JPH0480982B2 - - Google Patents

Description

【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イングワイヤ等に使用す
るための直径が10〜300μm程度のアルミニウム合
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イングワ
イヤは、通常は直径が10〜60μm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
ンデイ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つてきた。今
までに提案されているアルミニウム極細線は、
0.5〜２重量％のSiを含有せるAl合金、１〜４重
量％のCuを含有せるAl合金、0.5〜２重量％の
Mgを含有せるAl合金、またはこれらの合金に0.4
重量％程度のMn，Cr等を添加せる合金等を材料
とするものである。 このように直径が10〜60μm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Al合金から直径50mm程
度のワイヤバーを鋳造し、溶体化処理する。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、伸線加工により伸び特性
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。 ところで、アルミニウム極細線を例えばボンデ
イングワイヤとして使用する場合、その引張強度
並びに伸び特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
過ぎると配線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ユール熱により軟化
し変形してタブシヨートを生じる危険性が高くな
る。伸び特性が小さ過ぎると超音波接合による半
導体チツプと外部配線との接合力が小さくなり、
また好ましいループ形状を得難くなつて高速度高
密度配線を困難にする。従つて引張強度並びに伸
び特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伸び特性の著しい低
下をきたすので、伸び特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伸び特性
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伸び特性に対して相反す
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、引張強度と伸び特性のと
もに優れた極細線を得ることができず、従つて最
終焼鈍により伸び特性との兼ね合いから或る程度
妥協した引張強度で満足せざるを得なかつた。 本出願人は左記に伸び特性を犠牲にすることな
く強度に優れたアルミニウム極細線を製造するた
めに、アルミニウム極細線の製造方法（特開昭60
−238079号参照）を出願した。この製造方法は、
AlまたはAl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、該鋳造体を溶
体化処理した後、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
徴としたものである。即ち、一方向に指向した柱
状晶組織のAl系材料を使用することで最終線径
の線材まで焼鈍処理を施すことなく塑性加工を可
能にし、これによる中間段階での焼鈍処理の省略
により伸び特性に対する引張強度の全体的な低下
を回避して、強度に優れたアルミニウム極細線を
製造可能としたのである。 本出願人は上述したアルミニウム極細線の製造
方法の研究を進めた結果、適当量のCuをAlに添
加した組成の一方向に指向せる柱状晶組織のAl
合金材から製造した極細線が、焼鈍による引張強
度の低下がそれ程大きくない約400℃以下の或る
温度での焼鈍処理によつて、伸び特性がピーク状
に著しく増大する特性を発現することを見出し、
これに基づいて、このような伸びの特性を発現す
るアルミニウム合金材を使用し、それに適した温
度で最終的な焼鈍処理を実施することで引張強度
に優れるのみならず、更に伸び特性に著しく優れ
たアルミニウム極細線の製造を実現できることを
見出したのである。 発明の目的 本発明の目的は上述の知見に基づき、高い引張
強度に加えて更に伸び特性に優れたアルミニウム
極細線を製造可能とする方法を提供することであ
る。 発明の構成 一方向に指向せる柱状晶組織からなるAl−Cu
基合金材を溶体化処理した後、塑性加工の中間段
階で焼鈍処理を施すことなく最終線径の線材にま
で塑性加工し、然る後170℃〜400℃の温度範囲で
焼鈍処理することを特徴とする。 作 用 本発明において使用するAl−Mg基合金とは、
Cuを0.5〜5.5重量％含有するAl合金をいう。この
