特許 7573051 パワー半導体用アルミニウムボンディングワイヤ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-16

(45)【発行日】2024-10-24

(54)【発明の名称】パワー半導体用アルミニウムボンディングワイヤ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20241017BHJP

   C22C 21/00 20060101ALI20241017BHJP

   C22C 19/03 20060101ALN20241017BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20241017BHJP

   C22F 1/04 20060101ALN20241017BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 301F

C22C21/00 A

C22C19/03 M

C22F1/00 612

C22F1/00 625

C22F1/00 685

C22F1/00 692A

C22F1/00 692B

C22F1/00 691B

C22F1/00 691C

C22F1/00 630M

C22F1/00 630B

C22F1/00 630G

C22F1/00 650A

C22F1/00 606

C22F1/00 630C

C22F1/00 661A

C22F1/04 J

C22F1/00 613

C22F1/00 694

C22F1/04 F

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022578387

(86)(22)【出願日】2022-01-25

(86)【国際出願番号】 JP2022002523

(87)【国際公開番号】W WO2022163606

(87)【国際公開日】2022-08-04

【審査請求日】2023-07-25

(31)【優先権主張番号】P 2021011625

(32)【優先日】2021-01-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000217332

【氏名又は名称】田中電子工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100176072

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 功

(72)【発明者】

【氏名】三苫 修一

(72)【発明者】

【氏名】市川 司

(72)【発明者】

【氏名】浦地 剛史

(72)【発明者】

【氏名】柳本 辰則

(72)【発明者】

【氏名】中島 泰

【審査官】小池 英敏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１２９５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２５２１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２５８３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０５９８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１８８４５２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

Ｃ２２Ｃ ２１／００

Ｃ２２Ｃ １９／０３

Ｃ２２Ｆ １／００

Ｃ２２Ｆ １／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミニウムの純度が９９質量％以上のアルミニウム合金からなるアルミニウムワイヤであって、
前記アルミニウム合金の総量に対して、鉄及びケイ素を合計で０．０１質量％以上１質量％以下含有し、
前記アルミニウムワイヤのワイヤ軸に垂直方向の横断面における、（１１１）の配向指数が１以上であり、かつ、（２００）の配向指数が１以下であり、析出粒子の面積率が０．０２％以上２％以下である
ことを特徴とするアルミニウムワイヤ。

【請求項2】

前記アルミニウム合金は、総量に対して、鉄及びケイ素を合計で０．１質量％以上１質量％以下含有し、前記析出粒子の面積率が０．１％以上２％以下である請求項１に記載のアルミニウムワイヤ。

【請求項3】

さらに、ガリウムとバナジウムの少なくとも１つの元素を合計で、前記アルミニウム合金の総量に対して、５０質量ｐｐｍ以上８００質量ｐｐｍ以下含有する請求項１又は２に記載のアルミニウムワイヤ。

【請求項4】

下記式（１）で示される残留抵抗比が、１０以上である、請求項１～３のいずれか１項に記載のアルミニウムワイヤ。
残留抵抗比＝（３００Ｋの室温中の電気抵抗）／（４．２Ｋの液体ヘリウム中の電気抵抗）・・・（１）

【請求項5】

前記析出粒子の面積率が０．２％以上１．８％以下である請求項１～４のいずれか１項に記載のアルミニウムワイヤ。

【請求項6】

前記アルミニウム合金のアルミニウムの純度が９９．９質量％以下である請求項１～５のいずれか１項に記載のアルミニウムワイヤ。

【請求項7】

前記（１１１）の配向指数が１．３以上である請求項１～６のいずれか１項に記載のアルミニウムワイヤ。

【請求項8】

前記（２００）の配向指数が０．６以下である請求項１～７のいずれか１項に記載のアルミニウムワイヤ。

【請求項9】

前記アルミニウム合金中の鉄とケイ素の含有比が、鉄／ケイ素で示される質量比で、０．３以上９０以下である請求項１～８のいずれか１項に記載のアルミニウムワイヤ。

【請求項10】

線径が、４０μｍ以上７００μｍ以下である、請求項１～９のいずれか１項に記載のアルミニウムワイヤ。

【請求項11】

アルミニウムの純度が９９質量％以上のアルミニウム合金であって、前記アルミニウム合金の総量に対して、鉄及びケイ素を合計で０．０１質量％以上１質量％以下含有するアルミニウム合金材を準備する工程と、
前記アルミニウム合金材を、伸線加工する工程と、
を有する、アルミニウムワイヤの製造方法であって、
前記アルミニウムワイヤのワイヤ軸に垂直方向の横断面における、（１１１）の配向指数が１以上であり、かつ、（２００）の配向指数が１以下であり、析出粒子の面積率が０．０２％以上２％以下である、製造方法。

【請求項12】

前記伸線加工する工程は、
前記アルミニウム合金材を、最終線径の７～１３０倍の線径まで伸線して中間線材を得る中間伸線工程と、
前記中間線材を、４００℃～５６０℃で加熱した後に急冷する溶体化処理工程と、を含み、
最終線径が４０μｍ以上７００μｍ以下まで伸線する工程である、請求項１１に記載のアルミニウムワイヤの製造方法。

【請求項13】

電極を有する半導体素子と、
前記電極に接続されたアルミニウムワイヤとを備え、
前記アルミニウムワイヤは、アルミニウム純度が９９質量％以上である半導体装置において、
前記アルミニウムワイヤは、アルミニウム合金の総量に対して、鉄およびケイ素を合計量で０．０１質量％以上１質量％以下含有し、アルミニウムワイヤの垂直方向の断面において、ワイヤ軸に対して（１１１）の配向指数が１以上、（２００）の配向指数が１以下であり、析出粒子の面積率が０．０２％以上２％以下であることを特徴とする半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パワー半導体用のアルミニウムボンディングワイヤ（以下「アルミニウムワイヤ」という。）に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に「半導体」とは、「演算」や「記憶」などを主な役割とするＣＰＵ（中央演算処理装置）やメモリなどの総称である。半導体は、例えば、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）やスマートフォン、テレビなどの民生機器に用いられる。一方、パワー半導体は、モータの駆動やバッテリーの充電、さらにはマイクロコンピュータやＬＳＩ（大規模集積回路）を動作させるための電力供給を担う。パワー半導体は、主に電圧、周波数を変化させる場合や、電力変換（直流を交流又は交流を直流に変換する。）などに使用される。パワー半導体としては、パワートランジスタなどがある。「パワーモジュール」とは、電力供給を担う回路を集積した部品を指すことが多く、この回路は、通常、パワー半導体を含む複数のＩＣ（集積回路）を組み合わせて構成される。パワー半導体は、パワーセミコンダクタ、パワーデバイス、パワー素子、電力用半導体素子などとも呼ばれる。

【0003】

エアコンや冷蔵庫、洗濯機などの省エネルギー（以下「省エネ」ともいう。）家電製品に搭載されている「インバータ」は、パワー半導体が利用されている身近な例である。インバータは、周波数を変換することでモータの回転数を制御する。インバータは、モータの回転数を自由に変えることで、モータの無駄な動きを減らし、省エネ化に貢献できる。一方、インバータ非搭載のエアコン（エア・コンディショナー）は、モータの運転・停止の繰り返しで室温を調整するため、温度の安定性に欠ける、消費電力が多いなどの問題が生じることがある。インバータのこれらの働きは、パワートランジスタが、電流のオンオフを細かく切り替える「スイッチング」を行うことで実現する。

【0004】

また、パワー半導体は、省エネ家電製品以外にも、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などの運輸分野で、広く利用されている。運輸分野ではＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）など、電力の変換・制御の役割を果たすパワー半導体が使用される。ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴチップ（パワーチップ）と、パワーチップ同士のチップ間やＩＧＢＴチップ（パワーチップ）と外部電極を接続するボンディングワイヤとで構成されている。パワー半導体用のボンディングワイヤには、大電流を流すため、線径（直径）４０μｍ以上７００μｍ以下の比較的太いアルミニウムワイヤが用いられることが多い。

【0005】

ところで、電気自動車用のパワーモジュールは、電気自動車自体が多様な地域で使用されるため、広い温度変化、高湿度、塩分の多い環境及び振動などの厳しい環境に曝される。このため、パワーモジュールの材料には高電流密度耐性、高温耐久性及び高放熱性が求められている。また、電気自動車用のパワーモジュールの使用環境では、上記温度変化に加え、電気自動車の走行による加熱・冷却の温度サイクルも発生する。電気自動車は走行しているときには、停止時には通電を止め、運転開始時に通電を開始するというサイクルを繰り返す。この、通電によりパワーチップが高温になり、パワーチップ表面に設けられた電極パッド上のアルミニウムワイヤも高温になる。停止時には通電を止めるため、アルミニウムワイヤやパワーチップが急激に冷却される。自動車の運転開始、停止が頻繁に長時間繰り返されることで、この加熱・冷却の温度サイクルも繰り返され、パワーチップとアルミニウムワイヤの熱膨張率差に起因して熱応力が発生し、これによって、パワーチップとアルミニウムワイヤの接合部やアルミニウムワイヤに金属疲労をもたらすことがある。その結果、接合部の剥離や破断、ワイヤークラックの発生する可能性が高まる。よって、これらの問題を解決した長期信頼性のあるアルミニウムワイヤが求められている。

