JP2011105539A

JP2011105539A - 窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法

Info

Publication number: JP2011105539A
Application number: JP2009261614A
Authority: JP
Inventors: Takuya Morikawa; 卓哉森川; Kazuyoshi Nishizawa; 和由西沢; Takeshi Suzuyama; 竹史鈴山
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2011-06-02
Anticipated expiration: 2029-11-17
Also published as: JP5439132B2

Abstract

【課題】比較的短時間で付着物を除去しうるとともに、洗浄後の表面粗さを増大させることがなく、しかもコストの安い窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法を提供する。
【解決手段】窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法は、硝酸、硫酸、リン酸および酢酸アンモニウムを含む洗浄剤を用いて窒化アルミニウム焼結体を洗浄することを特徴とする。上記洗浄剤は、硝酸１．０〜２．１モル／リットル、硫酸０．５〜１．２モル／リットル、リン酸０．４〜１．０モル／リットルおよび酢酸アンモニウム０．１〜０．３モル／リットルを含む水溶液からなる。
【選択図】なし

Description

この発明は窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法に関し、さらに詳しくは、たとえばろう付用治具として用いられる窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法に関する。

この明細書および特許請求の範囲において、「窒化アルミニウム」と表記する場合を除いて、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。

たとえば、２つのアルミニウム部材どうしをろう付して製品を得る際には、ろう付すべき２つのアルミニウム部材の接合すべき部分間の接触を保つために、加圧治具を用いて両アルミニウム部材どうしを加圧し続ける場合がある。この場合、加圧治具の加圧部材がアルミニウム部材に局部的に接触することによりアルミニウム部材に傷や凹みが発生することを防止するために、加圧治具の加圧部材とアルミニウム部材との間に、アルミニウム部材と接触する面が平滑であるとともに、加圧治具の加圧部材による加圧力を分散させうる押さえ部材を介在させるようになっている。

従来、上記押さえ部材として、ステンレス鋼製のものや、カーボン製のものを用いるのが一般的であるが、ステンレス鋼製押さえ部材を用いた場合、ろう付の際の加熱時に押さえ部材とアルミニウム部材とが固着することがあり、ろう付後に押さえ部材をアルミニウム部材から剥がす作業が困難であるという問題がある。また、カーボン製押さえ部材を用いた場合、アルミニウム部材の表面に炭素が付着し、ろう付されたアルミニウム部材が汚染されるという問題がある。さらに、ステンレス構成押さえ部材の表面に、たとえばＣｒＮなどのセラミック皮膜を形成する表面処理を施して、ろう付の際の加熱時の押さえ部材とアルミニウム部材との固着を防止することも行われているが、このような押さえ部材を繰り返して使用すると、表面処理皮膜が剥離し、剥離かすや表面処理皮膜の残存部分によりアルミニウム部材の表面を傷つけてしまうという問題がある。

そこで、上記問題を解決するために、窒化アルミニウム焼結体からなる押さえ部材を用いることが考えられている。窒化アルミニウム焼結体からなる押さえ部材を用いると、ろう付の際の加熱時の押さえ部材とアルミニウム部材との固着を防止しうるとともに、アルミニウム部材の汚染および傷つきを防止しうる。

しかしながら、アルミニウム部材のろう付が真空ろう付法により行われる場合、窒化アルミニウム焼結体製押さえ部材を繰り返し使用すると、ろう付の際の加熱時に真空ろう付用ろう材から揮発するＭｇ（なお、以下の説明において、元素記号で表現された材料は純材料を意味するが、不可避の不純物を含有する工業的な純材料も含むものとする）や、アルミニウム部材から剥離した微小片や、その他の有機汚染物質が押さえ部材の表面に付着し、これらの付着物がアルミニウム部材に転写されたり、アルミニウム部材の表面に傷つきが発生するおそれがある。したがって、窒化アルミニウム焼結体製押さえ部材の場合には、定期的に表面への付着物を除去する必要がある。窒化アルミニウム焼結体製押さえ部材からの付着物の除去は、押さえ部材の表面に研磨などの機械的処理を施して行うことが簡単であるが、この場合、付着物の除去処理の回数が増えると押さえ部材の寸法変化が著しくなり、２つのアルミニウム部材の接合すべき部分間の接触を確実に保つことができなくなる。

