专利名称：：用于超声焊接的铝带的利记博彩app
技术领域：
：本发明涉及一种通过超声焊接而与半导体设备、电子部件中基片的引线部件以及半导体封装件连接的铝带。
背景技术：
：在半导体设备制造过程中，广泛使用利用截面为矩形的带材形状(以下称为“带”)的电导体进行焊接的方法，以电连接半导体晶片上的连接电极以及半导体封装件上的外引线端子。这种方法是利用铝导线实施超声导线焊接方法的应用，并且向铝带施加载荷以及超声振动，震碎自然形成在铝带上Inm厚的氧化膜，从而暴露表面上的金属原子，增大彼此紧密接触的新表面，在铝和/或镍与铝带的界面上产生塑性流动，并与原子键结合。这种实用的铝带迄今通过以下的传统超薄带制造方法来制造。第一种方法是用压力机或例如旋转切割机将提前辊轧成薄板的铝合金切割成预定宽度和长度，并形成预定最终形状的铝带。第二种方法是通过挤压带状材料的两个边缘或者将其切条，形成预定最终形状的铝带，其中所述带状材料辊轧成最终超薄铝合金带(宽度与厚度的比率大约为25)。但是，在上述超薄带的金属加工方法中，由于在辊轧过程中一般使用机油，所以小于检测极限的油膜留存下来并不均勻地分布在铝带表面上，如果利用铝带进行超声焊接，则构成焊接条件不稳定的原因。因此，已经尝试过通过化学蚀刻对焊接带表面进行酸性清洗，但是化学蚀刻在焊接带表面形成微小凸起，由于存在凸起表面，所以超声焊接时焊接条件变得不稳定。此外，对于超声焊接而言，由纯度为含铝超过99%(重量)以及添加物构成的铝带较之纯度为99.99%(重量)的传统铝板而言更软，所以突角(horn)或毛刺容易产生在切割截面或剪切截面上，并且留在带边缘，并且它们在焊接时卡在导向件和工具上，并且它们变成片状，粘着在辊轧辊子表面上，所以带表面变得凸起。因此，用于超声焊接的铝带保持辊轧硬度，并且由于其在焊接时需要较大的能量，所以产生焊接条件不稳定的问题并且焊接强度降低。焊接条件如上所述那样变得不稳定，目前认为是由于以下的原因。就是说，焊盘和焊接带表面在微观水平上不平坦，大约Inm厚的铝氧化物膜不均勻，并且焊接带和焊盘的接触部分的位置和尺寸在最开始阶段没有保持恒定。因此，尝试了各种形状的焊接带来获得稳定的焊接强度(焊接强度)，并且建立焊接带的稳定焊接条件(参考专利1和参考专利2)。例如，在参考专利1中，公开了“电流路径材料外观形状几乎形成为板状”。并且公开了“连接带的形状并不关注上述的类似板状或带状的形状，而是截面为矩形。例如，可用形状诸如为椭圆形、平坦椭圆形(卵形、老式日本金币形状)、梯形。此外，可以应用这些形状，并且可以使用适当的组合”。但是，参考专利1中所述的连接带具有平面连接表面，焊接条件不稳定的问题并未具体解决，因为焊接强度不稳定，原因是在焊接开始阶段微观触点的位置和形状并不均勻。另一方面，在参考专利2中，公开的焊接带在表征需要焊接的一侧的相同切向平面上，外观具有带有多个凸起的末端。认为通过带和相连物体之间产生摩擦的多个凸起容易压碎表面上形成的氧化物膜。在这种方法中，认为容易在较早时刻产生塑性流动，较之平坦带而言，可以通过相对较小的载荷和超声能量实现稳定的焊接强度。但是，在通过超声焊接将铝带与半导体设备连接的情况下，在一秒一件和/或若干件并持续数万次循环的速度比率下，需要稳定的自动超声焊接条件。对于参考专利2公开的方式，即使形成具有多个凸起的末端，一旦塑性流动在微观方面压碎氧化物膜，则焊接条件总体平衡不受约束，所以不可能在数万次循环中以恒定条件进行焊接。因此，在传统方法中，诸如改变焊接带的外观形状，难于在恒定条件下进行数万次循环的焊接，并且很难获得较高且稳定的焊接强度。参考专利1JPA2OO2-3I385I参考专利2JPA2007-194270
