WO2025028382A1 - アルミニウム配線材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

高純度であっても、温度サイクル下において接合の長期信頼性に優れ、ウェッジツールへの追従性に優れ、耐振動性に優れたアルミニウム配線材とその製造方法を提供する。純度が９９．９質量％以上９９．９９９質量％未満であって、アルミニウム配線材の長手方向に垂直な断面において、角度差が１０°以下である結晶方位＜１１２＞の方位比率が３０％以下であり、平均結晶粒径が６０μｍ以下であり、負荷応力比が０．４～０．９であり、耐力比が１．０～２．３であり、元素群（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の一つ以上を含み、元素群（ａ）は、Ｎｉ、Ｚｒ及びＳｃの１種以上の合計が５～１０００質量ｐｐｍ、（ｂ）は、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｗ、Ｃｕ及びＴｉの１種以上の合計が２～１００質量ｐｐｍ、（ｃ）は、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｇａ及びＶの１種以上の合計が２～１００質量ｐｐｍである、アルミニウム配線材。

Description

アルミニウム配線材及びその製造方法

　本発明は、アルミニウム配線材、特に、高温での接合信頼性に優れ、ボンディング時の追従性に優れ、振動に対する強度が高い、導電用のアルミニウム配線材及びその製造方法に関する。

　従来、アルミニウム配線材は、リチウムイオン電池の電極とバスバーを接続する配線材や、パワー半導体のボンディング配線材として用いられている。

　リチウムイオン電池は、ハイブリッド車（ＨＶ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ、ＰＨＥＶ）、電気自動車の駆動バッテリー（電源）として用いられている。ハイブリッド車やプラグインハイブリッド車は、ガソリンエンジンと電気モータを駆動力とする。電気自動車は、電気モータのみを駆動力とする。ハイブリッド車や電気自動車は、リチウムイオン電池に充電された電力によって電気モータを駆動して走行する。駆動バッテリーとしては、リチウムイオン電池以外にも、鉛蓄電池、ニッケル水素電池があるが、軽く、小さく、出力も高く、寿命も長いため、燃費を重視した電気自動車へのリチウムイオン電池の活用が広がっている。

　電気自動車の駆動バッテリー用のリチウム電池としては、小型で形状が安定しており、電池交換が容易であることから、円筒形電池が多く使用される。円筒形電池は、電解液等を円筒状の金属ケースに封入した構造である。円筒形電池を使用したバッテリーパックは、例えば、リード部材（バスバー）の接続された外装ケースと、当該外装ケースに収容された複数の円筒形電池と、円筒形電池の電極とリード部材を接続する配線材からなる。導電性及びコストの面から有利であるために、この円筒形電池の配線材としては、アルミニウム合金からなるアルミニウム配線材が広く用いられている。

　パワー半導体は、パワーチップ、パワーセミコンダクタ、パワーデバイス、パワー素子、電力用半導体素子などとも呼ばれる。パワー半導体は、パワーチップと、パワーチップ同士を接続するボンディング配線材やパワーチップと外部電極を接続するボンディング配線材とで構成される。パワー半導体は、モータの駆動やバッテリーの充電、マイクロコントローラや大規模集積回路（ＬＳＩ）を動作させるための電力供給の役割を担う。自動車などの運輸分野で用いられる主要なパワーチップは、大電力に適した、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）や金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。パワー半導体用のボンディング配線材には、大電流を流すため、線径（直径）が４０μｍ以上７００μｍ以下の比較的太いアルミニウム配線材が用いられることが多い。なお、複数のパワー半導体を組み合わせた電源用の回路を１つのパッケージに集積したものは「パワーモジュール」と呼ばれる。

　バスバーと配線材の接合や、パワー半導体のボンディング配線材の接合では、ウェッジツール（単に「ツール」ということもある。）と呼ばれる把持具で配線材の先端を把持し、配線材に超音波を印加しながら、ウェッジツールごと、配線材をリード部材や電極に押し当て、押しつぶして変形させることで、リード部材や電極と配線材とを接合する方法が一般的である。

　ところで、電気自動車は、寒冷地や熱帯、高湿度や塩分の多い地域などの多様な外部環境で用いられる。例えば、寒冷地や熱帯で電気自動車が走行するときには、低温や高温の環境やこれらの温度変化に長時間晒されることになる。電気自動車の安全性を担保するために、電気自動車に搭載されるパワーモジュールや駆動バッテリー、それらに接合されたアルミニウム配線材にも、上述したような電気自動車の使用環境として想定され得るあらゆる環境への適合が求められる。

　また、外部環境の温度変化に加え、電気自動車のパワーモジュールや駆動バッテリーには、電流による加熱と冷却の温度変化が加わる。電気自動車は停止時には通電を止め、運転開始時に通電を開始するというサイクルを繰り返す。これにより、パワーチップは通電により発熱して高温になり、通電の停止によって急激に冷却される。パワーチップや駆動バッテリーに接合されたアルミニウム配線材も、発熱と冷却の温度サイクルにさらされる。電気自動車が長時間運転されると、アクセルとブレーキが頻繁に繰り返されることで、この加熱と冷却の温度サイクルも頻繁に繰り返される。その過程で、例えば、パワーチップとアルミニウム配線材の熱膨張率差に起因して熱応力が発生し、これによって、パワーチップとアルミニウム配線材の接合部やアルミニウム配線材に金属疲労をもたらすことがある。その結果、接合部の剥離又は破断の可能性やアルミニウム配線材へのクラックの発生の可能性が高まる。したがって、このような加熱と冷却の温度サイクルが繰り返された場合も、接合の長期信頼性を発揮するアルミニウム配線材が求められていた。

　また、パワー半導体の一種であるパワートランジスタは、インバータに用いられている。インバータは、エアーコンディショナー（エアコン）や冷蔵庫、洗濯機などの省エネルギー（以下「省エネ」ともいう。）家電製品に搭載されている。パワートランジスタが、電流のオンオフの切り替え（スイッチング）を行うことで、インバータが家電製品を駆動するモータの回転数を制御する。インバータを用いることで、モータの無駄な動きを減らし、省エネを実現しつつ、例えば、エアコンにおいては室温を安定的に維持することができる。パワートランジスタのスイッチング動作においても、上述したのと同様に、通電とその停止による、配線材の加熱・冷却の温度サイクルが繰り返される。

　従来、高温状態において、パワーモジュールの破壊や故障を防ぐために、チップダメージを回避する技術、ボンディングワイヤの強度を向上させる技術、接合部の長期信頼性を向上させる技術等が検討されていた（例えば、特許文献１～５参照。）。

　また、家電製品の小型化に伴い、パワー半導体の小型化、薄型化、高密度化の試みもなされている。そのため、アルミニウム配線材の接合スペースが小さくなり、その結果、アルミニウム配線材の屈曲が大きくなる。したがって、アルミニウム配線材には、このような屈曲への追従性が求められる。屈曲への追従性が低いアルミニウム配線材を用いた場合、ウェッジツールによってあらかじめ設定された角度（例えば４５°）で横曲げされたときに、配線材がウェッジツールの横曲げの動きに追従できず、その一部が、ウェッジツールのワニ口から外れることがある。ワイヤの一部が外れたまま第二接合をすると、接合位置が予定した位置から外れて他の電極と接触することで、ショート不具合が発生するおそれがある。また、ワイヤがツールから外れると、ウェッジツールの先端が素子へ接触して半導体素子を破壊することがある。特に、従来の長期信頼性を目指した配線材は一般的に引張強さ、耐力及び硬さ（以下、これらを「強度」と総称する。）が高い傾向にあり、一方で、強度が高い配線材ほど追従性が劣る傾向がある。そのため、長期信頼性とワイヤの追従性を両立させる試みもなされている（例えば、特許文献５参照。）。

　特許文献１に記載された発明は「鉄（Ｆｅ）が０．２～２．０質量％及び残部が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）からなる、半導体装置の超音波ボンディング用アルミニウム合金細線において、当該アルミニウム合金細線のアルミニウム（Ａｌ）マトリックス中に鉄（Ｆｅ）が０．０１～０．０５％固溶されており、かつ、当該アルミニウム合金細線の断面における伸線マトリックス組織が数μｍオーダーの均質な微細再結晶組織でその組織の界面及び内面に鉄（Ｆｅ）・アルミニウム（Ａｌ）の金属間化合物粒子が一様に晶出していることを特徴とする」。特許文献１には、調質熱処理前に溶体化・急冷処理という工程を追加することにより、アルミニウム（Ａｌ）マトリックスに固溶する鉄（Ｆｅ）量を６５０℃での固溶限である０．０５２％まで高め、その後の通常の冷間での連続伸線加工と、その後の調質熱処理によりＡｌ－Ｆｅ合金ワイヤの結晶粒径を微細化することを可能としたことと、Ａｌを高純度化することにより、ボンディング時に動的再結晶を発現させてチップダメージを回避したことが記載されている（同明細書００１３段落を参照。）。

　特許文献２に記載された発明は、「鉄（Ｆｅ）％、珪素（Ｓｉ）及び残部が高純度のアルミニウム（Ａｌ）合金からなる半導体素子のアルミパッドと超音波ボンディングするためのアルミニウム合金細線において、当該アルミニウム合金細線は鉄（Ｆｅ）が０．０１～０．２質量％、珪素（Ｓｉ）が１～２０質量ｐｐｍ及び残部が純度９９．９９７質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）からなる合金であって、Ｆｅの固溶量が０．０１～０．０６％であり、Ｆｅの析出量がＦｅ固溶量の７倍以下であり、かつ、平均結晶粒径が６～１２μｍの微細組織である」。特許文献２には、Ｆｅの析出量とＦｅ固溶量との比率を一定の範囲に保つことにより再結晶温度を安定化させ、さらに、Ｓｉを微量添加することにより強度を向上させ、結果として熱衝撃試験結果を安定化させることが記載されている（同明細書００１２段落を参照。）。

　特許文献３に記載された発明は「Ａｌ又はＡｌ合金からなり、配線材軸に垂直方向の断面における平均結晶粒径が０．０１～５０μｍであり、配線材軸に垂直方向の断面に対して結晶方位を測定した結果において、配線材長手方向の結晶方位のうち、配線材長手方向に対して角度差が１５°以下である結晶方位＜１１１＞の方位比率が３０～９０％であることを特徴とする」。特許文献３には、半導体装置を高温環境で長時間使用し続けたときにおいても、高温長時間作動後の半導体装置において接合部の信頼性を確保できることが記載されている（同明細書００１２段落を参照。）。

