JP2006206977A - ハンダ性に優れた表面処理Al板 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ハンダ濡れ性、ハンダ強度およびめっき皮膜の密着性に優れた表面処理Al板を提供する。
【解決手段】 Al板またはAl合金板からなるAl基板の表面に、脱脂、次いで酸性エッチングによる前処理を行い、置換めっきによりZn層を1回または2回の処理により形成させ、その上にNiを含んだ層を電気めっき法あるいは無電解めっき法により形成させ、さらにその上にSn層を、分光測色計を用いて測定したL値が70以上となるように形成させて表面処理Al板とする。
【選択図】 なし
【解決手段】 Al板またはAl合金板からなるAl基板の表面に、脱脂、次いで酸性エッチングによる前処理を行い、置換めっきによりZn層を1回または2回の処理により形成させ、その上にNiを含んだ層を電気めっき法あるいは無電解めっき法により形成させ、さらにその上にSn層を、分光測色計を用いて測定したL値が70以上となるように形成させて表面処理Al板とする。
【選択図】 なし
Description
本発明は、ハンダ性に優れた表面処理Al板に関する。
近年、電子機器の小型化および軽量化が求められており、それにともなってこれらの電子機器の部品である端子板やプリント基板などの部品についても小型化および軽量化も求められ、軽量でかつ熱伝導性に優れたAl板にSnめっきを施した材料の使用が試みられている。
例えば特許文献1は、Al板またはAl系合金金属材にNiめっき層を介してSnめっき層が形成されたハンダ付け性およびめっき密着性に優れたAl系合金金属板を提案している。このAl系合金金属板においては、溶融Alめっき鋼板などの基材に真空蒸着法を用いてNiめっきを施した後、続いてSnめっきを施す。この方法による場合、NiおよびSnめっきを施すために真空蒸着法を用いるが、真空装置などの大掛りな装置が必要であり、また製膜速度が小さく生産性に乏しいため、安価に製造することが困難である。
また特許文献2は、アルミニウム基材上に錫または錫合金層が、アルミニウム基材と錫または錫合金層との界面に錫の濃度勾配を形成して被覆されたことを特徴とするハンダ付け性に優れる錫または錫合金層を被覆したアルミニウム材料を提案している。このアルミニウム材料においては、アルミニウム合金板に錫を電気めっきした後に加熱する。または溶融した錫合金中にアルミニウム合金板を通すことにより、アルミニウム基材と錫または錫合金層との界面に錫の濃度勾配を形成して錫めっきするが、アルミニウム基材と錫または錫合金層との密着性が不十分であり、特に曲げ加工を施した場合に、錫めっき皮膜がアルミニウム基材から剥離しやすい欠点を有している。
特開平05−345969号公報
特開平05−291394号公報
本発明は、ハンダ濡れ性およびハンダ強度に優れた表面処理Al板を提供することを目的とする。
本発明者は、上記問題点を解決するために、Al基板へのハンダの濡れ性に優れ高いハンダ強度を得る手段として、Ni層上に一段とハンダの濡れ性に優れているSn層を設けた際に、Sn層の形成状態によってハンダの濡れ性が異なることを見出し、ハンダ濡れ性に優れたSn層の形成状態について種々研究した結果、分光測色計を用いて測定したSn層のL値が高いほど優れたハンダ濡れ性が得られることを見出し、本発明に到達したものである。
すなわち、上記目的を達成する本発明の表面処理Al板は、Al基板表面に、基板側から順にZn層、Ni層を形成してなり、分光測色計を用いて測定したSn層のL値が70以上であることを特徴とする表面処理Al板(請求項1)であり、
上記(請求項1)の表面処理Al板において、メニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が10秒以下であること(請求項2)を特徴とし、また
上記(請求項1または2)の表面処理Al板において、ハンダ強度が3kgf/7mm以上であること(請求項3)を特徴とする。
すなわち、上記目的を達成する本発明の表面処理Al板は、Al基板表面に、基板側から順にZn層、Ni層を形成してなり、分光測色計を用いて測定したSn層のL値が70以上であることを特徴とする表面処理Al板(請求項1)であり、
上記(請求項1)の表面処理Al板において、メニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が10秒以下であること(請求項2)を特徴とし、また
上記(請求項1または2)の表面処理Al板において、ハンダ強度が3kgf/7mm以上であること(請求項3)を特徴とする。