一般的なセラミックの洗浄方法として、塩酸、硝酸またはリン酸の水溶液を単独で用いて行う方法や、水酸化ナトリウムの水溶液を単独で用いて行う方法が知られているが、上述したような窒化アルミニウム焼結体製押さえ部材の洗浄に適用すると、酸の水溶液を単独で用いる洗浄方法の場合、長時間の洗浄を行ったとしても付着物を完全に除去することはできない。一方、水酸化ナトリウムの水溶液を単独で用いて行う洗浄方法の場合、長時間の洗浄を行うと、上述したような窒化アルミニウム焼結体製押さえ部材の表面の付着物を除去することは可能であるが、押さえ部材の表面が腐食されることになって表面粗さが増大し、この押さえ部材を用いてろう付を行ったアルミニウム部材の表面に傷つきが発生するおそれがあるとともに、ろう付の後に押さえ部材をアルミニウム部材から引き離すことが困難になる。

窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法としては、非イオン系界面活性剤を主成分とし、これにアルコール類およびアミン類を配合した洗浄溶液を用いて洗浄する第１工程と、塩酸を主成分とする酸洗浄液を用いて洗浄する第２工程とよりなる洗浄方法が知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１記載の洗浄方法は、別々の液を用いた２つの工程からなるので、コストが高くなるとともに、作業が面倒である。また、上述したような窒化アルミニウム焼結体製押さえ部材のように、付着物がＭｇやアルミニウム部材から剥離した微小片の場合には、非イオン系界面活性剤を主成分とし、これにアルコール類およびアミン類を配合した洗浄溶液ではほとんど洗浄効果はないので、第１工程は洗浄に寄与せず、第２工程だけで洗浄が行われるが、上述した酸の水溶液を単独で用いる洗浄方法の場合と同様に、長時間の洗浄を行ったとしても付着物を完全に除去することはできない。

特開２００４−２７７２２７号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、比較的短時間で付着物を除去しうるとともに、洗浄後の表面粗さを増大させることがなく、しかもコストの安い窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)硝酸、硫酸、リン酸および酢酸アンモニウムを含む洗浄剤を用いて窒化アルミニウム焼結体を洗浄することを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法。

2)上記洗浄剤が、硝酸１．０〜２．１モル／リットル、硫酸０．５〜１．２モル／リットル、リン酸０．４〜１．０モル／リットルおよび酢酸アンモニウム０．１〜０．３モル／リットルを含む水溶液からなる上記1)記載の窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法。

上記2)の洗浄方法において、硝酸、硫酸、リン酸および酢酸アンモニウムを含む水溶液からなる洗浄剤中の硝酸、硫酸、リン酸および酢酸アンモニウムの含有量を、上記のように限定したのは、この範囲外であると、上述したＭｇや、アルミニウム部材から剥離した微小片や、その他の有機汚染物質などの付着物を速やかに除去することが困難になるからである。

3)上記洗浄剤がフッ化物を含む上記1)または2)記載の窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法。

4)上記洗浄剤が、フッ化物０〜４．０モル／リットル（但し、０モル／リットルは除く）を含む上記3)記載の窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法。

上記4)の洗浄方法において、洗浄剤中のフッ化物の含有量を０〜４．０モル／リットル（但し、０モル／リットルは除く）に限定したのは、次の理由による。すなわち、フッ化物は、洗浄剤の窒化アルミニウム焼結体に対する洗浄力を向上させて洗浄時間を短縮させる性質を有するが、４．０モル／リットルを超えて含有していても、洗浄力を向上させる効果は変わらないからである。

