JP2023009550A - アルミニウム合金圧延材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な熱伝導性と低い熱膨張係数のアルミニウム合金圧延材を提供する。【解決手段】化学組成が、Ｓｉ：１７．５～２２質量％、Ｆｅ：０．１～１．５質量％、Ｃｕ：０．００５～０．３質量％、Ｍｎ：０．００５～０．２質量％、Ｍｇ：０．９～３．５質量％、Ｚｎ：０．００２～０．１質量％、Ｔｉ：０．０１～０．２質量％、Ｇａ：０．０１～０．５質量％、Ｓｒ：０．００８～０．０５質量％を含有し、更に０．５≦（Ｓｉ－１２．５）／（Ｆｅ＋２．２Ｍｇ）なる条件を満たし、残部がＡｌと不可避不純物とする。【選択図】なし

Description

この発明は、回路基板やパワーモジュール等の発熱体を搭載する金属ベース基板に好適に用いられるアルミニウム合金圧延材およびその製造方法に関する。

近年、自動車の電装化や各種電源回路の高能率化ニーズを受けた電子部品・電子回路の飛躍的発達に伴い、半導体素子、特に電力用半導体（パワーデバイス）や、各種照明器具、自動車のヘッドランプやリアランプ等の光源となる発光ダイオード（ＬＥＤ）を搭載する回路にメタルベースプリント基板が多用されるようになってきた。

このような用途に用いられるメタルベースプリント基板は金属の上に絶縁層を重ね、更にその上に回路を構成する導体である銅箔を貼り合わせるのが、標準的な構成となっている。

特に近年、ＬＥＤ素子を搭載した照明用途のアルミニウムベースプリント基板は、ＬＥＤの発光による発熱を拡散させることで長寿命化を図ることができるため需要が高まっている。

またアルミニウムベースプリント基板は、照明用ＬＥＤ搭載基板以外でも電力用半導体素子の性能の安定化、基板温度低減によるその他の電子部品の熱によるダメージからの保護等のメリットが得られることが知られている。

このベースとなる金属には銅またはアルミニウムが使われている。このうち軽量化を目的としてアルミニウム合金の検討が進んでいるが、アルミニウムベースとした場合、絶縁層を挟んで回路を構成する銅箔との熱膨張係数の差によって発生する基板の反りや冷熱サイクルによって発生する回路銅箔の断線や銅箔と素子を接合するハンダ部におけるクラック発生等が生じやすいという課題がある。特に近年の電子部品の高密度実装に伴う回路の精細化や高発熱部品の増加による極端な冷熱サイクル部位の存在により、上記課題の解決がより重要となってきている。

このような用途に対し、ＪＩＳ１１００、１０５０、１０７０等の純アルミニウム合金は熱伝導性に優れるが、銅との熱膨張係数の差が大きく、かつ強度が低いことによる反りの発生の課題がある。一方、高強度材として知られるＪＩＳ５０５２等のＡｌ－Ｍｇ系合金（５０００系合金）は、強度は高いが回路を構成する銅箔との熱膨張係数の差が大きいため、前述するハンダ部のクラック発生の可能性の面で不利である。また、熱伝導率が純アルミニウムより低いため放熱特性に劣る。また、Ａｌ－Ｓｉ系合金（４０００系合金）を用いて銅箔との熱膨張係数の差を小さくする試みも検討されているが、上記課題を十分に満足させるものではなく、またプリント配線基板製造時のドリル加工性についても必ずしも満足させるものにはなっていないのが現状である。

例えば、特許文献１には、Ｓｉを３～２０％含有し、更にＦｅを０．０５～２．０％、Ｍｇを０．０５～２．０％、Ｃｕを０．０５～６．０％、Ｍｎを０．０５～２．０％、Ｎｉを０．０５～３．０％、Ｃｒを０．０５～０．３％、Ｖを０．０５～０．３％、Ｚｒを０．０５～０．３％、Ｚｎ１．０％を超え７．０％以下のうち１種または２種以上を含有し、残部がＡｌと不純物からなるＡｌ基合金素地板の少なくとも表面層に平均粒径５μm以下の共晶Ｓｉ粒子またはそれと最大粒径１５μm以下の初晶Ｓｉ粒子が分散含有し、かつ該素地板の両面には厚さ５μm以上の陽極酸化皮膜が形成されてなることを特徴とするＡｌ基プリント配線板が開示されている。

特許文献２ならびに特許文献３には、両面クラッド材の芯材として、Ｓｉ：５～３０質量％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなり、更にＦｅ：１質量％以下、Ｎｉ：１質量％以下、Ｃｕ：０．３質量％以下、Ｐ：０．１質量％以下、Ｂ：０．０５質量％以下、Ｍｎ：０．２質量％以下、Ｚｎ：０．２質量％以下からなる熱膨張係数が低くかつ加工性に優れたクラッド材およびプリント配線基板が開示されている。

特許文献４には、リン酸電解浴中で陽極酸化処理を施すプリント回路用配線基板にＡｌ－Ｍｇ系（５０５２合金）、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金を用いるプリント配線基板及びその製造方法が開示されている。

特許文献５には、２５０℃を上回る温度範囲に成形温度を持つ高耐熱性樹脂で形成したアルミベース回路基板にＭｎ：０．０５～１．０重量％、Ｍｇ：３．５～５．６重量％、Ｃｒ：０．０５～０．２５重量％を含有するアルミニウム合金が開示されている。