　特許文献４に記載された発明は「質量％で、Ｆｅを０．０２～１％含有し、さらにＭｎ、Ｃｒの少なくとも１種以上を合計で０．０５～０．５％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒの固溶量の合計が０．０１～１％であることを特徴とする」。特許文献４には、Ｆｅの含有に加えてＭｎ、Ｃｒの一方又は両方を所定量含有させ、溶体化熱処理とその後の急冷処理において、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒの固溶量の合計を０．０１～１％とすることにより、ワイヤの再結晶温度が上昇し、半導体装置を高温環境で長時間使用し続けたときにおいても、ボンディングワイヤの再結晶の進行を十分に抑制することができ、ワイヤの強度低下を防止できることが記載されている（同明細書００１４段落を参照。）。また、ボンディングワイヤ長手方向に垂直な断面（Ｃ断面）において、結晶＜１１１＞方位とワイヤ長手方向との角度差が１５°以内である結晶の面積比率（＜１１１＞方位面積率）が３０～９０％であることが好ましく、伸線時の調質熱処理による再結晶が適度に進行し、ワイヤが軟化し、ボンディング時のチップ割れの発生、接合部の接合性の低下などを防止することができることが記載されている（同明細書００２６段落を参照。）。

　特許文献５に記載された発明は「アルミニウムの純度が９９質量％以上のアルミニウム合金からなるアルミニウムワイヤであって、前記アルミニウム合金の総量に対して、鉄及びケイ素を合計で０．０１質量％以上１質量％以下含有し、前記アルミニウムワイヤのワイヤ軸に垂直方向の横断面における、（１１１）の配向指数が１以上であり、かつ、（２００）の配向指数が１以下であり、析出粒子の面積率が０．０２％以上２％以下であることを特徴とする」。特許文献５では、鉄及びケイ素を所定量含有させ、ワイヤ軸に垂直方向の横断面における、（１１１）の配向指数を１以上、かつ、（２００）の配向指数を１以下とすることによりパワーサイクル試験での長寿命を実現し（同明細書００４４段落を参照。）、さらに、析出粒子の面積率が０．０２％以上２％以下とすることにより、パワー半導体用のボンディングワイヤ接合時にウェッジツールからワイヤが外れることを防止できることが記載されている（同明細書００５０段落を参照。）。

特開２０１３－２５８３２４号公報 特開２０１４－１２９５７８号公報 国際公開２０２０／１８４６５５号公報 特開２０２０－０５９８８６号公報 国際公開２０２２／１６３６０６号公報

　上述したような、小型のパワー半導体の一例として、従来、厚みが６５μｍのパワー半導体や厚みが５０μｍに至るＩＧＢＴも知られていた。また、パワー半導体の小型化のみならず、半導体パッケージを小型化、かつ薄型化する試みもなされている。半導体パッケージを小型化し、薄型化することで、例えば、電気自動車の軽量化につながり、その結果、燃料効率の向上が見込まれるためである。具体的には、２０００年代に高さ（厚み）２０～４０ｍｍ程度のＩＧＢＴパッケージが普及しており、２０１４年には、高さ１４ｍｍのＩＧＢＴパッケージも使用され、さらに近年では、高さ５ｍｍの次世代型汎用パッケージも存在している。なお、半導体パッケージは、パワー半導体と、ボンディング配線材と、必要に応じてこれらを封止する樹脂を含む。

　また、高性能化や多機能化された電気自動車や家電製品の開発も進められている。高性能や多機能の実現のためには、高い駆動力が求められるため、パワー半導体に、より大きな電流が供給される。そのために、高性能化や多機能化を目指すパワー半導体では、大電流を流しやすい、より太いアルミニウム配線材が用いられる場合が多い。例えば、従来、線径３００μｍ程度のアルミニウム配線材が使用されており、線径５００μｍ程度のアルミニウム配線材の使用に至る製品もある。

　半導体パッケージにおける、配線抵抗を低減することも、電気自動車や家電製品の省エネルギーの点から重要である。配線抵抗、すなわち、アルミニウム配線材の電気抵抗によって消費される電力を削減するためには、ループの高さを低く（低ループ）かつループ長さを短く（短ループ）して接合し、配線材の長さを削減することが有効である。なお、ここでのループ高さとは、配線材の接合部の最も低い箇所からループの最も高い箇所の間の高さをいい、ループ長さとは第一接合と第二接合の両端の間の直線距離をいう。

　ところで、電気自動車は、路面の整備が十分でなく平坦性が低い地域などの多様な環境で用いられることがある。例えば、平坦性の低い地域で電気自動車が走行するときには、路面の起伏によって、自動車の車体だけでなく、電気自動車に搭載される各種部品や装置も絶えず振動にさらされる。したがって、耐振動性が十分ではないアルミニウム配線材を用いたパワー半導体では、このような電気自動車の走行中の故障の懸念がある。さらに、電気自動車の走行中は、パワー半導体への温度サイクルも加わる。そのため、安全性を担保するために、電気自動車に搭載されるアルミニウム配線材には、高度な耐振動性と接合の長期信頼性が求められる。

　しかしながら、アルミニウム純度の高い配線材では、純度の低いアルミニウム配線材に比べて高出力となることや純度が高いことが一因となり、高度な接合の長期信頼性と耐振動性との両立、さらに、良好なウェッジツールへの追従性を維持することが困難であった。ここで、図１に、ウェッジツールへの追従性が十分でない配線材によるツール外れが起きたボンディング例（ボンディング例１）とツール外れが起きなかったボンディング例（ボンディング例２）の、第一接合部及び第二接合部を拡大して撮影した写真を示す。図１の左側上下の写真は、ウェッジツール外れが起きた配線材による第一接合部及び第二接合部である。図１の右側上下の写真は、ウェッジツール外れが起きなかった配線材による正常な第一接合部と第二接合部である。例えば、ボンディング例１の接合材では追従性が十分ではなく、第一接合部においてツール外れに起因する不着が発生している。

　本発明者らは、より高性能であり高機能の製品への適用を目指し、小型、薄型、高駆動力及び省エネルギーを実現できるアルミニウム配線材の開発を鋭意進めた。その結果、小さい接合スペースでアルミニウム配線材をパワーチップに接合する場合に、アルミニウム配線材のネック部（半導体に接合した配線材の立ち上がり部）での、曲げによるストレスが、配線材の太さが太くなるにしたがって増大していることを見出した。

　また、電流による加熱と冷却の温度サイクルにさらされるパワー半導体パッケージでは、温度サイクルによる接合部の破断、特にネック部の下側（チップと接合される側）でのクラックの発生と、ネック部の曲げストレスによる上側のクラックの発生が別個に起こり、これらクラックの生じ方によっては、配線材の破断の原因になりうることも見出した。特に、高純度のアルミニウム合金からなる配線材ではその傾向が顕著であることがわかってきた。

　小型・薄型化した近年の半導体パッケージにおいては、曲げによるストレスの増大があることで、振動によってネック部の特に、上側（チップの接合と反対側）にクラックが入りやすく、配線材の破断の原因になりうることも分かった。ここで、図５～図８を参照して、配線材の上側クラックについて説明する。図５は、上側クラックを観察した際の、アルミニウム配線材の観察領域Ｒを表す図である。図５において、アルミニウム配線材５１が、ＴＥＧ（Ｔｅｓｔ　Ｅｌｅｍｅｎｔ　Ｇｒｏｕｐ）チップ５２表面のアルミニウムパッド５３上に第二接合（ウェッジボンディング）されている。図６は、アルミニウム配線材を低ループでＴＥＧチップにウェッジボンディングした後に樹脂封止し、電流による加熱と冷却、さらに振動の印加を一定回数繰り返し、その後、当該アルミニウム配線材のネック立ち上がり部分をＳＥＭ－ＢＥＩ（走査電子顕微鏡反射電子像）で撮影した写真のうち、観察領域Ｒに該当する部分の写真である。図７は、図６の一部を拡大した写真である。図６及び図７より、ネック立ち上がり部分の配線材の上側に示した領域Ｐ内に、小さな亀裂が存在していることが分かる。これに対し、図８は、観察領域Ｒにおいて、クラックの観察されなかったアルミニウム配線材の写真である。小型・薄型化した近年の半導体パッケージにおいては、図６及び図７に示されるような微細な亀裂がネック部の上側に発生することがある。さらにネック部の下側にクラックが発生する場合もある。ネック部の下側と上側の両者のクラックが進展すると、両者のクラックの相乗効果によりクラックの進展をより加速させることで、ネック部破断のリスクを増大させる可能性がある。

　本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであって、高純度のアルミニウム配線材であっても、温度サイクル下において接合の長期信頼性に優れ、ウェッジツールへの追従性に優れ、耐振動性に優れたアルミニウム配線材を提供することを目的とする。また、本発明は、接合の長期信頼性に優れ、曲げに対する追従性に優れ、耐振動性に優れた高純度のアルミニウム配線材の製造方法を提供することを目的とする。

　本発明の実施形態のアルミニウム配線材は以下のものである。
［１］　純度が９９．９質量％以上９９．９９９質量％未満のアルミニウムからなるアルミニウム配線材であって、
前記アルミニウム配線材の長手方向に垂直な断面において、
　長手方向に対して角度差が１０°以下である結晶方位＜１１２＞の方位比率が３０％以下であり、
　前記断面における平均結晶粒径が６０μｍ以下であり、
　下記（１）で定義される負荷応力比が０．４以上０．９以下であり、
　　負荷応力比＝疲労限度／引張強度　（１）
　下記（２）で定義される耐力比が１．０を超え２．３以下であり、
　　耐力比＝最大応力／０．２％耐力　（２）
　前記アルミニウム配線材が、
元素群（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）から選ばれる一つ以上を含み、
元素群（ａ）は、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びスカンジウム（Ｓｃ）から選ばれる１種以上の元素の合計が５質量ｐｐｍ以上１０００質量ｐｐｍ以下であり、
元素群（ｂ）は、マグネシウム（Ｍｇ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）及びチタン（Ｔｉ）から選ばれる１種以上の元素の合計が２質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下であり、
元素群（ｃ）は、鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）及びバナジウム（Ｖ）から選ばれる１種以上の元素の合計が２質量ｐｐｍ１００質量ｐｐｍ以下、であることを特徴とするアルミニウム配線材。
［２］　アルミニウム配線材の長手方向に垂直な断面における平均結晶粒径が５５μｍ以下である［１］に記載のアルミニウム配線材。
［３］　前記アルミニウム配線材が、さらに、亜鉛（Ｚｎ）及びマンガン（Ｍｎ）から選ばれる１種以上の元素を１０質量ｐｐｍ以下含有する［１］又は［２］に記載のアルミニウム配線材
［４］　前記アルミニウム配線材の線径が１５μｍ以上７００μｍ以下である［１］乃至［３］のいずれかに記載のアルミニウム配線材。
［５］　前記アルミニウム配線材の長手方向に垂直な断面が円形、長円形又は楕円形状である［１］乃至［４］のいずれかに記載のアルミニウム配線材。

