JP2012174696A - Heat radiator with joint face, and surface treatment method thereof - Google Patents

Heat radiator with joint face, and surface treatment method thereof Download PDF

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知志 小坂部
Fumitoshi Kiyooka
史利 清岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat radiator, which is formed of a metallic material, which has improved adhesiveness to resin without excessively roughening its surface, and in which deterioration of a thermal performance together with improvement of adhesiveness is restrained.SOLUTION: A heat radiator 1 contacts an electronic component 6 energized to generate heat in a heat transferring manner, and radiates or diffuses the heats. The heat radiator comprises a joint face 3 jointed on a substrate 5, on which the electronic component 6 is arranged, via adhesive 4. The joint face 3 comprises a lower layer, in which indentations and projections are formed; and an upper layer, in which nickel crystal particles with a diameter of 0.5-1.0 μm are formed on the lower layer.

Description

この発明は、通電されて発熱する電子部品に熱伝達可能に接触してその熱を奪って放熱あるいは拡散するとともに、その電子部品が配設される基板に接着剤によって接着される接合面を備えた放熱装置およびその表面処理方法に関するものである。   The present invention includes a joining surface that is brought into contact with an electronic component that is energized to generate heat and absorbs the heat to dissipate or diffuse the heat, and is bonded to a substrate on which the electronic component is disposed by an adhesive. The present invention relates to a heat dissipation device and a surface treatment method thereof.

プリント配線基板上に設けられた中央演算処理装置（ＣＰＵ）などの発熱する電子部品はサイズが小さいため、電子部品に熱伝達可能に接触させた熱拡散板（ヒートスプレッダ−と呼ばれることがある。）に電子部品の熱を拡散させてから、これに取り付けたヒートパイプやヒートシンクを経て放熱することがおこなわれている。ヒートスプレッダは、電子部品に熱伝達可能に接触してその熱を拡散させるためのものであるから、熱伝導性を有する金属製材料によって構成され、また、例えば樹脂製の接着剤によりプリント配線基板上に接着あるいは接合されている。ヒートスプレッダとプリント配線基板との接合部分には、電子部品からの熱負荷が作用するため、熱負荷によって金属表面に付着した水分や樹脂製の接着剤に含まれる水分が膨張して接合部分が剥離したり、裂けたりする場合がある。そこで従来、このような金属製材料と樹脂との接着性あるいは接合強度を向上させるための各種の技術が開発されている。   Since a heat generating electronic component such as a central processing unit (CPU) provided on a printed wiring board is small in size, it is a heat diffusion plate (sometimes referred to as a heat spreader) that is in contact with the electronic component so that heat can be transferred. After the heat of the electronic component is diffused, the heat is dissipated through a heat pipe or a heat sink attached thereto. The heat spreader is for contacting the electronic component so as to be able to transfer heat and diffusing the heat. Therefore, the heat spreader is made of a metal material having thermal conductivity. It is glued or bonded to. Since the heat load from the electronic components acts on the joint between the heat spreader and the printed wiring board, the water adhering to the metal surface or the water contained in the resin adhesive expands due to the heat load, and the joint is peeled off. Or tear. Therefore, various techniques have been developed in the past to improve the adhesion or bonding strength between such a metal material and a resin.

例えば特許文献１には、電解ニッケルメッキ法により金属製材料の表面に接する下層にホウ素含有率の低いニッケル被膜を形成し、その上層にホウ素含有率が高く、かつ柱状組織（すなわち、ウィスカ）を形成することにより、樹脂製の接着剤が塗布される金属製材料の比表面積を増大させた構成が記載されている。特許文献１に記載された構成によれば、金属製材料の比表面積が増大するので、金属製材料と基板との接着性あるいは接合強度を向上できる、とされている。   For example, in Patent Document 1, a nickel film having a low boron content is formed in a lower layer in contact with the surface of a metal material by an electrolytic nickel plating method, and a columnar structure (ie, whisker) having a high boron content is formed on the lower layer. A structure is described in which the specific surface area of the metal material to which the resin adhesive is applied is increased by forming. According to the configuration described in Patent Document 1, the specific surface area of the metal material is increased, so that the adhesiveness or bonding strength between the metal material and the substrate can be improved.