特開平６－４１６６７号公報 特開２００６－３２８５３０号公報 特開２００７－３０２９３９号公報 特開２００６－２４９０６号公報 特開２０１５－８８６１２号公報

しかしながら、特許文献１では低熱膨張係数のＡｌ－Ｓｉ系合金を選択して共晶Ｓｉ粒子や初晶Ｓｉ粒子のサイズや分散度について検討し、かつ陽極酸化皮膜を改良して絶縁接着剤層との表面密着性を向上させているものの、ドリル・ルーター加工に対する被削性については検討されていない。

特許文献２は、特許文献１において課題となっている表面密着性を両面クラッドによって解決しようとしたものであり、皮材となるアルミニウム合金に純アルミ系またはＡｌ－Ｍｎ系を用いているが、クラッド工程を含むため工程が複雑となり製造コスト面で不利となっている。

特許文献３は、特許文献２と同様に表面密着性を両面クラッドによって解決しようとしたものであり、皮材となるアルミニウム合金にＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系を用いて密着性に加え表面硬度アップを狙っているが、やはりクラッド工程を含むため工程が複雑となり製造コスト面で不利となっている。

特許文献４は、陽極酸化皮膜の特性改善を詳細に検討し、樹脂製絶縁材に対し安定した接着性を得ると共に接着性を向上させることを狙いとしているが、アルミニウム基材がＡｌ－Ｍｇ系（５０００系）またはＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系（６０００系）であり、銅箔との熱膨張による課題は解決されていない。

特許文献５には、高耐熱性の絶縁層をその耐熱温度以上の焼鈍温度を持つ高強度アルミニウムと積層成形することでアルミニウムの軟化による平面度の低下を防止し更にパワーモジュールなどの用途として高い温度環境下での耐熱性を確保することが開示されているが、銅箔との熱膨張による課題は解決出来ていない。

上記のように、アルミニウム基板の課題となっている銅箔との熱膨張差、放熱性、表面密着性、被削性を備えるアルミニウム合金板を得ることは従来技術では非常に困難である。

本発明は、上述した技術背景に鑑み、低い熱膨張係数と高い熱伝導率を有するアルミニウム合金圧延材及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意研究の結果、アルミニウム圧延材の組成と製造工程を検討することで、回路を構成する銅箔との熱膨張係数の差によって発生する基板の反りや冷熱サイクルによって発生する回路銅箔の断線、銅箔と素子を接合するハンダ部におけるクラック発生の可能性を低減し、かつドリル・ルーター加工に対する被削性を確保しながら、放熱性に優れたアルミニウム合金圧延材が得られることを見出し、本発明に至った。即ち、本発明は、下記（１）～（１０）に記載の構成を有する。
（１）化学組成が、Ｓｉ：１７．５～２２質量％、Ｆｅ：０．１～１．５質量％、Ｃｕ：０．００５～０．３質量％、Ｍｎ：０．００５～０．２質量％、Ｍｇ：０．９～３．５質量％、Ｚｎ：０．００２～０．１質量％、Ｔｉ：０．０１～０．２質量％、Ｇａ：０．０１～０．５質量％、Ｓｒ：０．００８～０．０５質量％を含有し、更に０．５≦（Ｓｉ－１２．５）／（Ｆｅ＋２．２Ｍｇ）なる条件を満たし、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金圧延材。
（２）更に、Ｎａ：０．０００５～０．０４質量％、Ｃａ：０．０００５～０．０４質量％の一種以上を含有することを特徴とする上記（１）に記載のアルミニウム合金圧延材。
（３）更に、Ｐが０．００５質量％以下に規制されている上記（１）または（２）に記載のアルミニウム合金圧延材。
（４）更に、Ｎｉ：０．００１～１．５質量％、Ｃｒ：０．００１～０．１５質量％、Ｖ：０．００１～０．０３質量％、Ｂ：０．０００２～０．０２質量％、Ｚｒ：０．０００２～０．０３質量％を含有することを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のアルミニウム合金圧延材。
（５）更にＰｂ：０．０１～０．６質量％、Ｓｎ：０．０１～０．６質量％の一種以上を含有し、かつＮａ：０．０００５～０．０２質量％、Ｃａ：０．０００５～０．０２質量％の一種以上を含有し、Ｐ：０．００３質量％以下、Ｉｎ：０．００４質量％以下、Ｂｉ：０．０１質量％以下、Ｓｂ：０．０１質量％以下に規制されていることを特徴とする上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のアルミニウム合金圧延材。
（６）Ｓｉ：１８．５～２１質量 ％、Ｆｅ：０．３～１．２質量％、Ｃｕ：０．０１～０．２５質量％、Ｍｎ：０．０１～０．１８質量％、Ｍｇ：１．５～３．０質量％、Ｚｎ：０．０１～０．０８質量％、Ｔｉ：０．０３～０．１５質量％、Ｇａ：０．０５～０．３質量％、Ｓｒ：０．０１～０．０３質量％を含有することを特徴とする上記（１）ないし（５）のいずれかに記載のアルミニウム合金圧延材。
（７）圧延方向に平行な板厚断面を研磨して観察される、長辺方向が２０μm以上のサイズの金属間化合物でＳｉを主成分（Ｓｉ組成比率で８０質量％以上）とするものの面積占有率が、長辺方向が２０μm以上の金属間化合物全体の５０％未満であることを特長とする上記（１）ないし（６）のいずれかに記載のアルミニウム合金圧延材。
（８）上記（１）ないし（７）のいずれかに記載のアルミニウム合金圧延材で規定されている組成を有するアルミニウム合金鋳塊に後続して実施される面削の前または後に４７０℃以上５４０℃以下の温度で１時間以上２０時間以下の時間にて均質化処理を実施した後、４５０℃以上５４０℃以下の温度で０．５時間以上１０時間保持後に熱間圧延を開始し、複数の圧下パスにより圧下率９５％以上９９．５％以下の熱間圧延を実施した後、３０％以上９８．５％以下の冷間圧延を施す工程を含むことを特徴とするアルミニウム合金圧延材の製造方法。
（９）冷間圧延を施す工程の開始から終了のいずれかのパスの前後に少なくとも１回、２６０℃以上４００℃以下、０．５時間以上１０時間以下保持による熱処理工程を含むことを特徴とする上記（８）に記載のアルミニウム合金圧延材の製造方法。
（１０）冷間圧延を施す工程が終了した後に少なくとも１回、１５０℃以上２４０℃以下、１時間以上２０時間以下保持による熱処理工程を含むことを特徴とする上記（９）に記載のアルミニウム合金圧延材の製造方法。

