(57)【要約】【課題】熱膨張係数が低くかつ圧延加工性に優れたクラッド材を提供する。【解決手段】心材とその両面の皮材からなるクラッド材(10)において、前記心材(11)が、Ｓｉ：１１〜２０質量％およびＮｉ：１〜６質量％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、前記皮材(12)が、前記心材よりも延性の高いアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されている。前記皮材(12)は、Ａｌ：９８質量％以上を含有し、残部が不純物からなるアルミニウムまたはアルミニウム合金、あるいはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金で構成されていることが好ましい。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
心材とその両面の皮材からなるクラッド材において、
前記心材が、Ｓｉ：１１〜２０質量％およびＮｉ：１〜６質量％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、
前記皮材が、前記心材よりも延性の高いアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されていることを特徴とするクラッド材。
【請求項２】
前記皮材が、Ａｌ：９８質量％以上を含有し、残部が不純物からなるアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されている請求項１に記載のクラッド材。
【請求項３】
前記皮材を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金中のＳｉ濃度が１質量％以下、Ｆｅ濃度が１質量％以下、Ｃｕ濃度が０．５質量％以下、Ｍｎ濃度が２質量％以下である請求項２に記載のクラッド材。
【請求項４】
前記Ｍｎ濃度が０．００２〜１．２質量％である請求項３に記載のクラッド材。
【請求項５】
前記皮材を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金中のＺｎ濃度が０．５質量％以下であり、ＡｌおよびＺｎ以外の元素の合計が０．３質量％以下である請求項３に記載のクラッド材。
【請求項６】
前記皮材が、Ｓｉ：０．２〜０．８質量％、Ｍｇ：０．３〜１質量％、Ｆｅ：０．５質量％以下およびＣｕ：０．５質量％以下を含有し、さらにＴｉ：０．５質量％以下およびＢ：０．１質量％以下の少なくとも一方を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成されている請求項１に記載のクラッド材。
【請求項７】
前記皮材を構成するアルミニウム合金中のＳｉ濃度が０．３２〜０．６質量％である請求項６に記載のクラッド材。
【請求項８】
前記皮材を構成するアルミニウム合金中のＭｇ濃度が０．３５〜０．５５質量％である請求項６または７に記載のクラッド材。
【請求項９】
前記皮材を構成するアルミニウム合金中のＦｅ濃度が０．１〜０．３５質量％である請求項６〜８のいずれか１項に記載のクラッド材。
【請求項１０】
前記皮材を構成するアルミニウム合金中のＣｕ濃度が０．２質量％以下である請求項６〜９のいずれか１項に記載のクラッド材。
【請求項１１】
前記皮材を構成するアルミニウム合金中のＴｉ濃度が０．００５〜０．０５質量％である請求項６〜１０のいずれか１項に記載のクラッド材。
【請求項１２】
前記皮材を構成するアルミニウム合金中のＢ濃度が０．０６質量％以下である請求項６〜１１のいずれか１項に記載のクラッド材。
【請求項１３】
前記皮材を構成するアルミニウム合金中のＭｎ濃度が０．０４質量％以下、Ｃｒ濃度が０．０３質量％以下である請求項６〜１２のいずれか１項に記載のクラッド材。
【請求項１４】
前記皮材のクラッド率が片面につき０．５〜３０％である請求項１〜１３のいずれか１項に記載のクラッド材。
【請求項１５】
前記クラッド材の厚さが０．１〜５ｍｍである請求項１〜１４のいずれか１項に記載のクラッド材。
【請求項１６】
Ｓｉ：１１〜２０質量％およびＮｉ：１〜６質量％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成された心材用素板の両面に、前記アルミニウム合金よりも延性の高いアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる皮材用素板を重ね合わせて圧延して圧着させることを特徴とするクラッド材の製造方法。
【請求項１７】
前記皮材用素板が、Ａｌ：９８質量％以上を含有し、残部が不純物からなるアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されている請求項１６に記載のクラッド材の製造方法。
【請求項１８】
前記皮材用素板が、Ｓｉ：０．２〜０．８質量％、Ｍｇ：０．３〜１質量％、Ｆｅ：０．５質量％以下およびＣｕ：０．５質量％以下を含有し、さらにＴｉ：０．５質量％以下およびＢ：０．１質量％以下の少なくとも一方を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成されている請求項１６に記載のクラッド材の製造方法。