【0006】

また、昨今話題のＩｏＴ（モノのインターネット）などでも、パワー半導体の役割は重要になってきている。ＩｏＴ搭載家電が、年々、小型化、薄型化、高密度化するのに伴い、パワー半導体の小型化、薄型化、高密度化がさらに進み、パワーチップとアルミニウムワイヤの接合スペースが小さくなっている。そのため、アルミニウムワイヤの接合には、限られたスペースを有効に利用しなければならない。例えば、アルミニウムワイヤによるパワーチップへの接合（第一接合）から外部電極への接合（第二接合）が同一方向ではなく、外部電極の空いている隙間に向けて第一接合後のアルミニウムワイヤを所定の角度で屈曲させてボンディングしなければならない。このため、アルミニウムワイヤには、特に第二接合のワイヤ方向（角度）を変えることができるような屈曲に対する自由度が必要となり、アルミニウムワイヤの追従性が非常に重要な特性となる。

【0007】

例えば、アルミニウムワイヤの第一接合（半導体チップ上電極との接続）及び第二接合（リードフレームや基板上の外部電極との接続）では、ワイヤを挟むワニ口（溝部）を先端に有したウェッジツール（単に「ツール」ということもある。）を用い、このワニ口にワイヤを嵌め、ワイヤを接合箇所に押さえつけることで接合する。横曲げの追従性に欠けるアルミニウムワイヤを使用した場合、ワイヤが所望の角度で屈曲できず、ウェッジツールのワニ口からワイヤの一部が外れることがある。ワイヤの一部が外れたまま第二接合をすると、接合位置が予定した位置から外れて他の電極と接触した場合に、ショート不具合が発生するおそれがある。また、ワイヤがツールから外れた状態になると、ウェッジツールの先端が素子へ直接接触することがあり、半導体素子を破壊することがある。

【0008】

また、長期信頼性が求められるワイヤは一般的に強度が大きい方が好ましい傾向にある。強度が大きいとは、引張強さや耐力、及び硬さ等が大きいことを意味するが、強度が大きいワイヤほど追従性が劣る傾向がある。そのため、強度と追従性という相反する課題を同時に克服することは非常に困難であり、これまで、両方の課題を同時に解決した事例はない。

【0009】

従来、アルミニウムワイヤの合金化成分の調整によって主に高温状態での接合部信頼性を向上させる技術が知られている（例えば、特許文献１～４参照。）。しかし、これらの先行技術は、アルミニウムワイヤの追従性という課題を解決していない。

【0010】

特許文献１に記載された発明は、「鉄（Ｆｅ）が０．２～２．０質量％及び残部が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）からなる、半導体装置の超音波ボンディング用アルミニウム合金細線において、当該アルミニウム合金細線のアルミニウム（Ａｌ）マトリックス中に鉄（Ｆｅ）が０．０１～０．０５％固溶されており、かつ、当該アルミニウム合金細線の断面における伸線マトリックス組織が数μｍオーダーの均質な微細再結晶組織でその組織の界面及び内面に鉄（Ｆｅ）・アルミニウム（Ａｌ）の金属間化合物粒子が一様に晶出していることを特徴とする」。特許文献１には、調質熱処理前に溶体化・急冷処理という工程を追加することにより、アルミニウム（Ａｌ）マトリックスに固溶する鉄（Ｆｅ）量を６５０℃での固溶限である０．０５２％まで高め、その後の通常の冷間での連続伸線加工と、その後の調質熱処理によりＡｌ－Ｆｅ合金ワイヤの結晶粒径を微細化することを可能としたことと、Ａｌを高純度化することにより、ボンディング時に動的再結晶を発現させてチップダメージを回避したことが記載されている（同明細書００１３段落を参照。）。

【0011】

特許文献２に記載された発明は、「鉄（Ｆｅ）％、珪素（Ｓｉ）及び残部が高純度のアルミニウム（Ａｌ）合金からなる半導体素子のアルミパッドと超音波ボンディングするためのアルミニウム合金細線において、当該アルミニウム合金細線は鉄（Ｆｅ）が０．０１～０．２質量％、珪素（Ｓｉ）が１～２０質量ｐｐｍ及び残部が純度９９．９９７質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）からなる合金であって、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、平均結晶粒径が６～１２μｍの微細組織である」。特許文献２には、Ｆｅの析出量とＦｅ固溶量との比率を一定の範囲に保つことにより再結晶温度を安定化させ、さらに、Ｓｉを微量添加することにより強度を向上させ、結果として熱衝撃試験結果を安定化させることが記載されている（同明細書００１２段落を参照。）。

【0012】

特許文献３に記載された発明は「Ａｌ又はＡｌ合金からなり、ワイヤ軸に垂直方向の断面における平均結晶粒径が０．０１～５０μｍであり、ワイヤ軸に垂直方向の断面に対して結晶方位を測定した結果において、ワイヤ長手方向の結晶方位のうち、ワイヤ長手方向に対して角度差が１５°以下である結晶方位＜１１１＞の方位比率が３０～９０％であることを特徴とする」。特許文献３には、半導体装置を高温環境で長時間使用し続けたときにおいても、高温長時間作動後の半導体装置において接合部の信頼性を確保できることが記載されている（同明細書００１２段落を参照。）。

【0013】

特許文献４に記載された発明は「質量％で、Ｆｅを０．０２～１％含有し、さらにＭｎ、Ｃｒの少なくとも１種以上を合計で０．０５～０．５％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒの固溶量の合計が０．０１～１％であることを特徴とする」。特許文献４には、Ｆｅの含有に加えてＭｎ、Ｃｒの一方又は両方を所定量含有させ、溶体化熱処理とその後の急冷処理において、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒの固溶量の合計を０．０１～１％とすることにより、ワイヤの再結晶温度が上昇し、半導体装置を高温環境で長時間使用し続けたときにおいても、ボンディングワイヤの再結晶の進行を十分に抑制することができ、ワイヤの強度低下を防止できることが記載されている（同明細書００１４段落を参照。）。また、ボンディングワイヤ長手方向に垂直な断面（Ｃ断面）において、結晶＜１１１＞方位とワイヤ長手方向との角度差が１５°以内である結晶の面積比率（＜１１１＞方位面積率）が３０～９０％であることが好ましく、伸線時の調質熱処理による再結晶が適度に進行し、ワイヤが軟化し、ボンディング時のチップ割れの発生、接合部の接合性の低下などを防止することができることが記載されている（同明細書００２６段落を参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【文献】特開２０１３－２５８３２４号公報

【文献】特開２０１４－１２９５７８号公報

【文献】国際公開２０２０／１８４６５５号公報

【文献】特開２０２０－０５９８８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明の課題は、パワー半導体用のパワーチップと外部電極をボンディングするときの横曲げに追従でき（ウェッジツールから外れにくく）、かつ、長期信頼性に優れる（パワーサイクル試験で長寿命である）アルミニウムワイヤを提供することである。

【0016】

課題について詳細に説明する。まず、ウェッジツールの溝部からワイヤの一端が外れたアルミニウムワイヤを図説する。図３の右側の写真はウェッジツールからワイヤ外れが起きていない正常の状態であり、左側の写真は第二接合時にウェッジツールが外れたワイヤのウェッジツール部を拡大した写真である。上述したように、ウェッジツールはその先端に、ワイヤを挟むワニ口と、ワイヤをガイドするガイド穴を有しており、ワイヤは、ガイド穴を通ってワニ口にはめ込まれ、ここで押圧されて接合部に接合される。図３の右側の写真では、ワイヤは、図中、ウェッジツール先端の左側のガイド穴を通り、ツールのワニ口に正確にはめ込まれている。左側の写真は第一接合から延伸されたアルミニウムワイヤが左側のガイド穴を通っているが、アルミニウムワイヤの先端はツールのワニ口から図中の斜め下方向にはみ出ていることが分かる。よって、第二接合はうまくできず、連続ボンディングにおける、次のワイヤカット工程で、右側のカッターはアルミニウムワイヤの先端部をあらかじめ設定された通りに正確に切り取ることができない。

【0017】

図４は、アルミニウムワイヤの接合部分を倍率７５倍で観察した写真である。左側の写真は比較例（異常）で、右側は実施例（正常）、上が第一接合部、下が第二接合部を表す。各々２組ずつボンディングした。図４の右上下の写真では、ワイヤの接合部分（図面上ワイヤが相対的に太くなっている箇所）がワイヤ太さ方向に一様に押し当てられていて、図４上写真のワイヤの切断部（ワイヤの先端）も、ワイヤの軸方向に垂直に正確に切りとられている。これに対し、図３の左側の写真のようにアルミニウムワイヤがツールのワニ口部からはみ出した状態のまま第二接合を行うと片当たりが生じるが、図４の左下写真のように、ワイヤの接合部分（図面上ワイヤが相対的に太くなっている箇所）のワイヤの屈曲内側に接触痕がある箇所が片当たりした部分である。片当たりした箇所はアルミニウムワイヤが薄くなり、そのまま接合できたとしても接合強度が弱くなり、使用中に剥離する可能性が高くなる。例えば、図４の左上の写真は、片当たりしたワイヤを次の第一接合した写真であるが、図面上方、ワイヤの先端が斜めに切り取られている。これは、前の第二接合において（図４の左下写真を参照。）、ツール外れを起こしたまま、アルミニウムワイヤをカットしたため、斜めに切りとられたものである。最悪の場合、図４の左上の「第一接合部」の写真の、ワイヤの右側に接合痕（基板の傷）がある通り、第一接合部でワイヤの不着が発生する（ワイヤの不着が発生しない場合は、図４の右上のように２本の第一接合部が存在する。）。また、ウェッジツール部からはみ出した状態でアルミニウムワイヤがチップ上の電極パッドへ接地すると、ウェッジツール部が直接電極パッドへ接触することで、チップ割れを引き起こすおそれがある。なお、図４の右下の写真は、ワイヤの屈曲角度を４５度に設定して接合したものであるが、全く問題なく接合できた。しかし、左下の写真ではワイヤの屈曲角度を３０度程度に緩く曲げたのにもかかわらず、ワイヤの追従性が悪く、片当たりを起こした。

