JPS61133382A - Al又はAl合金材への銅被膜形成方法 - Google Patents

Al又はAl合金材への銅被膜形成方法

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JPS61133382A
JPS61133382A JP25455584A JP25455584A JPS61133382A JP S61133382 A JPS61133382 A JP S61133382A JP 25455584 A JP25455584 A JP 25455584A JP 25455584 A JP25455584 A JP 25455584A JP S61133382 A JPS61133382 A JP S61133382A
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copper chloride
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Kazuhiko Asano
浅野 和彦
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    • 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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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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〕
半導体利用分野に詔いては、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
後プレス等によって所定の形状・寸法に成形し、半導体
とのはんだ付けが支障な(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てきる。
ところでAI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っ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は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った問題をし
ばしば生じていた。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55−21910号、特開11857−94567
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って銅を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、AI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。
■塩化銅粉末付着に際してはバインダが使用されこれら
の混線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っ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っては塩化銅が酸化
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A
l合金)村を浸漬して該塗膜上に塩化銅粉末を付着させ
、次いで50°C/分     −以上の昇温速度で3
00〜600℃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番こ塩化銅粉末を付
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1こ極めて安
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拘一番こなり易く、しかも塩化銅
粉末の付着量が過大となって、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
によって行なわれる。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(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っ
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) 8CuC1−8Cu+1−8C1
−・・・〔■〕 Al + 8C1−+ 8Cu −Al  + 8C1
−+8Cu・・・〔■〕 従っ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、といった実用に即
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詔ける塩化銅粉末の
付着工程では同時にバインダ中に残っている溶媒も除去
され、Al・材の表面には塩化銅粉末が万遍なく均−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188℃
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。従っ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、覆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
化銅と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)も殆んどが完全燃
焼して消失するので、熱処理後は未反応のままで残った
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
によって、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I JIS  Al100PのAl合金材(幅100flX
長さ1010Os厚さ4 ttrm )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。
−万粒径2004m以下(9096以上が5074m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除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、空冷後表面の残液を水洗除去
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除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ったところ、流動床で塩化第
1銅を付着した段階でAl材の表面に銅の生成を示す茶
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って前記〔I〕。
(II)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宇状のAl材(J
IS  A6068S)の上面及び側面に夫々直径40
wφ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196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1I!!浮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℃に保った加熱炉へ装入し
てAl材の実体温度が400℃に達するまで50’C/
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液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80℃/分の実体昇温速度で加熱
しながら85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とろ、肉厚の薄い側面(
31mt、8IljIt)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(15mt )に画いた円の内表面に形成さ
れた銅被膜には茶褐色のじ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80℃/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
たきころ、肉厚の大きい上面の円     6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
薄い両側酉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っ
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
くなった為と考えられる。
上記で得た各銅被膜形成Al材を、温度50℃、相対湿
度9896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じみが無数に生じた比較例1の銅
被膜では全面に亘っ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奢り、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
であっても表面全体に塩化銅を万遍な(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
な熱量不足威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A
l型材を示す説明図である。 代理人 弁理士植木久−ゼー;、j 第1図 8mmt 手続補正書(自発) 昭和60年 1月16日 1、事件の表示 昭和59年特許願第254555号 2、発明の名称 AI又はAl合金材への銅被膜形成方法3、補正をする
者 事件との関係  特許出願人 神戸市中央区脇浜町−丁目3番18号 (119)株式会社 神戸製鋼所 代表者  牧   冬 彦 46代理人〒530 大阪市北区堂島2丁目3番7号 シンコービル 明細書の「特許請求の範囲」及び「発明の詳細な説明」
の各欄並びに図面 6、補正の内容 (1)「特許請求の範囲」を別紙の通り訂正します。 (2)明細書第7頁第10行目(7)r3Cu−Jをr
3Cu“」に訂正します。 (3)第1図を別紙第1@と差し替えます。 特許請求の範囲 粒径が300 gm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、ボリブ士ン溶液の
塗布されたAl又はA、1合金材を浸漬して#、塗膜上
に塩化銅粉末を付着させ1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A
I又はAl合金材への銅被膜形成方法。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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、ポリブデン溶液の塗
    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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