5)上記洗浄剤が塩酸を含む上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法。

6)上記洗浄剤が、塩酸０．１〜０．２モル／リットルを含む上記5)記載の窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法。

上記6)の洗浄方法において、洗浄剤中の塩酸の含有量を０．１〜０．２モル／リットルに限定したのは、次の理由による。すなわち、塩酸は、洗浄剤の窒化アルミニウム焼結体に対する洗浄力を向上させて洗浄時間を短縮させる性質を有するが、含有量が０．１モル／リットル未満であると、洗浄力を向上させる効果が十分ではなく、０．２モル／リットルを超えて含有していても、洗浄力を向上させる効果は変わらないからである。

7)洗浄すべき窒化アルミニウム焼結体が、少なくとも表面にアルミニウム層を有している部材の真空ろう付の際に、アルミニウム層に接触する部材である上記1)〜6)のうちのいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法。

上記1)〜7)の洗浄方法によれば、硝酸、硫酸、リン酸および酢酸アンモニウムを含む洗浄剤を用いて窒化アルミニウム焼結体を洗浄するので、特許文献１記載の方法のように２種類の洗浄剤を用意して２つの工程で行う必要はない。したがって、洗浄コストが安くなるとともに洗浄作業が容易になる。また、酸の水溶液を単独で用いて行う洗浄方法に比べて洗浄力が向上し、比較的短時間で付着物を除去することができる。さらに、洗浄した窒化アルミニウム焼結体の表面が腐食されることはなく、水酸化ナトリウムの水溶液を単独で用いて行う洗浄方法に比べて、表面粗さの増大を大幅に抑制することができる。

上記3)および4)の洗浄方法の場合、洗浄剤がフッ化物を含んでいるので、窒化アルミニウム焼結体に対する洗浄力が向上し、洗浄時間を一層短縮することができる。

上記5)および6)の洗浄方法の場合、洗浄剤が塩酸を含んでいるので、上述したＭｇや、アルミニウム部材から剥離した微小片や、その他の有機汚染物質などの付着物を効果的に除去することが可能になって洗浄力が向上し、洗浄時間を短縮させることができる。

以下、この発明の実施例を比較例とともに説明する。

実施例１〜９
表１に示す物質を含む水溶液からなる２種類の洗浄剤を用意した。

加圧治具の加圧部材とろう付すべきアルミニウム部材との間に介在させられる押さえ部材として、窒化アルミニウム焼結体からなり、アルミニウム部材との接触面の表面粗さが、算術平均粗さＲａ：０．８０μｍ、最大高さＲｙ：５．０μｍのものを必要数用意した。

ろう付すべきアルミニウム部材として、純度９９．９９wt％のアルミニウムからなる板状のものを必要数用意した。

そして、Ａｌ−１０wt％Ｓｉ−１wt％Ｍｇ合金からなるろう材シートを介して２つのアルミニウム部材を重ね合わせるとともに、アルミニウム部材と加圧治具の加圧部材との間に上記窒化アルミニウム焼結体製押さえ部材を介在させ、加圧治具の加圧部材により両アルミニウム部材どうしを加圧し続けた状態で、両アルミニウム部材を真空ろう付した。加圧荷重は４．９×１０^−２ＭＰａであり、真空ろう付は真空度５×１０^−５Torrの雰囲気中において６００℃で３分間保持して行った。

ついで、上述したようなアルミニウム部材どうしの真空ろう付に１０回使用した窒化アルミニウム焼結体製押さえ部材を、表１に示す２種類の洗浄剤の原液を用いて洗浄し（実施例３〜５、８および９）、あるいは水により適当な濃度に希釈した希釈液を用いて洗浄した（実施例１、２、６および７）。当該洗浄は、適当な温度に加熱した原液または希釈液中に所要時間浸漬することによって行った。

