JPH0320469B2 - - Google Patents

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JPH0320469B2
JPH0320469B2 JP59254555A JP25455584A JPH0320469B2 JP H0320469 B2 JPH0320469 B2 JP H0320469B2 JP 59254555 A JP59254555 A JP 59254555A JP 25455584 A JP25455584 A JP 25455584A JP H0320469 B2 JPH0320469 B2 JP H0320469B2
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JP
Japan
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copper
copper chloride
chloride powder
coating
polybutene
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JP59254555A
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JPS61133382A (ja
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Shoji Umibe
Kazuhiko Asano
Ineki Yagi
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/08Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of metallic material

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、Al又はAl合金材の表面に均一で密
着性の優れた銅被膜を形成する方法に関するもの
である。
〔従来の技術〕
半導体利用分野においては、該半導体素子の容
量増大、小型化、軽量化更には低コスト化等の要
請が強く、こうした要請に答えるヒートシンク
(半導体素子用の放熱板)材料としてAl又はAl合
金(以下単にAlと言う)が注目を集めている。
但しAl製ヒートシンクでは半導体を直接半田付
けすることが困難であるので、通常はAl素材に
銅を被覆した後プレス等によつて所定の形状・寸
法に成形し、半導体のはんだ付けが支障なく行な
われる様に工夫している。
本発明の銅被膜形成方法は上記の様な銅被膜
Al製ヒートシンクを製造する方法として極めて
適した方法であるが、本発明は勿論これらの用途
に限定されるものではなく他の様々なAl成形品
に銅被膜を形成する方法として広く活用すること
ができる。
ところでAl材表面への銅被膜形成法としては
従来より亜鉛置換法による電気銅めつき法が採用
されていたが、この方法では半導体のはんだ付け
工程で銅被膜の剥離や膨れを生ずることがあり、
更にははんだ付けされた半導体素子がヒートシン
クから剥落するといつた問題をしはしば生じてい
た。こうした問題を解消することのできる銅被膜
形成法として、例えば特公昭43−8161号、同55−
23910号、特開昭57−94567号等に開示されている
様な拡散浸透処理法が開発された。この方法は、
Al成形品の表面に粉末状の塩化銅を付着させ、
これを加熱することによつて銅をAl材の表層部
へ拡散浸透させる一方、表面に生成してくるAl
塩化物は昇華させることによりAl成形品の表層
部に銅被膜を形成するものであり、Alに対し強
固に一体化した銅被膜を得ることができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら上記の拡散浸透処理法には下記の
様な未解決問題が幾つか残されている。
塩化銅粉末は着に際してはバインダが使用さ
れこれらの混練物を被処理材表面に均一に付着
させることが意外に困難であり、厚さの均一な
銅被膜が得られ難い。殊に形状の複雑な被処理
材の場合はこの欠点が顕著に現われる他、塗布
作業も極めて煩雑になる。
