JP2006206945A - 低融点ハンダ性に優れた表面処理Ａｌ板 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｐｂを含まない低融点のハンダ濡れ性およびハンダ強度に優れた表面処理Ａｌ板を提供する。
【解決手段】 Ａｌ基板表面に置換めっきによりＺｎ層を形成させ、その上にＮｉ層と、さらにその上にＢｉ、Ｉｎ、Ａｇのいずれかの金属めっき層、またはＳｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｎｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金のいずれかの合金めっき層を形成させて、最表面にＢｉ、Ｉｎ、Ａｇのいずれかの金属めっき層、またはＳｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｎｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金のいずれかの合金めっき層を設けてなる表面処理Ａｌ板とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、Ｐｂフリーの低融点ハンダ性に優れた表面処理Ａｌ板に関する。

電子機器等に用いられる端子板やプリント基板用の材料として、従来は真鍮板にハンダめっきを施した材料や銅板などが用いられてきたが、環境に与える影響からＰｂを含まないＰｂフリーのハンダの使用が求められるようになっている。また、電子機器の小型化および軽量化も求められており、それにともなってこれらの電子機器の部品である端子板やプリント基板などの部品についても小型化および軽量化も求められようになってきており、Ｐｂフリーのハンダ付けが可能な材料として、Ａｌ板にＳｎめっきを施した材料が提案されている。

例えば特許文献１は、Ａｌ板またはＡｌ系合金金属材にＮｉめっき層を介してＳｎめっき層が形成されたハンダ付け性およびめっき密着性に優れたＡｌ系合金金属板を提案している。このＡｌ系合金金属板においては、溶融Ａｌめっき鋼板などの基材に真空蒸着法を用いてＮｉめっきを施した後、続いてＳｎめっきを施す。この方法による場合、ＮｉおよびＳｎめっきを施すために真空蒸着法を用いるが、真空装置などの大掛りな装置が必要であり、また製膜速度が小さく生産性に乏しいため、安価に製造することが困難である。

また特許文献２は、アルミニウム基材上に錫または錫合金層が、アルミニウム基材と錫または錫合金層との界面に錫の濃度勾配を形成して被覆されたことを特徴とするハンダ付け性に優れる錫または錫合金層を被覆したアルミニウム材料を提案している。このアルミニウム材料においては、アルミニウム合金板に錫を電気めっきした後に加熱する。または溶融した錫合金中にアルミニウム合金板を通すことにより、アルミニウム基材と錫または錫合金層との界面に錫の濃度勾配を形成して錫めっきするが、アルミニウム基材と錫または錫合金層との密着性が不十分であり、特に曲げ加工を施した場合に、錫めっき皮膜がアルミニウム基材から剥離しやすい欠点を有している。
特開平０５−３４５９６９号公報 特開平０５−２９１３９４号公報

本発明は、Ｐｂを含まない低融点のハンダ濡れ性およびハンダ強度に優れた表面処理Ａｌ板を提供することを目的とする。

本発明者は、上記問題点を解決するために、Ａｌ基板へのＰｂフリーハンダの濡れ性に優れ高いハンダ強度を得る手段として、Ｎｉ層上に一段とＰｂフリーハンダの濡れ性に優れている金属層または合金層を設けることを着想し、それを通常の湿式めっきが困難なＡｌ基板に真空蒸着や溶融めっき法によらない通常の湿式めっきによりめっき層を形成させることを種々研究した結果、Ｚｎめっきを施した後にＮｉめっき層形成させることにより、良好な密着性が得られることを見出し、本発明に到達したものである。
すなわち、上記目的を達成する本発明の表面処理Ａｌは、Ａｌ基板表面に、基板側から順にＺｎ層、Ｎｉ層、Ｂｉ層を形成してなる表面処理Ａｌ板（請求項１）、または
Ａｌ基板表面に、基板側から順にＺｎ層、Ｎｉ層、Ｉｎ層を形成してなる、表面処理Ａｌ板（請求項２）、または
Ａｌ基板表面に、基板側から順にＺｎ層、Ｎｉ層、Ａｇ層を形成してなる、表面処理Ａｌ板（請求項３）、または
Ａｌ基板表面に、基板側から順にＺｎ層、Ｎｉ層、Ｓｎ合金層を形成してなる、表面処理Ａｌ板（請求項４）である。
また、上記（請求項４）の表面処理Ａｌ板において、Ｓｎ合金層がＳｎ−Ｂｉ合金層、Ｓｎ−Ｎｉ合金層、Ｓｎ−Ｚｎ合金層、Ｓｎ−Ａｇ合金層、Ｓｎ−Ｃｕ合金層のいずれかであること（請求項５）を特徴とする。