特許文献２には、電解メッキ法によって金属被膜を形成する場合の周辺技術として、半導体基板上に電解メッキ法によって金メッキ膜を形成する場合において、電流密度を小さくすることにより金メッキ膜のグレインサイズおよびガバレッジを増大させて金メッキ膜のエレクトロマイグレーション耐性を向上させた構成が記載されている。より具体的には、金メッキ被膜を形成する場合の電流密度を、０．０５Ａ／ｄｍ２（０．５ｍＡ／ｃｍ２）から０．１５Ａ／ｄｍ２（１．５ｍＡ／ｃｍ２）の間の範囲に設定することが記載されている。 In Patent Document 2, as a peripheral technique in the case of forming a metal film by an electrolytic plating method, when a gold plating film is formed on a semiconductor substrate by an electrolytic plating method, the grain size of the gold plating film is reduced by reducing the current density. A configuration is described in which the electromigration resistance of the gold plating film is improved by increasing the coverage. More specifically, the current density in the case of forming a gold plating film, a range of between 0.05A / dm 2 (0.5mA / cm 2) of 0.15A / dm 2 (1.5mA / cm 2) It is described to set to.

特開２００３−１４７５４９号公報JP 2003-147549 A 特開平６−２９２９１号公報JP-A-6-29291

上記の特許文献１に記載された技術は、金属製材料の表面にウィスカを形成することにより金属製材料の比表面積を拡大させる技術である。しかしながら、金属製材料の表面にウィスカが形成されると、その分、金属製材料と基板との間の空隙も大きくなる。そのため、特許文献１に記載された技術を放熱装置に適用しようとすると、電子部品と放熱装置との間の熱抵抗が大きくなって熱伝達率が低下する虞がある。   The technique described in Patent Document 1 is a technique for expanding the specific surface area of a metal material by forming whiskers on the surface of the metal material. However, when the whisker is formed on the surface of the metal material, the gap between the metal material and the substrate is increased accordingly. Therefore, when it is going to apply the technique described in patent document 1 to a heat radiating device, there exists a possibility that the thermal resistance between an electronic component and a heat radiating device may become large, and a heat transfer rate may fall.

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、放熱装置の表面を過度に粗面化することなく接着剤を介した放熱装置と基板との接着強度を確保できる接合面を備えた放熱装置およびその表面処理方法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made by paying attention to the above technical problem, and has a bonding surface that can secure the bonding strength between the heat dissipation device and the substrate via an adhesive without excessively roughening the surface of the heat dissipation device. An object of the present invention is to provide a heat dissipation device and a surface treatment method thereof.

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、通電されて発熱する電子部品に熱伝達可能に接触してその熱を放熱あるいは拡散させるとともに、前記電子部品が配設される基板上に接着剤を介して接合される接合面を備えた放熱装置において、前記接合面は、凹凸が形成された下層と、その下層の上に直径が０．５〜１．０μｍのニッケルの結晶粒子が形成された上層とを備えていることを特徴とするものである。   In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is directed to an electronic component that is energized to generate heat and dissipates or diffuses the heat in contact with the electronic component, and on the substrate on which the electronic component is disposed. In the heat dissipating device having a bonding surface bonded to each other through an adhesive, the bonding surface includes a lower layer in which irregularities are formed, and nickel crystal particles having a diameter of 0.5 to 1.0 μm on the lower layer. And an upper layer on which is formed.

請求項２の発明は、通電されて発熱する電子部品に熱伝達可能に接触してその熱を放熱あるいは拡散させるとともに、前記電子部品が配設される基板上に接着剤を介して接合される接合面を備えた放熱装置の表面処理方法において、エッチング液に１分間接触させて表面に凹凸を形成させるエッチング工程と、その後、ニッケルメッキ液に浸漬して０．５〜１．０Ａ／ｄｍ２の電流密度で印加することにより前記表面に直径が０．５〜１．０μｍのニッケルの結晶粒子を析出させるニッケルメッキ工程とを備えていることを特徴とする方法である。 According to the second aspect of the present invention, an electronic component that is energized to generate heat is brought into contact with the electronic component so as to be able to transfer heat, and the heat is dissipated or diffused. In the surface treatment method of a heat dissipation device provided with a bonding surface, an etching step of contacting the etching solution for 1 minute to form irregularities on the surface, and then dipping in a nickel plating solution to 0.5 to 1.0 A / dm 2 And a nickel plating step for precipitating nickel crystal particles having a diameter of 0.5 to 1.0 μm on the surface by applying at a current density of 0.5 to 1.0 μm.