【請求項１９】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載されたクラッド材をアルミニウム基板とし、このアルミニウム基板上に絶縁層があり、さらにこの絶縁層上に銅があることを特徴とするプリント配線基板。
【請求項２０】
前記絶縁層は、絶縁性樹脂または前記絶縁性樹脂に熱伝導性フィラーを配合した絶縁性樹脂組成物を含む、請求項１９に記載のプリント配線基板。
【請求項２１】
前記アルミニウム基板の表面に陽極酸化皮膜を有する請求項１９または２０に記載のプリント配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、クラッド材、特に圧延加工性に優れたクラッド材およびその製造方法、ならびにこのクラッド材を基板に用いたプリント配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
今後の自動車において、地球環境負荷低減のため、省エネルギーに寄与するパワーステアリングのモーターアシストによるエレクトロニクス化製品等、人と車の安全を司るセンサー類、乗る人の利便性を追求する多く点でエレクトロニクス化がますます進むことが予測されている。
【０００３】
自動車のエレクトロニクス化が進めば、それに伴って制御用プリント配線基板が多く使われることになる。また、プリント配線基板が多くなると、居住空間を妨げることが無いようにエンジンルームに置くことが考えられている。エンジンルームに置くには、従来のガラスエポキシ基板よりも熱に強いアルミニウム基板を用いたプリント配線基板が好適であると考えられる。
【０００４】
図１に示すように、プリント配線基板(1)は、アルミニウム基板(2)上に絶縁層(3)を積層し、この絶縁層(3)上に通電層(4)を所要回路形状に積層したものであり、前記通電層(4)に電子部品(5)がハンダ(6)で接合される。一般に、このようなプリント配線基板(1)では、基板(2)の材料として熱伝導性に優れたＪＩＳ  １０００系の純アルミニウムが用いられ、通電層(4)として銅箔が用いられる。
【０００５】
しかしながら、後掲の表１に示すように、銅箔(4)の熱膨張係数が約１７×１０-6／Ｋ、アルミニウム基板(2)の熱膨張係数が約２４×１０-6／Ｋと両者の熱膨張係数に差がある。このため、基板の実装品である電子部品(5)から発生する熱、エンジンルームに設置する場合の周囲温度とが合わさり、始動前の低温から使用時の高温状態、高温状態から休止時の低温状態へと温度変化が繰り返されると、電子部品(6)とハンダ(6)に冷熱サイクルが繰り返され疲労クラックが発生する。これは、アルミニウム基板(2)と通電層(4)である銅箔との熱膨張係数差による逆方向の反りが繰り返し発生するためである。また、電子部品(5)の熱膨張係数は２×１０-6〜８×１０-6／Ｋであり、銅箔(4)、アルミニウム基板(2)のいずれとも差があるため、プリント配線基板(1)が反りを繰り返すと、その応力によりハンダ(6)にクラックが生じるという問題があった。
【０００６】
プリント配線基板(1)のベース板を通電層(4)材料と同じ銅にすればハンダクラックの問題は解決する。しかし、銅は、アルミニウムに比べて比重が約３倍であり重いこと、価格が高いこと、腐食しやすいといった点で銅基板は用いられない傾向にある。
【０００７】
また、冷熱サイクルによるハンダクラック対策として、現在、絶縁接着樹脂の低弾性化製品が用いられている。しかし、プリント配線基板の関連業界では、実績のある多くの絶縁接着樹脂の選択範囲を広げることが出来るように、銅より軽量で低価格のアルミニウム基板が望まれている。
【０００８】
上述した現状の問題を解消するために、アルミニウム基板(2)として、ＪＩＳ  １０００系アルミニウムよりも熱膨張係数の低いＡｌ−Ｓｉ系合金からなる圧延板を用いることが提案されている（特許文献１，２、３参照）。
【０００９】
また、低熱膨張部材の他の製造方法として、ＡｌとＳｉＣ、ＡｌＮ等のセラミックを混合した焼結材や、金型内にＡｌ−ＳｉＣ合金粉末を充填し、Ａｌ溶湯またはＳｉ含有のＡｌ溶湯を高圧注入する鋳造法が提案されている（特許文献４参照）。
【００１０】
さらに、低熱膨張性のアルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｎｉ合金が知られている（特許文献５）。
【特許文献１】特開平６−４１６６７号公報
【特許文献２】特開平２−６１０２５号公報
【特許文献３】特開２００１−３３５８７２号公報
【特許文献４】特開２００４−１２８４５１号公報
【特許文献５】特開平２−７３９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１、２、３記載された圧延板については、Ａｌ−Ｓｉ合金の圧延加工性が悪いために、薄板に圧延すると耳割れし、銅張り基板に要求される大きさの基板製作が困難であった。粉末冶金や特許文献４に記載された鋳造を組み合わせた方法では、基板に要求される大きさの薄板の製作が困難であり、生産性も悪くコスト高となる。また非常に硬く切断加工が困難であるため、プリント配線基板には適さない。
【００１２】