本発明の表面処理Al板は、Al基板表面に置換めっきによりZn層を形成させ、その上にNi層を形成させ、さらにその上にSn層を分光測色計を用いて測定したL値が70以上となるように形成させたものであり、L値が70未満である場合よりも優れたハンダ濡れ性が得られる。また、メニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が10秒以下でかつ、ハンダ強度が3kgf/7mm以上の優れたハンダ性が得られる。そのため、端子板やプリント基板等の小型で軽量の電子機器用の部品、特に放熱性を要求される電子機器用の部品などに好適に適用することができる。
以下、本発明の内容を説明する。
本発明の表面処理Al板の基板となるAlとしては、純Al板およびJIS規格の1000系、2000系、3000系、5000系、6000系、7000系のいずれのAl合金板も用いることができる。これらのAl合金板を脱脂し、次いで酸性エッチングし、引き続きスマットを除去した後、Znを置換めっきする。Znの置換めっきは、硝酸浸漬処理した後、Znによる置換めっき処理を行う。Zn置換めっき処理は第一Zn置換めっき処理、第二Zn置換めっき処理の2回の工程に分けて行ってもよい。この場合、各工程の処理後には水洗処理を実施する。この第一Zn置換めっき処理および第二Zn置換めっき処理により形成するZnめっき層は、この置換めっき処理後にNiめっきを施す際にわずかに溶解するので、Zn層の皮膜量としてはNiめっき後の状態で5〜500mg/m2 であることが好ましく、30〜300mg/m2 であることがより好ましい。皮膜量は処理液中のZnイオン濃度および第二Zn置換めっき処理において処理液中に浸漬する時間を適宜選択して調整する。皮膜量が5mg/m2 未満であるとZn層の上に形成するNiめっき層との密着性に乏しくなり、曲げ加工を施した際にめっき層が剥離しやすくなる。一方、皮膜量が500mg/m2 を超えるとNiめっきが不均一になり、ハンダ強度が低下する。
本発明の表面処理Al板の基板となるAlとしては、純Al板およびJIS規格の1000系、2000系、3000系、5000系、6000系、7000系のいずれのAl合金板も用いることができる。これらのAl合金板を脱脂し、次いで酸性エッチングし、引き続きスマットを除去した後、Znを置換めっきする。Znの置換めっきは、硝酸浸漬処理した後、Znによる置換めっき処理を行う。Zn置換めっき処理は第一Zn置換めっき処理、第二Zn置換めっき処理の2回の工程に分けて行ってもよい。この場合、各工程の処理後には水洗処理を実施する。この第一Zn置換めっき処理および第二Zn置換めっき処理により形成するZnめっき層は、この置換めっき処理後にNiめっきを施す際にわずかに溶解するので、Zn層の皮膜量としてはNiめっき後の状態で5〜500mg/m2 であることが好ましく、30〜300mg/m2 であることがより好ましい。皮膜量は処理液中のZnイオン濃度および第二Zn置換めっき処理において処理液中に浸漬する時間を適宜選択して調整する。皮膜量が5mg/m2 未満であるとZn層の上に形成するNiめっき層との密着性に乏しくなり、曲げ加工を施した際にめっき層が剥離しやすくなる。一方、皮膜量が500mg/m2 を超えるとNiめっきが不均一になり、ハンダ強度が低下する。
次いでこのようにして形成されたZn層の上にNi層をめっきにより形成する。Niめっきは電気めっき法または無電解めっき法のいずれを用いて形成してもよい。無電解めっき法を用いる場合は、還元剤としてP化合物やB化合物を用いるので、Niめっき皮膜はNi−P合金やNi−B合金からなる皮膜として形成するが、電気めっき法による純Niからなる皮膜と同様に、めっき皮膜のAl基板に対する密着性や、優れたハンダ濡れ性およびハンダ強度が得られる。このようにして得られるNi層は、皮膜量として0.2〜50g/m2 であることが好ましく、1〜10g/m2 であることがより好ましい。皮膜量が0.2g/m2 未満であるとNi層がZn層の全面を均一に被覆することができないので十分なハンダ強度が得られない。一方、皮膜量が50g/m2 を超えるとハンダ濡れ性およびハンダ強度の向上効果が飽和し、コスト的に有利でなくなる。
次いで、公知の電気めっき法を用いてNi層上にSn層を形成する。Sn層はめっき皮膜量として0.2〜20g/m2 であることが好ましく、1〜10g/m2 であることがより好ましい。皮膜量が0.2g/m2 未満であると非活性のフラックスを用いた場合にハンダが濡れにくくなる。一方、皮膜量が20g/m2 を超えるとハンダ濡れ性およびハンダ強度の向上効果が飽和し、コスト的に有利でなくなる。また、Sn層は、めっき後の表面を分光測色計を用いて測定したL値が70以上、好ましくは80以上となるようにめっき条件を適宜選択して形成する。L値が70未満では良好なハンダ濡れ性が得られない。また、L値が高いほどハンダ濡れ性の経時劣化の傾向が小さくなる。さらに、Snめっき層を形成した後にSnの融点未満または融点以上の温度に加熱してNi層とSn層の間に合金層を形成して密着性を向上してもよい。