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記エッチング工程は、前記エッチング液として１０〜２０ｗｔ％の過硫酸ナトリウムを溶質として含んでいる１ｖｏｌ％硫酸水溶液を用いて２５〜３５℃で行うことを含み、前記ニッケルメッキ工程は、前記ニッケルメッキ液として３０〜５０ｗｔ％のスルファミン酸ニッケルと２〜４ｗｔ％の塩化ニッケルとを溶質として含んでいる水溶液を用いて５０〜６０℃で４０分間行うことを含むことを特徴とする接合面を備えた放熱装置の表面処理方法である。   According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, the etching step is performed at 25 to 35 ° C. using a 1 vol% sulfuric acid aqueous solution containing 10 to 20 wt% sodium persulfate as a solute as the etching solution. The nickel plating step is performed at 50-60 ° C. for 40 minutes using an aqueous solution containing 30-50 wt% nickel sulfamate and 2-4 wt% nickel chloride as solutes as the nickel plating solution. It is the surface treatment method of the thermal radiation apparatus provided with the joint surface characterized by the above-mentioned.

請求項１の発明によれば、放熱装置の接合面は、凹凸が形成された下層と、その下層の上に直径が０．５〜１．０μｍのニッケルの結晶粒子が形成された上層とを備えている。接合面の上層には、ニッケルの結晶粒子の大きさに依存した凹凸が形成されている。したがって、その下層の凹凸と上層における１．０μｍ程度のニッケルの結晶粒子とによって接合面の比表面積を増大させることができる。そしてこれにより、接着剤を介して放熱装置と基板とを接着させた場合に、その接着性あるいは接着強度を確保することができる。また、上層は下層を覆うように形成され、その上層の凹凸はニッケルの結晶粒子の大きさに依存しているから、研削や研磨などの機械的な表面処理によって放熱装置の表面を粗面化してその比表面積を拡大する場合に比較して、全体的に滑らかな表面とすることができる。放熱装置の表面が滑らかであるから、放熱装置とこれに熱伝達可能に接触する電子部品との間の間隙を上記の機械的な表面処理を施した場合に比較して小さく抑えることができる。その結果、これらの間における熱性能の低下を防止もしくは抑制することができる。   According to the invention of claim 1, the joining surface of the heat dissipation device includes a lower layer in which irregularities are formed and an upper layer in which nickel crystal particles having a diameter of 0.5 to 1.0 μm are formed on the lower layer. I have. Concavities and convexities depending on the size of the nickel crystal particles are formed on the upper surface of the joint surface. Therefore, the specific surface area of the joint surface can be increased by the unevenness of the lower layer and the nickel crystal particles of about 1.0 μm in the upper layer. As a result, when the heat dissipation device and the substrate are bonded via an adhesive, it is possible to ensure the adhesion or bonding strength. The upper layer is formed so as to cover the lower layer, and the unevenness of the upper layer depends on the size of the nickel crystal particles, so the surface of the heat dissipation device is roughened by mechanical surface treatment such as grinding or polishing. Compared with the case where the specific surface area is increased, the overall surface can be made smoother. Since the surface of the heat dissipating device is smooth, the gap between the heat dissipating device and the electronic component that is in contact with the heat dissipating device can be kept small compared to the case where the mechanical surface treatment is performed. As a result, it is possible to prevent or suppress a decrease in thermal performance between them.