また、プリント配線基板(1)のアルミニウム基板(2)では、絶縁層(3)を構成する樹脂との密着性を向上させるために陽極酸化処理を施すのが一般的であり、良好な表面処理性が求められるが、文献１〜４の方法では良好な表面処理は難しい。さらに、アルミニウム基板(2)の表面に傷がつきにくいことが要求される。これは、表面に傷がついて凹凸ができると、絶縁層(4)の厚みが薄くなる部分が生じて電気絶縁信頼性を損なうためである。さらに、絶縁層(4)のない面に傷があると、外観品質が悪くなり製品価値が低下する。
【００１３】
また、Ａｌ−Ｓｉ−Ｎｉ合金もまた圧延加工性が悪く、プリント配線基板に適した薄板の製作が困難である。特許文献５においては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｎｉ合金が複写機のヒートロール材料として用いられ、押出後に抽伸、表面切削を経て所期する厚さに加工されているが、かかる方法では生産性が悪く、プリント配線基板の製造には適さない。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上述した技術背景に鑑み、プリント配線基板に好適で、熱膨張係数が低くかつ圧延加工性に優れたクラッド材およびその製造方法、ならびにクラッド材を用いたプリント配線基板の提供を目的とする。
【００１５】
即ち、本発明のクラッド材は下記〔１〕〜〔１５〕に記載の構成を有する。
【００１６】
〔１〕  心材とその両面の皮材からなるクラッド材において、
前記心材が、Ｓｉ：１１〜２０質量％およびＮｉ：１〜６質量％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成され、
前記皮材が、前記心材よりも延性の高いアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されていることを特徴とするクラッド材。
【００１７】
〔２〕  前記皮材が、Ａｌ：９８質量％以上を含有し、残部が不純物からなるアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されている前項１に記載のクラッド材。
【００１８】
〔３〕  前記皮材を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金中のＳｉ濃度が１質量％以下、Ｆｅ濃度が１質量％以下、Ｃｕ濃度が０．５質量％以下、Ｍｎ濃度が２質量％以下である前項２に記載のクラッド材。
【００１９】
〔４〕  前記Ｍｎ濃度が０．００２〜１．２質量％である前項３に記載のクラッド材。
【００２０】
〔５〕  前記皮材を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金中のＺｎ濃度が０．５質量％以下であり、ＡｌおよびＺｎ以外の元素の合計が０．３質量％以下である前項３に記載のクラッド材。
【００２１】
〔６〕  前記皮材が、Ｓｉ：０．２〜０．８質量％、Ｍｇ：０．３〜１質量％、Ｆｅ：０．５質量％以下およびＣｕ：０．５質量％以下を含有し、さらにＴｉ：０．５質量％以下およびＢ：０．１質量％以下の少なくとも一方を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成されている前項１に記載のクラッド材。
【００２２】
〔７〕  前記皮材を構成するアルミニウム合金中のＳｉ濃度が０．３２〜０．６質量％である前項６に記載のクラッド材。
【００２３】
〔８〕  前記皮材を構成するアルミニウム合金中のＭｇ濃度が０．３５〜０．５５質量％である前項６または７に記載のクラッド材。
【００２４】
〔９〕  前記皮材を構成するアルミニウム合金中のＦｅ濃度が０．１〜０．３５質量％である前項６〜８のいずれか１項に記載のクラッド材。
【００２５】
〔１０〕  前記皮材を構成するアルミニウム合金中のＣｕ濃度が０．２質量％以下である前項６〜９のいずれか１項に記載のクラッド材。
【００２６】
〔１１〕  前記皮材を構成するアルミニウム合金中のＴｉ濃度が０．００５〜０．０５質量％である前項６〜１０のいずれか１項に記載のクラッド材。
【００２７】
〔１２〕  前記皮材を構成するアルミニウム合金中のＢ濃度が０．０６質量％以下である前項６〜１１のいずれか１項に記載のクラッド材。
【００２８】
〔１３〕  前記皮材を構成するアルミニウム合金中のＭｎ濃度が０．０４質量％以下、Ｃｒ濃度が０．０３質量％以下である前項６〜１２のいずれか１項に記載のクラッド材。
【００２９】
〔１４〕  前記皮材のクラッド率が片面につき０．５〜３０％である前項１〜１３のいずれか１項に記載のクラッド材。
【００３０】
〔１５〕  前記クラッド材の厚さが０．１〜５ｍｍである前項１〜１４のいずれか１項に記載のクラッド材。
【００３１】
本発明のクラッド材の製造方法は下記〔１６〕〜〔１８〕に記載の構成を有する。
【００３２】
〔１６〕  Ｓｉ：１１〜２０質量％およびＮｉ：１〜６質量％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成された心材用素板の両面に、前記アルミニウム合金よりも延性の高いアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる皮材用素板を重ね合わせて圧延して圧着させることを特徴とするクラッド材の製造方法。
【００３３】
〔１７〕  前記皮材用素板が、Ａｌ：９８質量％以上を含有し、残部が不純物からなるアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されている前項１６に記載のクラッド材の製造方法。