上記（１）に記載のアルミニウム合金圧延材は、その化学組成とＳｉ，Ｆｅ，Ｍｇの組成関係式を満足することで低い熱膨張係数と高い熱伝導率、ならびに優れた熱間加工性を兼ね備えている。

上記（２）（３）に記載のアルミニウム合金圧延材によれば、更に晶出物（金属間化合物）の粗大化を抑止し、熱間加工性を改善する効果が得られる。

上記（４）に記載のアルミニウム合金圧延材によれば、熱伝導率の低下を抑えながら更に低い熱膨張係数を得ることができる。

上記（５）に記載のアルミニウム合金圧延材によれば、ドリル加工性が改善される。

上記（６）に記載のアルミニウム合金圧延材によれば、低い熱膨張係数と高い熱伝導率を更に兼ね備えることができる。

上記（７）に記載のアルミニウム合金圧延材によれば、更に優れた熱間加工性とドリル加工性が改善される。

上記（８）に記載のアルミニウム合金圧延材の製造方法によれば、低い熱膨張係数と高い熱伝導率を兼ね備えたアルミニウム合金圧延材を作製することができる。

上記（９）に記載のアルミニウム合金圧延材の製造方法によれば、アルミニウム合金圧延材の機械的性質、特に伸びを改善させるとともに熱伝導率を向上させることができる。

上記（１０）に記載のアルミニウム合金圧延材の製造方法によれば、アルミニウム合金圧延材の機械的性質を改善させるとともに残留歪みを解消して反りの発生を抑制することができる。

本発明のアルミニウム合金圧延材は、合金の化学組成が規定されている。
［アルミニウム合金圧延材の化学組成］
（Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｒ）
アルミニウム合金圧延材は、必須元素として、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｒを含有している。各元素の添加意義および含有量は以下の通りである。また、残部はＡｌおよび不可避不純物である。

Ｓｉはアルミニウム合金の熱膨張係数を低くするために必要な元素である。Ｓｉ含有量が多くなるほど熱膨張係数は低くなる。本発明では、Ｓｉ含有量は１７．５～２２質量％とする。Ｓｉ含有量が１７．５質量％未満では所期する低い熱膨張係数を得ることができない。一方、Ｓｉ含有量が２２質量％を超えると、更に低い熱膨張係数が得られるものの、Ａｌ－１２．６質量％Ｓｉの共晶組成以上で溶解・鋳造時に晶出する初晶Ｓｉの発生量が更に増加し、熱間圧延での圧延性が極めて低下するとともに、基板加工時のドリル・ルーター加工性に悪影響を及ぼす。更にＳｉ含有量は１８．５～２１質量％以下であることが好ましく、特に１９～２０．５質量％以下であることが一層好ましい。

Ｆｅは合金の熱膨張係数の低下に有効な元素であり、強度向上にも有効で耐熱性を向上させる効果もある。一方でＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系の金属間化合物を形成することも知られており、特に含有量が多くなると溶解鋳造時にこれが粗大な晶出物となるため、加工性が低下し、熱間圧延、冷間圧延時に耳割れ発生を助長する。従って、Ｆｅ含有量は０．１～１．５質量％とする。更に０．３～１．２質量％であることが好ましく、特に０．５～０．９質量％であることが一層好ましい。

Ｍｇはアルミニウムに固溶することで強度向上に寄与する元素であるが同時に製品加工時の熱伝導率を低下させ放熱性を低下させる要因にもなり得る。また、ＳｉとＭｇ－Ｓｉ系の金属間化合物を形成することも良く知られており、特に含有量が多くなると溶解鋳造時にこれが粗大な晶出物となるため、加工性が著しく低下し、熱間圧延、冷間圧延時に耳割れ発生を助長する。従って、Ｍｇの含有量は０．９～３．５質量％とする。更に１．５～３．０質量％以下であることが好ましく、特に１．８～２．５質量％であることが一層好ましい。

Ｃｕは強度向上に有効な元素であり、熱膨張係数の低減も期待できるが、含有量が多くなると耐食性が低下する。また多量に含有すると熱間圧延時の加工性が著しく低下すると共に製品加工時の熱伝導率が低下し放熱性に悪影響を及ぼす。従ってＣｕ含有量の範囲は０．００５～０．３質量％とする。更に０．０１～０．２５質量％であることが好ましく、特に０．０８～０．１８質量％であることが一層好ましい。