バインダの種類によつては熱処理後の銅被膜
表面に炭化物等の異物が付着し、その除去が煩
雑になる。
肉厚の異なる複雑な形状のものでは塩化銅粉
末被覆面の昇温速度が不均一になり易く、均一
な銅被膜が得られ難い。
塩化銅粉末被覆後の加熱条件によつては塩化
銅が酸化を受け、健全な銅被膜が得られなくな
る。
本発明は、上記の様な欠点を解消し優れた作業
性のもとでAl材の表面に均質で且つ健全な銅被
膜を形成することのできる方法を提供しようとす
るものである。
〔問題点を解決する為の手段〕
本発明に係る銅被膜形成方法は、粒径が300μ
m以下である塩化銅粉末を常温の乾燥気体により
浮遊させてなる流動床に、ポリブテン溶液の塗布
されたAl(又はAl合金)材を浸漬して該塗膜上に
塩化銅粉末を付着させ、次いで50℃/分以上の昇
温速度で300〜600℃に加熱するところに要旨が存
在する。
〔作用〕
本発明では、Al材表面に塩化銅粉末を付着さ
せる為の流動床として、粒径が300μm以下であ
る塩化銅粉末を常温の乾燥空気により浮遊させた
流動床を使用し、これにポリブテン溶液(バイン
ダ)の塗布されたAl(又はAl合金)材を浸漬して
該塗膜上に塩化銅粉末を付着させる。バインダと
してポリブテンを選択した理由は次の通りであ
る。即ちポリブテンは化学的に極めて安定で且つ
無毒であり、しかも各種有機溶剤に対して相溶性
が良く容易に希釈することができ、被塗物の表面
にバインダとして万遍なく塗布することができ
る。更にポリブテンは後述する拡散の為の熱処理
工程でほぼ完全に焼失しカーボン残渣が殆んど残
らないので、加熱拡散処理後の清浄化処理も極め
て容易になる。尚溶媒はポリブテンを溶解し得る
限りどの様なものでもよいが、最も好ましいの
は、ポリブテンとの相溶性が良く、化学的に
安定であり、火災爆発の危険がなく、低毒性
で取扱いが容易である、等の理由から塩素化炭化
水素(トリクロルエタン等)或はハロゲン化炭化
水素系の共沸混合物(トリクロルエタンとトリフ
ルオロエタンの混合物等)である。またポリブテ
ン溶液を被塗物表面に均一に付着させる為には、
ポリブテンの濃度を10%以下、より好ましくは1
〜10%とするのがよい。しかしてポリブテン濃度
が高過ぎるとバインダとしての粘性が高くなり過
ぎて粘着層の厚さが不均一になり易く、しかも塩
化銅粉末の付着量が過大となつて、加熱拡散処理
後も一部の塩化銅粉末が未反応のままで残りロス
分が多くなるからである。
上記バインダの塗布されたAl材への塩化銅粉
末の付着は、該Al材を塩化銅粉末の浮遊流動床
へ浸漬することによつて行なわれる。この浮遊流
動床の構成は塩化銅粉末をAl材表面に均一に付
着させるうえで極めて重要であり、粒径が300μ
m以下である塩化銅粉末を常温の乾燥空気により
浮遊させたものでなければならない。即ち塩化銅
粉末が300μmを超える粗粒物であると該粉末の
付着状態が粗くなり、加熱拡散が不十分になつて
最終製品の銅被膜にピンホール欠陥を生ずる恐れ
が出てくるばかりでなく、該粉末の浮遊流動状態
が不安定になつて均一な付着状態が得られにくく
なる。また該粉末を浮遊させる為の気体が湿潤し
ていると、水分を含む塩化銅がAl材の表面に接
触して次式の反応を起こし、Al材表面が腐食さ
れて外観が劣悪になる。
(H2Oの存在下) 3CuCl→3Cu++3Cl- ……〔〕 Al+3Cl-+3Cu+→Al3++3Cl-+3Cu ……〔〕 従つてこの様な腐食反応を阻止する為には、塩
化銅粉末を浮遊させる為の気体として乾燥気体
(一般的には乾燥空気)を使用しなければならな
い。また本発明では上記乾燥気体として常温のも
のを使用するが、これにより形状の複雑なもの
でも付着むらを生じることがなく塩化銅粉末を均
一に付着させることができる、バインダの軟化
が起こらないので、付着した塩化銅粉末の垂れ落
ちが生じない、被塗物が常温であるので塩化物
粉末付着の為の作業性が良く、しかも部分的な付
着も容易に行なうことができる、といつた実用に
即した効果を享受することができる。
常温の乾燥気体を用いた流動床内における塩化
銅粉末の付着工程では同時にバインダ中に残つて
いる溶媒も除去され、Al材の表面には塩化銅粉
末が万遍なく均一且つ強固に付着する。本発明で
はこのAl材を加熱炉へ装入して300〜600℃に加
