JP7316906B2 - アルミニウム積層体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明、本実施形態において、アルミニウム積層体とは、アルミニウム基材を含む積層体を意味する。アルミニウム基材は特にその形状に限定はないが、アルミニウム箔とアルミニウム板を含む概念である。
本実施形態におけるアルミニウム積層体を製造するための好適な方法を以下に例示する。本実施形態におけるアルミニウム積層体の製造方法は、アルミニウム溶湯を準備する工程と、アルミニウム溶湯にSnおよびBiの少なくとも一方を添加することによって、SnおよびBiの合計質量の割合が0.0075質量%以上10質量%以下の混合溶湯に調整する工程と、混合溶湯を用いて鋳塊または鋳造板を形成する工程と、鋳塊または鋳造板を圧延することにより、SnおよびBiの合計質量の割合が0.0075質量%以上10質量%以下のアルミニウム基材を製造する工程と、アルミニウム基材に対して230℃以上の温度で熱処理を実施して調質する工程と、そしてアルミニウム基材の少なくとも一方面の少なくとも一部にシングルジンケート処理によりジンケート層を設ける工程とを含んでいる。
(アルミニウム積層体の製造)
実施例1のアルミニウム積層体は、以下のようにして製造した。
先ず、JIS-A1N90材からなるアルミニウム(純度99.98質量%以上)を溶融させたアルミニウム溶湯を準備した。次に、アルミニウム溶湯にSnを投入し、Snの含有量が0.020質量%である混合溶湯を作製した。そして、この混合溶湯を用いて鋳塊を形成した(鋳造工程)。
次に、鋳塊の表面を切削除去した後、これを室温(25℃)にて冷間圧延し、厚さ30μmのアルミニウム基材を製造した。次に、アルミニウム基材を350℃まで10時間で昇温し、24時間保持することでSnおよびBiをアルミニウム表面に偏析させた。
熱処理後のアルミニウム基材を10cm×15cmにカットし、エッチングなどの前処理を施すことなく、ジンケート処理剤サブスターZn-8(奥野製薬工業株式会社製)に浸漬させ、アルミニウム基材上にジンケート層を形成した。
ジンケート処理後は水洗し、さらに無電解ニッケルめっき液トップニコロンMP-GE(奥野製薬工業株式会社製)に浸漬させ、アルミニウム基材表面にNiめっきを施した。
1.表面性状の評価
Niめっき前で、アルミニウム基材をシングルジンケート処理した直後のアルミニウム積層体のSEMによる断面写真の観察結果に基づき、図2に示すような緻密なジンケート層が得られた場合は良好:「〇」と評価し、図1に示すように不均一な粒子が付着した凹凸形状を呈する場合は不良:「×」と評価した。アルミニウム積層体の表面性状の評価を表1に示す。
Niめっき後のジンケート層とアルミニウム基材の密着性を評価するために、チップ抵抗をはんだ付けし、その接合強度を測定した。測定方法は以下のとおりである。
先ず、はんだペースト(商品名:「SN97C P608 D4」、株式会社日本スペリア社製)をアルミニウム積層体へ、中心間隔が3.35mm、それぞれが1.25mm×1.60mm面積の厚み80μmとなるように塗布し、その2点均一にまたがるように3216型チップ抵抗を配置した。
卓上型真空はんだリフロー装置(ユニテンプジャパン株式会社製;型番RSS-450-210)に入れ、真空引きした後に窒素流量1L/分の雰囲気で250℃まで加熱し、30秒保持した。
リフロー完了後、はんだ付けされたチップ抵抗に対し、ボンドテスター(Nordson dageシリーズ4000)を使用してシェア強度を測定した。ツール移動速度は0.3mm/秒で実施した。基材が0.3mmより薄いアルミニウム箔である場合は、基材とFR-4基板とをプリプレグを使って熱接着させて補強した。10点測定し、その平均値を接合強度とした。接合強度(シェア強度)の結果を表1に示す。なお、接合強度が50N以上のものは密着性が高いものと判断できる。
アルミニウム溶湯へのSnの添加量を1質量%として、ジンケート処理後のアルミニウム基材のSn含有割合を0.85質量%とした以外は実施例1と同様にしてアルミニウム積層体を得て、表面性状の評価および接合強度を測定した。その結果を表1に示す。
アルミニウム溶湯へのSnの添加量を0.008質量%としてジンケート処理後のアルミニウム基材のSn含有割合を0.003質量%とした以外は実施例1と同様にしてアルミニウム積層体を得て、表面性状の評価および接合強度を測定した。その結果を表1に示す。
アルミニウム溶湯へのSnの添加量を10質量%としてジンケート処理後のアルミニウム基材のSn含有割合を8.9質量%とした以外は実施例1と同様にしてアルミニウム積層体を得て、表面性状の評価および接合強度を測定した。その結果を表1に示す。
アルミニウム溶湯へのSnの添加量を0.019質量%としてジンケート処理後のアルミニウム基材のSn含有割合を0.008質量%とし、アルミニウム基材の厚みを5μmとした以外は実施例1と同様にしてアルミニウム積層体を得て、表面性状の評価および接合強度を測定した。その結果を表1に示す。
