JP6984540B2 - 金属皮膜の成膜方法 - Google Patents
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Description
本実施形態では、金属皮膜Fの成膜方法の各工程のうち、置換処理工程S2および成膜工程S3を、図3に示す成膜装置1を用いて行う。以下に、成膜装置1について説明する。なお、本実施形態では、置換処理工程S2および成膜工程S3を同じ成膜装置1で行うが、図3(a),(b)では、電源部16により通電を行わないため、電源部16を省略している。
さらに、図1〜3を参照しながら、本実施形態の金属皮膜Fの成膜方法について説明する。
本実施形態の金属皮膜Fの成膜方法では、まず、エッチング処理工程S1を行う。この工程では、アルミニウム系の金属を含む被処理面waを有した基板Wに対して、その被処理面waに形成された不動態皮膜(酸化アルミニウム(Al2O3)皮膜)を除去するようにエッチング(アルカリ)処理を行う。
次いで、置換処理工程S2を行う。この工程では、図3(a)に示すように、置換処理液Laが浸透可能な第1固体電解質膜13Aの一方側の表面13aに、エッチング処理した基板Wの被処理面wbが接触するように、第1固体電解質膜13Aを基板Wに配置する。
次いで、成膜工程S3を行う。この工程では、まず、第1固体電解質膜13Aを第2固体電解質膜13Bに交換する。具体的には、置換処理液供給・回収装置を用いて、置換処理液Laの供給を停止し、液収容空間12の置換処理液Laを液排出口14bからすべて回収した後、第1固体電解質膜13Aを第2固体電解質膜13Bに交換する。なお、第2固体電解質膜13Bは、上述した如く、金属皮膜Fの金属イオンを含有した金属溶液Lbが浸透可能な膜である。
(エッチング処理工程)
基板として、シリコン(Si)基板に、1質量%シリコンと残部がアルミニウムからなる皮膜をスパッタリングにより、厚さ5μmで成膜し、この成膜された皮膜の表面を被処理面とした。この基板を、水酸化ナトリウムを5質量%含有したアルカリ水溶液に、25℃、1分間浸漬することにより、エッチング処理を行った。
このようにエッチング処理をした被処理面に、図3に示す成膜装置を用いて、ニッケルイオンを被処理面のアルミニウムと置換して、被処理面にニッケルを析出させた。置換処理液として、表1に示すように、1.8mol/Lの硫酸ニッケルおよび0.1mol/Lのリン酸を含有した水溶液を用いた。この水溶液のpHは1.0であった。第1固体電解質膜として、CSH50(旭硝子株式会社製)を使用した。ここで、置換処理温度を60℃とし、被処理面を押圧する圧力を約1.0MPaとし、処理時間を10分間とした条件で、置換処理(無電解めっき)を行った。なお、加圧は、液収容空間内の置換処理液の圧力を加圧する液圧法により行った。
第1固体電解質膜を第2固体電解質膜(CSH50(旭硝子株式会社製))に交換し、置換処理液から金属溶液に切り替えて、上述の置換処理工程で取得した基板のニッケルが析出した被処理面に、ニッケル皮膜を成膜した。金属溶液として、0.01mol/Lの塩化ニッケル、0.94mol/Lの硫酸ニッケル、および0.05mol/Lの酢酸ニッケルを含有し、酢酸でpHを4.0に調整したものを用いた。
実施例1と同じように、実施例2の試験体を作製した。実施例1と相違する点は、表1に示すように、実施例1の置換処理液に0.001mol/Lの硫酸銅をさらに含有させ、置換処理液のpHを1.5とした点である。
実施例1と同じように、比較例1の試験体を作製した。実施例1と相違する点は、表1に示すように、置換処理液の硫酸ニッケルの含有量を1.0mol/Lとし、リン酸を含有せず、pHを2.0とした点である。また、置換処理温度を25℃とした。