发明内容本发明的目标在于提供一种焊接带，这种焊接带在利用焊接带进行超声焊接时，在数万次焊接循环中，每次都能实现稳定的焊接强度以及总体焊接区域更为均勻，并且较之传统技术更先进。作为解决上述问题的方案，本发明的超声焊接铝带具有以下特征用于超声焊接的铝带由铝合金构成，该铝合金的纯度为含铝超过99%(重量)，包括添加元素以及余量铝。其具有通过多阶段冷辊轧机形成的超薄带结构。该带截面的平均晶粒尺寸为5-200μ米。并且该超薄带的表面进行镜面抛光，表面粗糙度Rz小于和/或等于2μ米。优选Ni、Si、Mg和Cu其中至少一种作为添加元素，总量为5-700ppm(重量)。特别优选添加元素为10-300ppm(重量)的Ni。此外，优选余量铝的纯度为含铝超过99.99%(重量)，并且杂质少于0.01%(重量)，此外，更优选余量铝的纯度为含铝超过99.999%(重量)并且杂质少于0.001%(重量)O通过上述方案，可以实现与焊接带所用焊接导线相同的稳定焊接强度。尤其是使晶粒尺寸统一，作为当前问题的焊接强度分散变小，并且即使在较低的超声功率下也能获得稳定的焊接强度，并且未知原因引起的焊接缺陷完全消失。此外，利用本发明的焊接带，可以避免在焊接边界上产生微空隙，并且即使在焊盘节距狭窄的情况下，也可以获得稳定的超声焊接。而且，即使在第一阶段辊轧时，在铝带上除了多阶段拉拔产生的表面之外出现了新的活性表面，活性表面上的铝也会被空气中氧立即氧化，而且氧化铝膜厚度大约为1纳米。由于这种氧化铝膜不会彼此焊接，所以可以形成一种多层绕制的铝带。如果这种形式的多层绕制的铝带的焊接强度稳定，则可以进行无人值守的连续超声焊接过程。图1是示例1的照片(跟踪)，用于本发明超声焊接的铝的平均晶粒尺寸为13μ米；图2是示例4的照片(跟踪)，用于本发明超声焊接的铝的平均晶粒尺寸为40μ米。具体实施例方式本发明的发明人针对铝带晶体系统与焊接机构在超声焊接时的焊接效果做出了发明。由于超薄带材在多阶段冷轧之后的内部晶体结构具有纤维结构，并且其晶粒尺寸小于μ米，所以无法借助传统光学显微镜观察这种铝带的晶粒尺寸。即使将释放应变的低温热处理应用于这种超薄带材，这种纤维结构也不会改变。当借助焊盘超声振动来焊接具有这种晶体结构的铝带时，由于铝带内部结构难于辊轧，所以焊接时需要超过必要的巨大能量，另一方面，焊接强度也比较低。考虑到超声波在纤维结构中的传递速度较高，而焊接边界处的变形由于材料太硬而并不扩展。所以，可以调节硬度，所述硬度在对这种多阶段冷轧超薄带材进行温度足够的热处理之后，利用焊接能量使得铝带焊接边界充分变形。此外，晶粒均化、微观缺陷诸如内部应变的消除、超声波和载荷传递变得均勻，则带来了焊接强度分散减小的效果(其中，焊接强度分散指的是焊接强度在可靠性测试(HAST)之后削弱)。这一次，本发明发明人发现优化晶粒尺寸领域以及控制铝带晶体结构的方法，并确认了其可重复制造能力。这种晶体结构在载荷提供的焊接强度在焊接边界产生的变形与去除超声波在焊接边界产生的氧化物膜之间形成一种平衡。让晶粒尺寸变得均勻的热处理条件不能限定为取决于铝带材料和形状的确定条件。在包括添加元素并且余量元素为含铝超过99%(重量)的一般铝带情况下，如果带厚度为1mm，则250-400摄氏度下处理30-90min的条件可以作为析出本发明的足够晶粒尺寸的大概标准。如果带厚度小于1mm，则倾向使用较低的热处理温度以及较短的热处理时间，在厚度小于10μ米的情况下，一般热处理条件为200-250摄氏度下处理10-60min。而且，热处理气氛在空气中就足够。在热处理温度小于180摄氏度的情况下，即使耗费了较长的时间，纯度为含铝超过99%(重量)的铝合金的铝带仍保持纤维结构，这种方案不优选，因为晶粒尺寸平均值在铝带截面上无法生长地超过5μ米。在这种条件下，带本身的硬度较高且焊接边界上的塑性变形不足。此外，在这种热处理条件下，平均值保持小于5μ米，因为存在未再结晶的部分，在超声焊接情况下，再结晶部分和未再结晶部分之间的变形在带焊接边界上变化，这就成为焊接强度分散更大的诱因。在热处理超过450摄氏度的情况下，纯度为含铝超过99%(重量)的铝合金的晶粒尺寸变得粗大，而且难于保证晶体结构均勻性。在这种情况下，对于Imm厚的带来说，平均晶粒尺寸超过200μ米，铝带本身变得容易变形，并且超声波难于在材料中传输，这种方案不优选，因为超声波传输与载荷产生的变形之间的平衡变差。