熱する。そうするとAl材表面に付着した塩化銅
とのAlの間で置換反応が起こり銅がAl材の表層
部へ拡散移行していくと共に表面には塩化アルミ
ニウムが生成し、この塩化アルミニウムは徐々に
Al材表面から昇華していき表層部には銅被覆層
が形成される。塩化アルミニウムの昇華開始温度
は183℃であるが、上記置換反応と塩化アルミニ
ウムの昇華を短時間で効率良く進行させる為には
加熱温度を300℃以上に設定しなければならない。
但し加熱温度が高過ぎると、Al材表層部での拡
散移行が促進され、銅被覆層が消失するおそれが
あるので600℃以下に抑える必要がある。尚塩化
銅粉末を長時間高温に曝らすと、Alとの置換反
応を起こす前に塩化銅が酸化されて健全な銅被膜
が得られなくなる。従つてこうした問題を回避す
る為には塩化銅粉末の付着したAl材を上記加熱
処理温度まで急速に昇温する必要があり、種々実
験を重ねた結果好適熱処理温度までを50℃/分以
上の速度で急速昇温させれば、塩化銅粉末の酸化
消耗を殆んど生ずることなく塩化銅Alとの置換
反応及び塩化アルミニウムの昇華を効率良く進め
得ることが確認された。この熱処理工程でAl材
表面のバインダ(ポリブテン)も殆んど完全燃焼
して消失するので、熱処理後は未反応のままで残
つた少量の塩化銅や微量の酸化物等の不純物を除
去することによつて、表層部を銅で被覆された
Al材を得ることができる。
〔実施例〕
実施例 1 JIS A1100PのAl合金材(幅100mm×長さ100mm
×厚さ4mm)を溶剤で脱脂処理した後、ポリブテ
ンの1%トリクレン溶液に浸漬し、引き上げて風
乾により溶媒を蒸発除去した。一方粒径200μm
以下(90%以上が50μm以下のもので占められて
いる)の塩化第1銅粉末を使用し、合成ゼオライ
トにより徐湿した常温の乾燥空気を流体として浮
遊流動床を形成しておき、これにポリブテン溶液
の塗布されたAl材を浸漬し、表面に塩化第1銅
を均一に付着させた。次いでこれを加熱炉へ装入
し、50℃/分の速度で470℃まで昇温した後同温
度で20分間保持した。炉から取出し、空冷後表面
の残渣を水洗除去した。得られたAl材の表面に
は約8μmの均一な銅被膜が全体に亘り万遍なく
形成されていた。
これに対し合成ゼオライトによる徐湿を省略し
常温の未乾燥空気を塩化第1銅の浮遊に使用した
他は上記と同様にして銅被膜の形成を行なつたと
ころ、流動床で塩化第1銅を付着した段階でAl
材の表面に銅の成形を示す茶褐色の斑点が無数に
観察され、また熱処理後表面を清浄にして銅被膜
の状態を調べたところ全面に無数の微小孔食が生
じていた。これは、先に説明した様に流動床を形
成する為の空気に含まれる水分によつて前記
〔〕、〔〕式の反応が起こり、Al材の表面が腐
食されると共に銅が遊離した為であることは明白
である。
実施例 2 第1図に示す如く肉厚の異なる断面コ字状の
Al材(JIS A6063S)の上面及び側面に夫々直径
40mm〓の円を画き、該円の内表面だけにトリクロ
ロエタン−トリフルオロエタン共沸混合液を溶媒
とする1%のポリブテン溶液を塗布し風乾した。
これを実施例1と同様の塩化第1銅浮遊遊流動床
に浸漬して丸孔部分に同粉末を付着させた後、
500℃に保つた加熱炉へ装入してAl材の実体温度
が400℃に達するまで50℃/分の速度で急速加熱
し、更に17分間保持した。その後加熱炉から取出
して空冷し残渣を水洗除去した後各円内表面の銅
被膜形成状況を調べたところ、何れの円内表面に
も約8〜9μmの均一な銅被膜が形成されていた。
比較例 1 熱処理工程でAl材を30℃/分の実体昇温速度
で加熱しながら35分間保持した他は実施例2と同
様にして各円内表面に銅被膜を形成したところ、
肉厚の薄い側面(3mmt、8mmt)に画いた円の内
表面には厚さが約8μmの均一な銅被膜が形成さ
れていたが、肉厚の大きい上面(15mmt)に画い
た円の内表面に形成された銅被膜には茶褐色のし
みが無数に観察された。これは、肉厚の大きい上
面においては特に昇温速度が遅すぎる為塩化アル
ミニウムの昇華に要する温度及び時間が不十分に
なる為、一部の塩化アルミニウムが未昇華のまま
で残り、特に銅被膜層に生じたしみは未昇華の塩
化アルミニウムが被膜中にとり残された為にでき
たものと考えられる。
