JPS60238079A - 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】 及止光訃 本発明は主に半導体装置のボンディングワイヤとして使
用するためのアルミニウムまたは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。

獲米返歪 ボンディングワイヤは半導体と外部端子とを電気的に接
続するのに使用されるものであり、通常は直径が２０〜
３０μｍ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。これに
使用するアルミニウム極細線は、０．５〜２重量％のＳ
ｔを含有せるアルミニウム合金、１〜４重量％のＣｕを
含有せるアルミニウム合金、０．５〜２重量％のＭｇを
含有せるアルミニウム合金、またはこれらの合金に０．
４重量％程度のＭｎ、　Ｃｒｓ　Ｃｏ等を添加せる合金
等を材料として作られている。

このように直径が２０〜３０μｍ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、材料のアルミニウム合金から直径５Ｑｍｍ程度の
ワイヤバーを鋳造し、均質化熱処理する。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
、伸線加工により延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
いるのである。

ところで、アルミニウム極細線をボ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延性が半導体装
置の信頼性および生産性に大きな影響を与える。例えば
引張強度が小さ過ぎると電気的接続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
より軟化してタブショートを生じる危険性が高くなる。

延性が小さ過ぎると超音波接合技術による電気的接合に
おいて接合力が小さくなり、また高速度配線を困難にす
る。従って引張強度並びに延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
ると尚のこと延性の著しい低下をきたすので、延性を高
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延性
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
強度および延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、引張強度に優
れた製品を得難（、最終焼鈍により延性との兼ね合いか
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
。またこのことは、更に細い極細線を製造する上で解決
しなければならない問題を提起していたのである。

発明の目的 本発明の目的は上述に鑑み、半導体装置のボンディング
ワイヤとして使用するのに好適で、引張強度が高い優れ
たアルミニウム極細線を製造する方法を提供することで
ある。

尤凱■穐底 本発明による製造方法は、アルミニウム合金溶湯を一方
向性凝固鋳造して柱状晶組織からなる鋳造体を鋳造し、
該鋳造体を均質化熱処理した後、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製性加工することを
特徴とする。

さらに詳しく説明すれば、先ず素材として、常法により
溶製したアルミニウム合金溶湯を加熱鋳型または黒鉛等
の断熱材を用いた鋳型に供給し、所要の位置から該溶湯
を冷却させることにより一方向性凝固を生じさせて鋳造
体を得る。このように一方向性凝固により鋳造した素材
即ち鋳造体は、一方向に結晶が揃って配向された柱状晶
の組織を有することになる。本発明ではこの柱状晶の組
織からなる素材即ち鋳造体を使用することを基本的な特
徴とするのである。

極細線の製造は、この柱状晶の組織からなる素材即ち鋳
造体を均質化熱処理した後、伸線加工して所望の直径の
線材にまで塑性加工して行われるのであるが、この塑性
加工の段階の間に中間焼鈍は一切行わない。発明者は、
柱状晶の組織からなる素材を使用することにより、中間
焼鈍を行わずに極細線までの伸線加工を達成でき、これ
により高強度のアルミニウム極細線が得られること、そ
してこれは用途に応じて適当に最終焼鈍を施すことによ
り引張強度および延性に優れ、しかもカール特性に優れ
たアルミニウム極細線となし得ることを見出したのであ
る。

ここで鋳造体の均質化熱処理は、それを作る鋳造に際し
て発生した粒内偏析による不均質を解消することにある
。またこの均質化熱処理により鋳造体のガス含有量が大
幅に減少することが認められた。これらの効果が柱状晶
の組織の素材を使用することと関連して、中間焼鈍を一
切行わずに最終線径までの伸線加工を可能にしたのであ
る。

このようにして製造されたアルミニウム極細線は、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
強度および延性を充分に満足させることができる。しか
も更に極細の細線の製造を可能にするとともに、様々な
使用目的に関して強度の高い細線の提供を可能とする。