アルミニウム溶湯へのSnの添加量を0.020質量%として、ジンケート処理後のアルミニウム基材のSn含有割合を0.017質量%とし、アルミニウム基材の厚みを7mmとした以外は実施例1と同様にしてアルミニウム積層体を得て、表面性状の評価および接合強度を測定した。その結果を表1に示す。
アルミニウム溶湯へのSnの添加量を0.021質量%として、更にBiを0.013質量%添加し、SnとBiの合計含有量を0.034質量%とし、ジンケート処理後のアルミニウム基材のSnおよびBiの合計含有割合を0.014質量%とした以外は実施例1と同様にしてアルミニウム積層体を得て、表面性状の評価および接合強度を測定した。その結果を表1に示す。
Snに変えてBiを0.020質量%アルミニウム溶湯へ添加し、ジンケート処理後のアルミニウム基材のBiの含有割合を0.009質量%とした以外は実施例1と同様にしてアルミニウム積層体を得て、表面性状の評価および接合強度を測定した。その結果を表1に示す。
SnもBiも添加しなかった以外は実施例1と同様にしてアルミニウム積層体を得て、表面性状の評価および接合強度を測定した。その結果を表1に示す。
Snの添加量を0.007質量%としてジンケート処理後のアルミニウム基材のSnの含有割合を0.002質量%とした以外は実施例1と同様にしてアルミニウム積層体を得て、表面性状の評価および接合強度を測定した。その結果を表1に示す。
Snの添加量を15質量%としてジンケート処理後のアルミニウム基材のSnの含有割合を13.5質量%とした以外は実施例1と同様にしてアルミニウム積層体を得て、表面性状の評価および接合強度を測定した。その結果を表1に示す
実施例1で得られたアルミニウム積層体にNiめっきを施し、このNiめっきに更にAuめっきを施した。実施例1と同様にして接合強度を測定した。その結果を表2に示す。
実施例1で得られたアルミニウム積層体にNiめっきを施し、このNiめっきに更にSnめっきを施した。実施例1と同様にして接合強度を測定した。その結果を表2に示す。
実施例1で得られたアルミニウム積層体に、ジンケート層を硝酸で剥離させた後、実施例1のジンケート処理を再び繰り返し、これにNiめっきを施した。実施例1と同様にして接合強度を測定した。その結果を表2に示す。
実施例1で得られたアルミニウム積層体に、ジンケート層を硝酸で剥離させた後、実施例1のジンケート処理を再び繰り返し、これにNiめっきを施し、更にAuめっきを施した。実施例1と同様にして接合強度を測定した。その結果を表2に示す。
実施例1で得られたアルミニウム積層体に、ジンケート層を硝酸で剥離させた後、実施例1のジンケート処理を再び繰り返し、これにNiめっきを施し、更にSnめっきを施した。実施例1と同様にして接合強度を測定した。その結果を表2に示す。
市販の銅箔(厚さ35μm)を実施例1と同等の大きさにカットし、実施例1と同様にして接合強度を測定した。その結果を表2に示す。
Claims (6)
- SnおよびBiの少なくともいずれかを、合計で0.003質量%以上9質量%以下含有し、不可避不純物としてのSi以外に添加元素としてのSiを含有していないアルミニウム基材と、そして
前記アルミニウム基材の少なくとも一方面の少なくとも一部に、シングルジンケート処理により形成されたジンケート層と
を含むことを特徴とするアルミニウム積層体。 - 前記アルミニウム基材は、5μm以上7mm以下の厚みを有するものであることを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム積層体。
- 前記ジンケート層は、その表面の少なくとも一部にNiめっき層が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のアルミニウム積層体。
- 前記Niめっき層は、その表面に、さらにAuめっき層およびSnめっき層の少なくともいずれかが形成されていることを特徴とする請求項3に記載のアルミニウム積層体。
- アルミニウム溶湯を準備する工程と、
前記アルミニウム溶湯にSnおよびBiの少なくとも一方を添加することによって、SnおよびBiの合計質量の割合が0.0075質量%以上10質量%以下の混合溶湯を作製する工程と、
前記混合溶湯を用いて鋳塊または鋳造板を形成する工程と、
前記鋳塊または鋳造板を圧延することにより、SnおよびBiの合計質量の割合が0.0075質量%以上10質量%以下であり、不可避不純物としてのSi以外に添加元素としてのSiを含有していないアルミニウム基材を製造する工程と、
前記アルミニウム基材に対して230℃以上の温度で熱処理して調質する工程と、そして
前記アルミニウム基材の少なくとも一方面の少なくとも一部に、シングルジンケート処理によりジンケート層を形成する工程と
を含むアルミニウム積層体の製造方法。 - 前記ジンケート層の表面の少なくとも一部にNiめっき層を形成するめっき工程をさらに備えることを特徴とする請求項5に記載のアルミニウム積層体の製造方法。
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