［６］　純度が９９．９質量％以上９９．９９９質量％未満のアルミニウムからなり、
　元素群（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）から選ばれる一つ以上を含み、
　元素群（ａ）は、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びスカンジウム（Ｓｃ）から選ばれる１種以上の元素の合計が５質量ｐｐｍ以上１０００質量ｐｐｍ以下であり、
　元素群（ｂ）は、マグネシウム（Ｍｇ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、及びチタン（Ｔｉ）から選ばれる１種以上の元素の合計が２質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下であり、
　元素群（ｃ）は、鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）及びバナジウム（Ｖ）から選ばれる１種以上の元素の合計が２質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、アルミニウム合金を準備する工程と、
　前記アルミニウム合金を伸線加工する工程と、を有し、
前記アルミニウム配線材の長手方向に垂直な断面において、
　長手方向に対して角度差が１０°以下である結晶方位＜１１２＞の方位比率が３０％以下であり、
　前記断面における平均結晶粒径が６０μｍ以下であり、
　下記（１）で定義する負荷応力比が０．４以上０．９以下であり、
　　負荷応力比＝疲労限度／引張強度　　　　（１）
　下記（２）で定義する耐力比が１．０を超え２．０以下である
　　耐力比＝最大応力／０．２％耐力　　　　（２）
　ことを特徴とするアルミニウム配線材を製造する方法。
［７］　アルミニウム配線材の製造方法であって、
　純度が９９．９質量％以上９９．９９９質量％未満のアルミニウムからなり、
元素群（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）から選ばれる一つ以上を含み、
元素群（ａ）は、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びスカンジウム（Ｓｃ）から選ばれる１種以上の元素の合計が５質量ｐｐｍ以上１０００質量ｐｐｍ以下であり、
元素群（ｂ）は、マグネシウム（Ｍｇ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）及びチタン（Ｔｉ）から選ばれる１種以上の元素の合計が２質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下であり、
元素群（ｃ）は、鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）及びバナジウム（Ｖ）から選ばれる１種以上の元素の合計が２質量ｐｐｍ１００質量ｐｐｍ以下である、アルミニウム合金を準備する工程と、
　前記アルミニウム合金を、ダイス１つあたりの減面率（加工率）が３％以上４０％以下の条件で伸線加工する工程と、を有し、
前記アルミニウム配線材の長手方向に垂直な断面において、
　長手方向に対して角度差が１０°以下である結晶方位＜１１２＞の方位比率が３０％以下であり、
　前記断面における平均結晶粒径が６０μｍ以下であり、
　下記（１）で定義する負荷応力比が０．４以上０．９以下であり、
　　負荷応力比＝疲労限度／引張強度　　　　（１）
　下記（２）で定義する耐力比が１．０を超え２．０以下である
　　耐力比＝最大応力／０．２％耐力　　　　（２）
　ことを特徴とするアルミニウム配線材を製造する方法。
　なお、本明細書において「～」の符号は、その前後の数値を含む数値範囲を表す。

　本発明によれば、温度サイクル下において接合の長期信頼性に優れ、ウェッジツールへの追従性に優れ、耐振動性に優れた高純度アルミニウム配線材を提供することができる。また、本発明によれば、接合の長期信頼性に優れ、曲げに対する追従性に優れ、耐振動性に優れた高純度アルミニウム配線材の製造方法を提供することができる。これにより、高純度アルミニウム配線材を用いたパワー半導体等の小型化に寄与することができる。

ウェッジツール外れが起きた配線材による接合部を拡大して撮影した写真（左側）とウェッジツール外れが起きなかった配線材による正常な接合部の写真（右側）である。 Ｓ－Ｎ曲線のグラフである。 アルミニウム配線材の断面形状の一例を模式的に示す図である。 パワーサイクル寿命及び振動疲労について樹脂封止をした状態で評価するための、評価用の模擬パワー半導体装置を模式的に示した図である。 上側クラックを観察した際の、アルミニウム配線材の観察領域Ｒを表す図である。 上側にクラックの発生したアルミニウム配線材の写真である。 図６の一部を拡大した写真である 上側にクラックの発生しなかったアルミニウム配線材の写真である。

　以下、本発明の実施形態のアルミニウム配線材について説明する。
　実施形態のアルミニウム配線材は、９９．９質量％以上９９．９９９質量％未満アルミニウムからなるアルミニウム配線材であって、アルミニウム配線材の長手方向に垂直な断面において、長手方向に対して角度差が１０°以下である結晶方位＜１１２＞の方位比率が３０％以下である。

　本発明者らは、複数の配線材サンプルを、異なる組成のアルミニウム及び製造条件で試作し、それぞれについて、後述するように、接合の長期信頼性（以下、「パワーサイクル寿命」ともいう。）を評価するとともに、配線材サンプルの長手方向に垂直な断面組織を丹念に観察した。その結果、これまで、アルミニウム配線材では注目されていなかった、結晶方位＜１１２＞の存在比率と、パワーサイクル寿命に相関があることを発見した。すなわち、配線材の長手方向に垂直な断面における結晶方位のうち、長手方向に対して角度差が１０°以下である結晶方位＜１１２＞の存在比率が所定の範囲にある場合、パワーサイクル寿命が特異的に優れることを発見した。

　半導体パッケージの導電用も含めたアルミニウム配線材の製造工程では、結晶方位＜１１１＞の比率の制御が広く行われている。結晶方位＜１１１＞の比率を制御することにより、加工性がよく軟質な配線材製品の実用化が可能となった。しかし、小型・薄型化した近年の半導体パッケージの導電に用いられるアルミニウム配線材においては、結晶方位＜１１１＞の比率の制御だけでは、上述したような温度サイクル下における接合の長期信頼性の向上、ウェッジツールへの追従性の向上及び耐振動性の向上を両立するという課題を解決することが出来ないことが判明した。そこで、本発明者らは、＜１１１＞方位よりも金属組織の性質上変形抵抗の高い特定方位を混在させ、その比率を最適化することが上述したような課題解決には重要であると考えた。そして、その特定方位の中でも、特に＜１１２＞方位の存在比率をある範囲に制御することで、上述した課題を解決可能であることを発見した。すなわち、結晶方位＜１１２＞の比率の範囲を一定の範囲に維持しつつ、かつ、配線材の他の特性を複合的に調整することで、これらの相乗効果により、耐振動性とウェッジツールへの追従性を維持しつつ、特にパワーサイクルの長寿命化を達成することを可能とした。

　具体的には、本実施形態のアルミニウム配線材において、長手方向に垂直な断面における結晶方位のうち、長手方向に対して角度差が１０°以下である結晶方位＜１１２＞の存在比率が３０％以下であることで、優れたパワーサイクル寿命が達成される。これらの観点から、結晶方位＜１１２＞の存在比率は、５％以上２５％以下であることが好ましく、１０％以上２０％以下であることがより好ましい。

（パワーサイクル寿命の評価）
　パワーサイクル試験とは、アルミニウム配線材を接合したパワーチップ表面温度が１５０℃となるようにアルミニウム配線材に通電させた後、通電を停止し、表面温度が２５℃になるまで冷却させるサイクルを繰り返す試験である。すなわち、温度差１２５℃の急冷却と急加熱のサイクルを繰り返し、パワーチップの動作に問題が発生するまでのサイクル動作回数を評価する試験である。通電できなくなったときのサイクル回数を、パワーサイクル試験のサンプル寿命（パワーサイクル寿命）と判定する。パワーサイクル寿命が長いほど、接合の長期信頼性に優れる。

　さらに、本実施形態のアルミニウム配線材の結晶組織中の結晶粒が微細であることにより、結晶組織の弾力性が増し、ウェッジツール追従性を向上させることが分かった。具体的には、本実施形態のアルミニウム配線材において、長手方向に垂直な断面における平均結晶粒径が６０μｍ以下であることで接合の長期信頼性のさらなる向上が達成される。平均結晶粒径は、５５μｍ以下であることが好ましく、４５μｍ以下であることがより好ましい。平均結晶粒径は、通常、１μｍ以上である。

　配線材の断面の結晶組織の測定及び分析には、後方電子散乱図形（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　ｐａｔｔｅｒｎ、以下「ＥＢＳＰ」という。）法を用いることができる。ＥＢＳＰ法により、半導体ボンディング用途の配線材のような細線でも、その断面の結晶組織を精度良く、十分な再現性をもって測定することができる。

　ＥＢＳＰ法では、通常、試料の表面の凹凸や曲面が大きい場合は、結晶方位を高精度で測定するのが難しくなる。そのため、配線材断面をＥＢＳＰで観察するために断面の表面を滑らかに処理することが有用である。断面の表面を滑らかに処理する方法としては、機械研磨、化学研磨、ＦＩＢ加工法などがある。これらの方法によれば、断面の表面の残留歪みを除去し、滑らかな表面を得ることができる。

　上記のように、試料の前処理を適正に行えば、ＥＢＳＰ法で配線材断面の結晶方位は、高精度の測定、解析が可能である。結晶方位の測定は、少なくとも３箇所以上、可能ならば１０箇所以上の異なる箇所で行うことで、ばらつきを考慮した平均情報を得ることが可能となる。

（負荷応力比）
　本実施形態のアルミニウム配線材は、下記（１）で定義される負荷応力比が０．４以上０．９以下である。
　負荷応力比＝疲労限度／引張強度　・・・（１）

　自動車の走行や人間の歩行時の振動は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向にランダムに発生し、また、振動周波数は４０Ｈｚ以下であることが多いことが知られている。例えば、電気自動車に搭載されるアルミニウム配線材は、長期間にわたり、上記のような応力により、３軸方向に引っ張られたり、圧縮されたり、曲げられたりしている。このような、複雑な方向性を持つ振動負荷に対する性能を評価する方法について、発明者らは検討した。その結果、上記のような耐振動性は、上記式（１）で示される負荷応力比と相関することを見出した。