Ｍｎは再結晶粒の微細化のために一般的に添加される合金元素であるが、必要以上に添加すると熱伝導率の低下を招く。従って、Ｍｎの含有量は０．００５～０．２質量％とする。更に０．０１～０．１８質量％であることが好ましく、特に０．０３～０．１２質量％であることが一層好ましい。

ＺｎはＭｇと共存させることで強度向上に有効であることが知られているが、含有量が多くなると合金材の耐食性を低下させ、またアルミニウムの熱膨張係数を大きくする元素である。従ってＺｎの含有量は０．００２～０．１質量％とする。更に０．０１～０．０８質量％が好ましく、特に０．０３～０．０６質量％であることが一層好ましい。

Ｔｉは、合金をスラブに鋳造する際に結晶粒を微細化する効果がある。しかしながら、多量に含有すると、サイズの大きい晶出物が多く生成するため、製品の加工性や熱伝導性が低下する。従って、Ｔｉ含有量は０．０１～０．２質量％とする。更に０．０３～０．１５質量％が好ましく、特に０．０６～０．１２質量％であることが一層好ましい。

Ｇａは結晶粒界や晶出物界面に偏析しやすい元素であり、硬質粒子を含む難削材のドリル・ルーター加工性の改善に有効な元素である。但し、多量に含有すると熱間圧延、冷間圧延に表面割れを発生させ加工性を著しく低下させるとともに製品加工後の熱伝導率が低下し放熱性に悪影響を及ぼす。従って、Ｇａの含有量は０．０１～０．５質量％とする。更に０．０５～０．３質量％であることが好ましく、更に０．０８～０．２質量％であることが一層好ましい。

Ｓｒは共晶Ｓｉ粒子の微細化に効果的な元素である。但し、多量に含有すると溶解鋳造時のポロシティーの発生を誘発する。従ってＳｒ含有量は０．００８～０．０５質量％とする。更に０．０１～０．０３質量％が好ましく、特に０．０１５～０．０２５質量％であることが一層好ましい。
（Ｎａ、Ｃａ）
アルミニウム合金圧延材は、要すれば更にＮａ、Ｃａの一種以上の含有が許容される。これらの元素は主として鋳造時にアルミニウム合金溶湯から晶出する金属間化合物に影響を及ぼす元素である。各元素の添加意義または制御意義、および含有量は以下の通りである。

Ｎａは共晶Ｓｉ粒子の微細化に効果的な元素である。但し、その効果はＳｒよりは弱く、補助的な効果に留まる。また多量に含有するとＳｒと同様に溶解鋳造時のポロシティーの発生を誘発するため、必要量以上の添加は好ましくない。従って、本発明ではＳｒの添加を優先させ、Ｎａ含有量は０．０００５～０．０４質量％まで含有できるものとする。更に０．０００５～０．０２質量％が好ましく、特に０．０００５～０．０１質量％であることが一層好ましい。

Ｃａは共晶Ｓｉ粒子の微細化に効果的な元素である。但し、その効果はＳｒよりは弱く、補助的な効果に留まる。また多量に含有するとＳｒと同様に溶解鋳造時のポロシティーの発生を誘発するため、必要量以上の添加は好ましくない。従って、本発明ではＳｒの添加を優先させ、Ｃａ含有量は０．０００５～０．０４質量％まで含有できるものとする。更に０．０００５～０．０２質量％が好ましく、特に０．０００５～０．０１質量％であることが一層好ましい。
（Ｐ）
アルミニウム合金圧延材は、上述したＳｒ、Ｎａ、Ｃａの存在下で、更にＰの含有量を規制する。Ｐは初晶Ｓｉの微細化に効果のある元素として良く知られているが、Ｓｒ、Ｎａ、Ｃａと共存するとその効果を著しく減じる。従って、Ｐ含有量は０．００５質量％以下とする。更に０．００３質量％以下が好ましく、特に０．００２質量％以下であることが一層好ましい。
（Ｎｉ）
アルミニウム合金圧延材は、要すればさらにＮｉを含有する。Ｎｉは合金の熱膨張係数を低下に有効な元素であり、強度向上にも有効である。また、耐熱性を向上させる効果もあるが、多量に含有するとＡｌとの金属間化合物を形成することで加工性が著しく低下し、熱間圧延、冷間圧延が困難となる。従ってＮｉ含有量は０．００１～１．５質量％とする。更に０．０５～１．２質量％であることが好ましく、更に０．１～０．８質量％であることが一層好ましい。
（Ｃｒ、Ｖ、Ｂ、Ｚｒ）
アルミニウム合金圧延材は、要すればさらに、Ｃｒ、Ｖ、Ｂ、Ｚｒを含有する。これらの元素は主として結晶粒の微細化に影響を及ぼす元素であり、機械的性質の改善に有効な元素である。

Ｃｒは強度向上ならびに結晶粒の微細化に有効な元素である。しかしながら多量に含有すると熱間圧延時の加工性が低下すると共に製品加工後の熱伝導率が著しく低下し放熱性に悪影響を及ぼす。従ってＣｒの含有量は０．００１～０．１５質量％とする。更に０．００２～０．１２質量％であることが好ましく、特に０．００４～０．０８質量％であることが一層好ましい。

Ｖは強度向上ならびに結晶粒の微細化に有効な元素である。しかしながら多量に含有すると熱間圧延時の加工性が低下すると共に製品加工後の熱伝導率が著しく低下し放熱性に悪影響を及ぼす。従ってＶの含有量の範囲は０．００１～０．０３質量％とする。更に０．００２～０．０２質量％であることが好ましく、特に０．００４～０．０１質量％であることが一層好ましい。