請求項２の発明によれば、エッチング工程において、放熱装置がエッチング液に接触する時間が１分間であるから、放熱装置の表面が過度に粗面化されることを防止もしくは抑制できる。ニッケルメッキ工程において、印加する電流密度が０．５〜１．０Ａ／ｄｍ２とされ、これにより放熱装置の表面に析出するニッケルの結晶粒子が０．５〜１．０μｍになるようになっている。そのため、放熱装置の比表面積は、ニッケルの結晶粒子の大きさに依存した比表面積になる。言い換えれば、放熱装置の比表面積をニッケルの結晶粒子の大きさによって拡大することができる。したがって、接着剤を介して放熱装置と基板とを接着させた場合に、その接着性あるいは接着強度を確保することができる。また、研削や研磨などの機械的な表面処理によって放熱装置の表面を粗面化してその比表面積を拡大する場合に比較して、全体的に滑らかかつ比表面積が拡大された表面とすることができる。放熱装置の表面が滑らかであるから、放熱装置とこれに熱伝達可能に接触する電子部品との間の間隙を上記の機械的な表面処理を施した場合に比較して小さく抑えることができる。その結果、これらの間における熱性能の低下を防止もしくは抑制することができる。ニッケルメッキを施すことにより放熱装置の表面に凹凸を形成するので、表面処理によって光沢などの外観を損ねることを防止もしくは抑制できる。 According to the invention of claim 2, in the etching process, since the time for which the heat dissipation device contacts the etching solution is 1 minute, it is possible to prevent or suppress the surface of the heat dissipation device from being excessively roughened. In the nickel plating step, the applied current density is set to 0.5 to 1.0 A / dm 2 , so that the nickel crystal particles deposited on the surface of the heat dissipation device become 0.5 to 1.0 μm. Yes. Therefore, the specific surface area of the heat dissipation device is a specific surface area that depends on the size of the crystal grains of nickel. In other words, the specific surface area of the heat dissipation device can be enlarged by the size of the nickel crystal particles. Therefore, when the heat radiating device and the substrate are bonded via the adhesive, it is possible to ensure the adhesion or bonding strength. In addition, compared with the case where the surface area of the heat dissipation device is roughened by mechanical surface treatment such as grinding or polishing to increase the specific surface area, the surface can be made smoother and the specific surface area enlarged. it can. Since the surface of the heat dissipating device is smooth, the gap between the heat dissipating device and the electronic component that is in contact with the heat dissipating device can be kept small compared to the case where the mechanical surface treatment is performed. As a result, it is possible to prevent or suppress a decrease in thermal performance between them. Since unevenness is formed on the surface of the heat dissipation device by applying nickel plating, it is possible to prevent or suppress the appearance such as gloss from being impaired by the surface treatment.

請求項３の発明によれば、請求項２の発明による効果と同様の効果に加えて、従来一般的に使用されるエッチング液やニッケルメッキ液を使用することができる。そして、これらの溶液と放熱装置の表面との接触時間や、ニッケルメッキ工程において印加する電流密度を０．５〜１．０Ａ／ｄｍ２にすることにより、全体的に滑らかかつ比表面積が拡大された放熱装置の表面を得ることができる。 According to the invention of claim 3, in addition to the same effect as that of the invention of claim 2, an etching solution and a nickel plating solution generally used conventionally can be used. And by making the contact time between these solutions and the surface of the heat dissipation device and the current density applied in the nickel plating step 0.5 to 1.0 A / dm 2 , the overall surface is smooth and the specific surface area is enlarged. The surface of the heat dissipation device can be obtained.