実施例 純度９９．９９％のアルミニウムと純度９９゜９９％の
珪素とを使用し、加熱鋳型を用いて一方向性凝固をさせ
、これにより直径２０ｍｍで長さが２０００ｍｍのワイ
ヤバーを鋳造した。第１表にこの鋳造体の化学組成を、
また第２表に鋳造条件および結晶粒度をそれぞれ示す。

第１表 第　２　表 次ぎに、この鋳造体を均質化のために２種の異なる条件
の下で熱処理した。第３表にその均質化熱処理の条件を
示す。

また、上述した均質化熱処理までの溶湯段階、鋳造後の
段階、および均質化熱処理後の段階におけるガス含有量
を測定した。この測定結果を第４表に示す。

第４表に示されるように、何れの均質化熱処理によって
も鋳造体は充分に脱ガスされることが確認されたのであ
る。

このように鋳造し且つ均質化熱処理した実施例（Ａ）お
よび実施例（Ｂ）の鋳造体を通常の単頭伸線機により直
径３ｍｍにまで伸線加工し、次にこれを連続伸線機に掛
けて直径０．８ｍｍにまで伸線加工した。更にこれをダ
イスのスリップ率および潤滑油量等を制御した精密伸線
機に掛けて伸線加工し、最終的に直径３０μｍの極細線
を製造した。この最終加工における伸線速度は８０ｍｍ
Ｚ分であり、断線することなく極めて順調・良好に伸線
加工を遂行できたのである。

この伸線加工の各段階における試験片を切り出し、同一
直径につきそれぞれ１０本づつの試験片につき引張強度
および伸びを測定した。測定機は「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５０ｍｍ、引張速度カ月Ｑｍｍ／分であ
った。この測定結果を第５表に示す。

第５表 ここで、減面加工率とは極細線径をｄ、鋳造体径をＤと
して次式から算出される値である。

（１−（ｄ／Ｄｒ）ｘ　１００ 以上の結果から、本発明の方法によれば少なくとも３０
μｍ程度の線径までは伸線加工の途中で焼鈍処理を一切
施さずに伸線加工を遂行できること、この伸線加工は断
線を生じることなく順調・良好に行なえること、そして
製造されたアルミニウム極細線はその引張強度および伸
びがともに大きく、従来法により製造されたもの（引張
強さが大体３０ｋｇ／ｍｍ２程度）に比較して優れてい
ることが確認されたのである。

尚、線径が０．０７ｍｍから０．０３ｍｍへの伸線加工
においては引張強さの低下（伸びも低下）が認められる
が、これは加工軟化現象によるものと推察される。

また、上述では最終線径までの伸線加工につき説明した
が、勿論ながらその後に適当に最終焼鈍処理を実施する
ことができる。このような焼鈍処理によって所望される
優れた特性の極細線を得ることが可能となる。更にまた
上述では材料の組成について深く言及しなかったが、本
発明による方法は適正な柱状晶組織の得られる材料に対
して同様に適用できるのである。

産里■四来 ■　中間焼鈍することなく最終線径までの伸線加工が達
成されるので、生産性が向上する。

■　最終線径まで伸線加工して得た極細線は強度が非常
に高い。

■　従ってこれを適宜に最終焼鈍処理することにより、
引張強さ、伸び、カール特性等に非常に優れた極細線と
なすことができる。

■　今後予想される更に極細の細線の製造を可能にする
技術である。

１ 手続補正書（自発） ２、発明の名称 アルミニウム極細線の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　（４７４）日本軽金属株式会社 ４、代理人　〒１６４ ５、補正の対象 明細書全文 ６、補正の内容 別紙の通り ２ 明細書 １、発明の名称 アルミニウム極細線の製造方法 ２、特許請求の範囲 アルミニウムまたはアルミニウム台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
体を均質化熱処理した後、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苧性加工することを特徴と
する引張強度に優れたアルミニウム極細線の製造方法。

