高温動作パワー半導体実装用アルミ銅合金ワイヤボンデイングプロセスの開発

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24560873
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: 田代 優 茨城大学, 工学部, 講師 (90272111)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大貫 仁 茨城大学, 理工学研究科, 教授 (70315612)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 接合 / アルミ銅合金ワイヤ / 組織観察 / 硬さ

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，高温動作パワー半導体実装用新アルミ銅合金ワイヤボンデイングプロセスの開発を目的とする．ワイヤ中のθ相の析出量と析出状態の制御を行うために，銅の添加量とθ相の最大析出時効条件の検討を行う．これらの関係を基にして，最適添加量および時効条件で作製した新アルミ銅合金ワイヤを用いて接合を行い，信頼性評価をヒートサイクル試験によって行う．これらの成果をもとに，高信頼性を有する新しい実装技術の構築を行い，Siパワー半導体の高温化への適用と展開をめざす．平成27年度は，Cu添加量を変えて作製したワイヤについて,それらの機械的特性を調べるために硬さ試験を行った。また、昨年来より発生している超音波ボンデイング装置の不具合への対応を行った．その結果，得られた知見を以下に挙げる．①Al-3.04wt.%Cuアルミ銅合金ワイヤについてθ相が最大析出時効する条件を決定し,工業的に重要と考えられる容体化処理したワイヤおよび280℃下の時効処理を施したワイヤの組織観察を行った結果，溶体化処理によってCuがAl母相に完全に固溶し、過飽和固溶体となり，280℃×200minで時効処理をしたワイヤでは、結晶粒界にθ相が析出し、結晶粒内にはθ’相が網目状に析出することを見出した。また，②Al-0.22wt.%Cuアルミ銅合金ワイヤについてθ相が最大析出時効する条件を決定し,容体化処理したワイヤおよび280℃下の時効処理を施したワイヤの組織観察を行った結果，双方ともに結晶粒界および結晶粒内にθ相は観察されなかった．これらの結果から，③アルミ中のCu添加量を変えることでワイヤ組織の制御が可能であり，θ相の析出量を電気抵抗率および硬さ変化から見積もることができることを確認した．しかし、超音波ボンデイング装置の老朽化による故障が修理不能となり、ワイヤの信頼性試験が実施できなかった。