JP6386310B2 - Ａｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム部材に銅部材が接合したＡｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法に関し、特に、Ａｌ−Ｃｕ接合体のアルミニウム部材と銅部材の表面にめっきを施す際の前処理方法に関する。

従来、電子機器などの発熱部からの放熱装置として、熱伝導性に優れた銅からなる放熱板（ベース板）に、熱伝導性が多少劣るが軽量なアルミニウムからなるフィンを接合したフィン付放熱板（放熱装置）が知られており、このようなフィン付放熱板のベース板にろう付けや半田付けによりフィンを接合する際のベース板とフィンの接合性を改善するために、ベース板のフィンとの接合面側がフィンと同じ系統のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるように、銅部材とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる部材を合わせた部材をベース板として使用することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム合金箔からなるアルミニウム回路が形成され、他方の面にアルミニウム合金箔を介して銅ヒートシンクが接合された銅ヒートシンク一体型アルミニウム回路基板のアルミニウム回路の表面に無電解Ｎｉ−Ｐめっきを施す際の前処理として、銅ヒートシンク一体型アルミニウム回路基板の表面をアルカリ脱脂した後、フッ硝酸溶液に浸漬し、その後、塩化パラジウムと塩化第一スズと塩酸からなるキャタリスト液に浸漬した後、硫酸に浸漬することが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−２０４９６８号公報（段落番号０００２−０００６） 特開平２００２−９２１２号公報（段落番号００３５−００３８）

しかし、特許文献１の合わせ部材のようなアルミニウム部材に銅部材が接合したＡｌ−Ｃｕ接合体の腐食を防止するために、Ａｌ−Ｃｕ接合体の全面をめっきした場合には、このめっきした銅部材上に（セラミックス基板の少なくとも一方の面に銅板が接合した）銅−セラミックス接合基板の銅板などを半田付けする際のめっきの前処理方法として、特許文献２の前処理方法を適用すると、Ａｌ−Ｃｕ接合体の銅部材の表面のめっきの表面粗さが大きくなって表面積が増大することにより、銅部材上に銅−セラミックス接合基板の銅板などを半田付けした際に、界面張力の増大により半田ボイドや半田はじきが生じ、半田付け性が低下するという問題がある。

したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、Ａｌ−Ｃｕ接合体のアルミニウム部材と銅部材の表面に密着性が高く且つ半田付け性が良好なめっき皮膜を形成することができる、Ａｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、アルミニウム部材と銅部材が接合したＡｌ−Ｃｕ接合体の表面を硫酸系薬液で酸処理した後にアルカリ性の亜鉛置換液でジンケート処理することにより、アルミニウム部材と銅部材の表面に密着性が高く半田付け性が良好なめっき皮膜を形成することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明によるＡｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法は、アルミニウム部材と銅部材が接合したＡｌ−Ｃｕ接合体の表面を硫酸系薬液で酸処理した後にアルカリ性の亜鉛置換液でジンケート処理することを特徴とする。

このＡｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法において、硫酸系薬液が過硫酸ナトリウムを含む硫酸溶液であるのが好ましく、酸処理とジンケート処理を再度繰り返すのが好ましい。また、酸処理前にＡｌ−Ｃｕ接合体の表面をエッチング処理するのが好ましく、エッチング処理前にＡｌ−Ｃｕ接合体の表面を脱脂処理するのが好ましい。エッチング処理は、フッ酸を含有するエッチング液で行うのが好ましい。また、アルミニウム部材がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましく、銅部材が銅または銅合金からなるのが好ましい。

また、本発明によるＡｌ−Ｃｕ接合体は、アルミニウム部材と銅部材が接合したＡｌ−Ｃｕ接合体において、アルミニウム部材と銅部材の表面にめっき皮膜が形成され、銅部材上のめっき皮膜の表面粗さＲａが０．３μｍ以下であり、ＪＩＳ Ｈ８５０４に準じたクロスカットテープピーリング試験においてめっき皮膜の剥離がないことを特徴とする。