３、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アルミ
ニウムまたは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半
導体と外部端子とを電気的に接続するのに使用されるも
のであり、通常は直径が２０〜３０ｔｔｍ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。これに使用するアルミニウム
極細線は、０．５〜２重景％のＳｉを含有ゼるアルミニ
ウム合金、１〜４重量％のＣｕを含有せるアルミニウム
合金、０．５〜２重匍％のＭｇを含有せるアルミニウム
合金、またはこれらの合金にｏ、４重量％程度のＭｎ、
　Ｃｒ、Ｃｏ等を添加ゼる合金等を材料として作られて
いる。

このように直径が２０〜３０ｐｍ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、材料のアルミニウム合金から直径５０ｍｍ程度の
ワイヤパーを鋳造し、均質化熱処理する。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−Ｌにより延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
ているのである。

ところで、アルミニウム極細線を例えばボンディングワ
イヤとして使用する場合、その引張強度並びに延性が半
導体装置の信頼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電気的接続作業において
切断し易くなり、また半導体の使用時に発生するジュー
ル熱により軟化してタブショートを生じる危険性が高く
なる。

延性が小さ過ぎると超音波接合技術による電気的接合に
おいて接合力が小さくなり、また高速度配線を困難にす
る。従って引張強度並びに延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
ると尚のこと延性の著しい低下をきたすので、延性を高
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延性
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
強度および延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、引張強度に優
れた製品を得難（、最終焼鈍により延性との兼ね合いか
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
。このことは、引張強度の高い極細線を製造する上で解
決しなければならない問題を提起していたのである。

発明の目的 本発明の目的は上述に鑑み、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
ヤ等に使用するのに好適で、引張強度が高い優れたアル
ミニウム極細線を製造する方法を提供することである。

光肌色榎底 本発明による製造方法は、アルミニウムまたはアルミニ
ウム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、該鋳造体を均質化熱処理した後、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する。

さらに詳しく説明すれば、先ず素材として、常法により
溶製したアルミニウムまたはアルミニウム合金溶湯を加
熱鋳型または黒鉛等の断熱材を用いた鋳型に供給し、所
要の位置から該溶湯を冷却させることにより一方向性凝
固を生じさせて鋳造体を得る。このように一方向性凝固
により鋳造した素材即ち鋳造体は、一方向に結晶が揃っ
て配向された柱状晶の組織を有することになる。本発明
ではこの柱状晶の組織からなる素材即ち鋳造体を使用す
ることを基本的な特徴とするのである。

極細線の製造は、この柱状晶の組織からなる素材即ち鋳
造体を均質化熱処理した後、伸線加工して所望の直径の
線材にまで塑性加工して行われるのであるが、この塑性
加工の段階の間に中間焼鈍は一切行わない。発明者は、
柱状晶のＵ織からなる素材を使用することにより、中間
焼鈍を行わずに極細線までの伸線加工を達成でき、これ
により高強度のアルミニウム極細線が得られること、そ
してこれは用途に応じて適当に最終焼鈍を施すことによ
り引張強度および延性に優れたアルミニウム極細線とな
し得、しかもまたこのようにして製造した極細線を半導
体装置のボンディングワイヤとして使用したときにカー
ル特性に優れていることを見出したのである。

ここで鋳造体の均質化熱処理は、それを作る鋳造に際し
て発生した粒内偏析による不均質を解消することにある
。またこの均質化熱処理により鋳造体のガス含有量が大
幅に減少することが認められた。これらの効果が柱状晶
の組織の素材を使用することと関連して、中間焼鈍を一
切行わずに最終線径までの伸線加工を可能にしたのであ
る。