　まず、疲労限度について説明する。一般に、鉄鋼材料は、一定の振幅で繰返し応力を受けた場合、ある繰返し数で、疲労によって破壊に至る。この繰返し応力の大きさをＹ軸に、繰返し回数をＸ軸にして二軸のグラフで表したのが、図２に示されるＳ－Ｎ曲線である。繰返し応力を下げていくと１０の６乗回から７乗回付近でＳ－Ｎ曲線が水平となり、無限回の繰返し応力の負荷によっても破壊に至らなくなることがある。このときの繰り返し応力の値は疲労限度（ｆａｔｉｇｕｅ　ｌｉｍｉｔ）と呼ばれる。他方、アルミニウム等の非鉄金属におけるＳ－Ｎ曲線は、図２に示されるように水平となる箇所がなく、疲労限度が存在しない。そのため、ある繰り返し数のところの強度を疲労限度とみなす。例えば、１０の７乗回まで破壊されない繰り返し応力は１０の７乗時間強度と呼ばれる。なお、慣例的に１０の７～８乗回程度の繰り返し数の時の応力振幅を疲労限度という場合もあるため、本実施形態においては、１０の７乗時間強度を疲労限度とする。

　疲労限度は、通常、最大負荷応力（ＭＰａ）として表される。本願発明の疲労限度は、引張疲労試験専用試験機（Ｉｎｓｔｒｏｎ社製ＥｌｅｃｔｒｏＰｌｕｓＥ３０００、以下「測定装置」という。）によって、ＪＩＳ　Ｚ　２２７３：１９７８の趣旨に従って、室温（例えば２５℃）での引張疲労試験を行うことにより次のように測定することができる。評価対象のアルミニウム配線材を、長さ１００ｍｍよりやや長く切り出して測定長さ１００ｍｍとした評価サンプルを得る。なお、後述する最大負荷応力の値の算定のために、当該評価対象のアルミニウム配線材の０．２％耐力の値をあらかじめ引張試験にて得ておく。その後、評価サンプルを測定装置に固定し、最大負荷応力での負荷及び最小負荷応力での除荷を、５Ｈｚ（１秒間に５回）の速度で最大で１０の７乗回を超える回数で繰り返す（引張疲労試験）。なお、ここでの最大負荷応力は０．２％耐力の９０％の値および９０％未満の任意の値、最小負荷応力は１０ＭＰａ（固定値）とする。０．２％耐力の９０％の値を最大値として、上記９０％未満の任意の値を大きい方から順に設定して、回数の異なる３点以上の繰返し荷重回数で上記負荷と除荷を繰り返す。結果を、繰返し荷重回数をｘ軸、最大負荷応力σをｙ軸として、ｘ軸を対数（対数の底は１０）にした片対数のグラフにプロットしてＳ－Ｎ曲線を作成する。なお、引張疲労試験においては、グラフにプロットされる繰返し荷重回数の間隔が、ｘ軸方向において、対数表示で１以上、実数表示で１０の１乗以上になるように試験条件を調整する。プロットした点から最小二乗法により近似直線を求め、当該近似直線により、繰返し荷重回数が１０の７乗回での破断に至らない最大負荷応力を求める。この繰返し荷重回数が１０の７乗回での破断に至らない最大負荷応力が疲労限度（ＭＰａ）となる。
　また、繰返し荷重回数が１０の７乗回以上の評価が難しい場合は、例えば、１０の３乗回以上１０の６乗回以下の破断に至らない繰返し荷重回数での最大負荷応力を、Ｓ－Ｎ曲線の片対数グラフに３点以上プロットし、プロットした点から最小二乗法により近似直線を求め、当該近似直線により、繰返し荷重回数が１０の７乗回での疲労限度を見積もってもよい。この場合も、プロットされる点のｘ軸方向の間隔が、対数表示で１以上、実数表示で１０の１乗以上となるように試験条件を調整する。また、この引張疲労試験は、より正確に行うために、次の３つの条件を満たすことが重要である。
（i）測定長（引っ張られている部分）の両端が固定されており、試験中に動かないこと
（ii）測定長の両端が互いに一軸方向に真っ直ぐに引っ張られること
（iii）引張試験による破断箇所がチャック部分ではないこと

　次に引張強度について説明する。引張強度（ＭＰａ）は、引張実験装置により評価サンプルの両端を引っ張り、破断に至ったときの最大荷重（Ｋｇｆ）を配線材の断面積で除することで得られる。この、最大荷重は、引張実験装置において、引っ張り力が電気信号に変換され自動で算出される。なお、負荷応力比は、上記式（１）に示す通り、疲労限度／引張強度の値として求められるが、引張疲労試験における最大荷重／引張試験における最大荷重の値として求めてもよい。

　本実施形態のアルミニウム配線材は、負荷応力比が、０．４以上０．９以下であることで、半導体チップに接合された配線材のネック部の振動による破壊が著しく抑制され、その結果、耐振動性を向上させることができる。負荷応力比は０．５以上０．９以下であることが好ましく、０．６以上０．９以下であることがより好ましく、０．７以上０．９以下であることがさらに好ましい。負荷応力比がこの範囲であると、耐振動性の効果を高めることができる。

（耐力比）
　本実施形態のアルミニウム配線材は、下記（２）で定義される耐力比が１．０を超え２．３以下である。
　耐力比＝最大応力／０．２％耐力　・・・（２）

　上記の負荷応力比の範囲とした上で、アルミニウム配線材の耐力比を１．０を超え２．３以下とすることにより、アルミニウム配線材の靭性が増し、耐振動性をさらに向上させることができる。耐力比は１．２以上２．１以下であることが好ましく、１．４以上１．９以下であることがより好ましい。

　耐力比は最大応力（ＭＰａ）を０．２％耐力（応力）（ＭＰａ）で除して得られる値である。まず、上述した引張試験により、配線材の最大荷重（ｋｇｆ）及び０．２％ひずみ荷重（ｋｇｆ）を求める。最大荷重を配線材の断面積で除すことで最大応力（ＭＰａ）が得られる。また、０．２％ひずみ荷重を配線材の断面積で除すことで０．２％耐力（応力）（ＭＰａ）が得られる。すなわち、最大応力＝最大荷重／断面積であり、０．２％耐力（応力）＝０．２％ひずみ荷重／断面積である。これらを上記式（２）に当てはめて、耐力比を算出することができる。また、耐力比は、引張試験の最大荷重／０．２％ひずみ荷重の値として算出しても良い。

（耐振動性の評価）
　配線材サンプルを、超音波ボンディング装置（超音波工業製ワイヤボンダＲＥＢＯ７）を用いて、ループの高さ１ｍｍ、長さ７ｍｍとなるように、２枚のアルミニウム板に第一接合部と第二接合部をそれぞれ接合し、評価サンプルを得る。この評価サンプルを用いて、ＪＩＳ規格に基づき製作された振動疲労専用試験機（例えば、アズワン社製ＣＶ－１０１Ｍ）によって、振動疲労試験を行い、耐振動性の評価とする。振動疲労試験では、各サンプルについて、周波数５０Ｈｚ、加速度１Ｇ、振幅０．０９９ｍｍで破断するまで振動を印加する。振動疲労試験において、破断に至るまでの総振動回数が多いほど、耐振動性に優れる。

　上述した通り、例えば、電気自動車は、路面の整備が十分でなく平坦性が低い地域などで運転されることがあり、電気自動車に搭載されるパワー半導体には、振動による故障のないことが求められる。本実施形態のアルミニウム配線材は、上記構成により、耐振動性に優れるため、長期間振動にさらされた場合の故障を抑制することができる。また、パワー半導体には、電流による温度サイクルの下で上記のような振動が加わるが、本実施形態のアルミニウム配線材は、上記構成により、温度サイクルと振動が複合的に加わった場合でも、破断等の故障の発生が著しく少ない。そのため、電気自動車に用いた場合に、高い安全性を実現することができる。

　アルミニウム配線材の接合方法である超音波接合は、アルミニウム配線材に荷重を加えながら超音波を印加することで、接合面の酸化膜等を破壊するとともに、配線材を変形させながら接合する。そのため、例えば接合対象となるバスバーや電極の表面の酸化膜等が厚い程、それを取り除くために、アルミニウム配線材に印加される超音波は高荷重及び高エネルギーになる。しかし、高荷重及び高エネルギーでの超音波を印加すると、その振動のため、特に、接合部境界付近で配線材の強度低下を招き、結果として接合の長期信頼性の低下を招きやすい。しかしながら、本実施形態のアルミニウム配線材では、上記した通り優れた耐振動性とパワーサイクル寿命を実現できるので、高荷重及び高エネルギーでの超音波接合されたアルミニウム配線材であっても、接合の長期信頼性を維持することができる。

　また、低ループ接合では、高ループ接合に比べて振動への耐性が低いため、従来、所定のループ高さを維持することによって、アルミニウム配線材やその接合部の故障を抑制していた。本実施形態のアルミニウム配線材によれば、優れた耐振動性を有するため、ループ高さをより低くして接合することができるので、パワー半導体の小型化に寄与することができる。なお、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等においては、一般に、配線材や半導体チップが樹脂により封止されている。しかしながら、封止樹脂と、配線材や半導体チップとが完全に密着しているわけではなく、樹脂と配線材や半導体チップと間に全体的に隙間が生じることがある。この隙間のため、樹脂封止されているパワー半導体においても、樹脂封止されていないものと同様に、耐振動性が求められる。温度サイクルで熱疲労が生じた配線材では、樹脂と配線材の間のわずかな隙間で生じる短振幅の振動でも故障の原因となり得るためである。しかしながら、本実施形態のアルミニウム配線材によれば、パワーサイクル寿命が長く、耐振動性に優れるため、樹脂封止されたパワー半導体においても温度サイクルや振動による破断を抑制することができる。

　本実施形態のアルミニウム配線材は、アルミニウムの純度（アルミニウム配線材の総量に対するアルミニウムの量）が、９９．９質量％以上９９．９９９質量％未満のアルミニウムからなる。本実施形態のアルミニウム配線材は、特定の元素（後述する微量元素）が含有されていることで、十分な導電率を有するとともに、耐振動性及び接合の長期信頼性をさらに向上させ得る。