このＡｌ−Ｃｕ接合体において、めっき皮膜がニッケルまたはニッケル合金からなるのが好ましい。また、アルミニウム部材がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましく、銅部材が銅または銅合金からなるのが好ましい。

本発明によれば、Ａｌ−Ｃｕ接合体のアルミニウム部材と銅部材の表面に密着性が高く且つ半田付け性が良好なめっき皮膜を形成することができる、Ａｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法を提供することができる。

本発明によるＡｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法の実施の形態では、アルミニウム部材と銅部材が接合したＡｌ−Ｃｕ接合体の表面を硫酸系薬液で酸処理した後にアルカリ性の亜鉛置換液でジンケート処理する。

このＡｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法において、酸処理は、過硫酸ナトリウムを含む硫酸溶液などの硫酸系薬液で行う。硝酸で酸処理すると、Ｃｕとの反応が激しく、銅部材の表面粗さが大きくなり、銅部材上のめっき皮膜の表面に銅−セラミックス接合基板の銅板や半導体チップなどを半田付けした際に半田ボイドや半田はじきが発生して半田付け性が低下する。一方、硫酸系薬液で酸処理すると、酸処理とジンケート処理を行った後の銅部材の表面粗さが大きくなるのを抑制し、銅部材上のめっき皮膜の表面に銅−セラミックス接合基板の銅板や半導体チップなどを半田付けした際に半田ボイドや半田はじきの発生を防止して半田付け性が良好になる。この酸処理では、過硫酸ナトリウムを含む硫酸溶液として、５０〜１５０ｇ／Ｌの過硫酸ナトリウムと１０〜３０ｇ／Ｌの硫酸を含む水溶液を使用するのが好ましい。

また、ジンケート処理は、アルカリ性の亜鉛置換液で行う。酸性の亜鉛置換液でジンケート処理すると、アルミニウム部材と銅部材の表面のいずれにも、めっき皮膜の密着性が悪くなり、半田付け性も低下する。

また、１回目の亜鉛置換で表面の亜鉛置換膜が粗くて不均一になる場合には、酸処理とジンケート処理を再度繰り返すのが好ましい。すなわち、１回目のジンケート処理の後に再びジンケート処理を行うダブルジンケート処理（２回亜鉛置換）を行うのが好ましい。

また、酸処理前にＡｌ−Ｃｕ接合体の表面をエッチング処理するのが好ましく、エッチング処理前にＡｌ−Ｃｕ接合体の表面を脱脂処理するのが好ましい。エッチング処理は、フッ酸を含有するエッチング液で行うのが好ましい。

さらに、アルミニウム部材が、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましく、銅部材が、銅または銅合金からなるのが好ましい。

なお、このＡｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法によって前処理した後、無電解ニッケル−リンにより銅部材上にニッケルめっき皮膜を形成するのが好ましい。

また、本発明によるＡｌ−Ｃｕ接合体の実施の形態は、アルミニウム部材と銅部材が接合したＡｌ−Ｃｕ接合体において、アルミニウム部材と銅部材の表面にめっき皮膜が形成され、銅部材上の表面粗さＲａが０．３μｍ以下、好ましくは０．２μｍ以下であり、ＪＩＳ Ｈ８５０４に準じたクロスカットテープピーリング試験においてめっき皮膜の剥離がない。

このＡｌ−Ｃｕ接合体において、めっき皮膜がニッケルまたはニッケル合金からなるのが好ましい。また、アルミニウム部材がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましく、銅部材が銅または銅合金からなるのが好ましい。

以下、本発明によるＡｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法の実施例について詳細に説明する。

［実施例１］
まず、アルミニウム部材として９４ｍｍ×２６ｍｍ×３ｍｍの大きさのアルミニウム板（日本軽金属株式会社製のＡ１０５０）、銅部材として１０８ｍｍ×６７ｍｍ×４ｍｍの大きさの銅合金板（ＤＯＷＡメタルテック株式会社製のＤＳＣ−３Ｎ、表面粗さＲａ＝０．１８μｍ）を用意するとともに、Ａｌ（７５質量％）−Ｓｉ（５質量％）−Ｃｕ（２０質量％）粉末からなるろう材とフラックス（ＣＦ−１５（ＣｓＦ系とノコロックの混合物）とを５：１の比率で含むろう材ペーストを用意した。