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明する。
[供試板の作成]
Al合金板(JIS 5052 H19、板厚0.5mm)をめっき基板として、アルカリ液中で脱脂し、次いで硫酸中に浸漬するエッチング処理を施し、引き続いて硝酸中で脱スマット処理を施した後、水酸化ナトリウム:150g/L、ロッシェル塩:50g/L、酸化亜鉛:25g/L、塩化第一鉄:1.5g/Lを含む処理液中に浸漬する第一Zn置換めっき処理を行い、次いで400g/Lの硝酸水溶液中に浸漬して置換析出したZnを除去した後、第一Zn置換めっき処理で用いたのと同一の処理液中に浸漬して第二Zn置換めっき処理を行った。この第二Zn置換めっき処理において、浸漬時間を種々変化させて、表1に示す皮膜量のZn層を形成したZnめっきAl板を得た。
[供試板の作成]
Al合金板(JIS 5052 H19、板厚0.5mm)をめっき基板として、アルカリ液中で脱脂し、次いで硫酸中に浸漬するエッチング処理を施し、引き続いて硝酸中で脱スマット処理を施した後、水酸化ナトリウム:150g/L、ロッシェル塩:50g/L、酸化亜鉛:25g/L、塩化第一鉄:1.5g/Lを含む処理液中に浸漬する第一Zn置換めっき処理を行い、次いで400g/Lの硝酸水溶液中に浸漬して置換析出したZnを除去した後、第一Zn置換めっき処理で用いたのと同一の処理液中に浸漬して第二Zn置換めっき処理を行った。この第二Zn置換めっき処理において、浸漬時間を種々変化させて、表1に示す皮膜量のZn層を形成したZnめっきAl板を得た。
次いで、ZnめっきAl板に無電解めっき法を用いて、Zn層上にNi−12重量%P合金めっき皮膜を、表1に示す皮膜量で形成し、引き続いてZn層とNi層を形成したAl板に下記に示す条件で電気めっき法を用いてNi層上にSnめっき皮膜を、表1に示す皮膜量で形成して供試板とした。一部の供試板についてはSnめっき皮膜を形成した後、250℃に加熱し、Ni層とSn層の間に合金層を形成した。
[Snめっき条件]
浴組成 硫酸第一スズ 30g/L
フェノールスルホン酸 60g/L
エトキシ化α−ナフトール 5g/L
陽極 Sn板
撹拌 めっき浴の循環
浴温 50〜55℃
電流密度 1〜10A/dm2
浴組成 硫酸第一スズ 30g/L
フェノールスルホン酸 60g/L
エトキシ化α−ナフトール 5g/L
陽極 Sn板
撹拌 めっき浴の循環
浴温 50〜55℃
電流密度 1〜10A/dm2
また、比較用として、上記のAl合金板にZn置換めっき層を設けずに直接Niめっき層とその上にSn層を設けた供試板、また、上記のAl合金板にZn置換めっき層を設けたその上に直接Snめっき層のみを設けた供試板、さらに上記のAl合金板にZn置換めっき層を設けずにSnめっき層のみを設けた供試板を作成した。
[供試板の特性評価]
上記のようにして得られた供試板を、下記の特性について評価した。
[L値]
分光測色計(MODEL CM−3500d、ミノルタ(株)製)を用いてL値を測定した。
上記のようにして得られた供試板を、下記の特性について評価した。
[L値]
分光測色計(MODEL CM−3500d、ミノルタ(株)製)を用いてL値を測定した。
[ハンダ濡れ性]
メニスコグラフ法(MIL−STD−883B)により、SOLDERCHECKER(MODEL SAT−5000、RHESCA製)を使用し、上記の各供試板から切り出した幅7mmの試片をフラックス(EC−19S−8、タムラ化研製)に浸漬し、その後225℃に保持したSn(42%)−Bi(57%)−Ag(1%)の組成を有するハンダ浴(タルチンケスター(株)製)に前記のフラックスを塗布した試片を、浸漬速度2mm/秒で2mm浸漬し、ハンダが濡れるまでの時間(ゼロクロスタイム)を測定し、下記に示す基準でハンダ濡れ性を評価した。短時間であるほどハンダ濡れ性が良好であることを示す。
◎:5秒未満
○:5〜10秒未満
×:10秒以上
メニスコグラフ法(MIL−STD−883B)により、SOLDERCHECKER(MODEL SAT−5000、RHESCA製)を使用し、上記の各供試板から切り出した幅7mmの試片をフラックス(EC−19S−8、タムラ化研製)に浸漬し、その後225℃に保持したSn(42%)−Bi(57%)−Ag(1%)の組成を有するハンダ浴(タルチンケスター(株)製)に前記のフラックスを塗布した試片を、浸漬速度2mm/秒で2mm浸漬し、ハンダが濡れるまでの時間(ゼロクロスタイム)を測定し、下記に示す基準でハンダ濡れ性を評価した。短時間であるほどハンダ濡れ性が良好であることを示す。