このようにして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ポ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および延性を充分に満足
させることができる他に、各種ワイヤ、音響装置等の電
気的装置のリート′線等としても使用でき、作業性並び
に装置の信頼性を向上させ得るのである。また史に細い
極細線の製造を可能にし、様々な使用目的に関して強度
の高い細線の提供を可能とする。

刻１舛 純度９９　、　９９％のアルミニウムと純度９９゜９９
％の珪素とを使用し、加熱鋳型を用いて一方向性凝固を
させ、これにより直径２０ｍｍで長さが２０００ｍｍの
ワイヤバーを鋳造した。第１表にこの鋳造体の化学組成
を、また第２表に鋳造条件および結晶粒度をそれぞれ示
す。

第１表 次ぎに、この鋳造体を均質化のために２種の異なる条件
の下で熱処理した。第３表にその均質化熱処理の条件を
示す。

第３表 また、上述した均質化熱処理までの溶湯段階、鋳造後の
段階、および均質化熱処理後の段階におけるガス含有量
を測定した。この測定結果を第４表に示す。

第４表に示されるように、何れの均質化熱処理によって
も鋳造体は充分に脱ガスされることが確認されたのであ
る。

このように鋳造し且つ均質化熱処理した実施例（Ａ）お
よび実施例（Ｂ）の鋳造体を通常の単頭伸線機により直
径３ｍｍにまで伸線加工し、次にこれを連続伸線機に掛
けて直径０．８ｍｍにまで伸線加工した。更にこれをダ
イスのスリップ率および潤滑油用等を制御した精密伸線
機に掛けて伸線加工し、最終的に直径３０μｍの極細線
を製造した。この最終加工における伸線速度は８０ｍｍ
Ｚ分であり、断線することなく極めて順調・良好Ｑこ伸
線加」−を遂行できたのである。

この伸線加工の各段階における試験片を切り出し、同一
直径につきそれぞれ１０本づつの試験片につき引張強度
および伸びを測定した。測定機は「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５０ｍｍ、引張速度が１０ｍｍ／分であ
った。この測定結果を第５表に示す。

ここで第５表において、減面加工率と番よ極細線径をｄ
、鋳造体径をＤとして次式から算出される値である。

（１−（ｄ／Ｄ）２１Ｘ　１００ 以上の結果から、本発明の方法によれば少な（とも３０
μｍ程度の線径までは伸線加工の途中で焼鈍処理を一切
施さずに伸線加工を遂行できること、この伸線加］−は
断線を生じることな（順調・良好に行なえること、そし
て製造されたアルミニウム極細線はその引張強度および
伸びがともに大きく、従来法により製造されたもの（引
張強さが大体３０ｋｇ／ｍｍ２程度）に比較して優れて
い０ ることが確認されたのである。

尚、線径が０．０７ｍｍから０．０３ｍｍへの伸線加工
においては引張強さの低下（伸びも低下）が認められる
が、これは加工軟化現象によるものと推察される。

また、上述では最終線径までの伸線加工につき説明した
が、勿論ながらその後に適当に最終焼鈍処理を実施する
ことができる。このような焼鈍処理によって所望される
優れた特性の極細線を得ることが可能となる。上述では
材料の組成について深く言及しなかったが、本発明によ
る方法は適正な柱状晶組織の得られる材料に対して同様
に適用できるのである。また本発明は直径０．１ｍｍや
１ｍｍ等の成る程度の太さを有する各種線径の細線の製
造にも通用できることは勿論である。

光里少侠玉 ■　中間焼鈍することなく最終線径までの伸線加工が達
成されるので、生産性が向上する。

■　最終線径まで伸線加工して得た極細線は強度が非常
に高い。

１ ■　従ってこれをｊｍη：に最終焼鈍処理することによ
り、引張強さ、伸び、カール特性等に非常に優れた極細
線となすことができる。

■　今後予想される史に極細の細線の製造を可能にする
技術である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルミニウム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、該鋳造体を均質化熱処理し
   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するアルミニウム極
   細線の製造方法。