【0018】

また、上述したように、電気自動車等に搭載されているＩＧＢＴの電極接合用にアルミニウムワイヤが用いられる場合、高温、高湿、振動などの過酷な使用環境であることに加えて、街中での運転では頻繁に、停止、運転、停止、運転が繰り返される。これに伴い、通電の停止、通電の再開、通電の停止、通電の再開が頻繁に繰り返される。これは、アルミニウムワイヤと電極との接合部及びアルミニウムワイヤ自身の寿命にとっては非常に悪い使用条件となる。すなわち、ワイヤが、通電開始時には急加熱、停止時には急冷却されるところ、この急加熱と急冷却が繰り返されることにより、ワイヤの膨張と収縮が繰り返されて、その結果、熱応力による接合部の剥離、ワイヤ自体へクラック及び破断の危険性が高まる。特にアルミニウムワイヤとシリコンチップの線膨張係数は約１０倍もの差があるため、ワイヤとチップ接合部との熱収縮差による剥離が生じやすい。

【0019】

アルミニウムワイヤ接合部の長期信頼性の寿命を評価する試験として、パワーサイクル試験がある。パワーサイクル試験での寿命評価が高ければ、実際に自動車や家電などに実装した時にも長期信頼性を得ることができる。ここで、詳細条件は後述するが、パワーサイクル試験について簡単に説明する。

【0020】

パワーサイクル試験とは、アルミニウムワイヤを接合したパワーチップ表面温度が１５０℃となるようにアルミニウムワイヤに通電させた後、通電を停止し、表面温度が５０℃になるまで冷却させるサイクルを繰り返す。すなわち、温度差１００℃の急冷却と急加熱のサイクルを繰り返し、問題が発生するまでの動作回数を評価する試験である。問題ない動作とは、試験を始めた時のパワーチップ通電時のチップの表と裏の電位差の上昇率が５％未満の範囲以内で推移し続けている動作のことである。すなわち、通電時のパワーチップ電極の表と裏の電位差が初期値に対して５％を超えて上昇したときに、問題が発生したと評価して、これを、パワーサイクル試験のサンプル寿命（サイクル回数）と評価する。

【0021】

以上のように、これまでにパワーサイクル試験での長寿命化とウェッジツールからのワイヤ外れを同時に克服したアルミワイヤを開発した事例は無い。

【課題を解決するための手段】

【0022】

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、アルミニウムワイヤの配向指数と金属間化合物の析出粒子の量を制御することで、パワーサイクル試験の長寿命化と、ワイヤのウェッジツール外れの抑制、すなわちワイヤの追従性との２つの課題を同時に克服することを発見し、それを達成したアルミニウムワイヤの発明に成功した。

【0023】

実施形態のアルミニウムワイヤは、アルミニウムの純度が９９質量％以上のアルミニウム合金からなるアルミニウムワイヤであって、前記アルミニウム合金の総量に対して、鉄及びケイ素を合計で０．０１質量％以上１質量％以下含有し、前記アルミニウムワイヤのワイヤ軸に垂直方向の横断面における、（１１１）の配向指数が１以上であり、かつ、（２００）の配向指数が１以下であり、析出粒子の面積率が０．０２％以上２％以下であることを特徴とする。

【0024】

実施形態のアルミニウムワイヤにおいて、アルミニウム合金は、総量に対して、鉄及びケイ素を合計で０．１質量％以上１質量％以下含有し、前記析出粒子の面積率が０．１％以上２％以下であることが好ましい。

【0025】

実施形態のアルミニウムワイヤは、さらに、ガリウムとバナジウムの少なくとも１つの元素を合計で５０質量ｐｐｍ以上８００質量ｐｐｍ以下含有することが好ましい。

【0026】

実施形態のアルミニウムワイヤは、下記式（１）で示される残留抵抗比が、１０以上であることが好ましい。
残留抵抗比＝（３００Ｋの室温中の電気抵抗）／（４．２Ｋの液体ヘリウム中の電気抵抗）・・・（１）

【0027】

実施形態のアルミニウムワイヤは、前記析出粒子の面積率が０．２％以上１．８以下であることが好ましい。

【0028】

実施形態のアルミニウムワイヤにおいて、アルミニウム合金のアルミニウムの純度が９９．９質量％以下であることが好ましい。

【0029】

実施形態のアルミニウムワイヤにおいて、前記（１１１）の配向指数が１．３以上であることが好ましい。

【0030】

実施形態のアルミニウムワイヤにおいて、前記（２００）の配向指数が０．６以下であることが好ましい。

【0031】

実施形態のアルミニウムワイヤにおいて、アルミニウム合金中の鉄とケイ素の含有比が、鉄／ケイ素で示される質量比で、０．３以上９０以下であることが好ましい。

【0032】

実施形態のアルミニウムワイヤは、線径が、４０μｍ以上７００μｍ以下であることが好ましい。

【0033】

実施形態のアルミニウムワイヤの製造方法は、アルミニウムの純度が９９質量％以上のアルミニウム合金であって、前記アルミニウム合金の総量に対して、鉄及びケイ素を合計で０．０１質量％以上１質量％以下含有するアルミニウム合金材を準備する工程と、前記アルミニウム合金材を、伸線加工する工程と、を有することを特徴とする。

【0034】

実施形態のアルミニウムワイヤの製造方法において、前記伸線加工する工程は、前記アルミニウム合金材を、最終線径の７～１３０倍の線径まで伸線して中間線材を得る中間伸線工程と、前記中間線材を、４００℃～５６０℃で加熱した後に急冷する溶体化処理工程と、を含み、最終線径が４０μｍ以上７００μｍ以下まで伸線する工程であることが好ましい。

【発明の効果】

【0035】

本発明のアルミニウムワイヤによれば、長期信頼性と、ツール外れの起きない横曲げに対する追従性を両立することができる。本発明のアルミニウムワイヤでは、各構成による効果が複雑に絡み合い相乗効果をなして、パワー試験サイクルの長寿命化と横曲げへの追従性の課題を同時に解決すると考えられる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】実施例１２のアルミニウムワイヤの断面をＦＥ－ＳＥＭにより倍率１０００倍で撮影し、画像解析で輝度値が閾値より高い箇所を白、低い箇所を黒に二値化した写真である。白い部分が析出粒子を表す。

【図2】比較例６のアルミニウムワイヤの析出粒子を、図１と同様に撮影、二値化して表す写真である。

【図3】ウェッジツール外れが起きたワイヤのウェッジツール部を拡大して撮影した写真（左側）とウェッジツール外れが起きていない正常な写真（右側）である。

【図4】アルミニウムワイヤの比較例と実施例の接合写真である。

【図5】実施例のアルミニウムワイヤのワイヤ軸方向に垂直な断面における結晶方位のＥＢＳＤ（電子線後方散乱回折法）測定結果を表す写真である。ＥＢＳＤの測定結果は各結晶粒中の所定の結晶方位を色分けして示すが、図５では、これを白黒の濃淡で表している。図５の写真では、濃淡のばらつきが多く、結晶方位のばらつきが大きいことが示されている。

【図6】実施形態に係る半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。

【図7】他の実施形態に係る半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。

【図8】図６のＩＶ領域の拡大図である。

【図9】半導体装置に生じた亀裂を概略的に示し、図８に対応する断面図である。

【図10】亀裂の生じていない、実施形態の半導体装置を部分的に表す写真である。

【図11】亀裂の生じた半導体装置を部分的に表す写真である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

以下、本発明の実施形態のアルミニウムワイヤについて説明する。本実施形態のアルミニウムワイヤは、アルミニウムの純度が９９質量％以上のアルミニウム合金からなるアルミニウムワイヤであって、アルミニウム合金の総量に対して、鉄及びケイ素を合計で０．０１質量％以上１質量％以下含有し、アルミニウムワイヤのワイヤ軸に垂直方向の横断面における、（１１１）の配向指数が１以上であり、かつ、（２００）の配向指数が１以下であり、析出粒子の面積率が０．０２％以上２％以下の範囲であることを特徴とする。以下に、本発明に至るまでの試行錯誤の経緯と、本発明のアルミニウムワイヤの構成及び製造方法について詳述する。

【0038】

本発明者らは、組成の異なる数多くの種類のアルミニウムワイヤを、いくつかの異なる製造方法で試作した。そして、試作ワイヤのワイヤ軸方向に垂直な断面組織を丹念に観察した結果、全体的に細かい結晶粒組織や全体的に大きな結晶粒組織、また、同一断面に部分的に結晶粒が大きく、部分的に小さいという結晶粒の大きさが混在する結晶組織がみられた。同一断面において部分的に結晶粒サイズが異なることは、結晶粒組織はアルミニウムワイヤ全体の特性を示す指標にならないことを示唆している。また、これらの結晶粒組織上に粒状の物体（本明細書では「析出粒子」という。）があることが分かった。析出粒子に関しては後述する。