実施例1と同じように、比較例2の試験体を作製した。実施例1と相違する点は、表1に示すように、置換処理液の硫酸ニッケルおよびリン酸の含有量を、それぞれ、1.0mol/Lおよび0.3mol/Lとし、pHを2.0とした点である。また、置換処理温度を25℃とした。
実施例1の試験体について、上述したエッチング処理工程後かつ置換処理工程前、置換処理工程後かつ成膜工程前、および成膜工程後に、試験片をそれぞれ採取して、各試験片を顕微鏡により観察した。結果を図4〜図6に示す。図4は、実施例1に係るエッチング処理工程後かつ置換処理工程前の試験片の表面写真の画像である。図5は、実施例1に係る置換処理工程後かつ成膜工程前の試験片の表面写真である。図6は、実施例1に係る成膜工程後の試験片の断面写真である。
図4および図5に示すように、置換処理工程後かつ成膜工程前の試験片(図5参照)では、エッチング処理工程後かつ置換処理工程前の試験片(図4参照)では認められなかったニッケルの析出が、被処理面(アルミニウムの表面)に認められた。
次に、実施例1、2および比較例2の試験体について、以下に説明する密着強度試験を行って、密着強度を評価した。実施例1、2および比較例2の試験体の各ニッケル皮膜に金属棒の端面をはんだによりはんだ付けし、引張試験機で、ニッケル皮膜が剥離した時の破断荷重を測定した。測定した破断荷重を金属棒面積で除して密着強度(破断強度)を算出した。なお、比較例1は、ニッケル皮膜の成膜直後にニッケル皮膜が基板から剥離したため、密着強度試験を実施できなかった。結果を表1および図7に示す。
比較例1、2の如く、置換処理液のpHが2.0以上の場合では、上述したようにニッケル皮膜の成膜直後にニッケル皮膜が剥離した(比較例1)か、成膜しても、破断強度が非常に低く、容易にニッケル皮膜が剥離した(比較例2)。これは、置換処理工程の間に、エッチング処理した被処理面には、不動態皮膜(アルミニウム酸化皮膜)が再生されたからであると考えられる。これにより、比較例1および2では、不動態皮膜の上にニッケル皮膜が成膜された結果、ニッケルが析出した被処理面とニッケル皮膜の密着性が低下したと考えられる。
Claims (1)
- アルミニウム系材料からなる被処理面を有した基板に金属皮膜を成膜する金属皮膜の成膜方法であって、
前記基板の前記被処理面に形成された不動態皮膜を除去するように前記基板をエッチング処理する工程と、
pHが2.0未満であり、ニッケルイオンまたは亜鉛イオンを含有した置換処理液が浸透可能な第1固体電解質膜の一方側の表面に、エッチング処理した前記被処理面が接触するように、前記第1固体電解質膜を前記基板に配置し、前記置換処理液を前記第1固体電解質膜の他方側から前記第1固体電解質膜に供給することで、前記置換処理液を前記第1固体電解質膜に浸透させ、前記第1固体電解質膜に浸透した前記置換処理液の前記ニッケルイオンまたは前記亜鉛イオンを、エッチング処理した前記被処理面のアルミニウムと置換して、前記被処理面にニッケルまたは亜鉛を析出させる工程と、
前記金属皮膜の金属イオンを含有した金属溶液が浸透可能な第2固体電解質膜の一方側の表面に、ニッケルまたは亜鉛が析出した前記被処理面が接触するように、前記第2固体電解質膜を前記基板に配置し、前記金属溶液を前記第2固体電解質膜の他方側から前記第2固体電解質膜に供給することで、前記金属溶液を前記第2固体電解質膜に浸透させ、前記第2固体電解質膜の他方側に配置した陽極と、陰極となるニッケルまたは亜鉛が析出した前記被処理面との間に電流を流して、前記第2固体電解質膜に浸透した前記金属溶液の前記金属イオンを、前記被処理面にさらに析出させ、前記被処理面に前記金属皮膜を成膜する工程と、を少なくとも含むことを特徴とする金属皮膜の成膜方法。
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