一般来说，对于超声波和载荷之间的优化平衡而言，铝带厚度优选介于10μ米和Imm之间。在本发明中，如果铝带平均晶粒尺寸介于5-200μ米之间，则可以获得良好的焊接强度，同时纵横比(宽度方向/厚度方向)晶粒尺寸介于0.5-10之间。而且在二次超声焊接之后，切割铝带时可以获得稳定的焊接强度。纵横比的测量方法是沿着带长度方向测量晶粒的宽度方向/厚度方向。铝带宽度和厚度的优选比率范围介于7-16之间。铝带代表性的宽度和厚度如下表所示。表1铝带纵横比(宽度/厚度)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>另一方面，已经知道在铝带表面上，铝被氧化，形成氧化膜，这种膜的厚度大约为1纳米。以前认为这种氧化膜与焊接强度没有关系，因为其厚度不过如此。但是，如果在铝带表面存在微小凸起，则表面积增大，氧化物的量也会显著增大。由于铝氧化物对于焊接并没有作用，改变焊接边界上的氧化物量可能是超声焊接时焊接强度分散的诱因。因此，在外观相同的超声焊接铝带情况下，通常观察到的现象是HAST强度并不稳定。考虑过倾向于通过相应增大超声功率来实现稳定的焊接强度。本发明的发明人发现，在铝带晶粒尺寸介于5_200μ米范围内时，如果使用镜面抛光的铝带，降低焊接边界上凸起表面的氧化物量，可以通过低功率超声波来实现稳定的焊接强度。优选铝带镜面抛光程度越高，则越能减小氧化表面积。Rz的粗略标准是小于2μ米和/或等于2μ米。由于10-120ΗΖ的高频用于铝带超声焊接，所以对于含铝99%(重量)的铝合金来说，在铝带平均晶粒尺寸介于5-200μ米的范围内、表面粗糙度小于2μ米和/或等于2μ米的情况下，可以实现稳定的焊接强度。由于这种材料较软，所也可以避免微小空隙。更优选，Rz小于1.6μ米和/或等于1.6μ米。本发明的铝带成分是含铝总纯度超过99%(重量)的铝合金，并且由添加元素以及余量铝构成。可用的添加元素例举诸如Ni、Si、Mg、Cu、B、In、Li、Be、Ca、Sr、Y、La、Ce、Nd和Bi。对于铝带晶粒尺寸更为有效的元素是Ni、Si、Mg和Cu。在纯度为含铝99%(重量)的铝合金情况下，包含总量为5-700ppm(重量)的所述可用添加元素至少其中一种，晶粒尺寸可以在200-400摄氏度下均勻生长。在纯度为含铝超过99%(重量)的铝合金中，余量铝中难以避免地存在杂质。但是，由于这些无法避免的杂质对于铝元素的影响并不十分清楚，所以无可避免的杂质越少，方案越优选。为了培育铝带晶粒均勻生长的稳定条件，优选纯度为含铝99.99%(重量)的铝合金作为基体铝合金。由于纯度为含铝99.99%(重量)，所以在200-400摄氏度下，平均晶粒尺寸为5-200μ米的晶粒可以均勻生长，而不论上述添加元素如何组合及其含量如何。当然，基体合金的纯度为含铝99.999%(重量)更为优选。使用特别包含10-300ppm(重量)的Ni作为添加元素且余量铝为纯度超过99.99%(重量)的铝合金，在较低超声功率下实现了稳定且较高的焊接强度。在以圆导线辊轧超薄带材时，优选用一阶段或二阶段辊轧来进行辊子辊轧。原因是使用超过三阶段辊轧来辊轧铝带时，观察到焊接强度不稳定。焊接时焊接强度分散认为是取决于辊轧金属经过更多挤压之后的结果，并且金属系统的内部应变变得更大，未生长部分因辊轧后的热处理而产生粗大晶粒，而且晶粒尺寸变得不均勻。因此，在一阶段辊子辊轧的情况下，焊接强度分散最小。本发明最优选实施方式在以下解释。表2所示合金成分以及具有圆形直径的焊接导线用作起始材料，制备了第1-20示例以及第1-5控制条件。此外，纯度为含铝99.999%(重量)的铝合金作为调节材料，在使用纯度为含铝99.99%(重量)的情况下，也获得相同的结果。这种焊接带经过一阶段辊子辊轧，然后在表2所示的限定温度下进行加热处理。