合金を溶製するにあたつてAlは高純度（99.99重
量％以上）のものが好ましい。これは不純物元素
による金属間化合物の晶出は極く少量の存在でも
数10μmのオーダーの線径を有するような超極細
線における伸線が阻害されるし、またこのような
晶出物の存在は本発明合金を例えばボンイングワ
イヤとして用いた場合のボンイング特性を著しく
阻害するからである。 本発明の研究によれば、上記特性を完全に満足
させるためには本発明に係わる合金中に含まれる
不可避的不純物の量は各々0.001重量％以下とし
なければならないことが判つた。 また、本発明に係わる合金中にCuを含有させ
たのは、この含有によつて引張強度の低下がそれ
程大きくない約400℃以下のある温度での最終的
な焼鈍処理により伸びがピーク状に著しく増大す
る特性を発現できることの知見によるのであり、
Cuの含有量が0.5重量％以下となると充分な伸び
とともに充分な強度を得ることができなくなるこ
と、また5.5重量％超えると被加工材の強度が高
くなつて塑性加工工程の中間段階で焼鈍処理を施
して伸び特性を回復しなければ最終線径までの塑
性加工ができなくなり、これによつて本発明の特
徴である著しい伸び特性の増大が得られないこと
が見出された。特に上記の特性値を充分に発現さ
せるための好ましいCuの含有量は0.8〜3.5重量％
である。 本発明に係わるAl−Cu基合金は塑性加工の中
間段階で焼鈍処理を施さないで最終線径の極細線
まで伸線加工できる範囲内で特定の元素を添加さ
せることができる。例えば、0.2重量％以下のSi、
0.8重量％以下のMn、2.0重量％以下好ましくは
0.5重量％以下のMgを添加させることができる。 次に、一方向に指向した柱状晶組織を有する上
記のAl−Cu基合金は塑性加工工程の中間段階で
焼鈍処理することなく塑性加工した場合、このよ
うにして得た被加工材を特定の温度範囲で最終的
に焼鈍処理を施すと何故著しく伸び特性が増大す
るのかそのメカニズムは明らかでないが、しかし
ながら現実に発明者が数多くの実験を行つた結果
としてこの事実が得られたのである。 ここで、一方向に指向した柱状晶組織を有する
Al材は一方向に指向されていない柱状晶組織を
有するAl材とは異なり、以後の塑性加工におい
て特異性を示すのである。即ち、前記一方向に指
向されていない柱状晶組織を有するAl材が塑性
加工工程における中間段階で焼鈍処理を施して伸
び特性を回復する必要がある（焼鈍処理を施こさ
れた被加工材の組織は再結晶して等軸晶組織とな
る）のに対し、一方向に指向した柱状晶組織を有
するAl材は塑性加工工程における中間段階で焼
鈍処理を施こさなくても最終形状まで塑性加工で
きる。このような特異性の解明は定かでないが、
塑性加工によつて生じる加工歪の集中すると考え
られる結晶粒界が一般的な等軸晶組織を有する
Al材に多く存在して集中的な加工硬化をもたら
し、以後の塑性加工に困難性を与えるようになる
のに対して、一方向に指向した柱状晶組織を有す
るAl材には上記の結晶粒界が少ないことに加え、
塑性加工される方向が柱状晶の成長方向に一致す
るためと考えられる。 さて、上記した組成からなり、一方向に指向し
た柱状晶組織を有するAl合金材は溶体化処理を
施こされるが、これは鋳造歪、合金元素の偏析を
解消した固溶体とし、以後の塑性加工工程におい
て被加工材が破断することなく最終形状まで塑性
加工なされるようにするためのものであつて、こ
の溶体化処理の温度は固溶体範囲の温度であつ
て、例えば450℃〜580℃の一般的な温度範囲から
適宜選択される。その処理時間も15分以上であつ
て、熱経済および生産性の理由から48時間程度以
下の範囲から適宜選択することができる。 このようにして溶体化処理を施こされた一方向
に指向した柱状晶組織を有する本発明による組成
のAl合金材は最終形状にまで中間焼鈍を施こす
ことなく塑性加工されるが、このようにして塑性
加工された被加工材は組成によつて定まる温度で
あるが顕著な伸び特性の増大を示す170℃〜400℃
の温度範囲から選定された温度にて最終的に焼鈍
処理され、これにより優れた伸び特性と適当な強
度が付与される。ここで170℃以上としたのは、
これ以下の温度では顕著な伸び特性が得られず、
また400℃以下としたのは、これ以上の温度とな
ると再結晶粒子の成長によつて伸びの増加は或る
程度認められるもののこの反面強度が著しく低下
し、極細線として要求される特性に欠けることと
なるからである。 また、一方向に指向した柱状晶組織を有する
Al合金材は以下のようにして製造することがで
きる。 即ち、Al合金溶湯を加熱鋳型により鋳造する
と同時に一側より連続的に冷却凝固させる方法、
またはAl合金材を部分的に溶融しつつ一側より
連続的に冷却凝固させる方法等の他、一般的な方
法で製造できる。 このようにして製造したAl合金材は塑性加工
して任意の径、例えば10〜300μmの極細線に伸線
加工されるが、この伸線加工は複数の伸線用ダイ
スを連続または半連続（中断を含むことを意味す
る）的に通過させる一般的な方法で実施できる。 実施例