実施例１で得られたヒートスプレッダの表面の走査型電子顕微鏡写真である。2 is a scanning electron micrograph of the surface of the heat spreader obtained in Example 1. FIG. 比較例１で得られたヒートスプレッダの表面の走査型電子顕微鏡写真である。4 is a scanning electron micrograph of the surface of the heat spreader obtained in Comparative Example 1. 二つのヒートスプレッダの各接合面を接着剤によって接着させた状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state which adhere | attached each joining surface of two heat spreaders with the adhesive agent. 図３に示すように接着させたヒートスプレッダの引張強度試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the tensile strength test of the heat spreader bonded as shown in FIG. この発明に係る表面処理を施したヒートスプレッダを、プリント配線基板上に配設した電子部品に適用した例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the example which applied the heat spreader which performed the surface treatment which concerns on this invention to the electronic component arrange | positioned on the printed wiring board. ヒートスプレッダの平面図を示してある。A plan view of the heat spreader is shown. この発明に係る表面処理方法の過程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the process of the surface treatment method which concerns on this invention. 実施例１において、エッチング処理を行った後におけるヒートスプレッダの表面の走査型電子顕微鏡写真である。In Example 1, it is a scanning electron micrograph of the surface of the heat spreader after performing an etching process. 比較例２において、エッチング処理を行った後におけるヒートスプレッダの表面の走査型電子顕微鏡写真である。In comparative example 2, it is a scanning electron micrograph of the surface of a heat spreader after performing etching processing. 比較例３において、エッチング処理を行った後におけるヒートスプレッダの表面の走査型電子顕微鏡写真である。In comparative example 3, it is a scanning electron micrograph of the surface of a heat spreader after performing etching processing.

つぎにこの発明を具体的に説明する。この発明は、通電されることにより発熱する電子部品に熱伝達可能に接触してその熱を外部に放熱あるいは拡散させるとともに、電子部品が配設される基板上に接着剤あるいは結合剤を介して接着される接合面を備えた放熱装置に関するものである。電子部品は、一例として中央演算処理装置（ＣＰＵ）や電源ユニットなどであってよい。放熱装置は、電子部品に熱伝達可能に接触して電子部品で発生した熱をその外部に放熱したり、拡散させたりするものであり、そのため放熱装置は熱伝導性を有する金属製材料によって形成することが好ましい。基板は、電子部品を固定するとともに通電可能に配線するためのものであり、例えば絶縁性を有する合成樹脂材料によって形成した母材に、銅箔などの導電体によって配線して形成することができる。接着剤あるいは結合材は、放熱装置と基板とを接着あるいは接合するためのものであり、従来一般的に使用されているものであってよい。一例として熱可塑性あるいは熱硬化性の合成樹脂接着剤や結合材などを使用することができる。   Next, the present invention will be specifically described. The present invention makes contact with an electronic component that generates heat when energized to dissipate or diffuse the heat to the outside, and on the substrate on which the electronic component is disposed via an adhesive or a binder. The present invention relates to a heat dissipation device having a bonding surface to be bonded. As an example, the electronic component may be a central processing unit (CPU), a power supply unit, or the like. The heat dissipation device contacts the electronic component so that heat can be transferred and dissipates or diffuses the heat generated in the electronic component to the outside. Therefore, the heat dissipation device is formed of a metal material having thermal conductivity. It is preferable to do. The substrate is for fixing electronic components and wiring for enabling energization. For example, the substrate can be formed by wiring with a conductor such as copper foil on a base material formed of a synthetic resin material having insulation properties. . The adhesive or the bonding material is for bonding or joining the heat dissipation device and the substrate, and may be one that is conventionally used. As an example, a thermoplastic or thermosetting synthetic resin adhesive or a binder can be used.

この発明では、放熱装置に、その比表面積を増大させるための表面処理を施すことができる。その処理は、例えばエッチング液で表面を腐食させることにより粗面化するエッチング処理や表面にメッキ金属を析出させてメッキ膜を形成したり、凹凸を形成したりするメッキ処理であってよい。具体的には、上記のエッチング処理は、放熱装置をエッチング液に１分間接触させることによりその表面をある程度粗面化するようになっていればよい。上記のメッキ処理は、例えば電解ニッケルメッキ処理であってよく、エッチング処理を施した放熱装置を電解ニッケルメッキ液に浸漬して０．５〜１．０Ａ／ｄｍ２の電流密度で印加することにより、その表面に直径が０．５〜１．０μｍ程度のニッケルの結晶粒子が析出するようになっていればよい。この発明に係る放熱装置は、熱伝導性とともに導電性を有する金属製材料で構成されることが好ましく、例えば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などによって構成することができる。 In the present invention, the heat radiating device can be subjected to a surface treatment for increasing its specific surface area. The treatment may be, for example, an etching treatment for roughening the surface by etching with an etching solution, or a plating treatment for forming a plating film by depositing a plating metal on the surface or forming irregularities. Specifically, the etching process described above only needs to roughen the surface to some extent by bringing the heat dissipation device into contact with the etching solution for 1 minute. The plating process may be, for example, an electrolytic nickel plating process. By immersing the heat radiating device subjected to the etching process in an electrolytic nickel plating solution and applying it at a current density of 0.5 to 1.0 A / dm 2. The crystal grains of nickel having a diameter of about 0.5 to 1.0 μm may be deposited on the surface. The heat dissipating device according to the present invention is preferably made of a metal material having conductivity as well as thermal conductivity, and can be made of, for example, copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, or the like.

