JP2949512B2 - 電子材料用アルミニウム材の製造方法 - Google Patents

電子材料用アルミニウム材の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、たとえばICチップ上の電極と外部パッケ
ージのリードとの接続に用いられるボンディングワイヤ
や、高密度集積回路用配線材などに使用される電子材料
用アルミニウム材の製造方法に関する。
従来の技術 上記ボンディングワイヤや、LSI、超LSIなどの高密度
集積回路の配線材は、たとえば高密度アルミニウム、Al
−Si合金、Al−Si−Cu合金、Al−Cu合金などのアルミニ
ウム材を用いて形成される。従来、上記アルミニウム材
中、高純度アルミニウムとしては3層式電解精製法によ
って得られたものが使用され、他のアルミニウム合金と
しては3層式電解精製法によって得られた高純度アルミ
ニウムを用いて作製されたものが使用されていた。
ところが、3層式電解精製法によれば、コンタミネー
ションが原因となってUおよびThの含有量を低減させる
のは極めて困難であると考えられ、この方法によって得
られた高純度アルミニウムには、通常UおよびThが不可
避的に20〜300ppb程度含まれる。したがって、この高純
度アルミニウム、またはこの高純度アルミニウムを用い
て作製されたアルミニウム合金によって形成されたボン
ディングワイヤ、集積回路用配線材中のUおよびThから
放射される放射線、とくにα線により、集積回路にソフ
トエラーが発生するという問題があった。
そこで、このソフトエラーの発生を抑制するために、
アルミニウム材中のUおよびTh含有量を少なくする方法
が提案されている。その1つは、帯溶融法である(特開
昭61−59761号および59760号公報参照)。また、他の1
つは真空容器内でUおよびThを含む被精製アルミニウム
材を蒸発させること、蒸発した被精製アルミニウム材を
電離すること、電離した被精製アルミニウム材に磁界を
印加してその不純物濃度を変化させること、および不純
物濃度の高くなったアルミニウム材と低くなったアルミ
ニウム材とを別々に収集することによりなるものである
(特開昭57−164942号公報参照)。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記1つ目の方法は、平衡状態を保つ
ようにして行なわなければならず、長い時間がかかって
工業的にコストが極めて高くなる。また、上記2つ目の
方法では、上記公報にも記載されているように、1度の
操作における精製効率は極めて低く、何回も繰返して行
う必要があって、やはり工業的にはコストが極めて高く
なる。
この発明の目的は、上記問題を解決した電子材料用ア
ルミニウム材の製造方法を提供することにある。
課題を解決するための手段 この発明による電子材料用アルミニウム材の製造方法
は、UおよびThが混入しているアルミニウムを溶解し、
この溶融アルミニウムをその凝固温度を越えた温度に加
熱保持しておき、この加熱された溶融アルミニウム中に
冷却体を浸漬し、この冷却体の内部に冷却流体を供給し
てその表面温度を上記凝固温度よりも低い温度に保持し
つつ冷却体を溶融アルミニウム中で回転させ、まず偏析
の原理により高純度アルミニウムの初晶を冷却体の表面
に晶面させ、その後に続く高純度アルミニウムの晶出
を、凝固界面から液相中に排出させて凝固界面近傍に存
在するUおよびThを冷却体の回転により生じる遠心力に
よって凝固界面から遠ざけつつ行ない、これにより冷却
体の表面に、UおよびTh量を低減させた高純度アルミニ
ウムを晶出させることを特徴とするものである。
上記において、冷却体を回転させるさいの周速は1600
〜8000mm/secとすることが好ましい。その理由は、次の
通りである。すなわち、上述したような操作を行うと、
冷却体の周面には、まず従来技術の帯溶融法と同様に偏
析の原理によって高純度アルミニウムの初晶が晶出し、
さらに凝固が進行して高純度アルミニウムが晶出する。
高純度アルミニウムが晶出するさい、UおよびThは液相
中に排出され、凝固界面近傍にUおよびThの濃度が高く
なった不純物濃化層ができるが、冷却体を回転させる
と、溶融アルミニウムも冷却体の回転方向と同方向に流
れ、質量数の大きいUおよびThは、遠心力によって冷却
体の周面から遠ざかる。したがって、冷却体近傍の液相
中に存在する上記不純物濃化層が薄くなり、UおよびTh
濃度は低くなるので、これから冷却体の周面に晶出する
アルミニウム中におけるUおよびThの量は極めて微量に
なる。ところが、冷却体の周速が上記下限値未満である
と、上記不純物濃化層の厚さを十分に薄くする効果が得
られず、上限値を越えると遠心力の増大に伴って冷却体
の周面に周面に晶出した高純度アルミニウムが冷却体の
周面に付着しにくくなり、生産性が低下する。したがっ
て、冷却体を回転させるさいの周速は1600〜8000mm/sec
とすることが好ましい。
また、冷却体周面への高純度アルミニウムの晶出速度
は小さいほど好ましい。そのために、加熱により溶融ア
ルミニウムに供給される熱量と、冷却体によって溶融ア
ルミニウムから奪われる熱量との差を小さくするのがよ
い。
また、この発明の方法により製造されたアルミニウム
材は、高純度状態のままで電子材料に適用され、あるい
はこれと適当な合金元素とにより、Al−Si合金、Al−Si
−Cu合金、Al−Cu合金などの合金がつくられ、これが電
子材料に適用される。
作用 UおよびThが混入しているアルミニウムを溶解した
後、溶融アルミニウム中へ浸漬された冷却体表面への高
純度アルミニウム初晶の晶出の後に続く高純度アルミニ
ウムの晶出を、凝固界面から液相中に排出されて凝固界