【表】 第１表に示す純度の金属を用い、常法により合
金を溶製し、加熱鋳型（実体温度680℃）を使用
して一方向性凝固させ、これにより直径20mmのワ
イヤバーを鋳造したこのワイヤバーを溶体化処理
した後面削し、通常の単頭伸線機により直径３mm
迄伸線加工し、次にこれを連続伸線機に掛けて直
径0.8mmに迄伸線加工した。更にこれを精密伸線
機に掛けて伸線加工し、直径30μmの極細線に迄
塑性加工した。この塑性加工の段階の中間で焼鈍
処理は一切施さなかつた。即ち、30μmの直径の
極細線に迄焼鈍処理を行わないで断線等の不具合
を発生することなく伸線加工できた。これらの実
施例は第２表で試験符号Ａ〜Ｃで示してある。 また比較例として、本発明において重要である
Cuを含有しない組成の合金を使用し、上述した
のと同様な方法で30μmの直径の極細線を形成し
た。この実施例は第２表で試験符号Ｄで示してあ
る。 更に他の比較例として、Cuを含有する合金の
溶湯を本発明の方法とは相違する常法により金型
鋳造して直径50mmのワイヤバーを鋳造した。この
ワイヤバーを溶体化処理した後面削し、ロール加
工して荒引線を形成し、伸線加工中の断線等の不
具合を回避するために塑性加工の段階で数回の焼
鈍処理を施して線径0.195mmの線とした後、200℃
および300℃の温度で30分にわたり中間焼鈍処理
を施し、以後線径30μmの極細線に迄伸線した。
200℃で中間焼鈍処理を施した例を第２表で試験
符号Ｅ、また300℃で中間焼鈍処理を施した例を
第２表で試験符号Ｆで示す。

【表】 次に、このようにして製造した直径30μmの極
細線を100〜550℃の温度範囲内の様々な温度で常
法により２時間にわたる最終的な焼鈍処理を施し
た。それぞれの極細線から試験片を10本づつ切出
し、引張試験および伸び特性を測定し、軟化曲線
を作成した。測定器は「東洋ボールドウイン社製
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／分であつ
た。 このようにして得た軟化曲線を本発明の試験符
号Ａ〜Ｃに関して第１図に、また比較例とせる試
験符号Ｄ〜Ｆに関して第２図にそれぞれ示す。第
１図によれば、Cuを含有し且つ一方向に指向せ
る柱状晶の組織からなるAl合金を使用し、これ
を中間焼鈍することなく最終線径まで伸線加工す
るという本発明（試験符号Ａ〜Ｃ）の特徴によ
り、170℃〜400℃の焼鈍温度範囲において伸び特
性にピーク状の顕著な増大を発現できることが判
る。従つて焼鈍温度をこれらピーク状の伸びを発
現する温度もしくはその付近の温度に選定すれば
強度を損なうことなく非常に大きな伸び特性を得
られることは明白である。 これに反して、第２図に示すようにMnを含有
するAl合金（試験符号Ｄ）ではこのような大き
な伸び特性は発現されず、従つて焼鈍温度を選定
しても大きな伸び特性を得ることができないこと
は明らかである。 また第２図に示すようにCuを含有するAl合金
を従来方法によつて製造したもの（試験符号Ｅお
よびＦ）もまたこのような大きな伸び特性が発現
されず、従つて焼鈍温度を選定しても大きな伸び
特性を有する極細線を得られないことが明らかと
なる。 このようにして、本発明の製造方法により製造
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、例えば半導体チツプと外部端子とを電気
的に接続するボンデイ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を満足し、且つ好
ましいループ形状の形成に望まれる高い伸び特性
を充分に満足できることが確認されたのである。 実際のアルミニウム極細線の製造では、このよ
うな軟化曲線に基づいて所要の伸び特性および強
度特性を得るように最終焼鈍の温度を適宜選定す
れば良いのである。 発明の効果 従来の製造方法で得られるアルミニウム極細
線よりも著しく大きな伸び特性を有する極細線
を容易に製造できる。 このような高い伸び特性を得るために強度を
犠牲にしていない。 伸び特性が大きいので、ボンデイングワイヤ
として使用する場合、その配線作業におけるワ
イヤのループを好ましい形状にできる。 従つて、アルミニウム極細線自体の品質を向
上でき、この結果、これを使用する製品の信頼
性を著しく向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法で製造したアルミニ
ウム極細線の最終的な焼鈍温度の選定に有効な軟
化曲線を示すグラフ。第２図は比較例とせる従来
法により製造したアルミニウム極細線の軟化曲線
を示すグラフ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一方向に指向せる柱状晶組織からなるAl−
   Cu基合金材を溶体化処理した後、塑性加工の中
   間段階で焼鈍処理を施すことなく最終線径の線材
   にまで塑性加工し、然る後170℃〜400℃の温度範
   囲で焼鈍処理することを特徴とする伸び特性に優
   れたアルミニウム極細線の製造方法。