比較例１〜１７
実施例１〜９の場合と同様の条件でアルミニウム部材どうしの真空ろう付に１０回使用した窒化アルミニウム焼結体製押さえ部材を、塩酸、硝酸、硫酸または水酸化ナトリウムの適当な濃度の水溶液からなりかつ適当な温度に加熱した洗浄剤中に所要時間浸漬することによって洗浄した。

評価試験
洗浄評価
洗浄後の窒化アルミニウム焼結体製押さえ部材におけるアルミニウム部材と接触していた接触面を光学顕微鏡（倍率２０倍）にて観察し、接触面に付着物が残留していた場合には×とした。

ついで、光学顕微鏡観察により付着物が観察されなかったものについては、表面にＡｕをスパッタリングして導通を確保し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて倍率３００倍で任意の１０視野を観察して付着物が残留しているか否かを確認し、付着物が残留していない場合には○とした。また、付着物が残留しているものについては、付着物の大きさを計測し、１００平方μｍより大きな付着物が残留している場合には×、１００平方μｍ未満の付着物が残留している場合には○とした。

表面粗さ評価
触診式表面粗さ計を使用し、JIS Ｂ０６０１：２００１（製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）−表面性状：輪郭曲線方式−用語、定義及び表面性状パラメータ）およびその引用規格（JIS Ｂ０６３２、JIS Ｂ０６３３、JIS Ｂ０６５１）に準拠した方法にて算術平均粗さＲａおよび最大高さＲｙを測定した。

未使用品と比較して算術平均粗さが増大している場合（Ｒａ＞１．０μｍ）は×とした。

総合評価
洗浄評価および表面粗さ評価のいずれもが○の場合は○、少なくともいずれか一方が×の場合は×とした。

使用した洗浄剤の種類、洗浄条件（濃度、温度および時間）、洗浄評価、表面粗さ評価、ならびに総合評価を表２にまとめて示す。

表２に示す結果から、本発明方法である実施例１〜９の場合、比較例１〜１７に比べて、短時間で窒化アルミニウム焼結体の付着物を除去することができることが分かる。特に、フッ化物を含む処理液２を用いた場合には、処理液１を用いた場合に比べて一層短時間で窒化アルミニウム焼結体の付着物を除去することができる。また、本発明方法である実施例１〜９の場合、水酸化ナトリウムを用いた比較例１２〜１７に比べて、洗浄後の窒化アルミニウム焼結体の表面粗さの未使用品の表面粗さに対する増大の度合が小さいことが分かる。水酸化ナトリウムを用いた比較例１５および１７の場合、付着物は除去されているが、要する時間が実施例１〜９に比べて長くなるとともに、洗浄後の表面粗さの未使用品の表面粗さに対する増大の度合が極めて大きい。

この発明による洗浄方法は、少なくとも表面にアルミニウム層を有している部材の真空ろう付の際に、アルミニウム層に接触する押さえ部材として用いられる窒化アルミニウム焼結体の洗浄に好適に用いられる。

Claims

硝酸、硫酸、リン酸および酢酸アンモニウムを含む洗浄剤を用いて窒化アルミニウム焼結体を洗浄することを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法。
上記洗浄剤が、硝酸１．０〜２．１モル／リットル、硫酸０．５〜１．２モル／リットル、リン酸０．４〜１．０モル／リットルおよび酢酸アンモニウム０．１〜０．３モル／リットルを含む水溶液からなる請求項１記載の窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法。
上記洗浄剤がフッ化物を含む請求項１または２記載の窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法。
上記洗浄剤が、フッ化物０〜４．０モル／リットル（但し、０モル／リットルは除く）を含む請求項３記載の窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法。
上記洗浄剤が塩酸を含む請求項１〜４のうちのいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法。
上記洗浄剤が、塩酸０．１〜０．２モル／リットルを含む請求項５記載の窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法。
洗浄すべき窒化アルミニウム焼結体が、少なくとも表面にアルミニウム層を有している部材の真空ろう付の際に、アルミニウム層に接触する部材である請求項１〜６のうちのいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の洗浄方法。