　本実施形態のアルミニム配線材に含有される、アルミニウム以外の微量元素としては、次の元素群（ａ）、（ｂ）、（ｃ）から選ばれる一つ（一元素群）以上である。
　元素群（ａ）は、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びスカンジウム（Ｓｃ）から選ばれる１種以上の元素である。
　元素群（ｂ）は、マグネシウム（Ｍｇ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）及びチタン（Ｔｉ）から選ばれる１種以上の元素である。
　元素群（ｃ）は、鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）及びバナジウム（Ｖ）から選ばれる１種以上の元素である。本実施形態のアルミニウム配線材において、元素群（ａ）、（ｂ）、（ｃ）から選ばれる一つ以上をそれぞれ所定量含むことで、結晶方位＜１１２＞の比率、負荷応力比及び耐力比を、上記した本実施形態の範囲に調整しやすい。

　本実施形態のアルミニウム配線材において、元素群（ａ）の元素（ニッケル、ジルコニウム及びスカンジウムから選ばれる１種以上）が含まれる場合、その合計量は、５質量ｐｐｍ以上１０００質量ｐｐｍ以下である。元素群（ａ）の元素の合計量は、５質量ｐｐｍ以上であることで、結晶粒が微細化されることにより、導電性の低減を抑えながらも配線材の耐振動性やパワーサイクル寿命を効果的に向上させることができる。このため、これらの元素の合計量は８質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、２０質量ｐｐｍ以上であることがより好ましい。また、元素群（ａ）の元素の合計量は、１０００質量ｐｐｍ以下であることで、高い耐振動性やパワーサイクル寿命を達成しつつ、導電性を維持することができる。この観点から、元素群（ａ）の元素の合計量は、５００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、１００質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。

　本実施形態のアルミニウム配線材において、元素群（ｂ）の元素（マグネシウム、クロム、タングステン、銅及びチタンから選ばれる１種以上）が含まれる場合、その合計量は、２質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である。元素群（ｂ）の元素の合計量が２質量ｐｐｍ以上であることで、再結晶温度の上昇や結晶粒の微細化、あるいはその相乗効果により配線材の強度が向上し、導電性の低減を抑えながらも効果的に配線材の耐振動性やパワーサイクル寿命を向上させることができる。このため、これらの元素の合計量は５質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、８質量ｐｐｍ以上であることがより好ましい。また、元素群（ｂ）の元素の合計量は、合計で、６０質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、４０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。

　本実施形態のアルミニウム配線材において、元素群（ｃ）の元素（鉄、ケイ素、ガリウム及びバナジウムから選ばれる１種以上）は、本実施形態のアルミニウム配線材に元素群（ａ）又は（ｂ）の元素が含有される場合は必須ではないが、元素群（ｃ）の元素が含まれる場合その合計量は１００質量ｐｐｍ以下である。元素群（ｃ）の元素の合計量が１００質量ｐｐｍ以下であることで、配線材の剛性が適度に増し、配線材耐対振動性やパワーサイクル寿命を向上させることができる。元素群（ｃ）の元素の合計量は元素群（ａ）及び（ｂ）の元素が含有されない場合、２質量ｐｐｍ以上である。元素群（ｃ）の元素の合計量は５質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、８質量ｐｐｍ以上であることがより好ましい。また、元素群（ｃ）の元素の合計量は、６０質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、５０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましく、４０質量ｐｐｍ以下であることがさらに好ましく、１０質量ｐｐｍ以下であることがもっとも好ましい。

　本実施形態のアルミニム配線材には、微量元素として、上記した元素群（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の元素以外に、さらに、亜鉛（Ｚｎ）及びマンガン（Ｍｎ）から選ばれる１種以上の元素が含まれていてもよい。この場合、亜鉛（Ｚｎ）及びマンガン（Ｍｎ）から選ばれる１種以上の元素の合計量は、１０質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。また、これらの元素の合計量は５質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、３質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。

　本実施形態のアルミニウム配線材は、元素群（ａ）、（ｂ）、（ｃ）から選ばれる一群の元素のみを微量元素として含有してもよく、任意の二群又は三群の元素を微量元素として含有してもよい。なかでも、本実施形態のアルミニウム配線材は、元素群（ａ）、（ｂ）、（ｃ）から選ばれる一群のみの元素を微量元素として含有することが好ましく、元素群（ａ）、（ｂ）、（ｃ）から選ばれる一群のみの元素に加えて、亜鉛（Ｚｎ）及びマンガン（Ｍｎ）から選ばれる１種以上の元素を含有することも好ましい。
　また、本実施形態のアルミニウム配線材は、上記した微量元素以外に、不可避不純物を含有していてもよい。

　本実施形態のアルミニム配線材に含有される元素の含有割合は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析等の化学分析で測定されるのが一般的であるが、これに限定されない。例えば、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）、グロー放電質量分析法（ＧＤＭＳ）またはエネルギー分散型Ｘ線分光法による分析（ＥＤＸ）によっても同様に測定することができる。

　本実施形態のアルミニウム配線材の線径は、通常、１５μｍ以上７００μｍ以下であり、７０μｍ以上６００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましい。アルミニウム配線材の線径は、断面形状が真円であれば直径とし、それ以外の形状（下記に示すような断面が円形、楕円形、長円形、多角形、多角形類似の形状）であれば長軸の長さを直径とする。ただし、断面が多角形、多角形類似の形状の場合は、幅や厚みとしてその長さを測定してもよい。図３に、アルミニウム配線材の断面形状の一例を模式的に示す。アルミニウム配線材の断面形状は、図３で示すように、円形状（図３のａ）以外にも、楕円形状（例えば、図３のｂ）や長円形状（例えば、図３のｃ）、四角形状（例えば、図３のｅ）、三角形（例えば、図３のｄ）又は多角形類似の形状（例えば、図３のｆ、ｇ）などであってもよい。アルミニウム配線材の断面が楕円形状や長円形状の場合、長軸の長さが、０．３ｍｍ以上４ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることがより好ましく、短軸の長さが、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。アルミニウム配線材の断面が四角形状の場合、長辺の長さが、０．３ｍｍ以上４ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることがより好ましく、短辺の長さが、通常、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。なお、断面が多角形や多角形類似、扁平楕円形（楕円形を単軸方向に圧縮した形状）の形状の配線材をリボン、断面が円形、楕円形、長円形の配線材をワイヤという。

（アルミニウム配線材の製造方法）
　次に、実施形態のアルミニウム配線材の製造方法の一例を説明する。なお、アルミニウム配線材の製造方法は、以下に示す製造方法に限定されるものではない。製造するアルミニウム配線材の重量や熱処理炉の処理能力を鑑みて適宜条件を調整することが望ましい。

　まず、原料とする高純度アルミニウムを準備し、所定量の微量元素を添加して溶解する。溶解した原料を所定の線径となるように凝固させる、または凝固させてから所定の線径に成型する。原料とする高純度アルミニウムの純度は、９９．９質量％以上であってもよく、９９．９９質量％以上であってもよく、９９．９９質量％以上であってもよい。溶解には、アーク加熱炉、高周波加熱炉、抵抗加熱炉、連続鋳造炉等の加熱炉が用いられる。大気溶解でも問題ないが、大気中からの酸素や水素の混入を防止する目的で、加熱炉のアルミニウム溶湯は真空あるいはアルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気に保持して溶解してもよい。また、アルミニウムの溶解に際しては、溶湯中に、アルゴン（Ａｒ）ガスや窒素ガスなどの不活性ガスをバブリングした後、フィルタによるろ過処理を行う、介在物除去工程を行うことが好ましい。介在物除去工程では、不活性ガスのバブリングにより二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）や酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）などの介在物をアルミニウム溶湯表面に凝集させ、続くろ過処理によって介在物をアルミニウム溶湯から除去することができる。介在物を除去することで、負荷応力比を０．４以上に調節しやすくなる。介在物除去工程において、アルゴン（Ａｒ）ガスを使用すると、負荷応力比を高くしながら、耐力比や＜１１２＞方位比率を上位範囲に調整しやすくなり、温度サイクル下において接合の長期信頼性と耐振動性をさらに向上させることができる。また、介在物除去工程においてバブリングされるガス流量を大きく、バブリングの時間を長くするほど介在物の除去効果が高くなるため、負荷応力比を０．４以上に調節しやすい。これに対し、ガス流量が大きすぎるか、バブリング時間が長すぎても、介在物の除去効果が局限に達した後は、効果が得られず無駄である。なお、バブリングの方法としては、アルミニウム溶湯中への不純物の溶出を抑える点で、高温での耐食性に優れる鋼鉄製のパイプを用い、当該パイプを介して不活性ガスをバブリングすることが好ましい。ろ過処理方法としては、空孔率０．８～０．９程度のセラミックフォーム製のフィルタにアルミニウム溶湯を通流させる方法がある。

　表１は、介在物除去工程を行った場合（バブリング有）と行わなかった場合（バブリング無）で、その他の製造条件が共通した場合の、最終線径のアルミニウム配線材の負荷応力比、耐力比、＜１１２＞方位比率の相違を示す表である。表１に示される実験例では、ニッケル（Ｎｉ）が０．０１質量％で残部がアルミニウム及び不可避不純物の組成Ａと、スカンジウム（Ｓｃ）が０．０５質量％、ジルコニウム（Ｚｒ）が０．０３質量％で残部がアルミニウム及び不可避不純物の組成Ｂについてバブリングの有無による影響を比較した。表１に示されるように、アルミニウム溶湯において介在物除去工程を行った場合は、行わなかった場合に比べて、負荷応力比、耐力比、＜１１２＞方位比率を本実施形態の範囲に調整しやすいことがわかる。

　溶解させたアルミニウム材料を、所定の直径となるように加熱炉から連続鋳造で凝固させてインゴットを作り、そのインゴットを押出機にセットして所定の線径に押出成形加工することができる。実施形態のアルミニウム配線材の製造方法では、所定の線径に押出成形加工された元線材にキズ防止処理を行う、キズ防止処理工程を行うことが好ましい。キズ防止処理工程を経ることで、耐力比を１．０を超え２．３以下に調節しやすくなる。キズ防止処理は、界面活性剤を主成分とする処理液を、元線材の表面に塗布して行うことができる。界面活性剤を用いることで、油性の処理液を用いるよりも、元線材の表面腐食を起こしにくいだけでなく、後の熱処理工程におけるアルミニウム配線材表面での界面活性剤の焼き付きや高温腐食を抑制できるので、耐力比を上記範囲に調整しやすくなる。また、キズ防止処理工程を経ることで、耐力比を上記範囲に調整しつつ、３０％以下への結晶方位＜１１２＞方位比率の調整と、０．４以上０．９以下の範囲への負荷応力比の調整を両立しやすくなる。なお、キズ防止処理工程の処理液に含有される界面活性剤としては、エタノール、メタノール、ブタノール、ｎ－プロピルアルコール、フェノール、エチレングリコール、トリデカノール、グリセリン等のアルコール系溶剤等が挙げられ、後の伸線工程で潤滑剤として界面活性剤を用いる場合、当該伸線工程と同種の界面活性剤を用いることが好ましい。また、キズ防止処理工程で用いられる界面活性剤の濃度は特に限定されないが、耐力比を、１．０を超え２．３以下に調節しやすくする点では、後の伸線工程で界面活性剤を用いる場合、当該伸線工程の界面活性剤と同じ濃度であることが好ましい。