さらに上記（請求項１〜５）の本発明のいずれかの表面処理Ａｌ板は、メニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が１０秒以下であること（請求項６）、また
Ｐｂフリーハンダを用いるハンダ強度が３ｋｇｆ／７ｍｍ以上であること（請求項７）を特徴とする。

本発明の表面処理Ａｌ板は、Ａｌ基板表面に置換めっきによりＺｎ層を形成させ、その上にＮｉ層とＢｉ層、またはＮｉ層とＩｎ層、またはＮｉ層とＡｇ層、またはＮｉ層とＳｎ合金層を湿式めっき法により形成させているのでＡｌ基板との密着性に優れている。また、最表面にＢｉ層、またはＩｎ層、またはＡｇ層、またはＳｎ合金層のいずれかを形成さえているので、メニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が１０秒以下でかつ、Ｐｂフリーの低融点ハンダを用いる場合にハンダ強度が３ｋｇｆ／７ｍｍ以上の優れたハンダ性が得られる。そのため、端子板やプリント基板等の小型で軽量の電子機器用の部品などに好適に適用することができる。

以下、本発明の内容を説明する。
本発明の表面処理Ａｌ板の基板となるＡｌとしては、純Ａｌ板およびＪＩＳ規格の１０００系、２０００系、３０００系、５０００系、６０００系、７０００系のいずれのＡｌ合金板も用いることができる。これらのＡｌ合金板を脱脂し、次いで酸性エッチングし、引き続きスマットを除去した後、Ｚｎを置換めっきする。Ｚｎの置換めっきは、硝酸浸漬処理した後、Ｚｎによる置換めっき処理を行う。Ｚｎ置換めっき処理は第一Ｚｎ置換めっき処理、第二Ｚｎ置換めっき処理の２回の工程に分けて行ってもよい。この場合、各工程の処理後には水洗処理を実施する。この第一Ｚｎ置換めっき処理および第二Ｚｎ置換めっき処理により形成するＺｎめっき層は、この置換めっき処理後にＮｉめっきを施す際にわずかに溶解するので、Ｚｎ層の皮膜量としてはＮｉめっき後の状態で５〜５００ｍｇ／ｍ^２ であることが好ましく、３０〜３００ｍｇ／ｍ^２ であることがより好ましい。皮膜量は処理液中のＺｎイオン濃度および第二Ｚｎ置換めっき処理において処理液中に浸漬する時間を適宜選択して調整する。皮膜量が５ｍｇ／ｍ^２ 未満であるとＺｎ層の上に形成するＮｉめっき層との密着性に乏しくなり、曲げ加工を施した際にめっき層が剥離しやすくなる。一方、皮膜量が５００ｍｇ／ｍ^２ を超えるとＮｉめっきが不均一になり、ハンダ強度が低下する。

次いでこのようにして形成されたＺｎ層の上にＮｉ層をめっきにより形成する。Ｎｉめっきは電気めっき法または無電解めっき法のいずれを用いて形成してもよい。無電解めっき法を用いる場合は、還元剤としてＰ化合物やＢ化合物を用いるので、Ｎｉめっき皮膜はＮｉ−Ｐ合金やＮｉ−Ｂ合金からなる皮膜として形成するが、電気めっき法による純Ｎｉからなる皮膜と同様に、めっき皮膜のＡｌ基板に対する密着性や、優れたハンダ濡れ性およびハンダ強度が得られる。このようにして得られるＮｉ層は、皮膜量として０．２〜５０ｇ／ｍ^２ であることが好ましく、１〜１０ｇ／ｍ^２ であることがより好ましい。皮膜量が０．２ｇ／ｍ^２ 未満であるとＮｉ層がＺｎ層の全面を均一に被覆することができないので十分なハンダ強度が得られない。一方、皮膜量が５０ｇ／ｍ^２ を超えるとハンダ濡れ性およびハンダ強度の向上効果が飽和し、コスト的に有利でなくなる。

次いで、湿式めっき法を用いてＮｉ層上にＢｉ、Ｉｎ、Ａｇのいずれかの金属めっき層、またはＳｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｎｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金のいずれかの合金めっきを形成させる。これらのＳｎ系合金は、Ｎｉ上に直接Ｓｎをめっきするか、またはＮｉ上にＢｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｃｕのいずれかの金属をめっきした後それぞれの金属上にＳｎをめっきした後、もしくはＳｎめっき後その上にＢｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｃｕのいずれかの金属をめっきした後、Ｓｎの融点以上の温度に加熱することにより、形成してもよい。これらの金属めっきおよび合金めっきの皮膜量は、それぞれ０．２〜２０ｇ／ｍ^２ であることが好ましく、１〜１０ｇ／ｍ^２ であることがより好ましい。皮膜量が０．２ｇ／ｍ^２ 未満であると非活性のフラックスを用いた場合にハンダが濡れにくくなる。一方、皮膜量が２０ｇ／ｍ^２ を超えるとハンダ濡れ性およびハンダ強度の向上効果が飽和し、コスト的に有利でなくなる。

