[發(fā)明專利]鋁合金接合線

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310181370.5
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN103320654A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設計）人: 天野裕之;三上道孝;中島伸一郎;市川司
• 申請（專利權）人: 田中電子工業(yè)株式會社
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;H01L21/60
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李新紅

技術領域

本發(fā)明涉及鋁合金布線材料，其被用于使用鋁合金細線將在高溫環(huán)境下使用的半導體元件上的電極接合至外部電極，具體是，涉及一種利用了由Al₃Sc粒子實現(xiàn)的效果的鋁合金接合線，所述Al₃Sc粒子是從在高溫環(huán)境下如在航空器、電動車輛和船舶中使用的半導體裝置中的高純鋁中時效析出的。

背景技術

對于安裝在半導體元件如硅(Si)、碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)上的接合盤，通常使用鋁(Al)、銅(Cu)和鎳(Ni)等的基板。為了應用，在一些情況下在基板上設置金(Au)、銀(Ag)等的貴金屬鍍層或鎳(Ni)鍍層。除非另作說明，這些基板統(tǒng)稱為“鋁盤”。為了進行鋁盤向引線框架等的超聲接合，應用了使用高純鋁(Al)的鋁合金細線，因為高純鋁顯示60％級的高電導率。對于鋁合金細線，通常使用線直徑為50至500μm的圓細線，偶爾使用線直徑小于50μm的極細線和線直徑超過500μm的細線。而且，有時使用通過壓制任何一種所述細線獲得的扁平矩形細線(帶)作為用于半導體裝置的鋁合金細線。

當在高溫環(huán)境(氣氛)下應用使用高純鋁(Al)的鋁合金細線，尤其是作為用于航空器、汽車、船舶等的布線材料的情況下，在確保高溫可靠性方面的困難成為了問題。

因此，作為具有相對小的比電阻、相對高的機械強度以及出色的耐熱性的布線材料，下述通過將鈧(Sc)溶解在鋁(Al)中而獲得的鋁合金是已知的。

日本未審查專利公開號7-316705(下文稱為專利文獻1)公開了“一種布線材料，其特征在于包含約0.1至0.3重量％的Sc和余量的Al以及約0.05重量％以下的雜質”，并描述了“使用了純度為99.95％以上的純鋁，且向該鋁中添加按相對于全體合金的重量比計為約0.1％至0.3％的鈧(Sc)(專利文獻1的0012段)”和“以50％的壓縮比進行塑性加工，隨后在400℃至500℃熱處理約一小時(專利文獻1的0016段)”。

而且，日本未審查專利公開號2001-348637(下文稱為專利文獻2)公開了“一種鋁合金材料，其特征在于，在純度為99.95％以上的純Al基體中，包含按重量比計0.05％至0.3％的Sc和0.1％至0.4％的Zr”(權利要求1等)，并且“通過進行達到80％以上的斷面減少率的塑性加工(冷加工)”，之后進行“約1小時的在300℃至400℃的熱處理”(專利文獻2的0024段)，獲得“在280℃電導率為60％IACS以上、抗拉強度為200MPa以上且殘余抗拉強度為90％以上的鋁合金材料”(專利文獻2的0011段)。

然而，當通過超聲接合將上述鋁合金細線接合至含有Al作為主要組分的鋁盤電極時，它們尚未被實際應用，因為芯片由于高機械強度而破裂。尤其是，在線的線直徑相對大，即從50至500μm的情況下，尚難以避免芯片破裂的問題。

另一方面認為，鋁合金細線的可應用范圍今后將擴展得越來越大，因為存在著對于需要具有100℃至200℃的耐熱性的半導體的需求，尤其是，對用于空調、太陽能發(fā)電系統(tǒng)、混合動力汽車、電動車輛等中應用的功率半導體的需求。在功率半導體元件的操作條件中，溫度高于普通半導體元件的溫度。例如，在用于汽車的功率半導體中，鋁合金細線通常在接合部需要承受最高100℃至150℃的溫度。容易在此溫度范圍軟化的由高純鋁(Al)構成的純鋁合金細線尚未實際應用于在此高溫環(huán)境下使用的裝置中。

引用清單

專利文獻

專利文獻1：日本未審查專利公開號7-316705

專利文獻2：日本未審查專利公開號2001-348637

發(fā)明內容

技術問題

本申請的發(fā)明的一個目的在于，提供一種鋁合金布線材料，當在半導體芯片上布線時，該鋁合金布線材料與由高純鋁(Al)構成的純鋁合金細線一樣軟，并且在布線之后的高溫條件下不軟化。

解決問題的手段

為了完成所述目的，發(fā)明人考慮了利用以下事實：鈧(Sc)幾乎不對強度的提高產(chǎn)生貢獻，除非它從鈧溶解在鋁(Al)中這一狀態(tài)中時效析出。

更具體地，他們確認，可以通過以下步驟抑制由Sc導致的時效硬化：通過對包含預定量的鈧(Sc)的鋁(Al)合金布線材料的中間熱處理，進行固溶處理，以強迫所有微細Sc析出物溶解；進行拉絲以達到想要的線直徑；并在不生成微細Sc析出物的溫度和條件下，進行調質熱處理(refining?heat?treatment)。