焊接时接合强度的变化，维持稳定的接合条件。发明的实施方式在进行上述2万次的超声波焊接试验时可以发现，碳数越少的非离子性表面活性剂在超声波焊接时越具有不残留碳的倾向。由于非离子性表面活性剂溶液稀薄，难以测量其浓度。例如，当使用Dyunui表面张力试验器(Ito-seisakusyo Co. Lt d.制)的环轮法测定含非离子性表面活性剂的溶液的表面张力时，浓度为0. 001%，显示与不含非离子性表面活性剂的溶液的表面张力相同的数值。另一方面，关于铝带材，可使用常规铝带材。铝带材越是镜面的，由于形成氧化物的表面积减少而越优选，其标准为表面粗糙度民< 2微米(μ m)。由于铝带材的超声波焊接中使用10-120赫兹的高频率，如果铝带材的晶粒尺寸的平均值为5-200微米(μπι)的范围内，且表面粗糙度Ιζ < 2微米(μ m)，因为纯度99质量％以上的铝合金是柔软的，能够避免微孔，获得稳定的接合强度。更优选的表面粗糙度为民< 1. 6微米(μ m)。尤其是，通过调节铝带材的晶粒尺寸，焊接强度的变化减小，能得到稳定的接合强度。此外，通过使用镜面的铝带材，能够避免接合边界的微孔的发生，能确保稳定的接合区域，即使在间距狭窄的焊接区之间，也能够进行稳定的超声波焊接。蒸发粘着的热处理条件是在规定溶液中浸渍铝带材后立即连续在线干燥铝带材。 一般的热处理温度为100-450°C，铝带材的生产线移送的线速度通常为10-100米/分钟。 热处理温度优选高于铝带材在超声波焊接时的接合温度。这是为了在超声波焊接时避免因非离子性表面活性剂分解而附着在硬质合金工具表面的碳污染。另外，热处理气氛在空气中足够。这是因为在空气中进行铝带材的超声波焊接。另外，一般从施加的超声波与施加的负荷之间的最佳平衡考虑，铝带材的厚度优选为10微米(μπι)-Ι毫米的范围。铝带材的优选的宽度对厚度的比为7-16的范围。铝带材越是镜面的，由于形成氧化物的表面积减少而越优选。其标准是表面粗糙度Rz <2微米(μπι)。由于铝带材的超声波焊接中使用10-120赫兹的高频率，如果铝带材的晶粒尺寸的平均值为5-200微米(μπι)的范围内，且表面粗糙度2微米(μπι)，因为纯度99质量％以上的铝合金是柔软的，能够避免微孔，获得稳定的焊接强度。更优选的表面粗糙度为Rz彡1. 6微米(μ m)。另一方面，本发明的铝带材的构成包含纯金属铝或铝基合金，所述纯金属铝由纯度99. 99质量％以上的铝和小于0. 01质量％的杂质形成，所述铝基合金含有99. 9质量％ 以上的该纯金属铝和小于0. 1质量％的添加元素。作为添加元素所可允许的元素中，可举出镍(Ni)、硅(Si)、镁(Mg)、铜(Cu)、硼 (B)、铟(I η)、锂(Li)、铍(Be)、钙(Ca)、锶(Sr)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、铋(Bi) 等元素。对于铝带材的晶粒尺寸效果大的添加元素为镍(Ni)、硅(Si)、镁(Mg)和铜(Cu)。在纯度99. 99质量％以上的铝合金的剩余部分的铝中包含小于0. 01质量％的不可避免的杂质。由于不可避免的杂质给铝(Al)元素带来的影响是未知的，因此此类不可避免的杂质优选尽可能少。如果是纯度99. 99质量％以上的铝(Al)，则不取决于上述添加元素的组合的种类和量，在200-450°C的热处理温度及10-100米/分钟的线速度的条件下蒸发粘着不存在问题。不言而喻，如果是纯度99. 999质量％以上的铝(Al)作为母合金则更优选。如果使用含10-300质量ppm添加元素，特别是镍(Ni)，剩余部分至少由纯度 99. 99质量％以上的铝组成的铝(Al)合金作为铝带材，能够在低超声波输出功率下实现接合强度的提高和稳定。用于铝带材的铝合金的优选实施方案如下。添加元素包含合计为5-700质量ppm 的镍(Ni)、硅(Si)、镁(Mg)和铜(Cu)中的至少一种元素。作为添加元素，10-300质量ppm的镍(Ni)是特别优选的。另外，优选的是，剩余部分的铝是纯度99. 99质量％以上的铝(Al)和小于0.01质量％的杂质，进一步，剩余部分的铝是纯度99. 999质量％以上的铝(Al)和小于0.001质