　上述の工程で得られた元線材を、線径５．０ｍｍの中間線材に伸線加工する。中間線材の線径は通常、最終線径の７～３３０倍程度である。
　次いで、伸線加工後の配線材（中間線材）に均質化処理を行う（均質化処理工程）ことが好ましい。均質化処理では、中間線材に、大気炉で、４００℃～５００℃にて３０分～２４０分程度加熱する熱処理を施し、その後急冷する。均質化処理工程を経ることで、上記所定の結晶方位＜１１２＞の方位比率と、負荷応力比の値を両立しやすくなる。均質化処理工程における急冷は、特に限定されず、加熱後の中間線材を浸漬槽等に貯留した冷水に浸漬する方法や、加熱後の中間線材に冷水をシャワー等でかけ流す方法などで行うことができる。本実施形態のアルミニウム配線材は、アルミニウム純度が、９９．９質量％以上９９．９９９質量％未満と高いので、アルミニウム配線材に含有されるアルミニウム以外の微量元素の量がアルミニウムの固溶限より少ない。そのため、アルミニウムマトリックス中に微量元素を固溶させるための溶体化処理は行わなくてもよい。しかしながら、溶体化処理よりも、低温かつ短時間の均質化処理を行うことで、微量元素をアルミニウムマトリックス中に均質に分散させることができるので、上記所定の結晶方位＜１１２＞の方位比率と、負荷応力比の値を両立しやすくなり、接合の長期信頼性と耐振動性を向上させつつ、曲げに対する十分な追従性を得ることができる。
　なお、本実施形態のアルミニウム配線材の製造方法では、上記均質化処理に加えて、アルミニウム以外の元素をアルミニウムマトリックス中に固溶させるための溶体化処理を行ってもよい。また、均質化処理後の中間線材には、伸線加工前に、中間熱処理が施されてもよい。中間熱処理では、例えば、均質化処理後の中間線材を、２４０～３００℃で３０～１４０分程度加熱し、その後、空冷する。中間熱処理における中間線材の加熱は、所定の温度に加熱した加熱雰囲気内に配線材を通過させて熱処理を行う走間熱処理や、密閉式の炉内に配線材を加熱して行うバッチ式熱処理がある。

　均質化処理後の中間線材は、続いて、最終線径まで伸線加工される。伸線加工では、複数の超硬ダイスもしくはダイヤモンドダイスに順に配線材を通過させて、段階的に配線材の線径を縮小する。＜１１２＞の方位比率を３０％以下にするために、ダイス１つあたりの減面率（加工率）は３％以上４０％以下とするのがよい。とくに中間線材の伸線加工の初期段階において、ダイス１つあたりの減面率を３％以上５％以下にするのが望ましい。また、伸線加工は、ダイスを冷却しながら行うことが好ましい。ダイスを冷却することで、ダイスと配線材の摩擦により配線材の温度が上がるのを抑制し、これにより、アルミニウム配線材の＜１１２＞方位比率を３０％以下に調整しやすくするとともに、アルミニウム配線材全体として均質な＜１１２＞方位比率を得ることができる。ダイス冷却方法としては、ダイス入口に冷水を含む冷却液を噴射する方法が有効である。またダイスの冷却と同時に、ダイス内に、界面活性剤を主成分とする潤滑剤を流入させてもよく、これにより、負荷応力比を上記範囲に調節しやすくなる。ダイス入口に冷却液を噴射してダイスを冷却する方法によれば、冷却液に潤滑剤を混合して供給することができるので、潤滑剤を効率的にダイス内に流入させることもできる。なお、ダイス冷却は、例えば、冷却液の温度が２０℃以下で、噴霧される冷却液の流量は多い方が、冷却効果が高く、＜１１２＞の方位比率が均質になりやすい。これに対し、冷却液の流量は多すぎると、冷却効果が限定的となるため無駄が生じやすい。

　最終線径まで伸線した配線材に、最終熱処理を施す。最終熱処理では、主に配線材内部に残留する金属組織の歪みが除去され、これにより配線材の機械的特性等が調整され得る。
　最終熱処理の方法としては、所定の温度に加熱した加熱雰囲気内に配線材を通過させて熱処理を行う走間熱処理や、密閉式の炉内に配線材を加熱して行うバッチ式熱処理がある。本実施形態での最終熱処理は、例えば、１５０℃以上４００℃以下で３０分から６０分程度バッチ式熱処理にて行うことが好ましい。

　最終熱処理を施された配線材は、続いて空冷されることが好ましい。空冷により、アルミニウム配線材の、＜１１２＞方位比率を均質に、３０％以下に調節しやすくなる。これは、空冷よりも水冷の方が冷却効果は高いが、空冷では水冷に比べて、アルミニウム配線材表面に汚染や欠陥を生じず、上述した耐力比及び負荷応力比を実現しつつ、３０％以下の＜１１２＞方位比率に均質かつ精密に制御しやすいためである。空冷方法としては、例えば、最終熱処理後のアルミニウム配線材を室温で放置することで徐冷する方法や、冷風をアルミニウム配線材表面に噴射する方法がある。中でも、エアや冷風をアルミニウム配線材表面に噴射する方法が、＜１１２＞方位比率を均質かつ安定に上記所望の範囲に調整しやすいため好ましい。空冷をエアや冷風をアルミニウム配線材表面に噴射する方法で行う場合、エアや冷風の温度が低い程、また噴射する風速が大きい程、冷却効果が高く、上記範囲の＜１１２＞方位比率を安定的に得やすくなる。

　上記で説明した実施形態のアルミニウム配線材の製造方法においては、アルミニウム配線材中の微量元素の量や種類に応じて、溶湯での介在物除去工程、元線材での均質化処理、伸線加工におけるダイス冷却、最終熱処理及び最終熱処理後の空冷におけるそれぞれの条件を上述した手法で調整することで、＜１１２＞方位比率、平均結晶粒径、負荷応力比及び耐力比を好ましい範囲に調整することができる。

（アルミニウム配線材の用途）
　本実施形態のアルミニウム配線材は、従来、鉄系材料、銅系材料及びアルミニウム系材料からなる配線材が用いられているあらゆる用途が対象となり得る。具体的には、半導体用のボンディングワイヤ、ボンディングリボン、電線やケーブル等の導電部材、集電体用のメッシュや網等の電池用部材、発電機やモータに用いられる巻線等として好適に用いることができる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

　次に、実施例について説明する。本発明は以下の実施例に限定されない。

　実施例のアルミニウム配線材を、次のように作製した。純度が９９．９質量％以上の高純度のアルミニウム地金を準備した。このアルミニウム合金に、表２～４の組成となるよう、微量元素を添加し、大気下で溶解した。アルミニウム合金の溶解においては、アルミニウム合金の溶湯中に、アルゴン（Ａｒ）ガスを、鋼鉄製のパイプを介してバブリングした後、溶湯表面に析出した介在物を、空孔率０．８５のセラミックフォーム製のフィルタによってろ過した。このときのアルゴン（Ａｒ）ガスの流量は７Ｌ／分、ろ過時の溶湯流束は、２２ｋｇ／分であった。その後、連続鋳造・押出成形加工して線材を得た。押出成形加工により得られた線材表面に、界面活性剤である、エタノールの水溶液を塗布してキズ防止処理を行なった。これにより得られた線材を、中間線径５ｍｍまで伸線加工し、この中間線径５ｍｍの中間線材に対して、４００℃から５００℃にて３０分から２４０分程度加熱した後、冷水をシャワー等でかけ流すことで急冷して均質化処理を行なった。また、中間熱処理を２４０℃から３００℃で３０分から１４０分程度行った。中間熱処理後、中間線材を、空中にて冷却した。中間熱処理前後の中間線材に、冷間でのダイス引き抜きによる伸線加工を施した。伸線加工においては、ダイヤモンドダイス１つあたりの減面率（加工率）は３％以上４０％以下とした。また、ダイス引き抜きによる伸線加工においては、ダイヤモンドダイスに、上記した界面活性剤と同種の界面活性剤を、キズ防止処理時の処理液と同濃度となるように含有させた潤滑液を流入させて、ダイヤモンドダイスを冷却した。実施例のアルミニウム配線材の作製では、最終線径に加工するまでの総加工率を９９．３６％として、最終線径（４００μｍ）まで伸線加工し、最終線径まで加工されたアルミニウム配線材に、バッチ式炉又はソルトバスにて最終熱処理を１５０℃から４００℃の間で３０分間から６０分間、施した。最終熱処理を終えたアルミニウム配線材に冷風を噴射して空冷した後、空冷されたアルミニウム配線材を巻き替え機によってスプールに約３００ｍごとに巻き替えた。これにより、断面が円形状のアルミニウム配線材を得た。

　比較例のアルミニウム配線材は次のように作製した。実施例と同様にして、純度９９．９質量％以上のアルミニウム地金を準備し、表５の組成となるよう、微量元素を添加し、中間線径や最終線径での熱処理温度や時間、各線径から次の線径までの加工率、中間熱処理後の冷却速度、各ダイスの減面率などの製造条件を上記実施例の製造条件の範囲外に変えて、各比較例のアルミニウム配線材を作製した。

（配線材断面の結晶方位及び平均結晶粒径の測定）
　実施例及び比較例のアルミニウム配線材断面の結晶方位は次のように測定した。アルミニウム配線材を、数センチ長さに切り出して、評価サンプルを複数本用意した。評価サンプルが伸びたりたるんだりしないように配慮しながら、金属（Ａｇめっきフレーム）板上に真っ直ぐかつ平坦に貼り付けた。その後、評価サンプルを金属板ごと円筒状の型（かた）に、金属板が円筒の底面となるように入れ、次いで、型内に埋め込み樹脂を流し込んで、その後、硬化剤を添加して樹脂を硬化させた。続いて、硬化させた評価サンプル入りの円筒状の樹脂を、配線材長手方向の垂直断面（以下、横断面ともいう。）が露出するように研磨器にて粗研磨した。その後、最終研磨によって切断面の仕上げをし、続いて、イオンミリングにより、研磨面の残留歪みを除去し、滑らかな表面を得た。なお、配線材切断面が配線材長手方向と垂直になるようにイオンミリング装置を微調整した。