したがって、この発明によれば、エッチング処理を施す時間が１分間であり、また、放熱装置の表面に析出させるニッケルの結晶粒子の大きさによって比表面積を増大させるので、放熱装置の表面を過度に粗面化させずに基板と放熱装置との接着性や接着強度を確保できる。より具体的には、エッチング処理を施す時間を長くしたり、例えば研削や研磨などの機械的な表面処理によって放熱装置の表面を粗面化して比表面積を増大することにより接着性や接着強度を確保する場合に比較して、滑らかな表面で接着性や接着強度を確保できる。放熱装置の表面が過度に粗面化されないので、表面処理を施すことによって表面に傷がついて光沢などの外観を損なうことを防止もしくは抑制できる。   Therefore, according to the present invention, the time for performing the etching process is 1 minute, and the specific surface area is increased by the size of the nickel crystal particles deposited on the surface of the heat dissipation device. Adhesiveness and adhesive strength between the substrate and the heat dissipation device can be ensured without roughening the surface. More specifically, the adhesion time and adhesion strength can be increased by increasing the specific surface area by increasing the time for performing the etching process, or by roughening the surface of the heat dissipation device by mechanical surface treatment such as grinding or polishing. Compared with the case of ensuring, adhesiveness and adhesive strength can be ensured with a smooth surface. Since the surface of the heat radiating device is not excessively roughened, it is possible to prevent or suppress the surface treatment from scratching the surface and damaging the appearance such as gloss.

（実施例１）
この発明に係る放熱装置は、一例として図６に示すように、ヒートスプレッダ１である。ヒートスプレッダ１は、ＣＰＵなどの発熱する電子部品に熱伝達可能に接触してその熱を拡散させるためのものであり、ＣＰＵに熱伝達可能に接触してその熱を奪って拡散させる平板部２と、ＣＰＵが配設される基板に接着剤を介して接着あるいは接合される接合面３とを備えている。ヒートスプレッダ１は、上述したようにＣＰＵに熱伝達可能に接触してその熱を奪って拡散させる必要があるので、例えば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの熱伝導性を有する金属性材料によって形成することが好ましい。この発明では、ヒートスプレッダ１には、その耐久性や基板との接着性を向上させるための表面処理が施されている。 Example 1
The heat radiating device according to the present invention is a heat spreader 1 as shown in FIG. 6 as an example. The heat spreader 1 is for contacting an electronic component that generates heat such as a CPU so that heat can be transferred and diffusing the heat. And a bonding surface 3 bonded or bonded to the substrate on which the CPU is disposed via an adhesive. As described above, the heat spreader 1 needs to contact the CPU so as to be able to transfer heat and take away its heat and diffuse it. For example, the heat spreader 1 is made of a metallic material having thermal conductivity such as copper, copper alloy, aluminum, or aluminum alloy. It is preferable to form. In the present invention, the heat spreader 1 is subjected to a surface treatment for improving its durability and adhesion to the substrate.