Ｚｒは強度向上ならびに結晶粒の微細化に有効な元素である。しかしながら多量に含有すると熱間圧延時の加工性が低下すると共に製品加工後の熱伝導率が著しく低下し放熱性に悪影響を及ぼす。従ってＺｒの含有量の範囲は０．０００２～０．０３質量％とする。更に０．００５～０．０２質量％であることが好ましく、特に０．００８～０．０１５質量％であることが一層好ましい。

Ｂは合金をスラブに鋳造する際に結晶粒を微細化する効果がある。しかしながら、多量に含有すると、硬質の晶出物が多く生成するため、製品の被削性を著しく低下させる。従って、Ｂの含有量は０．０００２～０．０２質量％とする。更に０．００１～０．０１５質量％が好ましく、特に０．００２～０．０１質量％であることが一層好ましい。
（Ｐｂ、Ｓｎ）
アルミニウム合金圧延材は、要すればさらにＰｂ、Ｓｎの１種以上を含有する。

Ｐｂ、Ｓｎはアルミニウム中の固溶限が極めて低く、また結晶粒界や晶出物界面に偏析しやすく、加えて融点がＡｌに比べて低いこともあり、硬質粒子を含む難削材のドリル・ルーター加工性の改善に有効な元素である。前記効果はＰｂ、Ｓｎで共通であり、任意の１種以上の含有で達成される。勿論、２種を含有させることもできる。ただし、多量に含有すると熱間圧延、冷間圧延に表面割れを発生させ加工性を低下させる。従って、ＰｂならびにＳｎの含有量は０．０１～０．６質量％以下とする。さらに０．０５～０．２質量％が好ましく、特に０．０３～０．１５質量％であることが一層好ましい。
（Ｓｂ、Ｂｉ、Ｉｎ）
アルミニウム合金圧延材は、上述したＳｒ、Ｐｂ、Ｓｎの存在下で、さらにＳｂ、Ｂｉ、Ｉｎを規制する。

Ｓｂ、Ｂｉは、Ｐｂ、Ｓｎと共存することで硬質粒子を含む難削材のドリル・ルーター加工性の改善に有効な元素である。しかしながら一方でＳｒによる晶出物の微細化効果を阻害する。従って本願発明ではＳｒの添加による微細化効果を優先させ、ＳｂならびにＢｉの含有量は０．０１質量％以下とする。更に０．００８質量％以下が好ましく、特に０．００５質量％以下であることが一層好ましい。

Ｉｎは耐食性を著しく低下させるため少ないことが好ましい。不可避不純物としてのＩｎ含有量は０．００４質量％以下であることが好ましく、更に０．００３質量％以下であることが好ましく、特に０．００２質量％以下であることが一層好ましい。
（Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｇ量とその比率）
アルミニウム合金圧延材は、Ｓｉ含有量に対し最適なＦｅ、Ｍｇ量が存在する。これは上述したＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系とＭｇ－Ｓｉ系の金属間化合物ならびにＡｌ－Ｓｉ系合金の共晶Ｓｉ相の晶出の相互作用による。本発明者らは鋭意研究の結果、これらの最適値が質量％で０．５≦（Ｓｉ－１２．５）／（Ｆｅ＋２．２Ｍｇ）の関係にあることを見出した。すなわち、各元素の組成範囲においてＳｉ、Ｆｅ、Ｍｇ含有量を上記範囲とすることで、それぞれが更に微細化される。
（金属間化合物）
アルミニウム合金圧延材において、Ｓｉを主成分とする大きなサイズの金属間化合物が多いと、熱間加工性とドリル加工性が阻害される。従って、圧延方向に平行な板厚断面を研磨して観察される、長辺方向が２０μm以上のサイズの金属間化合物でＳｉを主成分（組成比率で８０質量％以上）とするものの面積占有率が、長辺方向が２０μm以上の金属間化合物全体の５０％未満であることが望ましい。これによって、更に優れた熱間加工性とドリル加工性の改善を期待できる。面積占有率は更に４５％以下が好ましく、特に４０％以下であることが一層好ましい。
（アルミニウム合金圧延材の製造方法）
上述した本発明のアルミニウム合金圧延材、即ち所期する熱膨張係数αおよび熱伝導率λを有する圧延材は、例えば、所定組成のアルミニウム合金鋳塊から圧延材を作製する工程において、所定の熱処理を行い、所定の条件で熱間圧延および冷間圧延を実施することによって得ることができる。以下に各工程について詳述する。
（アルミニウム合金鋳塊）
常法にて溶解成分調整し、アルミニウム合金鋳塊を得る。
（均質化処理工程）
前記均質化処理はアルミニウム合金鋳塊中に固溶する元素濃度を均一にするために実施するが、処理温度が高すぎると共晶融解が生じるため、４７０℃～５４０℃で行うことが好ましく、特に４８０℃～５２０℃で行うことが好ましい。処理時間（保持時間）は１時間～２０時間が好ましく、特に２時間～１５時間が好ましい。

一般に、アルミニウム合金鋳塊を圧延する場合は鋳塊の表面近傍の不純物層を除去するために面削を行う。上述した均質化処理は、面削前、面削後のどちらの時期に行ってもよい。
（予備加熱工程）
アルミニウム合金鋳塊は、圧延に供する前に予備加熱を行う。予備加熱はアルミニウム合金鋳塊を４５０℃～５４０℃で０．５時間～１０時間保持することにより行う。さらに好ましい条件は、４７０℃～５２０℃で１時間～８時間である。