【００３４】
〔１８〕  前記皮材用素板が、Ｓｉ：０．２〜０．８質量％、Ｍｇ：０．３〜１質量％、Ｆｅ：０．５質量％以下およびＣｕ：０．５質量％以下を含有し、さらにＴｉ：０．５質量％以下およびＢ：０．１質量％以下の少なくとも一方を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成されている前項１６に記載のクラッド材の製造方法。
【００３５】
本発明のプリント配線基板は下記〔１９〕〜〔２１〕に記載の構成を有する。
【００３６】
〔１９〕  前項１〜１５のいずれか１項に記載されたクラッド材をアルミニウム基板とし、このアルミニウム基板上に絶縁層があり、さらにこの絶縁層上に銅があることを特徴とするプリント配線基板。
【００３７】
〔２０〕  前記絶縁層は、絶縁性樹脂または前記絶縁性樹脂に熱伝導性フィラーを配合した絶縁性樹脂組成物を含む、前項１９に記載のプリント配線基板。
【００３８】
〔２１〕  前記アルミニウム基板の表面に陽極酸化皮膜を有する前項１９または２０に記載のプリント配線基板。
【発明の効果】
【００３９】
〔１〕の発明に係るクラッド材は、心材の両面に延性の高い皮材がクラッドされたものであるから、加工性が良く、クラッド材として低い熱膨張係数は心材によって確保しつつ、薄板に圧延することができる。また、皮材によって良好な表面処理性も得られる。
【００４０】
〔２〕の発明によれば、良好な加工性と表面処理性が得られる。
【００４１】
〔３〕の発明によれば、クラッド材の良好な加工性がさらに確実なものとなる。
【００４２】
〔４〕の発明によれば、クラッド材の優れた表面処理性が得られる。
【００４３】
〔５〕の発明によれば、クラッド材の加工性がさらに確実なものとなる。
【００４４】
〔６〕の発明によれば、良好な加工性と表面処理性に加えて高い表面硬度も得られる。
【００４５】
〔７〕〜〔１０〕の各発明によれば、クラッド材の良好な加工性がさらに確実なものとなる。
【００４６】
〔１１〕〔１２〕の各発明によれば、特に鋳造性が良好であり、かつ良好な加工性がさらに確実なものとなる。
【００４７】
〔１３〕の発明によれば、特に優れた熱伝導性が得られる。
【００４８】
〔１４〕の発明によれば、クラッド材の良好な加工性と低熱膨張係数がさらに確実なものとなる。
【００４９】
〔１５〕の発明に係るクラッド材は、プリント配線板のアルミニウム基板等の熱膨張によって不具合を生じる部材材料として適している。
【００５０】
〔１６〕の発明に係るクラッド材の製造方法によれば、上記〔１〕〜〔１５〕に記載のクラッド材を製造することができる。
【００５１】
〔１７〕の発明に係るクラッド材の製造方法によれば、上記〔２〕〜〔５〕に記載のクラッド材を製造することができる。
【００５２】
〔１８〕の発明に係るクラッド材の製造方法によれば、上記〔６〕〜〔１３〕に記載のクラッド材を製造することができる。
【００５３】
〔１９〕の発明に係るプリント配線基板は、アルミニウム基板として、上記〔１〕〜〔１５〕のいずれかに記載されたクラッド材を用いたものであるから、アルミニウム基板と通電層との熱膨張係数差が少なく加熱と冷却を繰り返しても反りが少ない。ひいては電子部品を取り付けるためのハンダにおけるクラック発生が抑制される。
【００５４】
〔２０〕の発明によれば、絶縁層とアルミニウム基板との接合性、絶縁層と通電層との接合性が良好である。
【００５５】
〔２１〕の発明によれば、アルミニウム基板と絶縁層の密着性が良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
図２に本発明のクラッド材(10)の断面図を示す。
【００５７】
クラッド材(10)は、低熱膨張性ではあるが単独では圧延困難な心材(11)の両面に延性の高い皮材(12)をクラッドすることにより、クラッド材としての良好な圧延加工性を得て、低熱膨張係数と良好な圧延加工性性の両方を具備するものである。しかも、心材(11)として用いるＡｌ−Ｓｉ−Ｎｉ合金は、Ａｌ−Ｓｉ合金よりも低濃度のＳｉで同等の熱膨張係数が得られるため、同等の熱膨張係数を有するＡｌ−Ｓｉ合金よりも圧延加工性が改善されている。以下に、心材および皮材について詳述する。
［心材］
心材(11)に用いるアルミニウム合金は、Ｓｉ：１１〜２０質量％およびＮｉ：１〜６質量％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金である。ＳｉおよびＮｉの含有意義および濃度の限定理由は以下の通りである。
【００５８】
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濃度が高くなるほど熱膨張係数が低くなり、本発明においてはＳｉ濃度が１１〜２０質量％のアルミニウム合金を用いる。１１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ず、２０質量％を超えると熱膨張係数はさらに低くなるが、延性が低下して皮材(12)をクラッドしても圧延が困難になるとともに、切断や穴あけ等の後加工も困難となる。また、Ｓｉ濃度が高くなると熱伝導率が低下するため、プリント配線基板等の放熱性が要求される用途には適さない。熱膨張係数と圧延加工性の両者を勘案すると、さらに好ましいＳｉ濃度は１８〜２０質量％である。