量％的杂质。特别是，从容易调节铝带材的晶粒尺寸的角度出发，特别是，优选纯度为99. 9质量％以上的铝合金，其包含10-300质量ppm的镍(Ni)作为添加元素，且剩余部分为纯度 99. 99质量％以上的铝(Al)，更优选其剩余部分为纯度99. 999质量％以上的铝(Al)。另外，关于铝带材表面的镜面化，在从圆线轧制为极薄带材时，优选轧辊轧制以一阶段或两阶段进行。这是因为当对轧制次数为3阶段以上的铝(Al)带材进行超声波焊接时，观察到接合强度不稳定的现象。可认为该焊接时的接合强度的变化与非离子性表面活性剂的存在与否并无关系，这是由于进一步减薄拉深的结果，造成轧制组织的组织内部的应力变大，在轧制后通过热处理生成了晶粒没有变大的部分，使得晶粒尺寸变得不均勻。因此，在以一阶段轧制的情况下获得了接合强度的变化最小的结果。本发明中也保持了专利文献3中所得到的铝带材的效果。另外，虽然通过一阶段的轧制等在铝带材表层出现了新的活性面，但该活性面较小，而且，通过空气中氧铝马上被氧化，形成了 1纳米(nm)左右的氧化铝膜。这些氧化铝膜之间不会彼此粘附，因此能够制成多层卷形式的铝带材。如果多层卷形式的铝带材的焊接强度稳定的话，可以在无人的情况下连续进行超声波焊接的作业。
实施例下面说明本发明的实施例。使用表1中所示合金组成(作为配合原料的铝使用纯度99. 999质量％的铝(Al)， 但纯度99. 99质量％的铝(Al)也为相同的结果)以及规定线径的焊线作为出发材料，准备表1中所示的实施例1-20和比较例1-5。接着，使用轧制装置(未显示)，对这些铝带材进行一阶段加热轧制处理，使表面粗糙度Rz = 0. 5微米(μ m)、晶粒尺寸的平均值为10微米(μ m)、厚度为120微米(μ m)、 宽度/厚度的纵横比为11。接着，用80°C的热纯水洗涤这些铝带材两次。随后，在室温下， 以80米/分钟的线速度将规定的铝带材在非离子性表面活性剂Cleanthrough-LC-841(Kao Chemicals Inc.)的5000倍纯水稀释溶液(A液)中浸渍0. 8秒，之后，以80米/分钟的线速度连续通过320°C的热处理炉0. 4秒，使非离子性表面活性剂溶液自铝带材蒸发并粘着。以相同的方式，于 50 °C 下在 Elease K1000 (ASAHI KASEI CHEMICALSCORPORATION)的10000倍纯水稀释溶液(B液)中浸渍0. 6秒左右后，以100米/分钟的线速度连续通过400°C的热处理炉0. 4秒，使非离子性表面活性剂溶液自铝带材蒸发并粘着。以相同的方式，于室温下在Sunwash FM-550 (LION CORPORATION)的50000倍的纯水稀释溶液(C液)中浸渍0. 2秒左右后，以100米/分钟的线速度连续通过250°C的热处理炉0. 6秒，使非离子性表面活性剂溶液自铝带材蒸发并粘着。以相同的方式，于室温下在Simwash FM-200 (主要成分是非离子性表面活性剂和阴离子型表面活性剂的混合物)(LION CORPORATION)的3000倍的纯水稀释溶液(D液)中浸渍1. 0秒左右后，以80米/分钟的线速度连续通过250°C的热处理炉0. 6秒，使非离子性表面活性剂溶液自铝带材蒸发并粘着。将以此方式获得的本发明的实施例1-20和比较例1-5的铝带材与纯度99. 99质量％的Al板(厚度为5毫米)连续地进行约2万次超声波焊接。超声波焊接的条件如下表1中显示的铝带材的环长度为50毫米、环高度为30毫米。设定为与通常条件相比，带材受到的来自通路和工具的滑动阻力更大的条件。利用Orthodyne Electronics Co.制的全自动带焊机3600R型将表1中所示的铝带材超声波焊接到纯度99. 99质量％的铝(Al)板(厚度为5毫米)上。焊接条件为频率80kHz，并调节负荷及超声波条件，使得压扁宽度(collapse width)为带材宽度的1.05倍。