なお、前記均質化処理の処理条件と予備加熱の処理条件は一部が重複しているので、重複する条件において１回の熱処理を行い、この熱処理で均質化処理と予備加熱の両方を兼ねることができる。
（熱間圧延工程）
予備加熱を施したアルミニウム合金鋳塊に、複数パスにより、圧下率９５％～９９．５％の熱間圧延を行う。

熱間圧延は粗熱間圧延と仕上げ熱間圧延からなり、粗熱間圧延機を用い複数のパスからなる粗熱間圧延を行った後、粗熱間圧延機とは異なる仕上げ熱間圧延機を用いて仕上げ熱間圧延を行う。なお、本発明において、粗熱間圧延機での最終パスを熱間圧延の最終パスとする場合は、仕上げ熱間圧延を省略することができる。

後述の冷間圧延をコイルで実施する場合には、仕上げ熱間圧延後のアルミニウム合金圧延材を巻き取り装置で巻き取って熱延コイルとすればよい。仕上げ熱間圧延を省略し、熱間粗圧延の最終パスを熱間圧延の最終パスとする場合は、熱間粗圧延の後、アルミニウム合金圧延材を巻き取り装置にて巻き取って熱延コイルとしてもよい。

熱間粗圧延では、熱間粗圧延の各パスの目標板厚構成とクーラント量やロール回転速度、パス間の冷却等による温度コントロールにより、所定のシートクラウンを有し、かつ難加工材に比較的発生しやすい圧延端部割れ（以下、耳割れ）や圧延表面欠陥のないアルミニウム合金圧延材を得ることができる。

上記粗熱間圧延のパス間の冷却は、アルミニウム合金圧延材を圧延しながら圧延後の部位に対し順次実施してもよいし、アルミニウム合金圧延材全体を圧延した後実施してもよい。冷却の方法は限定されないが、水冷であっても空冷であってもよいし、クーラントを利用してもよい。

本発明において、粗熱間圧延の最終パス後に仕上げ圧延を行わない場合は、熱間圧延の最終パス直後のアルミニウム合金圧延材の表面温度を熱延上り温度とし、粗熱間圧延の最終パス後に仕上げ圧延を行う場合は、仕上げ圧延直前のアルミニウム合金圧延材の表面温度を熱延上り温度とする。

前記熱延上り温度は２８０℃以上とすることが好ましい。熱延上り温度を２８０℃以上とすることにより、圧延時の温度低下による耳割れを抑制することができる。なお、後工程の冷間圧延をコイルで実施するために熱間圧延後にコイル巻き取りを実施する際、温度が低くなりすぎると巻き取り張力によっては板幅端部の耳割れが進展しやすくなる。従って、コイル状に巻き取る場合で仕上げ熱間圧延を行わない場合には、上記のように熱間粗圧延最終パス上りのアルミニウム合金板の表面温度は２８０℃以上が好ましいが、熱間粗圧延後に熱間仕上げ圧延を行う場合は、板幅端部の耳割れ防止のため熱間仕上げ圧延後のアルミニウム合金板の表面温度を２６０℃以上とすることが好ましい。
（冷間圧延工程）
熱間圧延終了後、所定の厚さのアルミニウム合金圧延材を得るまで、複数パスにより冷間圧延を行う。冷間圧延を実施することにより一般に加工硬化にて強度は向上する。熱間圧延終了後、前記熱処理により時効硬化させたアルミニウム合金圧延材に冷間圧延を実施すると加工硬化による強度向上効果が期待できる。冷間圧延の総圧下率は所定の強度を得るために３０％以上で実施されることが好ましい。冷間圧延によるアルミニウム合金圧延材の総圧延率はさらに４０％以上が好ましく、特に５０％以上が好ましい。総圧下率の上限は、加工硬化による伸びの低下を考慮し、９８．５％以下とする。

前記冷間圧延工程のパス前またはパス間にて、板幅端部の耳割れ部位をトリミングし、さらに冷間圧延を進めることで板破断を防ぐ工程を含めても良い。
（冷間圧延工程中または冷間圧延工程後の熱処理）
前記冷間圧延工程中および／または冷間圧延工程後に圧延材に熱処理を行うことが好ましい。

冷間圧延工程中に行う熱処理、即ち中間熱処理は２６０℃～４００℃で０．５時間～１０時間の保持が好ましく、機械的性質、特に伸びを改善させるとともに導電率を向上させることができる。前記熱処理は、任意のパス前またはパス後に行い、複数のパスに対して行っても良い。熱処理の特に好ましい温度は２８０℃～３８０℃であり、３００℃～３７０℃がなお一層好ましい。また、特に好ましい熱処理時間は１時間～９時間であり、２時間～８時間がなお一層好ましい。

冷間圧延後の熱処理、即ち最終熱処理は１５０℃～２４℃で1時間～２０時間の保持が好ましい。前記冷間圧延によって圧延材に残留歪が残り板材に反りが発生する場合があるが、前記熱処理によって残留歪みを解消することができる。熱処理の特に好ましい温度は１６０℃～２２０℃であり、特に好ましい熱処理時間は５時間～２０時間である。また、この熱処理は、平板の上に圧延材を設置し、上部から重しを乗せた平板にて挟み込んで矯正（加圧焼鈍）することがさらに有効である。