【００５９】
Ｎｉは、Ａｌ3Ｎｉなる金属間化合物を形成してアルミニウム合金の熱膨張係数を低くする元素である。アルミニウム合金において圧延加工性に比較的大きい影響を与えるのは初晶Ｓｉであるが、Ｎｉの添加によりＡｌ3Ｎｉなる金属間化合物を形成し、Ｓｉ濃度を上記範囲に設定しても低い熱膨張係数を確保しつつ、圧延加工性低下を抑制してクラッド材の圧延を容易にする。表１に示すＡｌ−Ｓｉ合金の熱膨張係数と比較すると、Ｎｉの添加により低濃度のＳｉで同等の熱膨張係数を確保できる。また、穴あけ等の加工性も確保することができる。Ｎｉ濃度が１質量％未満では熱膨張係数を低くする効果が乏しく、Ｎｉ濃度が６質量％を超えると合金の融点が高くなって、鋳造時の溶融温度を高くしなければならない。従って、本発明においてＮｉ濃度は１〜６質量％とする。Ｎｉ濃度はＡｌ−Ｓｉ−Ｎｉの３元共晶点付近で融点が相対的に低くなる５質量％付近が好ましく、さらに好ましいＮｉ濃度は、４〜６質量％である。
【００６０】
また、アルミニウム合金の残部組成はＡｌおよび不純物である。不純物とは、Ｓｉ、ＮｉおよびＡｌ以外の元素であり、合金の特性向上を目的として添加される元素、合金の特性を損なわない範囲で含有が許容される元素、および製造上不可避的に含有される元素を含むものである。
【００６１】
表１に参照されるように、上記組成のアルミニウム合金の熱膨張係数は約１７×１０-6／Ｋ〜約２０×１０-6／Ｋであるが、銅の熱膨張係数の１７．０×１０-6／Ｋに近似しており、本発明で製造したアルミニウム合金板をプリント配線基板(1)の基板として用いた場合に銅箔(4)との熱膨張係数の差を可及的に小さくすることができ、クラックの発生を軽減することが可能となる。また表１に示すように、前記アルミニウム合金は熱伝導率が高く、放熱性に優れている。
【００６２】
［皮材］
一方、皮材(12)は、心材よりも高い延性を有するものであって、クラッド圧延時の耳割れを防止または軽減してクラッド材としての延性を確保するものであり、以下の２種類の組成の皮材を推奨できる。
【００６３】
［純系アルミニウムからなる皮材］
一つの皮材として、Ａｌ濃度が９８質量％以上のアルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、「純系アルミニウム」と略称する）を用いることができる。Ａｌ濃度が９８質量％未満では延性が不足してクラッド圧延時に耳割れが発生しやすくなる。皮材の好ましいＡｌ濃度は９９質量％以上である。また、Ａｌ濃度が９８質量％以上であればＡｌ−Ｓｉ合金よりも表面処理性が優れているため、皮材(12)をクラッドすることによって心材(11)よりも表面処理性が改善される。
【００６４】
前記皮材(12)の延性を阻害するおそれのある元素としてＳｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎを挙示でき、それぞれ、Ｓｉ濃度が１質量％以下、Ｆｅ濃度が１質量％以下、Ｃｕ濃度が０．５質量％以下、Ｍｎ濃度が２質量％以下であることが好ましい。特に好ましいＳｉ濃度は０．６質量％以下、特に好ましいＦｅ濃度は０．７質量％以下、特に好ましいＣｕ濃度は０．２質量％以下、特に好ましいＭｎ濃度は１．２質量％以下である。
【００６５】
さらに、前記皮材の延性を阻害するおそれのある元素としてＺｎを挙示でき、Ｚｎ濃度が０．５質量％以下であることが好ましい。また、ＡｌおよびＺｎ以外の不純物元素、例えばＣｒ、Ｔｉ等は合計で０．３質量％以下であることが好ましい。特に好ましいＺｎ濃度は０．１質量％以下、特に好ましいＡｌおよびＺｎ以外の元素の合計は０．１５質量％以下である。
【００６６】
なお、上記元素のうち、Ｍｎは比較的多量に含有する場合においてもクラッド材の陽極酸化処理や化成処理等の表面処理性を犠牲にすることなく、圧延後の耐傷つき性（傷つきにくさ）を向上させる効果がある。延性確保のためにはＭｎ量が少ない方が好ましいが、クラッド圧延を阻害しない範囲、具体的にはＭｎ濃度が０．００２〜１．２質量％の範囲においても上記効果を付与することができる。皮材の延性のみを考慮するとＭｎ濃度は０．０５質量％以下が好ましく、表面の耐傷つき性向上を優先させる場合は、０．３〜１．２質量％が好ましい。
【００６７】
［Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる皮材］
もう一つの皮材として、所定量のＳｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｕ、ＴｉおよびＢを含有するアルミニウム合金（以下、「Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金」と略称する）を用いることができる。前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、高い延性に加えて前記心材(11)よりも表面処理性が優れかつ硬度が高いため、皮材(12)をクラッドすることによって表面処理性および耐傷つき性が改善される。
【００６８】
前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金において、上記元素の含有意義および濃度の限定理由は以下の通りである。
【００６９】