使用由Orthodyne Electronics Co.制的与带材尺寸相符的附属硬质合金工具和焊接导轨。对于接合强度，使用DAGE制的万能焊接测试仪PC400型自带材侧面实施从接合部侧面的剪切强度测定。作为可靠性试验，对暴露于150°C X 1000小时后的焊接完成的基板测定其剪切强度。而且，将可靠性试验后的剪切强度除以试验实施前的剪切强度的值定义为可靠性试验后的强度比，并用该值进行评价。对于剪切强度而言，关于初期的接合强度(剪切强度)，第一焊接和第二焊接为第 1/第2 :4000-5000gf(目标值4500gf)，虽然根据通过焊接而接合的电极焊接区的尺寸而不同，但得到了满足一般尺寸的情况下所求得的剪切强度(3-6kgf)值的结果，对于焊接次数为2万次的重复焊接的场合，通过可靠性试验后的接合强度比进行了评价。将该至2万次时的焊接的接合强度的变化分别对应焊接次数分为以下四个阶段进行测定最初的1次-40次的平均值测定值A，5001次-5040次的平均值测定值B， 10001次-10040次的平均值测定值C，15001次-15040次的平均值测定值D，以及20001 次-20040次的平均值测定值E。另外，如下测量铝带材表面的非离子性表面活性剂的有机碳总量称重10000米的铝带材，加入200克0. IN的NaOH水溶液，在水浴中煮沸30分钟进行浸提，冷却后，加入2. 5毫升8N的HCl轻轻摇振，用高纯度空气鼓泡15分钟。将其供给 Shimadzu Ltd.制的T0C-5000型有机碳测定仪中，测量有机碳的浓度，由该值计算有机碳的总重量并除以铝带材表面积，作为铝带材表面的非离子性表面活性剂的有机碳的总量。另外，以可靠性试验后的强度比为基础进行判定，对可靠性试验后的强度比相对于测定值A为0.9以上的用双圆标记(◎)表示，0.7以上小于0.9的用单圆标记(〇)表示，小于0.7的用叉(X)表示。将测定值B至测定值D的判定结果一并显示在表1中。测定值A为基准值，关于测定值E，实施例的全部可靠性试验后的强度比相对于测定值A都为0. 9以上，全部合格，与此相对，比较例全部不合格，因而未加表示。表 权利要求
1.超声波焊接用铝带材，该铝带材是由金属铝或铝基合金形成的铝带材，其特征在于， 其材质为纯度99. 99质量％以上的铝，或为由99. 9质量％以上的该纯金属铝和小于0. 1质量％的添加元素形成的铝基合金，并且，该纯金属铝或该铝基合金的表面是镜面精轧过的， 粗糙度Ιζ < 2微米(μ m)，该铝带材的镜面上蒸发粘着有非离子性表面活性剂，其有机碳总量为30-1000微克/平方米。
2.权利要求1所述的超声波焊接用铝带材，其特征在于，所述蒸发粘着的温度高于超声波焊接时的加热温度。
3.权利要求1所述的超声波焊接用铝带材，其特征在于，所述蒸发粘着的非离子性表面活性剂从由溶解有非离子性表面活性剂的醇和纯水形成的水溶液蒸发粘着。
4.权利要求1所述的超声波焊接用铝带材，其特征在于，添加元素为总量5-700质量 PPm的镍(Ni)、硅(Si)、镁(Mg)和铜(Cu)中的至少一种。
5.权利要求1所述的超声波焊接用铝带材，其特征在于，非离子性表面活性剂与阴离子型表面活性剂并用。
6.权利要求1所述的超声波焊接用铝带材，其特征在于，非离子性表面活性剂是酰胺类非离子性表面活性剂。
全文摘要
本发明的课题是提供超声波焊接用铝带材，即使进行几万次接合其也能够保持高的焊接接合强度和规定的接合强度。作为解决手段，为一种超声波焊接用铝带材，其包含金属铝或铝基合金，该铝的纯度为99.99质量％以上，并且在铝带材的镜面光泽面上蒸发干燥粘着有分子量为500以下的非离子性表面活性剂，该非离子性表面活性剂的有机碳总量为100-1000微克/平方米。
文档编号H01L21/60GK102326242SQ201080008770
公开日2012年1月18日 申请日期2010年11月5日 优先权日2009年11月26日
发明者三上道孝, 中岛伸一郎, 中村政晴, 平田勇一, 木村启裕, 菊地照夫 申请人:田中电子工业株式会社