◎:5秒未満
○:5〜10秒未満
×:10秒以上
[ハンダ強度]
上記の各供試板から切り出した幅7mm、長さ50mmの試片をL字型に折り曲げた2つの切り出し片を、評価面を向かい合わせてT字状になるように重ね、T字の縦棒の部分に厚さ0.5mmの鋼板を挟み、T字の縦棒の下部に0.5mmの空隙部を形成した試片を作成した。この試片の空隙部に上記のハンダ濡れ性の評価に用いたのと同様のフラックスを塗布した後、ソルダーチェッカー(SAT−5000、レスカ製)を用い、250℃に保持した上記のハンダ浴に試片の空隙部を10mmの深さまで浸漬し5秒間保持して空隙部にハンダを充填した後取り出し、Tピール試験片とした。次いでテンシロンを用い、Tピール試験片のT字の横棒の部分をチャックで挟んで引っ張ってT字の縦棒の部分のハンダ充填部を引き剥がし、このときの引張強度をハンダ強度として測定し、下記の基準でハンダ強度の優劣を評価した。
◎:4kgf/7mm以上
○:3〜4kgf/7mm未満
△:1〜3kgf/7mm未満
×:1kgf/7mm未満
上記の各供試板から切り出した幅7mm、長さ50mmの試片をL字型に折り曲げた2つの切り出し片を、評価面を向かい合わせてT字状になるように重ね、T字の縦棒の部分に厚さ0.5mmの鋼板を挟み、T字の縦棒の下部に0.5mmの空隙部を形成した試片を作成した。この試片の空隙部に上記のハンダ濡れ性の評価に用いたのと同様のフラックスを塗布した後、ソルダーチェッカー(SAT−5000、レスカ製)を用い、250℃に保持した上記のハンダ浴に試片の空隙部を10mmの深さまで浸漬し5秒間保持して空隙部にハンダを充填した後取り出し、Tピール試験片とした。次いでテンシロンを用い、Tピール試験片のT字の横棒の部分をチャックで挟んで引っ張ってT字の縦棒の部分のハンダ充填部を引き剥がし、このときの引張強度をハンダ強度として測定し、下記の基準でハンダ強度の優劣を評価した。
◎:4kgf/7mm以上
○:3〜4kgf/7mm未満
△:1〜3kgf/7mm未満
×:1kgf/7mm未満
[めっき皮膜の密着性]
上記の各供試板から幅15mm、長さ50mmの試験片を切り出し、90゜折り曲げ、折り曲げ部にスコッチテープを貼り付け、次いで引き剥がした後、めっき皮膜の剥離の有無を肉眼観察し、下記の基準でめっき皮膜の密着性を評価した。
○:剥離は認められない。
×:剥離が認められる。
上記の各供試板から幅15mm、長さ50mmの試験片を切り出し、90゜折り曲げ、折り曲げ部にスコッチテープを貼り付け、次いで引き剥がした後、めっき皮膜の剥離の有無を肉眼観察し、下記の基準でめっき皮膜の密着性を評価した。
○:剥離は認められない。
×:剥離が認められる。
その結果、表2に示すように、Sn層のL値が大きい本発明の表面処理Al板はハンダの濡れ性に優れ、ハンダ強度も大きく、まためっき密着性にも優れている。
Al基板表面に置換めっきによりZn層を形成させ、その上にNi層を形成させ、さらにその上にSn層を、分光測色計を用いて測定したL値が70以上となるように形成させた本発明の表面処理Al板は、優れたハンダ濡れ性が得られる。また、メニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が10秒以下でかつ、ハンダ強度が3kgf/7mm以上の優れたハンダ性が得られる。そのため、端子板やプリント基板等の小型で軽量の電子機器用の部品などのに好適に適用することができる。
Claims (3)
- Al基板表面に、基板側から順にZn層、Ni層、Sn層を形成してなり、分光測色計を用いて測定した最表面のSn層のL値が70以上であることを特徴とする表面処理Al板。
- メニスコグラフ法によるハンダ濡れ性が10秒以下である、請求項1に記載の表面処理Al板。
- ハンダ強度が3kgf/7mm以上である、請求項1または2に記載の表面処理Al板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005022187A JP2006206977A (ja) | 2005-01-28 | 2005-01-28 | ハンダ性に優れた表面処理Al板 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2005
- 2005-01-28 JP JP2005022187A patent/JP2006206977A/ja not_active Withdrawn
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