次に、銅合金板上に２０ｍｇ／ｃｍ^２の量で塗布したろう材ペースト上にアルミニウム板を載せて窒素（１００％）雰囲気の炉内に入れ、ろう付温度５４０℃で２分間保持した後、約１５０℃まで冷却し、炉内から取り出して、ろう接によりアルミニウム板と銅合金板を接合したＡｌ−Ｃｕ接合体（Ａｌ−Ｃｕ複合部材）を得た。

次に、苛性ソーダを含む脱脂液（１００ｍＬ／Ｌのギルライト６５０（上村工業株式会社製）を含む水溶液）を５０℃に保持し、この脱脂液にＡｌ−Ｃｕ接合体を１０分間浸漬することにより、Ａｌ−Ｃｕ接合体の表面の脱脂処理を行った後、Ａｌ−Ｃｕ接合体を水洗して脱脂液を洗い流した。

次に、フッ酸を含有するエッチング液（１００ｍＬ／ＬのＡＤ−１０１Ｆ（上村工業株式会社製）を含む水溶液）を６５℃に保持し、このエッチング液にＡｌ−Ｃｕ接合体を４分間浸漬してエッチング処理を行った後、Ａｌ−Ｃｕ接合体を水洗してエッチング液を洗い流した。

次に、１００ｇ／Ｌの過硫酸ナトリウムと１８ｇ／Ｌの硫酸を含む水溶液を２５℃に保持し、この過硫酸ナトリウム水溶液にＡｌ−Ｃｕ接合体を３０秒間浸漬して、１回目の酸処理を行った。

次に、アルカリ性の亜鉛置換液（２５０ｍＬ／ＬのＭＣＴ−１７（上村工業株式会社製）を含む水溶液）を２０℃に保持し、この亜鉛置換液にＡｌ−Ｃｕ接合体を２０秒間浸漬して、１回目のジンケート処理を行った後、Ａｌ−Ｃｕ接合体を水洗した。

次に、１回目の酸処理と同じ（２５℃に保持した）過硫酸ナトリウム水溶液にＡｌ−Ｃｕ接合体を１分間浸漬して、２回目の酸処理を行った。

次に、１回目のジンケート処理と同じ（２０℃に保持した）亜鉛置換液にＡｌ−Ｃｕ接合体を４０秒間浸漬して、２回目のジンケート処理を行った後、Ａｌ−Ｃｕ接合体を水洗した。

次に、無電解ニッケル−リンめっき液（１５０ｍＬ／ＬのニムデンＫＬＰ−１−ＭＭ（上村工業株式会社製）と６０ｍＬ／ＬのニムデンＫＬＰ−１−ＭＡ（上村工業株式会社製）含む水溶液）を９０℃に保持し、この無電解ニッケルめっき液に前処理後のＡｌ−Ｃｕ接合体を２０分間浸漬して、Ａｌ−Ｃｕ接合体の表面にニッケル−リン合金めっき皮膜を形成した。

このようにしてニッケル−リン合金めっきを施したＡｌ−Ｃｕ接合体の銅板上のめっき皮膜の表面粗さ（ＩＳＯ ４２８７−１９９７）で規定される算術平均粗さ）Ｒａを求めたところ、０．１６μｍであった。この表面粗さは、表面粗さ測定機（株式会社小坂研究所製のサーフコーダＳＥ４０００）を用いて、測定長さ２．５ｍｍ、送り速さ０．１ｍｍ／ｓ、カットオフ値０．８ｍｍで測定した。

また、Ａｌ−Ｃｕ接合体の表面に形成しためっき皮膜の密着性について、ＪＩＳ Ｈ８５０４に準じてクロスカットテープピーリング試験を行って、めっき皮膜の剥離の有無を目視によって評価したところ、Ａｌ−Ｃｕ接合体のアルミニウム部材と銅部材の表面のいずれも、めっき皮膜の剥離はなく、めっき皮膜の密着性が良好であった。