　電界放出形走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ、日本電子製　ＪＳＭ－７８００Ｆ）の試料台に、評価サンプルの配線材の横断面（即ち、評価サンプルの研磨面）が試料台と平行になるように貼り付け、ＦＥ－ＳＥＭによって２００倍の観察倍率、加速電圧１５ｋｅＶ、測定領域約４２０×４２０μｍ、測定間隔（Ｓｔｅｐ　Ｓｉｚｅ）１．２μｍを設定して横断面の結晶方位及び平均結晶粒径を測定した。こうして得られた結晶方位は結晶方位解析専用ソフト（ＴＳＬ製　ＯＩＭ　ａｎａｌｙｓｉｓ、以下専用ソフトともいう。）を用いて解析した。

　専用ソフトの結晶粒の判別条件を設定し、測定した試料の結晶方位比率、すなわち各結晶方位の存在割合を解析した。専用ソフトの結晶粒の判別条件は、通常、解析の目的によって設定できるが、結晶方位比率の解析結果にはほとんど影響しないので、本実施例及び比較例では、方位差が１０°以下で２つ以上のピクセルが繋がっている場合に１つ結晶粒として認識するように設定し、その内＜１１２＞方位の結晶粒の割合を求めた。

　また、ＥＢＳＰ測定データの解析では、測定面の、粗さ、研磨等による残留歪み、コンタミネーション、酸化膜の存在などによって、結晶方位が測定できない領域がありうる。このため、信頼度を設定し、この信頼度を基準として、測定エリア内で同定できた結晶方位だけの面積を母集団として、各方位比率を、専用ソフトにより自動で算出した。つまり、結晶方位が測定できない部位及び測定できるが結晶方位の測定結果の信頼度が低い部位等は除外して方位比率を求めた。ここで、専用ソフトにパラメータが用意されている場合があり、信頼度は、当該パラメータを使用して設定することができる。具体的には、Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ　Ｉｎｄｅｘ（ＣＩ値）、Ｉｍａｇｅ　Ｑｕａｌｉｔｙ（ＩＱ値）等の数種のパラメータを使用して、試料の状態、解析目的等に応じて、信頼度を満たすか否かの判定基準を選定することができる。例えば、ＣＩ値は０．１以上を設定し、ＣＩ値が０．１より小さい部位を除外した。さらに、専用ソフトに含まれているクリーンアップ処理を使用し、測定の信頼度が低いピクセルの方位データ等を、その周辺の正常な測定がなされたピクセルのデータで置き換え、測定の信頼度が低い部分の測定結果を補完した。この方法は、測定信頼度の低いピクセルが点在しているときに、その除去のために有効である。ただし、クリーンアップ処理が過剰になると映し出された像のノイズが大きくなるので、例えば、方位差が１０°以下で２つ以上のピクセルが繋がっている場合に、１つの結晶粒を認識することとし、Ｇｒａｉｎ　Ｄｉｌａｔｉｏｎ法を１回実施し、さらに、Ｇｒａｉｎ　ＣＩ　Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ法を１回実施した。

　上記により求めた、実施例及び比較例の各アルミニウム配線材の、長手方向に垂直な断面における、長手方向に対して角度差が１０°以下である＜１１２＞方位比率、平均結晶粒径を下記の表２～５に示す。

（負荷応力比の測定）
　負荷応力比は、以下の方法により求めた。実施例及び比較例の各アルミニウム配線材を、測定長さ１００ｍｍとして、評価サンプルを得た。この評価サンプルを用いて、１５～２８℃の室温中で引張疲労試験専用試験機（Ｉｎｓｔｒｏｎ社製ＥｌｅｃｔｒｏＰｌｕｓＥ３０００）によって、引張疲労試験を行うことにより疲労限度（ＭＰａ）を測定した。評価サンプルの両端を引っ張って、最大負荷応力での負荷及び最小負荷応力での除荷を、５Ｈｚ（１秒間に５回）の速度で１０の７乗回を超える繰り返し回数を最大回数として、３点以上の異なる繰返し荷重回数での最大負荷応力をＳ－Ｎ曲線の片対数グラフにプロットし、プロットした点から最小二乗法により近似直線を求め、当該近似直線により、１０の７乗回繰り返したときの疲労限度（ＭＰａ）を求めた。

　また、実施例及び比較例の各アルミニウム配線材を、長さ１００ｍｍよりやや長く切り出して、別途、評価サンプルを得た。１５～２８℃の室温中で引張試験にて引張強度、すなわち最大荷重（Ｋｇｆ）を測定した。引張試験における最大荷重は引張実験装置により測定することができる。最大荷重は、引張実験装置（例えば、株式会社島津製作所製　オートグラフ、モデル：ＡＧＳ－５ｋＮＸ）にて、測定長さ１００ｍｍとして、評価サンプルのアルミニウム配線材を速度２０ｍｍ／ｍｉｎ、ロードセル定格１００Ｎで引っ張り続け、破断に至るまでの最大値として算出される。最大荷重は、上記速度で引っ張られる配線材にかかる力であり、通常、ロードセルにより、引っ張り力を電気信号に変換して自動で算出される。最大荷重は、測定結果のばらつきを考慮し、３本の平均値を求めた。最大荷重を配線材の断面積で除して引張強度（ＭＰａ）を求めた。

　上記により測定した、疲労限度及び引張強度から、以下の式により負荷応力比を計算した。
　負荷応力比＝疲労限度／引張強度
　上記により求めた、実施例及び比較例の各アルミニウム配線材の負荷応力比を下記の表２～５に示す。

（耐力比の測定）
　耐力比は、実施例及び比較例の各アルミニウム配線材を、長さ１００ｍｍよりやや長く切り出して、耐力比測定用の評価サンプルを得た。引張試験により、上述と同様の条件で、各サンプルの最大荷重（Ｋｇｆ）及び０．２％ひずみ荷重（Ｋｇｆ）を求め、それぞれを各サンプルの断面積で除し、以下の式により耐力比を計算した。
　耐力比＝最大応力／０．２％耐力（応力）
上記により求めた、実施例及び比較例の各アルミニウム配線材の耐力比を下記の表１～４に示す。

（微量元素濃度の測定）
　実施例及び比較例の各アルミニウム配線材中の微量元素の濃度は次のように測定した。製造した配線材の０．５ｇほどを溶解させた。溶液中の各元素の濃度を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法（株式会社島津製作所製、ＩＣＰＥ－９０００）により求めた。なお、ここで測定した微量元素は、鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）、バナジウム（Ｖ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タングステン（Ｗ）、スカンジウム（Ｓｃ）であり、下記表２～５にこれらの含有量を示す。下記表において、「ｍａｓｓ」の略称は質量を意味する。

　上記で得られた実施例及び比較例のアルミニウム配線材の組成を表２～９に示す。次に、上記で得られたアルミニウム配線材について次の性能評価を行なった。

（パワーサイクル試験）
　実施例及び比較例のアルミニウム配線材のそれぞれを、超音波ボンディング装置（超音波工業製ワイヤボンダＲＥＢＯ７）を用いてパワーチップのアルミニウム合金電極上にアルミニウム配線材を接合した。各アルミニウム配線材について、接合部分の配線材の長手方向長さが５００μｍとなるように、接合時の超音波エネルギーと加圧力をそれぞれ設定した。アルミニウム配線材を接合後、パワーチップに、パワーチップの最大温度（Ｔｊｍａｘ）が１５０℃で最低温度（Ｔｊｍｉｎ）が２５℃、すなわち最大温度と最低温度の温度差（ΔＴｊ）＝１２５℃となる電流、通電時間、冷却時間を設定し、パワーサイクル試験を実施した。このときの通電時間は約７秒、通電停止時間は約１３秒、１サイクルあたり約２０秒である。

　通電ができなくなったときのサイクル数をパワーサイクル試験での寿命（パワーサイクル寿命）と定義した。パワーサイクル寿命が３万サイクル以上のサンプルを目標以上の寿命ということで「Ｓ」（優）と判定した。パワーサイクル寿命が２万サイクル以上３万サイクル未満を目標レベルということで「Ａ」（良）と判定した。パワーサイクル寿命が１万サイクル以上２万サイクル未満のサンプルを及第点ということで「Ｂ」（可）と判定した。パワーサイクル寿命が１万サイクル未満のサンプルを「Ｃ」（不合格）と判定した。各実施例及び比較例におけるアルミニウム配線材のパワーサイクル試験（熱サイクル）の評価を表２～５に示す。

（耐振動性）
　実施例及び比較例の各アルミニウム配線材を、超音波ボンディング装置（超音波工業製ワイヤボンダＲＥＢＯ７）を用いて、ループの高さ１ｍｍ、長さ７ｍｍとなるように、２枚のアルミニウム板に第一接合部と第二接合部をそれぞれ接合し、評価サンプルを得た。ループの長さは、第一接合と第二接合の両端の間の直線距離である。この評価サンプルを用いて、ＪＩＳ規格に基づき製作された振動疲労専用試験機（アズワン社製ＣＶ－１０１Ｍ）によって、振動疲労試験を行い、耐振動性の評価とした。振動疲労試験は各評価サンプルについて、周波数５０Ｈｚ、加速度１Ｇ、振幅０．０９９ｍｍで破断するまで振動を印加した。振動疲労試験において、破断に至るまでの総振動回数が５万を超える評価サンプルを目標以上ということで「Ｓ」と判定した。破断に至るまでの総振動回数が１万以上５万未満のものを目標レベルということで「Ａ」と判定した。破断に至るまでの総振動回数が５千以上１万未満のものを及第点ということで「Ｂ」と判定した。破断に至るまでの総振動回数が５千未満のサンプルを不合格ということで「Ｃ」と記した。各実施例及び比較例におけるアルミニウム配線材の振動疲労試験の評価を表２～５に示す。

（ツール外れ評価）
　次に、線径が４００μｍのアルミニウム配線材の評価サンプルを用い、超音波ボンディング装置（Ｋ＆Ｓ製ワイヤボンダ　ＡＳＴＥＲＩＯＮ）を用い、２枚のアルミニウム板に、第一接合と第二接合を、これらの距離が５ｍｍとなるように接合した。第二接合部は配線材軸方向に対して水平方向に横に４５°を目標に、評価サンプルを曲げて接合した。接合条件は、評価サンプルに対して超音波エネルギーと加圧力がそれぞれ最適な条件となるように設定した。なお、ボンドツールはＫｕｌｉｃｋｅ＆Ｓｏｆｆａ社製、型番：１２７５９１－１６を使用し、その配線材をつかむワニ口の寸法は、間口（内径）が０．５ｍｍ、深さ（高さ）が０．２ｍｍ、長さ（奥行）が１．０ｍｍである。