Ｎｉ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｃｕのいずれかの金属上にＳｎをめっきした後に加熱して合金層を形成させる場合は、Ｎｉ以外のＢｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｃｕのいずれかの金属については１〜１０ｇ／ｍ^２ の皮膜量でめっきした後、Ｎｉについては上記のようにめっき層を形成させたその上にＳｎを０．２〜１０ｇ／ｍ^２ の皮膜量でめっきし、次いでＳｎの融点以上の温度に加熱することにより、合金層を形成させる。

また、Ｎｉ上にＢｉ、Ｉｎ、Ａｇのいずれかの金属めっき層、またはＳｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｎｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金のいずれかの合金めっきを形成させて得られる表面処理Ａｌ板を、Ａｌの融点以下の温度に加熱して、Ａｌ基板およびＡｌ基板上に形成した各めっき層とをそれぞれ相互拡散させることにより、Ａｌ基板とめっき層、および各めっき層同士の密着強度を向上させることもできる。

以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明する。
[供試板の作成］
Ａｌ合金板（ＪＩＳ ５０５２ Ｈ１９、板厚０．５ｍｍ）をめっき基板として、アルカリ液中で脱脂し、次いで硫酸中に浸漬するエッチング処理を施し、引き続いて硝酸中で脱スマット処理を施した後、水酸化ナトリウム：１５０ｇ／Ｌ、ロッシェル塩：５０ｇ／Ｌ、酸化亜鉛：２５ｇ／Ｌ、塩化第一鉄：１．５ｇ／Ｌを含む処理液中に浸漬する第一Ｚｎ置換めっき処理を行い、次いで４００ｇ／Ｌの硝酸水溶液中に浸漬して置換析出したＺｎを除去した後、第一Ｚｎ置換めっき処理で用いたのと同一の処理液中に浸漬して第二Ｚｎ置換めっき処理を行った。この第二Ｚｎ置換めっき処理において、浸漬時間を種々変化させて、表１及び表２に示す皮膜量のＺｎ層を形成したＺｎめっきＡｌ板を得た。

次いで、ＺｎめっきＡｌ板に無電解めっき法を用いて、Ｚｎ層上にＮｉ−１２重量％Ｐ合金めっき皮膜を、表１に示す皮膜量で形成し、引き続いてＺｎ層とＮｉ層を形成したＡｌ板に電気めっき法を用いてＮｉ層上にＢｉ、Ｉｎ、Ａｇのいずれかのめっき皮膜、またはＳｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｎｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金のいずれかの合金めっき皮膜を、表１に示す皮膜量で形成して供試板とした。さらに、上記のようにしてＺｎ層とＮｉ層を形成したＡｌ板に電気めっき法を用いてＮｉ層上に電気めっき法を用いてＳｎ皮膜を表２に示す皮膜量で形成させた後、３５０℃に加熱して表面にＳｎ−Ｎｉ合金皮膜を形成させて供試板とした。またさらに、上記のようにしてＺｎ層とＮｉ層を形成したＡｌ板に電気めっき法を用いてＮｉ層上にＢｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｃｕのいずれかのめっき皮膜を表２に示す皮膜量で形成させた後、その上に電気めっき法を用いてＳｎ皮膜を表２に示す皮膜量で形成させた後、３５０℃に加熱して表面にＳｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金皮膜を形成させて供試板とした。

また、比較例として試料番号９〜１１に示すように、上記のＡｌ合金板にＺｎ置換めっき層を設けずに直接Ｎｉめっき層とその上にＩｎ層を設けた供試板、また、上記のＡｌ合金板にＺｎ置換めっき層を設けたその上に直接Ｉｎめっき層のみを設けた供試板、さらに上記のＡｌ合金板にＺｎ置換めっき層を設けずにＩｎめっき層のみを設けた供試板を作成した。

[供試板の特性評価］
上記のようにして得られた供試板を、下記の特性について評価した。
[ハンダ濡れ性]
メニスコグラフ法（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｂ）により、ＳＯＬＤＥＲＣＨＥＣＫＥＲ（ＭＯＤＥＬ ＳＡＴ−５０００、ＲＨＥＳＣＡ製）を使用し、上記の各供試板から切り出した幅７ｍｍの試片をフラックス（ＥＣ−１９Ｓ−８、タムラ化研製）に浸漬し、その後２２５℃に保持したＳｎ（４２％）−Ｂｉ（５７％）−Ａｇ（１％）の組成を有するフリーハンダ浴（タルチンケスター(株)製）に前記のフラックスを塗布した試片を、浸漬速度２ｍｍ／秒で２ｍｍ浸漬し、ハンダが濡れるまでの時間（ゼロクロスタイム）を測定し、下記に示す基準でハンダ濡れ性を評価した。短時間であるほどハンダ濡れ性が良好であることを示す。
◎：５秒未満
○：５〜１０秒未満
×：１０秒以上