また、Ａｌ−Ｃｕ接合体の銅板上のニッケル−リン合金めっき皮膜上に（厚さ０．６ｍｍのアルミナからなるセラミックス基板の両面に厚さ０．３ｍｍのタフピッチ銅板が直接接合した）銅−セラミックス接合基板の一方の銅板を半田付けしたところ、半田ボイドや半田はじきの発生はなかった。

［実施例２］
２回目の酸処理と２回目のジンケート処理を行わなかった以外は、実施例１と同様の方法によりニッケル−リン合金めっきを施したＡｌ−Ｃｕ接合体について、実施例１と同様の方法により、Ａｌ−Ｃｕ接合体の銅板上の表面粗さＲａを求めるとともに、めっき皮膜の密着性を評価し、半田ボイドと半田はじきの有無を確認した。その結果、銅板上のめっき皮膜の表面粗さＲａは０．１８μｍであり、Ａｌ−Ｃｕ接合体のアルミニウム部材と銅部材の表面のいずれも、めっき皮膜の剥離はなく、めっき皮膜の密着性が良好であり、半田ボイドや半田はじきの発生もなかった。

［比較例１］
実施例１と同様の方法によりＡｌ−Ｃｕ接合体を得た後、銅部材について一般的に行われている前処理（電解脱脂および活性化処理）と無電解ニッケルめっきを行った。すなわち、７０℃に保持したアルカリ性の脱脂液にＡｌ−Ｃｕ接合体とＳＵＳ板を入れ、Ａｌ−Ｃｕ接合体を陽極、ＳＵＳ板を陰極として、電圧５Ｖで３０秒間電解脱脂し、水洗した後、フッ化物を含む硫酸溶液に室温で３０秒間浸漬する活性化処理を行い、その後、実施例１と同様の方法により、Ａｌ−Ｃｕ接合体の表面にニッケル−リン合金めっき皮膜を形成した。

このようにしてニッケル−リン合金めっきを施したＡｌ−Ｃｕ接合体について、実施例１と同様の方法により、Ａｌ−Ｃｕ接合体の銅板上のめっき皮膜の表面粗さＲａを求めるとともに、めっき皮膜の密着性を評価し、半田ボイドと半田はじきの有無を確認した。その結果、銅板上のめっき皮膜の表面粗さＲａは０．１６μｍであり、半田ボイドや半田はじきの発生もなかったが、Ａｌ−Ｃｕ接合体のアルミニウム部材と銅部材の表面のいずれも、めっき皮膜の剥離があり、めっき皮膜の密着性が良好でなかった。

［比較例２］
実施例１と同様の方法により、Ａｌ−Ｃｕ接合体の表面の脱脂処理とエッチング処理を行った後、Ａｌ−Ｃｕ接合体を、硝酸溶液（５００ｍＬ／Ｌの硝酸を含む水溶液）に室温で３０秒間浸漬して、１回目の酸処理を行った。

次に、１回目の酸処理後のＡｌ−Ｃｕ接合体を、実施例１と同様の方法により、亜鉛置換液に浸漬して、１回目のジンケート処理を行った後、Ａｌ−Ｃｕ接合体を水洗した。

次に、１回目のジンケート処理後のＡｌ−Ｃｕ接合体を１回目の酸処理と同じ硝酸溶液に室温で３０秒間浸漬して、２回目の酸処理を行った。

次に、２回目の酸処理後のＡｌ−Ｃｕ接合体を、実施例１と同様の方法により、亜鉛置換液に浸漬して、２回目のジンケート処理を行った後、Ａｌ−Ｃｕ接合体を水洗した。

次に、実施例１と同様の方法により、Ａｌ−Ｃｕ接合体の表面にニッケル−リン合金めっき皮膜を形成した。

このようにしてニッケル−リン合金めっきを施したＡｌ−Ｃｕ接合体について、実施例１と同様の方法により、Ａｌ−Ｃｕ接合体の銅板上のめっき皮膜の表面粗さＲａを求めるとともに、めっき皮膜の密着性を評価し、半田ボイドと半田はじきの有無を確認した。その結果、Ａｌ−Ｃｕ接合体のアルミニウム部材と銅部材の表面のいずれも、めっき皮膜の剥離はなく、めっき皮膜の密着性は良好であったが、銅板上のめっき皮膜の表面粗さＲａが０．３２μｍと大きく、半田ボイドや半田はじきの発生があった。