上述したアルミニウム合金圧延材の製造方法は、コイルで行ってもよく、単板で行ってもよい。また、冷間圧延工程より後の任意の工程でアルミニウム合金圧延材を切断し切断後の工程を単板で行ってもよいし、用途に応じスリットして条にしても良い。また、所期する圧延材の特性を損なわない限り、他の工程を追加してもよい。例えば、冷間圧延後のアルミニウム合金圧延材に必要に応じて洗浄を実施しても良い。

以下に、本発明を実施例により説明する。なお、本発明は、ここに記述する実施例に発明の範囲を限定するものではなく、本発明の趣旨に適合しうる範囲で適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術範囲に含まれる。

まず、表１の化学組成のアルミニウム合金スラブを鋳造し、得られたスラブの圧延面に面削加工を施し、厚さ３００ｍｍ×幅９５０ｍｍ×長さ１５００ｍｍとした。次に、加熱炉中で表２記載の均質化処理を実施した後、同じ炉中で温度を降下させ、表２記載の熱間圧延前加熱温度に到達後に保持し、表２記載の条件にて熱間圧延を実施し、表２記載の熱延上り温度、板厚の熱間圧延板を得た。仕上げ熱間圧延後の合金板に表２記載の中間熱処理、冷間圧延、最終熱処理を施し、所定の板厚のアルミニウム合金板を得た。

熱間圧延時の圧延加工性については、以下の方法により評価した。
［耳割れ］
熱間圧延後にコイル巻き取りをする際、板幅両端部の耳割れの端面からの長さを圧延板上面より記録し、板幅端部に発生したクラックの最大値が１５ｍｍ以下のものを「○」、１５ｍｍを超え２０ｍｍ以下のものを「△」、２０ｍｍを超えるものを「×」とした。
［Ｓｉ系金属間化合物の面積占有率］
得られた合金板の金属間化合物の面積占有率については、まず最終熱処理後の板厚断面を圧延方向に平行に切り出して埋込樹脂にて固定し、回転式研磨機を用いてエメリ研磨、バフ研磨を実施し供試材とした。次に電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）にて２５０×２００μmの視野を５ヶ所選択し、視野内の金属間化合物（晶出物）の内、最も長い辺が２０μm以上のサイズの金属間化合物に対して組成分析を行い、Ｓｉを主成分（組成比率で８０質量％以上）とするものとそれ以外に分けた後、二値化処理にてＳｉを主成分とする粒子の面積占有率を計算により求め、５０％未満のものを「○」、５０％以上のものを「×」とした。

得られた合金板の引張強さ、伸び、導電率、熱膨張係数を以下の方法により評価した。
［引張強さ、伸び］
引張強さ（σB）および伸び（δ）は、ＪＩＳＺ ２２０１に定めるＪＩＳ５号試験片にて、圧延方向に対し平行方向に採取した試料について常温、常法により測定した。
引張強さは１５０ＭＰａ以上のものを「○」、伸びは１０％以上のものを「○」とした。
［熱伝導率］
得られた合金板の熱伝導率はレーザーフラッシュ法で測定した。測定条件は以下の通りである。
・測定方法：レーザーフラッシュ法（パルスレーザー）
・測定温度：２５℃
・試料形状：１．５×１０ｍｍφ
・雰囲気：真空中
とした。熱伝導率は、１８０Ｗ／ｍＫ以上のものを「○」、１８０Ｗ／ｍＫ未満のものを「×」とした。
［熱膨張係数］
得られた合金板の線膨張係数は熱機械分析（ＴＭＡ）法で測定した。測定条件は以下の通りである。
・測定方法：ＴＭＡ法（示差膨張方式）
・測定温度パターン：２０～１００℃（基準温度２０℃、昇温速度：５℃／ｍｉｎ）
・試料形状：１．５×３×１８ｍｍ
・雰囲気：Ｈｅガス中
・参照試料：石英
とし、２０～１００℃（２０℃間隔）の線膨張量（ΔＬ）、２０℃との温度変化（ΔＴ）、室温時の長さ（Ｌ_０）から各温度における線膨張率を求め（ΔＬ／Ｌ_０）それらを平均して熱膨張係数とした。熱膨張係数が１９．０×１０^－６／Ｋ以下のものを「○」、１９．０×１０^－６／Ｋを超えるものを「×」とした。

プリント配線基板の反りの評価方法として反り率の測定を実施した。反り率の測定方法は以下の通りである。
［反り率］
反り率の評価は、ＪＩＳ Ｃ ６４８１プリント配線板用銅張積層板試験方法の５．２２ 反り率及びねじれ率（静置法）に定める方法に従って実施した。

供試材は、
・アルミニウム基材：１．５ｍｍ厚／絶縁層：１００μｍ／銅箔：７０μｍ全面貼り付け
・裁断寸法：１００×２００ｍｍ
とし、プリント配線板のアルミ基材側の実体温度で２２０℃×１２０ｓｅｃ加熱保持後にファン空冷し、常温における長辺側の最大高さｈ_１を計測して加熱前に予め測定した最大高さｈ_０との差異：Ｈ＝ｈ_１－ｈ_０を長辺長さ：２００ｍｍで除した値を反り率：Ｗ＝Ｈ／２００×１００（％）とし、Ｗが１．０％以下のものを「○」、１．０％を超えるものを「×」とした。