ＳｉおよびＴｉは、硬度向上に必要な元素であり、Ｓｉ濃度が０．２質量％未満またはＭｇ濃度が０．３質量％未満では十分な硬度を得ることができない。一方、Ｓｉ濃度が０．８質量％を超え、またＭｇ濃度が１質量％を超えると、熱間圧延の圧延負荷が高くなり、クラッド材の皮材として耳割れ防止効果が乏しくなる。より好ましいＳｉ濃度は０．３２〜０．６質量％であり、より好ましいＭｇ濃度は０．３５〜０．５５質量％である。
【００７０】
ＦｅおよびＣｕは、成形加工性の面から有効な元素であるが、多量に含有すると耐食性が低下して合金板としての実用性が乏しくなる。このため、Ｆｅ濃度およびＣｕ濃度はそれぞれ０．５質量％以下とする。好ましいＦｅ濃度は０．１〜０．３５質量％であり、好ましいＣｕ濃度は０．２質量％以下である。また、Ｃｕ濃度の好ましい下限値は０．００１質量％である。
【００７１】
ＴｉおよびＢは、アルミニウム合金をスラブに鋳造する際に結晶粒を微細化するとともに凝固割れを防止する効果がある。前記効果はＴｉまたはＢの少なくとも１種の添加によって得られ、両方を添加しても良い。しかし、多量に含有すると、晶出物の量が多くなりかつ大きな晶出物が形成されるため、製品の圧延加工性が低下する。加えて、熱伝導性および導電性が低下する。これらの理由により、Ｔｉ濃度は０．５質量％以下とする。好ましいＴｉ濃度は０．００５〜０．０５質量％である。また、Ｂ濃度は０．１質量％以下とする。好ましいＢ濃度０．０６質量％以下である。また、Ｂ濃度の好ましい下限値は０．００１質量％である。
【００７２】
また、アルミニウム合金鋳塊には種々の不純物元素が不可避的に含有されるが、ＭｎおよびＣｒは熱伝導性および導電性を低下させる原因となるため可及的に少ないことが好ましい。不純物としてのＭｎ濃度を０．１質量％以下、Ｃｒ濃度を０．１質量％以下に規制することが好ましい。特に好ましいＭｎ濃度は０．０５質量％以下、特に好ましいＣｒ濃度は０．０３質量％以下である。また、その他の不純物元素は、個々の濃度として０．０５質量％以下であることが好ましい。
【００７３】
［クラッド材］
本発明のクラッド材において、皮材のクラッド率は、クラッド率（％）＝（皮材の厚さ／クラッド材）×１００で表される。前記クラッド率は限定されないが、片面について０．５〜３０％とすることが好ましい。クラッド率が０．５％未満ではクラッド材としての圧延加工性が不十分であり、クラッド圧延時の耳割れを防止する効果が乏しい。一方、クラッド率が３０％以下であれば十分に圧延加工性を高めることができるため、３０％を越えるクラッド率に設定するメリットは乏しい。また、皮材は心材よりも熱膨張係数が大きいため、クラッド率が３０％を越えるとクラッド材としての熱膨張係数も高くなる。特に好ましいクラッド率は片面につき５〜１０％である。
【００７４】
また、クラッド材の厚さは限定されないが、皮材をクラッドしたことで圧延加工性が改善されるため、０．１〜５ｍｍの薄板に加工することができる。前記厚さの薄板はプリント配線板のアルミニウム基板として好適に用いることができ、基板としての用途において、特に好ましい厚さは０．５〜４ｍｍである。
【００７５】
本発明のクラッド材は低熱膨張性であるからハンダクラックを低減することができ、プリント配線基板のベースとして用途は限定されないが、特に冷熱サイクルが繰り返される車載用プリント配線基板のベースとして最適である。その他の用途して、車載用、ＬＥＤ用、ＰＤＰドライバー用、液晶ドライバー用、各種パワートランジスター用の基板としても好適である。また、発熱する各種電子部品を搭載する筐体やシャーシ等の構造部材、その他の熱膨張による不具合を緩和する部品や部材等の各種用途に広く使用できる。
【００７６】
また、皮材によって心材よりも表面処理性が高められているため、従来品よりも陽極酸化皮膜や化成皮膜との密着性にも優れている。このため、上記用途においても必要に応じて表面処理を施すことができる。
【００７７】
特に、皮材としてＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を用いた場合は、その組成によって表面硬度が高く、換言すればクラッド材の表面硬度が高い。クラッド材の表面硬度が高いことによって、ハンドリングや加工の際にも傷がつきにくい。このため、外観品質が良い。また、絶縁層を形成する面に傷による表面凹凸が少ない場合は、均一厚さの絶縁層を形成でき、ひいては優れた絶縁耐力を有する信頼性の高い絶縁層を形成することができる。また、傷のエッジ部では絶縁破壊を生じやすくなるが、クラッド材を傷つきにくくすることで未然に防ぐことができる。また、皮材としてＭｎを添加した純系アルミニウムを用いた場合においても耐傷つき性が向上する。
【００７８】
また、両面の皮材の組成およびクラッド率は、同一でも良いし、異なっていても良いが、組成およびクラッド率を両面で同一にするのが簡単である。
【００７９】
［クラッド材の製造方法］
本発明のクラッド材の製造方法は限定されず、一例として周知のクラッド材と同様の方法で製造することができる。例えば、鋳造、圧延、押出等の任意の方法で所定組成の心材用素板および皮材用素板を製作し、これらを重ねてクラッド圧延して圧着し、要すればさらに、所要の厚さまで圧延する。圧延条件は何ら限定されず、皮材によってクラッド材として圧延加工性が確保されているため、冷間圧延でも薄板への圧延が可能である。しかも圧延による製造であるから、大きな寸法のクラッド材の製作が可能である。また、心材材料と皮材材料とをクラッド押出により圧着させ、あるいはクラッド鋳造により心材を鋳造しながら別途製作したシート状の皮材を融着させ、要すればさらに所要の厚さまで圧延することによっても製造することができる。