比較例 2 Al材を30℃/分の実体昇温速度で加熱しなが
ら45分間保持した他は実施例2と同様にして銅被
膜を形成したところ、肉厚の大きい上面の円内表
面には約8μmの均一な銅被膜が形成されていた
が、肉厚の薄い両側面の円内表面に形成された銅
被膜には部分的に黄灰色の色調むらが見られ、外
観上極めて不均一であつた。
これは一旦形成された銅被膜層が長時間加熱さ
れた為、銅の一部がAl母材中へ拡散移行し銅被
膜が局部的に薄くなつた為と考えられる。
上記で得た各銅被膜形成Al材を、温度50℃、
相対湿度98%の恒温恒湿雰囲気に24時間放置し銅
被膜形成部の状態を調べたところ、実施例1及び
2で得た銅被膜形成部には全く変化が認められ
ず、優れた耐食性を発揮することが確認された。
しかしながら茶褐色のしみが無数に生じた比較例
1の銅被膜では全面に亘つて孔食が発生し白色の
腐食生成物が生じていることが確認された。
〔発明の効果〕
本発明は以上の様に構成されており、その効果
を要約すれば下記の通りである。
バインダとして化学的に安定で無毒性であり
且つ加熱によりほぼ完全に焼失するポリブテン
を使用しているので、塗布作業性、取扱い性が
良好であり、しかも銅被膜形成後の後処理が極
めて簡単である。
塩化銅の浮遊流動床は微細な塩化銅粉末と常
温の乾燥気体により構成されているので、複雑
な形状の被処理材であつても表面全体に塩化銅
を万遍なく均一に付着させることができ、しか
も塩化銅が熱変質を起こしたり水分による変質
を受ける恐れがない。しかも常温処理法である
から作業性が良く、部分的に銅被膜を形成する
ことも容易である。
拡散の為の加熱条件、殊に昇温速度を厳密に
規定しているので、肉厚の異なる複雑な形状の
ものでも表面全体の昇温速度のばらつきを少な
くすることができ、局部的な熱量不足或は熱量
過多の問題を可及的に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実験例で銅被膜形成処理の素材として
用いたAl型材を示す説明図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 粒径が300μm以下である塩化銅粉末を常温
    の乾燥気体により浮遊させてなる流動床に、ポリ
    ブテン溶液の塗布されたAl又はAl合金材を浸漬
    して該塗膜上に塩化銅粉末を付着させ、次いで50
    ℃/分以上の昇温速度で300〜600℃に加熱するこ
    とを特徴とするAl又はAl合金材への銅被膜形成
    方法。
JP25455584A 1984-11-30 1984-11-30 Al又はAl合金材への銅被膜形成方法 Granted JPS61133382A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2016125660A1 (ja) * 2015-02-04 2016-08-11 日立化成株式会社 芳香族ポリケトン及びその製造方法、芳香族ポリケトン組成物、芳香族ポリケトン膜、光学素子並びに画像表示装置

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AT512041B1 (de) * 2012-05-04 2013-05-15 Mikroelektronik Ges Mit Beschraenkter Haftung Ab Verfahren zur Herstellung eines metallisierten Substrats
US11222878B2 (en) 2019-04-30 2022-01-11 Ab Mikroelektronik Gesellschaft Mit Beschraenkter Haftung Electronic power module

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5794567A (en) * 1980-12-02 1982-06-12 Aichi Steel Works Ltd Method for coating dissimilar metal on metal

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