[ハンダ強度］
上記の各供試板から切り出した幅７ｍｍ、長さ５０ｍｍの試片をＬ字型に折り曲げた２つの切り出し片を、評価面を向かい合わせてＴ字状になるように重ね、Ｔ字の縦棒の部分に厚さ０．５ｍｍの鋼板を挟み、Ｔ字の縦棒の下部に０．５ｍｍの空隙部を形成した試片を作成した。この試片の空隙部に上記のハンダ濡れ性の評価に用いたのと同様のフラックスを塗布した後、ソルダーチェッカー（ＳＡＴ−５０００、レスカ製）を用い、２５０℃に保持した上記の鉛フリーハンダ浴に試片の空隙部を１０ｍｍの深さまで浸漬し５秒間保持して空隙部にハンダを充填した後取り出し、Ｔピール試験片とした。次いでテンシロンを用い、Ｔピール試験片のＴ字の横棒の部分をチャックで挟んで引っ張ってＴ字の縦棒の部分のハンダ充填部を引き剥がし、このときの引張強度をハンダ強度として測定し、下記の基準でハンダ強度の優劣を評価した。
◎：４ｋｇｆ／７ｍｍ以上
○：３〜４ｋｇｆ／７ｍｍ未満
△：１〜３ｋｇｆ／７ｍｍ未満
×：１ｋｇｆ／７ｍｍ未満

[めっき皮膜の密着性］
上記の各供試板から幅１５ｍｍ、長さ５０ｍｍの試験片を切り出し、９０゜折り曲げ、折り曲げ部にスコッチテープを貼り付け、次いで引き剥がした後、めっき皮膜の剥離の有無を肉眼観察し、下記の基準でめっき皮膜の密着性を評価した。
○：剥離は認められない。
×：剥離が認められる。

その結果、表３に示すように、Ａｌ板にＺｎ層、Ｎｉ層を形成させ、さらにその上にＢｉ、Ｉｎ、Ａｇのいずれかの金属めっき層、またはＳｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｎｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金のいずれかの合金めっき層を形成させた本発明の表面処理Ａｌ板はハンダの濡れ性に優れ、ハンダ強度も大きく、まためっき密着性にも優れている。

Ａｌ基板表面に置換めっきによりＺｎ層を形成させ、その上にＮｉ層と、さらにその上にＢｉ、Ｉｎ、Ａｇのいずれかの金属めっき層、またはＳｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｎｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金のいずれかの合金めっき層を形成させた本発明の表面処理Ａｌ板は、Ａｌ板とめっき層の密着性に優れており、最表面にＢｉ、Ｉｎ、Ａｇのいずれかの金属めっき層、またはＳｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｎｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金のいずれかの合金めっき層を設けているので、鉛フリーの低融点ハンダを用いた際のハンダ濡れ性に優れるとともに、高いハンダ強度が得られる。まためっき密着性にも優れている。また、基板がＡｌ板であるので熱伝導率が大きく、放熱性に優れている。そのため、本発明の表面処理Ａｌ板は、小型で軽量の電子機器などの用途に鉛フリーの低融点ハンダのハンダ付けが可能な端子用材料やプリント基板などの用途に好適に適用することができる。

Claims (7)

1. Ａｌ基板表面に、基板側から順にＺｎ層、Ｎｉ層、Ｂｉ層を形成してなる、表面処理Ａｌ板。
2. Ａｌ基板表面に、基板側から順にＺｎ層、Ｎｉ層、Ｉｎ層を形成してなる、表面処理Ａｌ板。
3. Ａｌ基板表面に、基板側から順にＺｎ層、Ｎｉ層、Ａｇ層を形成してなる、表面処理Ａｌ板。
4. Ａｌ基板表面に、基板側から順にＺｎ層、Ｎｉ層、Ｓｎ合金層を形成してなる、表面処理Ａｌ板。
5. 前記Ｓｎ合金層がＳｎ−Ｂｉ合金層、Ｓｎ−Ｎｉ合金層、Ｓｎ−Ｚｎ合金層、Ｓｎ−Ａｇ合金層、Ｓｎ−Ｃｕ合金層のいずれかである、請求項４に記載の表面処理Ａｌ板。
6. メニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が１０秒以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の表面処理Ａｌ板。
7. Ｐｂフリーハンダを用いるハンダ強度が３ｋｇｆ／７ｍｍ以上である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の表面処理Ａｌ板。