プリント配線基板の穴あき性評価方法は穴位置精度の測定とドリル折損性の判定を実施した。ドリル加工条件は以下の通りである。
・ドリルビット：φ０．２５ｍｍ 超硬ドリル
・回転数：１２５，０００ｒｐｍ
・送り速度：２．５ｍ／ｍｉｎ
・ドリルビット数：１０００ヒット（ｎ＝２）
［穴位置精度］
穴位置精度の評価は、プリント配線基板を３枚重ねとし、１０００ヒット（穴あけ加工）後、最下部の基板穴中心部からの誤差間隔を測定し、最大値が８０μｍ以下であるものを「○」、８０μｍを超え１００μｍ以下のものを「△」、１００μｍを超えるものを「×」とした。
［ドリル折損性］
ドリル折損性の評価は、上記条件でドリル加工試験を実施した際のドリル折損の有無について行い、ｎ＝２の試験中に１０００ヒットまで折れなかったものを「○」、いずれか１回でも折れたものを「×」とした。なお、１０００ヒットまでにドリルが折損した供試材については、その時点までのデータで穴位置精度を評価した。

熱間圧延後の耳割れ、最終加工後のアルミニウム基材の引張強さ、導電率、およびプリント配線板の反り、穴位置精度、ドリル折損性の評価結果を表３に示す。表３より、本願規定の化学組成、引張強さ、伸びおよび導電率を満足する実施例記載のアルミニウム合金圧延材が確認できた。

本発明に係るアルミニウム合金圧延材においては、優れた熱伝導性を有するとともに、配線基板に用いた際に銅箔との熱膨張係数の差が小さいため、発熱によって発生する基板の反りや冷熱サイクルによって発生する銅箔と素子を接合するハンダ部におけるクラック等が低減でき、かつドリル・ルーター加工に対する十分な被削性を確保することができて有用である。

Claims (10)

1. 化学組成が、Ｓｉ：１７．５～２２質量％、Ｆｅ：０．１～１．５質量％、Ｃｕ：０．００５～０．３質量％、Ｍｎ：０．００５～０．２質量％、Ｍｇ：０．９～３．５質量％、Ｚｎ：０．００２～０．１質量％、Ｔｉ：０．０１～０．２質量％、Ｇａ：０．０１～０．５質量％、Ｓｒ：０．００８～０．０５質量％を含有し、更に０．５≦（Ｓｉ－１２．５）／（Ｆｅ＋２．２Ｍｇ）なる条件を満たし、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金圧延材。
2. 更に、Ｎａ：０．０００５～０．０４質量％、Ｃａ：０．０００５～０．０４質量％の一種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金圧延材。
3. 更に、Ｐが０．００５質量％以下に規制されている請求項１または請求項２に記載のアルミニウム合金圧延材。
4. 更に、Ｎｉ：０．００１～１．５質量％、Ｃｒ：０．００１～０．１５質量％、Ｖ：０．００１～０．０３質量％、Ｂ：０．０００２～０．０２質量％、Ｚｒ：０．０００２～０．０３質量％を含有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアルミニウム合金圧延材。
5. 更にＰｂ：０．０１～０．６質量％、Ｓｎ：０．０１～０．６質量％の一種以上を含有し、かつＮａ：０．０００５～０．０２質量％、Ｃａ：０．０００５～０．０２質量％の一種以上を含有し、Ｐ：０．００３質量％以下、Ｉｎ：０．００４質量％以下、Ｂｉ：０．０１質量％以下、Ｓｂ：０．０１質量％以下に規制されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアルミニウム合金圧延材。
6. Ｓｉ：１８．５～２１質量 ％、Ｆｅ：０．３～１．２質量％、Ｃｕ：０．０１～０．２５質量％、Ｍｎ：０．０１～０．１８質量％、Ｍｇ：１．５～３．０質量％、Ｚｎ：０．０１～０．０８質量％、Ｔｉ：０．０３～０．１５質量％、Ｇａ：０．０５～０．３質量％、Ｓｒ：０．０１～０．０３質量％を含有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアルミニウム合金圧延材。
7. 圧延方向に平行な板厚断面を研磨して観察される、長辺方向が２０μm以上のサイズの金属間化合物でＳｉを主成分（組成比率で８０質量％以上）とするものの面積占有率が、長辺方向が２０μm以上の金属間化合物全体の５０％未満である請求項１ないし請求項５に記載のアルミニウム合金圧延材。
8. 請求項１～７のいずれかに記載のアルミニウム合金圧延材で規定されている組成を有するアルミニウム合金鋳塊に後続して実施される面削の前または後に４７０℃以上５４０℃以下の温度で１時間以上２０時間以下の時間にて均質化処理を実施した後、４５０℃以上５４０℃以下の温度で０．５時間以上１０時間保持後に熱間圧延を開始し、複数の圧下パスにより圧下率９５％以上９９．５％以下の熱間圧延を実施した後、３０％以上９８．５％以下の冷間圧延を施す工程を含むことを特徴とするアルミニウム合金圧延材の製造方法。
9. 冷間圧延を施す工程の開始から終了のいずれかのパスの前後に少なくとも１回、２６０℃以上４００℃以下、０．５時間以上１０時間以下保持による熱処理工程を含むことを特徴とする請求項８に記載のアルミニウム合金圧延材の製造方法。
10. 冷間圧延を施す工程が終了した後に少なくとも１回、１５０℃以上２４０℃以下、１時間以上２０時間以下保持による熱処理工程を含むことを特徴とする請求項９に記載のアルミニウム合金圧延材の製造方法。