【0039】

これらの結晶粒の大きさが異なる組織の結晶方位に違いはあるか、ＥＢＳＤ（電子線後方散乱回折法）にて結晶方位を測定した。図５において、結晶粒の濃淡が結晶方位の相違を表す。図５から、結晶方位が部位によって異なることが分かる。これは、部分的な結晶方位の状態はワイヤ全体の特性の指標にならないことを示唆している。伸線工程では加工のされ方がワイヤの長手方向（ワイヤ軸方向）に沿って変化する。つまり、実用上の均一性は保たれるが、ダイスを用いた伸線加工時のワイヤの微振動、ワイヤとダイスの摩擦熱などの影響により、厳密には長手方向の位置によっては特性の異なる箇所が生じ得る。そのため、断面の結晶方位は一義的に決まらず、その結果、結晶方位の比率によってアルミニウムワイヤ全体の特性を一義的に表現することはきわめて困難であることが分かった。

【0040】

そこで、アルミニウムワイヤ全体の特性を表すことができる指標を検討した結果、配向指数を指標とすることにした。配向指数とはワイヤの各結晶面の回折強度比、すなわち、（各結晶面の回折強度÷各結晶面の回折強度の総和）を無方位であるアルミニウム粉末標準試料の回折強度比で割った値である。配向指数を求めることにより、どの結晶面が優先配向しているか、どの結晶面が優先配向していないか、つまり、結晶面の優先配向の傾向が、定量的に分かる。配向指数を数式で表したのが下記のウィルソンの式である。アルミニウム粉末の標準試料の解析強度比はＩＣＤＤ（国際回折データセンター：粉末回折データを取り扱う非営利科学組織）から提供されているＩＣＤＤカード（ＰＤＦ、ＡＳＴＭカード、ＪＰＣＤＳカードとも呼ばれる）ＰＤＦ Ｎｏ．００－００４－０７８７（アルミニウム）の値を採用した。ワイヤ軸に垂直方向の線材断面をＸ線回折しアルミニウムの各結晶面の回折強度比から下記ウィルソンの式（１）から各結晶面の配向指数Ｎを求められる。

【0041】

【数1】

【0042】

上記（１）式において、Ｉ／Ｉ（ｈｋｌ）は試料の（ｈｋｌ）面における回折強度比、ＩＣＤＤ Ｉ／Ｉ（ｈｋｌ）はＩＣＤＤカードの（ｈｋｌ）面における回折強度比、ΣＩ／Ｉ（ｈｋｌ）、ΣＩＣＤＤ Ｉ／Ｉ（ｈｋｌ）はそれぞれ全ての結晶面の回折強度比の和である。なお、回折強度は各ピークの面積比より求めることができる。

【0043】

アルミニウムワイヤの配向指数は，４０本のアルミニウムワイヤを束にして樹脂に埋め込み、ワイヤ軸に垂直方向の横断面をＸ線回折にて、（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（２２２）、（４００）の回折強度を測定し、ウィルソンの式にて各結晶面の配向指数をそれぞれ求めた。配向指数は中実のアルミニウムワイヤ集合体の優先方位の値であり、個々のアルミニウムワイヤにおける中心部と周縁部の二重組織などのばらつきに左右されることがない。また、配向指数は標準試料との比較値に補正された値のため、よりアルミニウムワイヤの客観的な配向性を示すことができる。

【0044】

本発明者らは鋭意研究の末、さまざまな配向指数のアルミニウムワイヤを試作し配向指数を測定した結果、ワイヤ軸に対して垂直面の（１１１）の配向指数が１以上であり、かつ、（２００）の配向指数が１以下に制御したアルミニウムワイヤがパワーサイクル試験で長寿命であることを発見した。

【0045】

なお、上述したとおり、類似の指標として、結晶方位比率がある。結晶方位比率とはアルミニウムワイヤをある場所で切断した二次元平面における結晶方位の占有率を測定した値である。図５に示すように、ワイヤ軸に垂直な断面における結晶方位比率は、アルミニウムワイヤの切断箇所に依存し、同じ組成や製造条件であっても、部分的に結晶方位が一定でなくばらついており、結晶方位比率だけではアルミニウムワイヤの客観的な特性を判定することは困難である。

【0046】

本発明者らは実際に後述する実施例の各サンプルについて結晶方位比率を測定したが、パワーサイクル寿命との相関が取れなかった。おおよそ＜１１１＞の結晶方位比率が５０％以上と大きいワイヤが長寿命の傾向にあるが、＜１１１＞の結晶方位比率が２０％台と小さいワイヤでも２０万サイクル以上の長寿命であるワイヤが存在した。

【0047】

次に析出粒子について説明する。発明者らはアルミニウム純度の異なるアルミニウムワイヤを様々な製造工程で数多く試作し、ワイヤ軸方向に垂直な断面について入念に金属組織を観察した結果、アルミニウムをベースとしたマトリックス上にある析出粒子は、各試作ワイヤの組成や製造条件によって形状、大きさ、及び、個数が異なっていることを発見した。

【0048】

発明者らは、これら析出粒子が長期信頼性とワイヤの追従性に何らかの関係があると推定し、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡反射電子像）にて撮影した析出粒子の写真を、画像処理ソフトを用いて解析し、画像上の析出粒子の断面積を数値化した。数値化の方法については実施例で詳細に説明するが、ワイヤ軸方向に対して垂直断面に対する析出粒子の面積率がパワーサイクル試験の寿命とワイヤ追従性に相関があることを発見した。すなわち、発明者らは、アルミニウムの純度とワイヤの製造方法の違いの組合せにより、析出粒子の面積率が変わってくると推定した。

【0049】

発明者らは、配向指数と析出粒子の面積率の異なるワイヤの組合せを数多く試作し、パワーサイクル試験及びツール外れ評価を懸命に行った結果、次の条件にて長期信頼性があり、かつ、ツール外れが起きない追従性のあるワイヤを発明するに至った。

【0050】

長期信頼性があり、ツール外れの起きない追従性のあるアルミニウムワイヤとは、アルミニウム純度が９９質量％以上で、鉄及びケイ素を合計で０．０１質量％以上１質量％以下含有し、ワイヤ軸方向に垂直な断面の（１１１）の配向指数が１以上で、かつ、（２００）の配向指数が１以下で、ワイヤ軸方向に垂直な断面に対して析出粒子の面積率が０．０２％以上２％以下のアルミニウムワイヤである。これらの構成は互いに絡み合い相乗効果をなして２つの相反する課題を同時に解決している。長期信頼性を向上させる点で、アルミニウムワイヤのワイヤ軸方向に垂直な断面の（１１１）の配向指数は、好ましくは１．２以上、より好ましくは１．４以上であり、（２００）の配向指数は好ましくは０．７以下、より好ましくは０．５以下である。

【0051】

析出粒子は、アルミニウムをベースとしたマトリックス上に観察することができる、大きさ（粒子の最大長）が０．０１～３０μｍ程度の、塊状、リング状、板状、針状、略球状、不定形状等の粒子である。これらは、製造過程で晶出した粒子や析出した粒子、およびアルミニウム原材料に含まれる粒子を含むと考えられる。また、析出粒子は、アルミニウムと鉄の合金、金属間化合物、アルミニウムと鉄とケイ素の合金、金属間化合物、ケイ素単体の析出物のいずれか又は２種以上を含むと考えられる。

【0052】

析出粒子の面積率は、ワイヤの組成（鉄及びケイ素の含有割合）や熱処理温度、時間、熱処理のタイミング、伸線加工条件などにより制御することができる。なお、析出粒子の面積率とは、アルミニウムワイヤのワイヤ軸に垂直な横断面の断面積に対する析出粒子が占める面積の割合のことである。試作したアルミニウムワイヤについて、先端、後端、中間部の断面において析出粒子の面積率を測定したところ、ワイヤの位置にかかわらずほぼ同等の値であって、面積率の測定箇所によるばらつきは、結晶方位比率のそれに比べて少なかった。すなわち、これは、ワイヤ軸に垂直なある断面の析出粒子の面積率は、ワイヤ全体の面積率を代表することを示唆している。析出粒子の面積率は次のように算出することができる。析出粒子は、アルミニウムワイヤのワイヤ軸に垂直な横断面をＳＥＭ分析したときに、それ以外の領域との組成が異なるために、高輝度値の画素として表示される。析出粒子以外の領域（アルミニウムマトリックスで）では、輝度値は低く表示される。このＳＥＭ画像を、析出粒子と、それ以外の領域とを分離するような輝度値の閾値（例えば０．９５）を、ヒストグラムなどを用いて決めて二値化し、析出粒子の領域の、全体に対する面積率を算出する。なお、輝度値は黒が０、白が１に規格化した値である。

【0053】

上記の構成で相反する２つの特性を両立するメカニズムは必ずしも明らかではないが、鉄及びケイ素の含有量と析出粒子の面積率は、長期信頼性とワイヤの追従性に大きく関わっており、鉄及びケイ素が少なすぎても多すぎてもこれらの特性の両立は困難である。