［比較例３］
実施例１と同様の方法により、Ａｌ−Ｃｕ接合体の表面の脱脂処理とエッチング処理を行った後、酸性の亜鉛置換液（５００ｍＬ／ＬのＡＺ−５０１（上村工業株式会社製）を含む水溶液）にＡｌ−Ｃｕ接合体を室温で２分間浸漬して、ジンケート処理を行い、その後、Ａｌ−Ｃｕ接合体を水洗した後、実施例１と同様の方法により、Ａｌ−Ｃｕ接合体の表面にニッケル−リン合金めっき皮膜を形成した。

このようにしてニッケル−リン合金めっきを施したＡｌ−Ｃｕ接合体について、実施例１と同様の方法により、Ａｌ−Ｃｕ接合体の銅板上のめっき皮膜の表面粗さＲａを求めるとともに、めっき皮膜の密着性を評価し、半田ボイドの有無を確認した。その結果、銅板上のめっき皮膜の表面粗さＲａは０．１５μｍと小さかったが、Ａｌ−Ｃｕ接合体のアルミニウム部材と銅部材の表面のいずれも、めっき皮膜の剥離があり、めっき皮膜の密着性が良好でなく、半田ボイドと半田はじきの発生の有無を評価することができなかった。

Claims (12)

1. ろう接によりアルミニウム部材と銅部材が接合したＡｌ−Ｃｕ接合体のアルミニウム部材 と銅部材の表面を硫酸系薬液で酸処理した後にアルカリ性の亜鉛置換液でジンケート処理することを特徴とする、Ａｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法。
2. 前記硫酸系薬液が過硫酸ナトリウムを含む硫酸溶液であることを特徴とする、請求項１に記載のＡｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法。
3. 前記酸処理と前記ジンケート処理を再度繰り返すことを特徴とする、請求項１または２に記載のＡｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法。
4. 前記酸処理前に前記Ａｌ−Ｃｕ接合体のアルミニウム部材と銅部材の表面をエッチング処理することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のＡｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法。
5. 前記エッチング処理前に前記Ａｌ−Ｃｕ接合体のアルミニウム部材と銅部材の表面を脱脂処理することを特徴とする、請求項４に記載のＡｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法。
6. 前記エッチング処理を、フッ酸を含有するエッチング液で行うことを特徴とする、請求項４または５に記載のＡｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法。
7. 前記アルミニウム部材がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載のＡｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法。
8. 前記銅部材が銅または銅合金からなることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載のＡｌ−Ｃｕ接合体のめっき前処理方法。
9. ろう接によりアルミニウム部材と銅部材が接合したＡｌ−Ｃｕ接合体において、アルミニウム部材と銅部材の表面にめっき皮膜が形成され、銅部材上のめっき皮膜の表面粗さＲａが０．３μｍ以下であり、ＪＩＳ Ｈ８５０４に準じたクロスカットテープピーリング試験においてアルミニウム部材と銅部材の表面のめっき皮膜の剥離がないことを特徴とする、Ａｌ−Ｃｕ接合体。
10. 前記めっき皮膜がニッケルまたはニッケル合金からなることを特徴とする、請求項９に記載のＡｌ−Ｃｕ接合体。
11. 前記アルミニウム部材がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項９または１０に記載のＡｌ−Ｃｕ接合体。
12. 前記銅部材が銅または銅合金からなることを特徴とする、請求項９乃至１１のいずれかに記載のＡｌ−Ｃｕ接合体。