表2示例以及控制例的成分、特征和性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注1化合铝合金的纯度超过99.999%(重量)；注2判断标准对应于HAST之后的强度比率超过0.6为0K，小于0.6为NG。利用本发明的方法或的示例1-20以及控制例1-5通过超声焊接而焊接纯度为含铝99.99%(重量)的铝板(厚度为5mm)，然后利用HAST(高加速应力测试)对于以下数字和尺寸来检查焊接强度。判断结果在表2中示出。超声焊接的条件如下表2所示焊接带的长度为10mm，并且带条高度为0.6mm利用OrthodyneElectronics生产的型号3600R的全自动带焊接机将带焊接到铝板(厚度为5mm)，铝板的纯度为含铝99.99%(重量)。作为焊接条件，频率为80kHz，且压缩宽度通过载荷和超声条件调节到原始宽度的1.2倍。节距空间为0.6mm。对于每个示例而言，样本数量为50。使用OrthodyneElectronics生产的与每个尺寸对应的焊接工具和焊接导向件。对于进行热处理的示例，控制例作为比较例不进行热处理或者在380摄氏度下进行热处理。HAST(高加速应力测试)的测试条件如下应该说明，HAST是环境测试的IEC68-2-66标准。示例留置在HirayamaManufacturingCorporation制造的HAST设备(型号PC-442R8D)中，处于85摄氏度、湿度85%Rh下持续96小时。评价标准是以HAST之后的焊接强度值(gf)除以焊接之后的焊接强度(gf)(HAST之前)。DagePrecisionIndustriesLtd.生产的Bondtester型号PC4000用作剪切强度评价。剪切测试的高度是10μ米，剪切速度是150ym/sec。晶粒尺寸平均值通过下述方式计算。铝带模制到树脂中，然后通过抛光形成带截面，通过化学蚀刻暴露晶体边界，通过扫描电子显微镜(x500)拍摄照片，在照片上沿着带厚度方向画三条直线，沿着直线数晶体数量，晶粒尺寸等于晶体数量除以厚度，然后从3个值计算平均值。示例和控制例的铝带利用与传统焊接机构类似的机构焊接，所述传统焊接机构是以相同节距对齐的多条导线的焊接导线焊接机构，并且与电极接触的表面类似于焊接导线。在剪切测试之后，溶解并剥离铝带，示例1-20的焊接部位观察到总体焊接表面上存在均勻焊接轨迹。另一方面，在控制例5中几乎没有观察到焊接轨迹。此外，控制例1-4的焊接轨迹不均勻且不充分。权利要求一种用于超声焊接的铝带，包括含铝超过99％重量的铝合金，该铝合金包含添加元素和余量铝，其中该铝带在多阶段拉拔之后辊轧成超薄带结构，铝带截面的平均晶粒尺寸为5-200μm，带表面进行镜面抛光，表面粗糙度Rz小于2μm和/或等于2μm。2.如权利要求1所述用于超声焊接的铝带，包括添加元素为Ni、Si、Mg和Cu中的至少一种，重量总含量为5-700ppm。3.如权利要求1所述用于超声焊接的铝带，其特征在于，添加元素为Ni，重量含量为10-300ppm。4.如权利要求1所述用于超声焊接的铝带，其特征在于，余量铝的重量纯度超过99.99%，并且其杂质的重量含量小于0.01%。5.如权利要求1所述用于超声焊接的铝带，其特征在于，余量铝的重量纯度超过99.999%，并且其杂质的重量含量小于0.001%。全文摘要为了提供一种能实现稳定焊接强度的铝带，该铝带在数万次焊接循环过程中，每次都具有均匀的总体焊接表面。一种用于超声焊接的铝带，包括含铝超过99％的铝合金，该铝合金包含添加元素和余量铝，其中该铝带在多阶段拉拔之后辊轧成超薄带结构，带截面上的平均晶粒尺寸为5-200μm，其中厚度与宽度的比率为1/2-1/20。优选晶粒纵横比(宽度方向/厚度方向)为0.5-10，并且带表面进行镜面抛光，其中表面粗糙度Rz小于2μm和/或等于2μm。文档编号H01L21/60GK101828257SQ200980100021公开日2010年9月8日申请日期2009年5月1日优先权日2008年8月5日发明者三上道孝,中岛伸一郎,佐藤松美,平田勇一,木村启祐,菊地照夫申请人:田中电子工业株式会社