【0054】

本実施形態のアルミニウムワイヤは、析出粒子の面積率が０．０２％以上２％以下の範囲である。追従性を向上させる点で、析出粒子の面積率は０．０５％以上であることが好ましく、０．１％以上であることがより好ましく、０．２％以上であることがさらに好ましい。また、１％以下であることが好ましく、０．８％以下であることがより好ましい。

【0055】

パワーサイクル試験の長寿命化（長期信頼性の向上）とウェッジツールからのアルミニウムワイヤ外れは、配向指数と析出粒子の面積率の制御が相乗効果をもたらしている。また、発明者らは、数多くの添加元素を検討し、その中で特に、鉄（Ｆｅ）とケイ素（Ｓｉ）の両元素を含有し、その合計量が０．０１質量％以上１質量％以下であると、より長寿命でツール外れが起きにくいこと、さらに、ガリウム（Ｇａ）とバナジウム（Ｖ）の少なくとも一方の元素を含有し、その合計が５０質量ｐｐｍ以上８００質量ｐｐｍ以下であることで、残留抵抗比を大きくし、通電時の発熱を抑制できることがわかった。

【0056】

本実施形態のアルミニウムワイヤは、アルミニウムの純度（アルミニウムワイヤの総量に対するアルミニウムの量）が、９９質量％以上のアルミニウム合金からなる。すなわち、本実施形態のアルミニウムワイヤは、アルミニウムの純度が、９９質量％以上である。これにより、十分な導電率を有するとともに、良好な追従性を発揮する。アルミニウムワイヤのアルミニウムの純度は９９．９質量％以下であることが好ましい。アルミニウムの純度は９９．９質量％以下であることで、十分な量の鉄及びケイ素を含有し、さらに、必要に応じて微量元素（ガリウム及びバナジウム）や微量元素（添加元素ともいう。後述するマグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タングステン（Ｗ）、スカンジウム（Ｓｃ））を含有することができるので、アルミニウムワイヤの長期信頼性が向上する。

【0057】

また、上述したことから、本実施形態のアルミニウムワイヤは、鉄及びケイ素を合計で０．０１質量％以上１質量％以下含有するアルミニウム合金からなる。すなわち、本実施形態のアルミニウムワイヤは、鉄及びケイ素を合計で、ワイヤ全量に対して０．０１質量％以下１質量％含有する。

【0058】

本実施形態のアルミニウムワイヤにおいて、鉄とケイ素の合計量が０．０１質量％以上であることで従来のアルミニウムワイヤよりも長寿命が達成される。また、鉄とケイ素の合計量が１質量％を超えると、析出粒子の面積率が大きくなりすぎるためツール外れが生じる。鉄及びケイ素の量は、長寿命を達成しやすいことから、合計で０．０２質量％以上であることが好ましく、０．０５質量％以上であることがより好まく、０．１質量％以上であることがより好ましく、０．１３質量％以上であることがさらに好ましい。また、鉄及びケイ素の量は、長寿命を達成しつつ、ツール外れを低減する点から、合計で、０．９質量％以下であることが好ましく、０．８質量％以下であることがより好ましい。

【0059】

本実施形態のアルミニウムワイヤにおいて、鉄の量は、ワイヤの総量に対して、０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０３質量％以上であることがより好ましく、０．０５質量％以上であることがさらに好ましく、０．１質量％以上であることが特に好ましく、０．１３質量％以上であることがより特に好ましい。また、鉄の量は、ワイヤの総量に対して、０．９５質量％以下であることが好ましく、０．９質量%以下であることがより好ましい。また、ケイ素の量は、ワイヤの総量に対して、０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０５質量％以上であることがより好ましい。ケイ素の量は、０．５質量％以下であることが好ましく、０．４質量％以下であることがより好ましい。上記鉄とケイ素の好ましい範囲を組み合わせることで、鉄とケイ素の相乗効果によって、接合の長期信頼性とツール外れの抑制効果がよりさらに得やすくなる。

【0060】

本実施形態のアルミニウムワイヤにおいて、鉄とケイ素の含有比は、鉄／ケイ素で示される質量比で、０．３以上９０以下であることが好ましく、１．０以上４５以下であることがより好ましい。鉄とケイ素の含有比が上記範囲であれば、析出粒子の析出量を制御しやすく、ワイヤの追従性と接合の長期信頼性を両立しやすい。

【0061】

本実施形態のアルミニムワイヤは、ガリウムとバナジウムのうち少なくとも１種を含有することが好ましく、この場合、ガリウムとバナジウムの合計量は、ワイヤの総量に対して５０質量ｐｐｍ以上であることが好ましい。ガリウムとバナジウムはワイヤ長寿命化のためには必須ではないが、これらのうち少なくとも１種を含有することで、ワイヤの長寿命化に寄与する。ガリウムとバナジウムのうち少なくとも１種の含有量の上限は特に限定されないが、１０００質量ｐｐｍ程度であり、これらを５０質量ｐｐｍ以上含有すると、さらなる長寿命化への効果が得やすく、含有量が８００質量ｐｐｍ以下であると、通電時のアルミニウムワイヤの最高到温度を抑えやすい。ガリウムとバナジウムの含有量は、ワイヤの総量に対して、１００質量ｐｐｍ以上であってもよく、１５０質量ｐｐｍ以上であってもよい。ガリウムとバナジウムの含有量は、ワイヤの総量に対して、７００質量ｐｐｍ以下であってもよく、６００質量ｐｐｍ以下であってもよい。ガリウムとバナジウムの含有量は、ガリウムとバナジウムのいずれか一方のみがワイヤ中に含まれる場合はその一方の量が上記範囲であればよく、ガリウムとバナジウムの両者が含まれる場合は、ガリウムとバナジウムの合計量が上記範囲であればよい。

【0062】

例えば、純度９９．９９質量％のアルミニウムワイヤを使用した場合の通電時の最高到達温度が１５０℃であった場合、ガリウムとバナジウムの含有量が８００質量ｐｐｍ以下であれば、最高到達温度を１６０℃以下に抑えることができる。すなわち、純度９９．９９質量％のアルミニウムワイヤを基準として、通電時の発熱上昇温度を１０℃程度以内で抑えることができる。

【0063】

本実施形態のアルミニムワイヤは、鉄、ケイ素、ガリウム、バナジウム以外に、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タングステン（Ｗ）、スカンジウム（Ｓｃ）などの微量元素の１種又は２種以上を含んでいてもよい。微量元素の含有量は、ワイヤ全体に対して、鉄、ケイ素、ガリウム及びバナジウムと微量元素の合計で１．０質量％以下となる量であり、鉄、ケイ素、ガリウム及びバナジウムと微量元素の合計で０．１質量％以上となる量であることが好ましい。

【0064】

上述した純度９９．９９質量％のアルミニウムワイヤを使用した場合と比較した通電時の発熱温度上昇は残留抵抗比が大きいほど大きくなる。残留抵抗比は単に不純物の量やアルミニウムの純度だけではなく、ワイヤの加工歪などにも影響されるので、より正確に通電による発熱温度上昇を反映する。

【0065】

上述した基準で温度上昇が３０℃以上になると、ワイヤに接している部材にも少なからず影響を及ぼす。例えば、ワイヤを覆っている封止樹脂は温度が上がると、樹脂中の、ワイヤの腐食を誘発する元素が揮発して、樹脂から放出される可能性が高くなる。ワイヤの腐食を防ぐために、耐熱性のある封止樹脂や放熱の設計などを要することから、製造コストアップにつながるとともに、パワー半導体のデザイン自由度の妨げとなる傾向である。

【0066】

残留抵抗比は、４．２Ｋ（ケルビン）の液体ヘリウム中での電気抵抗と３００Ｋの室温の電気抵抗の比を表した数値により次式で表される。
残留抵抗比＝（室温中の電気抵抗）／（液体ヘリウム中の電気抵抗）

【0067】

本実施形態のアルミニウムワイヤの残留抵抗比は１０以上であることが好ましく、１５以上であることがより好ましい。残留抵抗比が１０未満であると、通電時の発熱による温度上昇が上述した基準で３０℃以上となりやすく、ワイヤ周辺部材に悪影響を及ぼすおそれがある。

【0068】

本実施形態のアルミニウムワイヤの線径は、通常、４０μｍ以上７００μｍ以下であり、７０μｍ以上６００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましい。アルミニウムワイヤの断面形状は通常円形状であり、そのほか、楕円形状や長円形状、四角形状などであってもよい。

【0069】

（アルミニウムワイヤの製造方法）
次に、実施形態のアルミニウムワイヤの製造方法の一例を説明する。なお、アルミニウムワイヤの製造方法は、以下に示す製造方法に限定されるものではない。製造するアルミニウムワイヤの重量や熱処理炉の処理能力を鑑みて適宜条件を調整することが望ましい。

【0070】

９９質量％以上の高純度のアルミニウムに、鉄及びケイ素を共に溶解してアルミニウム溶湯を作製する。原料とする高純度アルミニウムの純度は、９９．９質量％以上であってもよく、９９．９９質量％以上であってもよい。溶解には、アーク加熱炉、高周波加熱炉、抵抗加熱炉、連続鋳造炉等の加熱炉が用いられる。大気溶解でも問題ないが、大気中からの酸素や水素の混入を防止する目的で、加熱炉のアルミニウム溶湯は真空あるいはアルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気に保持して溶解してもよい。溶解させた材料は、加熱炉から所定の線径（直径）となるように連続鋳造で凝固させてもよい。あるいは、溶融したアルミニウムを鋳型に鋳込んでインゴットを作り、そのインゴットを押出機にセットし所定の線径に押出成形加工してもよい。

