JP2006219736A - 表面処理Al板 - Google Patents

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【課題】 高温多湿の雰囲気下で長期間経時した後においても良好なハンダ濡れ性を示す表面処理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層を形成し、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層、またはNi層と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Sn合金層を湿式めっき法により形成してめっきAl板とした後、その上に水溶性樹脂層を設けて表面処理Al板とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、経時後のハンダ濡れ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板を母材とした材料が提案されている。
近年、電子機器の小型化および軽量化が求められており、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、軽量でかつ熱伝導性に優れたAl板にハンダ濡れ性に優れた材料が求められている。また、これらの電子機器の製造および組み立ては東南アジアや中国など、高温多湿の地域で行なわれるようになってきており、組立て前の部品が長期間にわたって高温多湿の雰囲気にさらされるようになり、そのため高温多湿の雰囲気下で長期間経時した後においても良好なハンダ濡れ性を示す材料が求められている。
軽量のAlを用いたハンダ付け用の材料として、以下に示す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。また、これらの材料は、いずれも特に高温多湿の雰囲気下で長期間経時した後のハンダ性を考慮したものではない。
特開平05−345969号公報 特開平05−291394号公報
本発明は、高温多湿の雰囲気下で長期間経時した後においても良好なハンダ濡れ性を示す表面処理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、さらに高温多湿の雰囲気下で長期間経時した後においても良好なハンダ濡れ性を示す構成について種々研究した結果、ハンダ濡れ性に優れている金属層または合金層を設けたその上に、ハンダ性を阻害せず、耐水性および加工性に優れた水溶性樹脂層を設けることにより、高温多湿の雰囲気下で長期間経時した後においても良好なハンダ濡れ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、さらにその上に水溶性樹脂層を形成してなり、85℃の温度でかつ85%の湿度の雰囲気中で1週間経時した後の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、さらにその上に水溶性樹脂層を形成してなり、85℃の温度でかつ85%の湿度の雰囲気中で1週間経時した後の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、さらにその上に水溶性樹脂層を形成してなり、85℃の温度でかつ85%の湿度の雰囲気中で1週間経時した後の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層を形成し、さらにその上に水溶性樹脂層を形成してなり、85℃の温度でかつ85%の湿度の雰囲気中で1週間経時した後のメニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が10秒以下である表面処理Al板(請求項4)、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、さらにその上に水溶性樹脂層を形成してなり、85℃の温度でかつ85%の湿度の雰囲気中で1週間経時した後のメニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が10秒以下である表面処理Al板(請求項5)のいずれかの表面処理Al板であり、また
上記(請求項1〜5)のいずれかの表面処理Al板において、水溶性樹脂が水系ウレタン樹脂であること(請求項6)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、これらの金属層の上にハンダ性を阻害せず、耐水性および加工性に優れた水溶性樹脂層を設けているので、85℃の温度でかつ85%の湿度のような高温多湿の雰囲気中で長期間経時した後のメニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が10秒以下の優れたハンダ濡れ性が得られる。そのため、東南アジアや中国などの高温多湿の地域で製造および組み立てが行なわれる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0.005〜0.5g/mであることが好ましく、0.03〜0.3g/m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0.005g/m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0.5g/m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であることが好ましく、1〜10g/mであることがより好ましい。皮膜量が0.2g/m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、Sn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Sn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であることが好ましく、1〜10g/mであることがより好ましい。皮膜量が0.2g/m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、Sn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Sn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。
次いで、これらのBi、In、Ag、Sn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の上に水溶性樹脂層を形成させる。水溶性樹脂としては、ハンダ濡れ性に優れた上記の金属めっき層や合金めっき層の上に形成してもその優れたハンダ濡れ性を阻害せず、かつ耐水性を有し、外気中に含まれる水蒸気とこれらの金属めっき層や合金めっき層を遮断できる皮膜が形成可能な樹脂であり、さらに曲げ加工などの加工を施しても剥離したりすることのないものが好ましい。このような水溶性樹脂として水系ウレタン樹脂や水系アクリル樹脂を用いることができる。これらの樹脂の濃度としては100〜900g/Lであることが好ましい。100g/L未満では耐水性に乏しい皮膜になり、900g/Lを超えるとハンダ濡れ性が低下する。水系アクリル樹脂を用いる場合はフラックス性を付与する水溶性ロジンを50〜600g/L添加することが好ましい。これらの水溶性樹脂を浸漬法、ロールコート法、カーテンフローコート法、スプレーコート法などの被覆法を用いて上記の金属めっき層や合金めっき層上に塗布し、乾燥して皮膜とする。塗布量は乾燥後の皮膜厚さが0.05〜10μmとなるように塗布する。皮膜厚さが0.05μm未満では高温多湿の雰囲気中で長期間経時した後の十分なハンダ濡れ性が得られない。10μmを超えると特性向上効果が飽和し、コストメリットがなくなる。
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1〜2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1〜2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、Sn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1〜2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1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1〜2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1〜2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めっきAl板とした。
次いで、めっきAl板に表3に示す濃度の水系ウレタン樹脂を、ロールコート法を用いて表3に示す乾燥後の皮膜厚さとなるように塗布した後、90℃の温度で乾燥して供試板とした。また、比較用として、上記のめっきAl板に水溶性樹脂層を設けない供試板を作成した。
Figure 2006219736
Figure 2006219736
Figure 2006219736
[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。
[経時後のハンダ濡れ性]
供試板を85℃、85%湿度の恒温恒湿槽中で1週間経時した後、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、下記に示す基準で経時後の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
×:>10秒
[経時後のハンダ強度]
上記の85℃、85%湿度の恒温恒湿槽中で1週間経時した後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、下記の基準で経時後の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
その結果、表4に示すように、Al板にZn層、Ni層を形成し、さらにその上にBi、In、Ag、Sn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Sn合金めっき層を形成し、さらにその上に水系ウレタン樹脂層を設けた本発明の表面処理Al板は、85℃、85%湿度の恒温恒湿槽中で1週間経時した後のハンダの濡れ性に優れ、ハンダ強度も大きい。
Figure 2006219736
Al基板表面に置換めっきによりZn層を形成し、その上にNi層と、さらにその上にBi、In、Ag、Sn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し、さらにその上に水溶性樹脂層を設け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、Bi、In、Ag、Sn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、さらにその上に耐水性および加工性に優れた水溶性樹脂層を設けているので、85℃の温度でかつ85%の湿度のような高温多湿の雰囲気中で長期間経時した後のメニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が10秒以下の優れたハンダ濡れ性が得られる。そのため、東南アジアや中国などの高温多湿の地域で製造および組み立てが行なわれる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。

Claims (6)

  1. Al基板表面に、基板側から順にZn層、Ni層、Bi層を形成し、さらにその上に水溶性樹脂層を形成してなり、85℃の温度でかつ85%の湿度の雰囲気中で1週間経時した後の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、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、さらにその上に水溶性樹脂層を形成してなり、85℃の温度でかつ85%の湿度の雰囲気中で1週間経時した後の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、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、さらにその上に水溶性樹脂層を形成してなり、85℃の温度でかつ85%の湿度の雰囲気中で1週間経時した後の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、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層を形成し、さらにその上に水溶性樹脂層を形成してなり、85℃の温度でかつ85%の湿度の雰囲気中で1週間経時した後の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、表面処理Al板。
  5. 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、さらにその上に水溶性樹脂層を形成してなり、85℃の温度でかつ85%の湿度の雰囲気中で1週間経時した後の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、表面処理Al板。
  6. 水溶性樹脂が水系ウレタン樹脂である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の表面処理Al板。
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