【００８０】
［プリント配線基板］
本発明のプリント配線基板は、図１に参照されるように、上述した本発明のクラッド材を基板(10)とし、このアルミニウム基板(10)上に絶縁層(3)を積層し、さらにこの絶縁層(3)上に所要回路形状の通電層(4)として銅箔が積層されたものである。プリント配線基板(1)においては、アルミニウム基板(10)の熱膨張係数が低いため、通電層(4)との熱膨張係数差が小さい。このため、通電層(4)上に取り付けられた電子部品(5)から発生する熱によって加熱と冷却が繰り返されても、反りが少なく、ハンダ(6)におけるクラック発生が抑制される。
【００８１】
絶縁層(3)は、クラッド材(10)に直接または間接的に接合される絶縁材料からなる。絶縁性が有れば絶縁材料は特に限定しないが、絶縁性樹脂または前記絶縁性樹脂に熱伝導性フィラーを配合した絶縁性樹脂組成物を推奨できる。これらの樹脂ベースの絶縁層は、アルミニウム基板および通電層との接合性が良く、かつセラミックに比べて割れにくく、大面積の基板の製作が可能である。なお、本発明において絶縁層(3)は前記絶縁性樹脂または絶縁性樹脂組成物に限定されるものではなく、セラミックも用いることができる。セラミックの場合は、例えば接着剤によりクラッド材(10)に接合する。
【００８２】
前記絶縁性樹脂は、限定されないが、耐熱性が優れて熱膨張率が小さく、クラッド材(10)に密着して接着性の優れているものが好ましい。これらの条件を満たす樹脂として、エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂を推奨できる。さらに、エポキシ樹脂は、特に銅箔との接着性が良く、吸湿性が少なく、かつ安価である点でも推奨できる。ポリイミド樹脂は、耐薬品性が優れるとともに厚さ方向の熱膨張率が小さく、変形が抑制される点でも推奨できる。
【００８３】
また、前記絶縁性樹脂に熱伝導性フィラーを配合した絶縁性樹脂組成物を用いることによって、絶縁層の熱伝導性を高め、ひいては放熱性能を高めることができる。熱伝導性フィラーは絶縁体であって高熱伝導率を有するものが好ましく、その例としては、金属酸化物または金属窒化物が挙げられ、具体的にはＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢｅＯ、ＭｇＯ、Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ、ＡｌＮを例示できる。これらの熱伝導性フィラーは単独で使用しても任意の複数種を併用しても良い。熱伝導性フィラーは、樹脂組成物中の濃度が高くなるほど絶縁層(3)の熱伝導率が高くなり、４０〜９０容量％が好ましい。４０容量％未満では熱伝導率向上効果が乏しく、９０容量％を越えるとクラッド材(10)との密着性が低下して放熱性能が低下する。特に好ましい濃度は６０〜８０容量％である。また、熱伝導性フィラーの粒径は絶縁層の厚さよりも小さければよく、１０〜４０μｍが好ましい。
【００８４】
絶縁層(3)の厚さは、上記の２種類のいずれの場合も０．０１〜０．５ｍｍが好ましい。
【００８５】
上述したクラッド材(10)、絶縁層(3)、通電層(4)の接合は、例えばホットプレス等の周知の方法により適宜行う。
【００８６】
例えば、絶縁層(3)の絶縁性樹脂として熱硬化性樹脂を用いたホットプレスの一例を説明すると、通電層(4)、絶縁層(3)、クラッド材(10)を重ね合わせ、上下をステンレス鋼板で挟み、さらにクッション材を介して押圧し、加熱する。このホットプレスにより、絶縁層(3)が硬化するとともにクラッド材(10)と通電層(4)に接合され、これらが一体化される。また、絶縁層(3)の一部に通電層(4)を接合する場合は、位置合わせシートおよび当て板を用いて接合を行っても良い。即ち、位置合わせシートに通電層(4)を張り付け、通電層(4)に対応する位置に孔をあけた当て板を介して絶縁層(3)上に配置し、クラッド材(10)に重ねる。これらをステンレス鋼板で挟み、さらにクッション材を介して押圧して加熱しても良い。これにより、絶縁層(3)の所定位置に通電層(4)が接合される。通電層に用いられる銅は、純銅でも銅合金でも良く、銅板、銅箔、銅メッキ層等など製法、形状による制限は受けない。
【００８７】
また、前記クラッド材(10)と絶縁層(3)との接着力を向上させるために、クラッド材(10)の表面に陽極酸化皮膜を形成することも好ましい。陽極酸化皮膜のポア内に絶縁性樹脂が入り込み、アンカー効果による高い接着力を得ることができる。皮膜の種類は限定されず、一例としてリン酸による皮膜、硫酸による皮膜等を適宜用いることができる。本発明のクラッド材は、皮材によって表面処理性が高められているため、陽極酸化皮膜との密着性に優れている。
【実施例】
【００８８】
心材材料として表１に示すＡ〜Ｉの９種類のＡｌ−Ｓｉ−Ｎｉ合金を用い、皮材材料として表２に示すａ１〜ａ４の４種類の純系アルミニウム（ａ４は比較組成、）および表３に示すｂ１〜ｂ４の４種類のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（ｂ４は比較組成）を用い、表４〜７に示すクラッド材を製作した。