　ツール外れの不具合が発生したかどうかの判定は、第二接合部の配線材の状態を観察して行った。評価サンプルを用い、３０回のボンディング（第一接合と第二接合の組合せを１回とする。）を行い、不着と図１の左下のような、ツールと片当たりした接触痕のいずれもが全くなかった場合は「Ｓ」、不着が１回又は接触痕が１箇所の場合は「Ａ」、不着が２回又は接触痕が２箇所の場合は「Ｂ」、不着が３回又は接触痕が３箇所の場合は「Ｃ」と判定した。これらの結果を表２～５に示した。

　なお、実施例１及び比較例２６の配線材について、次のとおり、高湿度環境下における耐腐食試験を行った。超加速寿命試験装置を使用し、１２１℃、１００％ＲＨ（飽和）の条件で１０００時間まで試験を行った。腐食層厚さ測定は、断面ミリング装置を使用してワイヤ断面を作製した後、ＦＥ－ＳＥＭを使用して腐食層の観察を行った。その結果、腐食層厚さはいずれも５μｍ程度であり、配線材の使用に問題がないレベルであることを確認した。

（総合評価）
　上記３つの評価が「Ｓ」のみであれば、優秀であるという意味で総合評価「優」と判定した。上記３つの評価が「Ｓ」又は「Ａ」のみの場合は良好という意味で総合評価「良」と判定した。それ以外の評価の組合せで、かつ「Ｃ」の評価がなければ、及第点という意味で総合評価「可」と判定した。１つでも「Ｃ」の評価があるサンプルは不合格という意味で総合評価「不可」と判定した。これらの結果を表２～５に記した。

（樹脂封止したチップの熱振動疲労試験）
　また、樹脂封止をした状態での熱振動疲労について評価するため、評価用の模擬パワー半導体装置を作製した。図４に、評価用の模擬パワー半導体装置２００を模式的に示す。図４に示されるように、縦４５ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ２ｍｍのタングステンカーバイド製の金属板２０１に、２個の階段状のアルミニウム製端子２０２、２０３とＩＧＢＴチップ２０４をダイボンドで固定した。なお、一方のアルミニウム製端子２０３の裏面には金属製スペーサーを配置し、適宜、盛り上がるようにした。その後、実施例及び比較例のアルミニウム配線材によって、ＩＧＢＴチップ２０４と端子２０３をボンディングし、ループ頂上から端子表面の高さが１ｍｍ、ＩＧＢＴチップ２０４表面からループ頂上までの高さが１０ｍｍ、配線材接合部分の両端面の距離、すなわち配線材の長さが最も短いもので７ｍｍ、最も長いもので２０ｍｍとなるようにループを形成した。その後、市販の樹脂製ダム剤でＩＧＢＴチップ２０４周囲に壁を形成し、シリコーンゲル系の封止樹脂２０５で壁の内側の、ＩＧＢＴチップ２０４及び配線材のボンディング部分を満たした。

　上記の方法で作製した模擬パワー半導体装置で熱振動疲労試験として、パワーサイクル試験及び振動疲労試験を実行した。すなわち、実デバイスでの熱ストレス及び振動によるストレスに近い負荷を再現するために、上述したパワーサイクル試験の４，３２０サイクル（２０秒×４３２０回＝２４時間）とその後の半導体装置自体の振動試験（２４時間）を本試験での１サイクルとし、１サイクル毎に通電試験を行った。当該振動試験は、上述の振動疲労試験の条件により実施した。

　通電ができなくなったときのサイクル数を熱振動疲労試験での寿命と定義し、寿命が６サイクル以上のサンプルを目標以上の寿命ということで「優」、４サイクル以上６サイクル未満を目標レベルということで「良」、２サイクル以上４サイクル未満のサンプルを及第点ということで「可」、２サイクル未満のサンプルを不合格ということで「不可」と記した。各実施例及び比較例におけるアルミニウム配線材の熱振動疲労試験の評価を表６～９に示す。
　なお、比較例５～１０はツール外れ評価が不合格であったため評価を行わなかった。

（圧延した配線材の評価）
　さらに、表１０に示す組成のアルミニウムを用い、実施例１と同じ加工条件で作製したサンプルを、長辺の長さ２ｍｍ、短辺の長さ０．２ｍｍとなるようにリボン状に圧延した。得られたリボン状の配線材を用い、実施例１と同様に２枚のアルミニウム板の間にループ接合した。この際、リボン状の配線材では、第二接合において、配線材軸方向に対して配線材を水平横方向に２０°の曲げを目標に接合した以外は実施例１と同じ条件で接合及び評価を行った。結果を表１０に記す。また、表１１に示す組成のアルミニウム配線材を実施例１と同様に作成し、得られたサンプルを、長辺の長さ２ｍｍ、短辺の長さ０．２ｍｍとなるようにリボン状に圧延した。得られたリボン状の配線材を用い、上述した「樹脂封止したチップの熱振動疲労試験」を行った。結果を表１１に示す。

　以上のことから、実施例の高純度アルミニウム配線材によれば、耐振動性の向上、耐熱強度の向上及び追従性の向上を同時に実現することができた。
　実施例のパワー半導体用アルミニウム配線材により、パワーエレクトロニクス産業、自動車産業、電気鉄道、電力産業等の発展に大きく貢献できる。

Claims (7)

1. 　純度が９９．９質量％以上９９．９９９質量％未満のアルミニウムからなるアルミニウム配線材であって、
   前記アルミニウム配線材の長手方向に垂直な断面において、
   　長手方向に対して角度差が１０°以下である結晶方位＜１１２＞の方位比率が３０％以下であり、
   　前記断面における平均結晶粒径が６０μｍ以下であり、
   　下記（１）で定義される負荷応力比が０．４以上０．９以下であり、
   　　負荷応力比＝疲労限度／引張強度　（１）
   　下記（２）で定義される耐力比が１．０を超え２．３以下であり、
   　　耐力比＝最大応力／０．２％耐力　（２）
   　前記アルミニウム配線材が、元素群（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）から選ばれる一つ以上を含み、
   　元素群（ａ）は、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びスカンジウム（Ｓｃ）から選ばれる１種以上の元素の合計が５質量ｐｐｍ以上１０００質量ｐｐｍ以下であり、
   　元素群（ｂ）は、マグネシウム（Ｍｇ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、及びチタン（Ｔｉ）から選ばれる１種以上の元素の合計が２質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下であり、
   　元素群（ｃ）は、鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）及びバナジウム（Ｖ）から選ばれる１種以上の元素の合計が２質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、
   アルミニウム配線材。
2. 　前記アルミニウム配線材の長手方向に垂直な断面における平均結晶粒径が５５μｍ以下である請求項１に記載のアルミニウム配線材。
3. 　前記アルミニウム配線材が、
   　さらに、亜鉛（Ｚｎ）及びマンガン（Ｍｎ）から選ばれる１種以上の元素を１０質量ｐｐｍ以下含有する請求項１又は２に記載のアルミニウム配線材。
4. 　前記アルミニウム配線材の線径が１５μｍ以上７００μｍ以下である請求項１又は２に記載のアルミニウム配線材。
5. 　前記アルミニウム配線材の長手方向に垂直な断面が円形、長円形又は楕円形状である請求項１又は２に記載のアルミニウム配線材。
6. 　アルミニウム配線材の製造方法であって、 
   　純度が９９．９質量％以上９９．９９９質量％未満のアルミニウムからなり、
   　元素群（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）から選ばれる一つ以上を含み、
   　元素群（ａ）は、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びスカンジウム（Ｓｃ）から選ばれる１種以上の元素の合計が５質量ｐｐｍ以上１０００質量ｐｐｍ以下であり、
   　元素群（ｂ）は、マグネシウム（Ｍｇ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、及びチタン（Ｔｉ）から選ばれる１種以上の元素の合計が２質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下であり、
   　元素群（ｃ）は、鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）及びバナジウム（Ｖ）から選ばれる１種以上の元素の合計が２質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、アルミニウム合金を準備する工程と、
   　前記アルミニウム合金を伸線加工する工程と、を有し、
   前記アルミニウム配線材の長手方向に垂直な断面において、
   　長手方向に対して角度差が１０°以下である結晶方位＜１１２＞の方位比率が３０％以下であり、
   　前記断面における平均結晶粒径が６０μｍ以下であり、
   　下記（１）で定義する負荷応力比が０．４以上０．９以下であり、
   　　負荷応力比＝疲労限度／引張強度　　　　（１）
   　下記（２）で定義する耐力比が１．０を超え２．０以下である
   　　耐力比＝最大応力／０．２％耐力　　　　（２）
   　ことを特徴とするアルミニウム配線材を製造する方法。
7. 　アルミニウム配線材の製造方法であって、 
   　純度が９９．９質量％以上９９．９９９質量％未満のアルミニウムからなり、
   　元素群（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）から選ばれる一つ以上を含み、
   　元素群（ａ）は、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びスカンジウム（Ｓｃ）から選ばれる１種以上の元素の合計が５質量ｐｐｍ以上１０００質量ｐｐｍ以下であり、
   　元素群（ｂ）は、マグネシウム（Ｍｇ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、及びチタン（Ｔｉ）から選ばれる１種以上の元素の合計が２質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下であり、
   　元素群（ｃ）は、鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）及びバナジウム（Ｖ）から選ばれる１種以上の元素の合計が２質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、アルミニウム合金を準備する工程と、
   　前記アルミニウム合金を、ダイス１つあたりの減面率（加工率）が３％以上４０％以下の条件で伸線加工する工程と、を有し
   前記アルミニウム配線材の長手方向に垂直な断面において、
   　長手方向に対して角度差が１０°以下である結晶方位＜１１２＞の方位比率が３０％以下であり、
   　前記断面における平均結晶粒径が６０μｍ以下であり、
   　下記（１）で定義する負荷応力比が０．４以上０．９以下であり、
   　　負荷応力比＝疲労限度／引張強度　　　　（１）
   　下記（２）で定義する耐力比が１．０を超え２．０以下である
   　　耐力比＝最大応力／０．２％耐力　　　　（２）
   　ことを特徴とするアルミニウム配線材を製造する方法。
    

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