面近傍に存在しているUおよびThを冷却体の回転により
生じる遠心力によって凝固界面から遠ざけつつ行なう
と、高純度アルミニウムが晶出するさいに凝固界面から
液相中に排出されたUおよびThを含む凝固界面近傍の不
純物濃化層が薄くなるとともにこの層中のUおよびThの
濃度は低くなるので、高純度アルミニウム初晶の晶出の
後に続いて晶出した高純度アルミニウム中のUおよびTh
の量は極めて微量になる。しかも、UおよびThの質量数
は大きいので、凝固界面近傍のUおよびThを冷却体の回
転により生じる遠心力によって凝固界面から短時間で効
率良く遠ざけることができる。
実 施 例 以下、この発明の実施例を、図面を参照して説明す
る。
図面は、この発明の方法を実施する装置を示す。図面
において、るつぼ(1)内にUおよびThが混入している
溶融アルミニウム(M)が入れられており、るつぼ
(1)の周りにこれを囲むように配置されたヒータ
(2)によって、その凝固温度以上の温度に加熱保持さ
れるようになっている。溶融アルミニウム(M)の中
に、中空状回転軸(3)の下端に取付けられた中空冷却
体(4)が浸漬されている。回転軸(3)内には、冷却
体(4)の内部に連通させられた冷却流体供給管(6)
および同排出管(7)が配置されている。そして、空
気、水、ミストなどの冷却流体が、供給管(6)を通し
て冷却体(4)内に送り込まれ、排出管(7)から排出
されるようになっている。冷却体(4)は下方に向かっ
て徐々に細くなったテーパ筒状であり、その下面および
周面上端部は断熱材(5)で覆われている。冷却体
(4)としては、黒鉛、セラミックスなどの熱伝導性の
優れた耐熱材、または銅、鉄などのアルミニウム材より
も融点が高い金属からなる本体の周りが、耐熱性に優れ
るとともにアルミニウムへの溶解による汚染のないアル
ミナなどの材料で覆われたものを用いることが好まし
い。
このような装置において、るつぼ(1)内の溶融アル
ミニウム(M)をヒータ(2)によりその凝固温度以上
の温度に加熱保持しておく。そして、冷却体(4)内に
冷却流体を送り込みつつ、冷却体(4)を回転軸(3)
の軸線の周りに回転させる。すると、まず偏析の原理に
より冷却体(4)の周面に、平滑な凝固面を有する高純
度アルミニウムの初晶が晶出する、そして、その後に続
く高純度アルミニウムの晶出を、凝固界面から液相中に
排出されて凝固界面近傍に存在している質量数の大きい
UおよびThを冷却体(4)の回転により生じる遠心力に
よって凝固界面から遠ざけつつ行なうと、冷却体(4)
の表面に、UおよびTh量が低減させられた高純度アルミ
ニウムの塊(8)が形成される。その後、冷却体(4)
を溶融アルミニウム(M)内から引上げ、高純度アルミ
ニウム塊(8)を冷却体(4)の周面から離脱させて回
収する。
次に、この発明のさらに具体的な実施例について述べ
る。
るつぼ(1)内にU110ppb、Th72ppbを含む溶融アルミ
ニウム(M)を入れて、ヒータ(2)により660℃に加
熱保持しておく。そして、周面上端部の断熱材(5)で
被覆されている部分の外径が150mmである冷却体(4)
の内部に、冷却流体供給管(6)から冷却流体を供給し
つつ、周速3140mm/secで10分間回転させた。その結果、
冷却体(4)の周面には5kgの高純度アルミニウム塊
(8)が形成されていた。この高純度アルミニウム塊
(8)を冷却体(4)から取り外し、UおよびThの濃度
を測定したところ、U0.8ppb、Th0.6ppbであった。
発明の効果 この発明の電気材料用アルミニウム材の製造方法によ
れば、上述のように、高純度アルミニウム初晶の晶出の
後に続いて晶出した高純度アルミニウム中のUおよびTh
の量は極めて微量になるので、冷却体の表面に形成され
た高純度アルミニウム塊中のUおよびThの量も極めて微
量になる。しかも、UおよびThの質量数は大きいので、
凝固界面近傍のUおよびThを冷却体の回転により生じる
遠心力によって凝固界面から短時間で効率良く遠ざける
ことができる。したがって、UおよびTh含有量が激減し
た高純度アルミニウムからなる電子材料用アルミニウム
材を、簡単にかつ短時間で製造することができ、しかも
工業的にみてコストが安くなる。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の方法を実施する装置の垂直断面図であ
る。 (4)……冷却体、(8)……高純度アルミニウム塊、
(M)……溶融アルミニウム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22B 21/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】UおよびThが混入しているアルミニウムを
    溶融し、このアルミニウムをその凝固温度を越えた温度
    に加熱保持しておき、この加熱された溶融アルミニウム
    中に冷却体を浸漬し、この冷却体の内部に冷却流体を供
    給してその表面温度を上記凝固温度よりも低い温度に保
    持しつつ冷却体を溶融アルミニウム中で回転させ、まず
    偏析の原理により高純度アルミニウムの初晶を冷却体の
    表面に晶出させ、その後に続く高純度アルミニウム晶出
    を、凝固界面から液相中に排出されて凝固界面近傍に存
    在しているUおよびThを冷却体の回転により生じる遠心
    力によって凝固界面から遠ざけつつ行ない、これにより
    冷却体の表面に、UおよびTh量を低減させた高純度アル
    ミニウムを晶出させることを特徴とする電子材料用アル
    ミニウム材の製造方法。
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