【0071】

上述の工程で得られた線材を、線径５．０ｍｍの中間線材に伸線加工する。中間線材の線径は通常、最終線径の７～１３０倍である。次いで、伸線加工後のワイヤ（中間線材）に４００℃～５６０℃にて６０分～４２０分加熱する中間熱処理を施し、その後急冷する溶体化処理を行う。急冷速度は、例えば、２０℃／秒以上３００℃／秒以下であり、好ましくは、２０℃／秒以上１００℃／秒以下である。急冷速度は、急冷開始から終了までの速度であってもよいが、より好ましくは、温度４００℃から３００℃までの範囲での冷却速度が上記範囲であると、上述した効果を得やすい。溶体化処理の目的は主に、アルミニウム以外の元素をアルミニウムマトリックス中に固溶させることにある。溶体化処理後は最終線径まで伸線加工する。伸線加工では、複数の超硬ダイスもしくはダイヤモンドダイスに順にワイヤを通過させて、段階的にワイヤの線径を縮小する。

【0072】

最終線径まで伸線したワイヤに、最終熱処理を施す。最終熱処理は、主にワイヤ内部に残留する金属組織の歪みを除去する働きやワイヤの機械的特性等を調整する働きがある。ただし、析出粒子の面積率に影響を与える可能性があるため、これらを鑑みて最終熱処理の温度や処理時間を調節する。

【0073】

中間熱処理や最終熱処理は、所定の温度に加熱した加熱雰囲気内にワイヤを通過させて熱処理を行う走間熱処理や、密閉式の炉内にワイヤを加熱して行うバッチ式熱処理がある。本実施形態での最終熱処理は２００℃以上３４０℃以下で６０分程度バッチ式熱処理にて行うことが好ましい。

【0074】

（半導体装置）
次に、実施形態のアルミニウムワイヤを用いた半導体装置１００の構成を、図６を参照して説明する。

【0075】

図６に示されるように、半導体装置１００は、半導体素子１、金属膜２、ワイヤ３、回路パターン４１、金属パターン４２、絶縁部材４３、放熱部材５、接合材６、ケース７、端子８、封止材９を備えている。

【0076】

本実施形態において、半導体素子１は例えば、電力供給用の半導体に用いられるパワー半導体である。半導体素子１としては、例えば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET；Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ等が挙げられる。

【0077】

半導体素子１は、電極１１、基板部１３及び裏面電極１２をこの順に積層して成る。電極１１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）－ケイ素（Ｓｉ）電極であり、基板部１３は、例えばケイ素（Ｓｉ）基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板等である。

【0078】

金属膜２は、電極１１の基板部１３とは反対側の表面に電極１１の表面を覆うように備えられている。金属膜２は、ニッケル（Ｎｉ）膜、銅（Ｃｕ）膜、チタン（Ｔｉ）膜、タングステン（Ｗ）膜などであり、電気めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタリング等で形成された膜である。ニッケル（Ｎｉ）膜としては、ニッケル（Ｎｉ）無電解めっき膜があり、具体的には、無電解ニッケル（Ｎｉ）－リン（Ｐ）めっき膜、無電解ニッケル（Ｎｉ）－ボロン（Ｂ）めっき膜等が挙げられる。金属膜２のその他の好ましい態様は後述する。

【0079】

ワイヤ３は上述した実施形態のアルミニウムワイヤからなり、その構成及び特性も上述したとおりである。ワイヤ３は金属膜２表面に接合されている。

【0080】

次に、図８を参照して、図６に示す実施形態の半導体装置１００における金属膜２とワイヤ３の接合構造について説明する。図８は、図６のＩＶ領域（金属膜２とワイヤ３の接合界面の近傍）を模式的に表す拡大図である。なお、図８において、封止材９（図６参照）は記載を省略する。

【0081】

図８に示されるワイヤ３と金属膜２との接合界面近傍を接合部３１と称する。接合部３１は、例えば、ワイヤ３と金属膜２との接合界面からワイヤ３の内部に結晶粒１つ分進んだ位置までの範囲のことである。

【0082】

ここで、アルミニウムワイヤの耐熱性が十分でない場合には、ワイヤへの通電開始と通電停止の繰り返しにより、接合部３１の金属膜とワイヤの接合面近傍で熱応力が発生し、これによって、アルミニウムワイヤに金属疲労をもたらすことがある。その結果、ワイヤ３に亀裂が発生することがある。図９は、ワイヤに亀裂ＣＲが発生した接合部３１を模式的に示す図である。また、図１０は、ワイヤに亀裂の発生していない接合部３１近傍の写真であり、図１１は、亀裂ＣＲがワイヤ内に進展した状態を表す写真である。

【0083】

上述した実施形態のアルミニウムワイヤによれば、ワイヤが長期間耐熱性を維持できるので、ワイヤへの通電開始と通電停止の繰り返しによっても、ワイヤの亀裂の発生がなく、接合部３１の接合を長期間安定に維持することができる。さらに、ワイヤの良好な追従性により、ウェッジ接合の不具合が生じないことも相まって、接合（第一接合及び第二接合）の長期信頼性を得ることができる。

【0084】

また、ワイヤが長期間耐熱性を発揮できるので、接合対象（電極又は金属膜）の素材にかかわらず、接合の長期安定性が得られる。さらに、本実施形態の金属膜２にすることで、長期安定性の効果をより向上させることができるので好ましい。

【0085】

ワイヤの接合対象の硬さがワイヤよりも小さい場合、ワイヤに発生した亀裂が接合対象に伝播して接合対象に亀裂が進展することがある。これに対し、本実施形態の金属膜２の如く、接合対象がワイヤよりも硬い場合には、万一ワイヤに微少な亀裂が発生したとしても亀裂が接合対象内へ進展しないので、これにより、ワイヤ及び接合対象における亀裂の拡大が抑制され、接合の更なる長期信頼性を実現すると考えられる。

【0086】

このような金属膜２としては、無電解ニッケル（Ｎｉ）－リン（Ｐ）めっき膜、無電解ニッケル（Ｎｉ）－ボロン（Ｂ）めっき膜、電気めっきによって成膜されたニッケル（Ｎｉ）膜又は銅（Ｃｕ）膜、蒸着又はスパッタリングで成膜されたニッケル（Ｎｉ）膜、銅（Ｃｕ）膜、チタン（Ｔｉ）膜又はタングステン（Ｗ）膜が好ましい。これらの金属膜２は、結晶構造を有している。また、金属膜２のニッケル（Ｎｉ）の純度が高い。このため、熱処理時における金属膜２の割れを抑制することができる。

【0087】

金属膜２は、硫黄（Ｓ）を含んでいない無電解ニッケル（Ｎｉ）－リン（Ｐ）めっき膜がコストの点から好ましく、そのリン含有量は、金属膜２の全量に対して、８質量％以下が好ましく、５質量％以下がより好ましい。リン含有量が、８質量％以下であると、金属膜２は結晶構造を有するため、金属膜２の硬さが増し、これにより金属膜２の割れを抑制することができる。また、硫黄（Ｓ）を含まないため、粒界での硫黄（Ｓ）の偏析による粒界の脆化が抑制されるので、このことからも金属膜２の割れを抑制することができる。以上より、金属膜２の耐熱性が向上する。

【0088】

次に、半導体装置１００のその他の構成について説明する。半導体装置１００内では、半導体素子１、ワイヤ３、端子８、回路パターン４１及び金属パターン４２により半導体回路が形成されている。半導体装置１００内でワイヤ３は屈曲されており、この屈曲部を用いて、半導体素子１、端子８、回路パターン４１等にそれぞれ接合される。

【0089】

半導体装置１００において、放熱部材５表面上に、接合材６、金属パターン４２、絶縁部材４３、回路パターン４１、接合材６、半導体素子１が順に積層されている。接合材６は、放熱部材５と金属パターン４２、回路パターン４１と半導体素子１の裏面電極１２をそれぞれ接合する、はんだ、銀（Ａｇ）等からなる。絶縁部材４３は絶縁基板などである。

【0090】

ケース７は、内部に空間を有する環形状筐体からなり、放熱部材５の外周を囲むように設けられる。ケース７の内部空間に、上述の、半導体素子１、金属膜２、ワイヤ３、回路パターン４１、金属パターン４２、絶縁部材４３、接合材６及び封止材９が収容される。

【0091】

端子８は、外部機器との接続端子として機能する。端子８は、ケース７の上面に設けられ、その一方の端部がケース７の内部空間内に、他方の端部がケース７の外領域に、それぞれケース７から突出するように配置される。封止材９は、ケース７の内部空間に、半導体素子１、金属膜２、ワイヤ３、回路パターン４１、金属パターン４２、絶縁部材４３、接合材６を内包して充填されている。封止材９は、ゲル状の封止樹脂やモールド樹脂の硬化物などである。

【0092】

図７に、半導体装置の他の実施形態として、リードフレームを有する半導体装置１０１を示す。図７において、図６に示す半導体装置１００と同様の機能を奏する構成には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。図７に示される半導体装置１０１は、半導体素子１、金属膜２、ワイヤ３、絶縁部材４３、接合材６、封止材９に加えて、リードフレームＬＦを有している。図７に示す半導体装置１０１は、リードフレームＬＦを有するため、ケース７を有していないが、ケース７を備えていてもよい。リードフレームＬＦは、絶縁部材４３表面上に接合され、図６に示す半導体装置１００の回路パターン４１と同様の機能を有する。なお、図７では、リードフレームＬＦと絶縁部材４３とが接合されているが、リードフレームＬＦと絶縁部材４３の間には金属板（図示せず）が配置されていてもよい。