【００８９】
心材材料は、ブックモールド法により鋳塊を製作し、４９０±１０℃で１０時間加熱保持後空冷する均熱処理を施した鋳塊から両面面削により厚さ１５ｍｍの板を得て、これを心材用素板に用いた。皮材材料は、鋳塊を圧延したものを皮材用素板とした。皮材用素板の厚さは、クラッド率を変化させるために、２ｍｍ（クラッド率１０．５％）、１．５ｍｍ（クラッド率８．３％）、０．５ｍｍ（クラッド率３．１％）の３種類とした。
【００９０】
そして、表４および表６の全実施例、表５の比較例No.４１〜４９および表７の比較例No.１０１〜１０９においては、前記心材用素板の両面に皮材用素板を重ね、５００℃で２時間の加熱を行い、板厚９ｍｍまでは約２〜１０％の圧下率で圧延し、さらに板厚３ｍｍまでは１０〜２０％の圧下率でクラッド圧延した。さらに厚さ１ｍｍまで冷間圧延して図２に示すようなクラッド材(10)を製作した。表４〜７に心材および皮材の合金記号を示すとともに、片面のクラッド率を示す。
【００９１】
また表５の比較例No.５０〜５７においては心材を単独で厚さ１ｍｍに圧延した。
【００９２】
各クラッド材について熱膨張係数および熱伝導率を測定するともに、心材単独の場合と比較した。なお、表４〜７における心材単独の熱膨張係数および熱伝導率は表１から引用した。
【００９３】
各クラッド材の圧延加工性、表面処理性および表面硬度について、下記の方法で試験し評価した。評価結果を表４〜７に併せて示す。
【００９４】
（圧延加工性）
クラッド圧延時に、クラッド材の幅方向の側縁に発生した耳割れの長さ（側端からの耳割れ長さ）により次の基準で評価した。
○  ：４ｍｍ未満
○△：４ｍｍ以上６ｍｍ未満
△  ：６ｍｍ以上９ｍｍ未満
△△：９ｍｍ以上１２ｍｍ未満
△×：１２ｍｍ以上１５ｍｍ未満
×△：１５ｍｍ以上２０ｍｍ未満
×  ：２０ｍｍ以上
【００９５】
（表面処理性−陽極酸化処理）
クラッド材に対し、２０℃、１５Ｖ／Ｖ％の硫酸浴中、電流密度１．５Ａ／ｄｍ2で陽極酸化処理を施し、膜厚１μｍの皮膜を形成した。そして、形成した陽極酸化皮膜を光学顕微鏡で１００倍に拡大し、１０ｍｍ角の視野内のピット数を計数した。ピット数が少ないほど表面処理性が優れていると評価できる。
◎：３個以下
○：４〜１０個
×：１１個以上
【００９６】
（表面硬度）
ブリネル硬度（ＨB）を測定した。
【００９７】
【表１】
2008025004.tif 000003
【００９８】
【表２】
2008025004.tif 000004
【００９９】
【表３】
2008025004.tif 000005
【０１００】
【表４】
2008025004.tif 000006
【０１０１】
【表５】
2008025004.tif 000007
【０１０２】
【表６】
2008025004.tif 000008
【０１０３】
【表７】
2008025004.tif 000009
【０１０４】
表４〜７の結果より、各実施例のクラッド材は心材単独よりも圧延加工性が良く薄板を製作することができる。しかも、心材の有する熱膨張係数および熱伝導率はほぼ維持されており、低熱膨張性で熱伝導率の高いアルミニウム板である。クラッド材としての熱膨張係数は約１７×１０-6／℃〜約２０×１０-6／℃であり、これらの熱膨張係数は純Ａｌの２４×１０-6／℃よりも低く、銅の熱膨張係数に近い。また、比較例No.５０〜５７と比べると、皮材をクラッドしたことで心材単独よりも表面処理性が向上し、陽極酸化皮膜の形成により樹脂絶縁層の密着性を高め、電気絶縁性の信頼性を高め得る。本発明に規定された皮材をクラッドし、さらに密着性の高い陽極酸化皮膜を形成することにより、良好な耐電圧を実現できる。さらに、皮材にＭｎを添加した純系アルミニウムまたはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を用いたクラッド材は表面硬度が高く、傷のつきにくいものであった。
【０１０５】
一方、比較例No.４９、１０９は心材中のＳｉ量が過剰であるため、皮材をクラッドしてもなお圧延加工性が不十分であった。また、比較例No.５０〜５７が示すように、心材単独では薄板への圧延時に耳割れが発生した。また、比較例No.４１〜４８、１０１〜１０８が示すように、本発明における組成を逸脱する皮材を用いた場合はクラッド材としての圧延加工性が不足し、良好なクラッド材を製作することができなかった。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明のクラッド材は、低熱膨張で圧延加工性が良好であることから薄板製作が可能であり、プリント配線基板のアルミニウム基板等の熱膨張によって不具合を生じる部材材料として広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】プリント配線基板の断面図である。
【図２】本発明にかかるクラッド材の断面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１…プリント配線基板
２…アルミニウム基板
３…絶縁層
４…通電層（銅箔）
10…クラッド材
11…心材
12…皮材
【図１】
2008025004.tif 000010
【図２】
2008025004.tif 000011