【0093】

封止材９は、半導体素子１、金属膜２、ワイヤ３、絶縁部材４３、接合材６、リードフレームＬＦを内包するように設けられる。ただし、リードフレームＬＦの端部は、封止材９の外に突出し、リードフレームＬＦは、半導体素子１やワイヤ３電気回路を構成し、上記突出した端部が半導体装置１０１の外部の機器に接続するための端子８として機能する。

【0094】

次に、図６及び図７に示す半導体装置１００、半導体装置１０１の製造方法について説明する。まず、半導体装置１００、１０１を構成する各部材を準備し、上述の構成の通りに積層し、互いに接合する。その後、金属膜２の表面に、超音波接合等によってワイヤ３の端部を接合する。その後、ワイヤ３の他方の端部を外部電極にウェッジ接合する。ワイヤ３としては、上述した実施形態のアルミニウムワイヤを用いる。その後、封止樹脂を半導体装置１００に注入し、硬化させて、封止材９を形成させる。半導体装置１０１の場合は、上記半導体素子１等を搭載したリードフレームを金型内に配置し、封止樹脂を注入し、硬化させて、封止材９を形成させる。

【実施例】

【0095】

次に、実施例について説明する。本発明は以下の実施例に限定されない。

【0096】

純度が９９．９質量％以上の高純度のアルミニウム地金を準備した。鉄とケイ素をそれぞれ表１に記載の量で添加した。また、任意元素としてガリウムとバナジウムを、表１に示す量で添加した。これら実施例のアルミニウム合金組成を表１に示す。これら各サンプルの合金を、それぞれ、大気下で溶解した後、連続鋳造して線材を得た。得られた線材を、中間線径５ｍｍまで伸線加工し、この中間線径５ｍｍのワイヤに対して、中間熱処理を４００℃から５６０℃で６０分間行った。６０分間経過後ただちに水中にて２５℃／秒以上の冷却速度で急冷した。その後、ワイヤを最終線径の４００μｍまで伸線加工し、最後にバッチ式炉にて最終熱処理を２００℃から３４０℃の間で６０分間実施した。最終熱処理を終えたアルミニウムワイヤは巻き替え機にてスプールに約３００ｍごとに巻き替えた。

【0097】

次に、実施例の各サンプルの配向指数及び析出粒子の面積率を求めた。
（ワイヤ配向指数測定）
約３００ｍに巻き替えた各サンプルのワイヤの先端部、後端部、及び先端と後端の中間付近（中間部）の３箇所をサンプリングし、各々ワイヤ軸に垂直方向の横断面がおおよそワイヤ軸に対して垂直に露出するように樹脂に埋め込んだ。このワイヤを埋め込んだ樹脂を上記横断面が表面に露出するように、サンドペーパーで粗研磨し、その後、最終的にはバフ研磨にて鏡面仕上げをした後、エックス線回折装置（リガク社製ＳｍａｒｔＬａｂ）にて各部位につき測定を行った。エックス線回折の強度を得るには、ある程度のワイヤ断面積が必要になるため、線径４００μｍの１本サンプルだけでは強度不足のおそれがある。そのため１回の測定につき約４０本のワイヤを束ね密着させて埋め込み研磨しエックス線回折に供した。

【0098】

分析条件はＸ線発生部の対陰極はＣｕで出力４５ｋＶ、２００ｍＡ、検出部は半導体検出器、入射光学系は平行ビーム法（スリットコリメーション）、ソーラースリットの入射側は５°で受光側も５°、スリットの入射側ＩＳ＝１ｍｍ、長手制限２ｍｍ、受光側のＲＳ１＝１ｍｍ、ＲＳ２＝２ｍｍ、走査条件は走査軸が２θ／ω、走査モードが連続走査、走査範囲が３０～１００°、ステップ幅が０．０２°、走査速度が３°／分で行った。

【0099】

各サンプルの（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（２２２）、（４００）の回折強度（ピーク分離）を測定し、ウィルソンの式から各々の配向指数を求めた。
実施例において特に特徴的な傾向を示した（１１１）と（２００）の配向指数を合金組成と併せて表１に示す。なお、表１の配向指数には、各サンプル５巻ずつ、ワイヤの先端、後端、中間部の３箇所の平均値（５巻×３箇所、すなわち、合計１５箇所の平均値）を記した。なお、上述したとおり、１箇所につき、その周辺部分を４０本切断し４０本束ねて測定している。

【0100】

（析出粒子の面積率測定）
最終線径４００μｍの溶体化処理後のワイヤの先端部、後端部及び中間部の析出粒子の粒径についてワイヤ軸に垂直方向の横断面をＦＥ－ＳＥＭ（電界放出型走査電子顕微鏡、日本電子製ＪＳＭ－７８００Ｆ）にて観察倍率４００倍で撮影した。ただし、４００倍では輪切り断面の４分割程度しか撮影範囲に含まれないため、ワイヤ断面を４分割ずつ撮影し、それらを張り合わせて輪切断面全体に対する析出粒子の占有面積を求めた。ＳＥＭ撮影条件は加速電圧を５ｋＶ、作動距離（Ｗ．Ｄ．）を１０ｍｍに設定し、反射電子像（ＢＥＤ－Ｃ）を選択して実施した。画像解析では撮影したＳＥＭ画像の輝度値を０から１の範囲に正規化した上で、閾値を０．９５として二値化し、閾値より輝度値が高い領域を析出粒子とした。

【0101】

また、画像解析においては、粒子として認識される画像上の領域のうち８近傍で隣り合う画素を一つの粒子として算出した。８近傍とは、粒子として認識される所定の領域を中心とし、上下左右及びこれを４５°回転した８つの方向を意味し、この８つの方向のいずれかで、接触する領域を１粒子と定義する。

【0102】

次いで、ワイヤ軸方向に垂直な断面全体の断面積に対する比率を百分率で表した。析出粒子の面積率は、ワイヤの先端部、後端部及び中間部のいずれにおいてもほぼ一致していた。各実施例における析出粒子の面積率を表１に示す。実施例１２の析出粒子を図１に、後述の比較例６の析出粒子を図２に示す。ただし、図１と図２は、より析出粒子が判明しやすいように、１０００倍で撮影した画像を画像解析にて二値化した写真である。白く映っている部分が析出粒子である。

【0103】

【表1】

【0104】

（ツール外れ評価１）
次に、アルミニウムワイヤの線径が４００μｍの各サンプルについて超音波ボンディング装置（Ｋ＆Ｓ製ワイヤボンダ ＡＳＴＥＲＩＯＮ）を用い、アルミニウム板に第一接合と第二接合との距離が５ｍｍとなるように接合した。第二接合部はワイヤ軸方向に対して水平方向に横に４５°を目標に曲げて接合した（図４を参照。図４左下写真は３０°程度しか曲げることができなかった。）。接合条件は、各サンプルに対して超音波エネルギーと加圧力がそれぞれ最適な条件となるように設定した。なお、ボンドツールはＫｕｌｉｃｋｅ＆Ｓｏｆｆａ社製、型番：１２７５９１－１６を使用し、そのワイヤをつかむワニ口の寸法は、間口（内径）が０．５ｍｍ、深さ（高さ）が０．２ｍｍ、長さ（奥行）が１．０ｍｍである。

【0105】

各サンプルについて、ツール外れの不具合が発生したかどうかの判定は、第二接合部分のワイヤの状態を観察して行った。各サンプルにおいて３０回（第一接合と第二接合の組合せを１回とする。）を行い、ワイヤが不着、もしくは、図４左下のように片当たりしたツールとの接触痕が１箇所でもある場合は不合格で「Ｃ」とした。図４右下のように正常に接合されていたら合格で「Ａ」とし、ツール外れの評価として表１に示した。

【0106】

図４の右側上下２つの写真は実施例１のものである。右上図は、超音波で第一接合したあとのもので、右下図は第一接合したワイヤの長手方向に対して水平方向に横に４５°曲げて、第二接合したあとのものである。両写真から明らかなように接触痕など無く正常に
接合されていることがわかる。

【0107】

（パワーサイクル試験評価）
アルミニウムワイヤの線径が４００μｍの各サンプルについて超音波ボンディング装置（超音波工業製ワイヤボンダＲＥＢＯ９）で、表面のアルミニウム合金電極上にニッケルがメタライズされ（金属膜が表面に形成され）たパワーチップに接合した。接合条件は、各サンプルに対して接合後のワイヤ幅が５００μｍとなるように、超音波エネルギーと加圧力をそれぞれ設定した。パワーチップの最大温度が１５０℃、最低温度が５０℃、すなわちΔＴ＝１００℃となる電流、通電時間、冷却時間を設定し、パワーサイクル試験を実施した。このときの通電時間は約７秒、通電停止時間は約１３秒、１サイクルあたり約２０秒で実施した。

【0108】

通電時のパワーチップの表裏の電極間の電位差が、初期値に対して５％増大したサイクル数をパワーサイクル試験での寿命と定義し、寿命が２０万サイクル以上のサンプルを目標以上の寿命ということで「Ｓ」、１０万サイクル以上２０万サイクル未満を目標レベルということで「Ａ」、５万サイクル以上１０万サイクル未満のサンプルを及第点ということで「Ｂ」、５万サイクル未満のサンプルを不合格ということで「Ｃ」と記した。各実施例におけるアルミニウムワイヤのパワーサイクル試験の評価を表１に示す。

【0109】

（残留抵抗比の測定１）（発熱）
残留抵抗比（ＲＲＲ）は、４．２Ｋ（ケルビン）の液体ヘリウム中での電気抵抗と３００Ｋの室温中での電気抵抗の比で表す。製造したアルミニウムワイヤについて、１５ｃｍの長さで切り出し、電気抵抗測定を行った。電気抵抗測定はいずれも四端子法にて行い、それぞれの電気抵抗を測定した後、それらの比を計算し求めた。なお、残留抵抗比は通電時の温度上昇と比例関係にあるため、残留抵抗値１０以上１５未満ならば、上述した純度９９．９９質量％のアルミニウムワイヤの最高到達温度から、３０℃未満の上昇に抑えることができるので「Ａ」、１５以上あれば１０℃以下の温度上昇に抑えることができるのでさらに良いという意味で「Ｓ」を表１のワイヤ評価の欄に記載した。また、３０℃以上の温度上昇は不合格ということで「Ｃ」評価とした。

【0110】

（総合評価１）
上記３つの評価が「Ｓ」が２つで「Ａ」１つであれば、優秀であるという意味で総合評価「優」、「Ｓ」が１つで「Ａ」が２つの場合は良好という意味で総合評価「良」、それ以外の評価の組合せで、かつ「Ｃ」の評価がなければ、及第点という意味で総合評価「可」、１つでも「Ｃ」の評価があるサンプルは不合格という意味で総合評価「不可」と判定し、それぞれ表１に記した。

【0111】

次に、アルミニウムワイヤの組成を表２～１３に記載した通りに調整し、中間線径、中間熱処理条件、最終熱処理条件などの製造条件を上記実施形態の範囲で調整したほかは、実施例１と同様にして、最終線径が、４００μｍの実施例３３以降のアルミニウムワイヤを得た。これらのアルミニウムワイヤについても、実施例１と同様に、配向指数、析出粒子の面積率を測定し、ワイヤ特性の評価を行った。なお、実施例３３以降については、ツール外れ評価、発熱（残留抵抗比）の評価、総合評価の基準を、以下の「ツール外れ評価２」、「残留抵抗比の測定２」、「総合評価２」のように、上記実施例１～３２よりも詳細に設定した。なお、各表において「－」の表記は測定下限未満であることを表す。

【0112】

（ツール外れ評価２）
ツール外れ試験は上述した「ツール外れ評価１」と同様に行い、評価は次のようにした。ツール外れの不具合が発生したかどうかの判定は、第二接合部分のワイヤの状態を観察して行った。各サンプルにおいて１００回（第一接合と第二接合の組合せを１回とする。）を行い、ワイヤが不着、もしくは、図４左下のように片当たりしたツールとの接触痕が４箇所以上の場合は不合格で「Ｃ」、２～３か所であれば若干の改良が望まれるものの実用上問題が無いため「Ｂ」、１カ所であれば非常に優れているため、合格で「Ａ」、接触痕が全くないものを「Ｓ」とし、ツール外れの評価とした。

【0113】

（残留抵抗比の測定２）（発熱）
残留抵抗比（ＲＲＲ）の試験は上述した「残留抵抗比の測定１」と同様に行い、評価基準を次のように変更した。残留抵抗比は通電時の温度上昇と比例関係にある。残留抵抗値が１５以上の場合は、上述した純度９９．９９質量％のアルミニウムワイヤが到達するであろう最高到達温度から１０℃以下の温度上昇に抑えることができるで、非常に優れているという意味で「Ｓ」、１０℃を超え２０℃以下の上昇に抑えることができる場合は「Ａ」、２０℃を超え３０℃未満の上昇に抑えることができるので「Ｂ」、３０℃以上の温度上昇は不合格ということで「Ｃ」評価とした。

【0114】

（総合評価２）
上記３つの評価が「Ｓ」が１つ以上あって、その他は「Ｓ」又は「Ａ」の場合、優秀であるという意味で総合評価「優」、「Ａ」と「Ｓ」が合計で２つ以上の場合は良好という意味で総合評価「良」、「Ｂ」が２つ以上でかつ「Ｃ」の評価がなければ、及第点という意味で総合評価「可」、１つでも「Ｃ」の評価があるサンプルは不合格という意味で総合評価「不可」と判定し、それぞれ表に記した。
各評価の具体的な組み合わせ（順序は問わない）は下記のとおりである。
「優」：ＳＳＳ、ＳＳＡ、ＳＡＡ
「良」：ＳＡＢ、ＳＳＢ、ＡＡＢ、ＡＡＡ
「可」：ＳＢＢ、ＡＢＢ、ＢＢＢ
「不可」：Ｃが一つでもある場合。
以上の結果を、組成と併せて表２～表１３に示す。

【0115】

【表2】

【0116】

【表3】

【0117】

【表4】

【0118】

【表5】

【0119】

【表6】

【0120】

【表7】

【0121】

【表8】

【0122】

【表9】

【0123】

【表10】

【0124】

【表11】

【0125】

【表12】

【0126】

【表13】

なお、表１に示した実施例のアルミニウムワイヤに含有される、元素の詳細を表１４に示す。

【0127】

【表14】

【0128】

次に、比較例について説明する。実施例と同様にして、純度９９．９質量％以上のアルミニウム地金を準備し、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｖを表１５に示す組成になるように添加した。比較例１から比較例４までは実施例１７と同じ組成のワイヤであるが、中間線径や最終線径での熱処理温度や時間、各線径から次の線径までの加工率、中間熱処理後の冷却速度、各ダイスの減面率などの製造条件を変えて作製したワイヤである。また、比較例５と比較例６は組成自体が実施例とは異なる。これら比較例のアルミニウムワイヤの配向指数、析出粒子の面積率、及び残留抵抗比（発熱）の測定方法も実施例１と同様に実施し、測定結果を表１５にまとめた。

【0129】

析出粒子の面積率については、実施例と同様にして４００倍で撮影した画像から、輝度値の閾値を０．９５に定め、析出粒子（輝度値高い：白色）と析出粒子以外（輝度値低い：黒色）に二値化して、析出粒子の面積率を求めた。図２は比較例６のアルミニウムワイヤの析出粒子であり、面積率は表１５に示すとおり３．２％であった。面積率は４００倍で撮影した写真から求めているが、図２は析出粒子を判別しやすいように１０００倍で撮影した二値化処理後の写真である。

【0130】

【表15】

【0131】

また、比較例１のアルミニウムワイヤについて、ウェッジツールからのワイヤ外れを検証した。別途、比較例１のアルミニウムワイヤと同様のワイヤを作製し、第一接合したワイヤの長手方向に対して水平方向に横に３０°曲げて、第二接合したところ、上述した図４の左下の写真のように、ウェッジツールからのワイヤ外れが生じ、片当たりをした状態で接合されている。接合条件は、各サンプルに対して超音波エネルギーと加圧力がそれぞれ最適な条件となるように設定した。図４の左上は、超音波で第一接合したもので、上述の通り、左上写真の左側のワイヤは斜めにカットされ、右側のワイヤは基板に接合できず不着となった。

【0132】

また、実施例と同様にして、比較例１～６について、パワーサイクル試験の寿命測定、ツール外れ試験、発熱評価試験及び総合評価の結果を表１５に示す。

【0133】

次に、表１５に示した比較例のアルミニウムワイヤに含有される、その他の元素の詳細を表１６にまとめて示す。

【0134】

【表16】

【0135】

さらに、純度９９．９質量％以上のアルミニウム地金を準備し、アルミニウム以外の元素（Ｆｅ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｖ）を表１７、表１８に示す組成になるように添加し、熱処理条件などの製造条件を変更したほかは、上記実施例３３と同様にして、比較例７以降のアルミニウムワイヤを得た。これら比較例７以降のアルミニウムワイヤについて、実施例と同様にして各特性を評価した。結果を表１７、１８に示す。なお、表１７、１８に示す比較例では、ツール外れと残留抵抗比、総合評価については、それぞれ「ツール外れ評価２」、「残留抵抗比の測定２」、「総合評価２」の基準を使用した。

【0136】

【表17】

【0137】

【表18】

【0138】

表１５、表１７、表１８に示した比較例のいずれのアルミニウムワイヤも、すべての評価で合格するものはなく、総合評価では不可となった。また、各データのばらつきの範囲は狭く、測定箇所によるばらつきは小さかった。すなわちこれは、どのワイヤ軸方向に垂直な断面の測定データでも、ワイヤ全体を示す値と考えてよいことを示唆している。

【0139】

以上のことから、実施形態のパワー半導体用アルミニウムワイヤは配向指数及び析出粒子の面積率を制御することにより、横曲げに対する追従性がありウェッジツールからのワイヤ外れが起きないという課題と、パワーサイクル試験における長寿命化の課題を同時に解決することができた。
本発明のパワー半導体用アルミニウムワイヤにより、パワーエレクトロニクス産業、自動車産業、電気鉄道、電力産業等の発展に大きく貢献できる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】