図７に、この発明に係る表面処理方法の過程を模式的に示してある。先ず、ヒートスプレッダ１の表面に付着している油脂性の汚れをメタノールやアセトンなどの有機溶剤や界面活性剤などによって除去し（脱脂工程）、その後、所定の電解溶液中に陰極又は陽極として浸漬して電気分解することにより上記の脱脂工程で除去できなかった油脂性の汚れを除去した（電荷脱脂工程）。その後、ヒートスプレッダ１の表面に密着している数十μｍ以下の微少な粒子やスマットなどを清浄な水や超音波洗浄機などを使用して除去した（中和工程）。これらの各工程が、いわゆる前処理に相当する。   FIG. 7 schematically shows the process of the surface treatment method according to the present invention. First, oily dirt adhering to the surface of the heat spreader 1 is removed with an organic solvent such as methanol or acetone or a surfactant (degreasing step), and then immersed in a predetermined electrolytic solution as a cathode or an anode. The oily soil that could not be removed in the degreasing step was removed by electrolysis (charge degreasing step). Thereafter, fine particles or smuts of several tens of μm or less adhered to the surface of the heat spreader 1 were removed using clean water or an ultrasonic cleaner (neutralization step). Each of these steps corresponds to so-called pretreatment.

次いで、液温を２５〜３０℃に調整した１０〜２０ｗｔ％の過硫酸ナトリウムを含む１ｖｏｌ％の硫酸水溶液をエッチング液として使用し、これにヒートスプレッダ１を１分間浸漬することによりヒートスプレッダ１の表面を粗面化して凹凸を形成した（エッチング工程）。１分後、エッチング液からヒートスプレッダ１を取り出して、これを所定の酸に浸漬してヒートスプレッダ１の表面に形成された酸化膜を除去した（表面活性工程。酸洗浄工程と呼ばれることがある）。上記の表面活性工程で使用される酸は、従来一般的に使用されるものであってよく、例えば所定濃度の硫酸、塩酸、硝酸、フッ酸、クロム酸、シュウ酸、クエン酸、シアン化カリウム溶液などであってよい。   Next, a 1 vol% sulfuric acid aqueous solution containing 10 to 20 wt% sodium persulfate adjusted to a liquid temperature of 25 to 30 ° C. is used as an etching solution, and the surface of the heat spreader 1 is immersed in the heat spreader 1 for 1 minute. The surface was roughened to form irregularities (etching process). After 1 minute, the heat spreader 1 was taken out from the etching solution and immersed in a predetermined acid to remove the oxide film formed on the surface of the heat spreader 1 (surface activation process, sometimes called an acid cleaning process). The acid used in the above surface activation process may be one that is generally used in the past, such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, chromic acid, oxalic acid, citric acid, potassium cyanide solution at a predetermined concentration, etc. It may be.

次いで、ヒートスプレッダ１を陰電極に取り付けて、３０〜５０ｗｔ％のスルファミン酸ニッケルと２〜４ｗｔ％の塩化ニッケルと２．５〜４．５ｗｔ％のホウ酸と０．３ｖｏｌ％の光沢剤とを含む水溶液をニッケルメッキ液として使用し、これを満たしたメッキ浴に浸漬した。ニッケルメッキ液の液温を５０〜６０℃に調整し、０．５〜１．０Ａ／ｄｍ２の電流密度範囲で、具体的には０．７Ａ／ｄｍ２（７ｍＡ／ｃｍ２）の電流密度で４０分間、ヒートスプレッダ１にニッケルメッキ処理を行った（電解ニッケルメッキ工程）。この電解ニッケルメッキ工程では、要は、上記のように電流密度の範囲を０．５〜１．０Ａ／ｄｍ２にすることによりヒートスプレッダ１の表面に、直径が１．０μｍ程度の大きさのニッケルの結晶粒子が析出するようになっていればよい。陽電極やメッキ浴などは、従来一般的に使用されているものと同様の構成のものを使用することができる。 The heat spreader 1 is then attached to the negative electrode and contains 30-50 wt% nickel sulfamate, 2-4 wt% nickel chloride, 2.5-4.5 wt% boric acid, and 0.3 vol% brightener. The aqueous solution was used as a nickel plating solution and immersed in a plating bath filled with the nickel plating solution. The temperature of the nickel plating solution is adjusted to 50 to 60 ° C., and in the current density range of 0.5 to 1.0 A / dm 2 , specifically 0.7 A / dm 2 (7 mA / cm 2 ). For 40 minutes, the heat spreader 1 was subjected to nickel plating (electrolytic nickel plating step). In this electrolytic nickel plating process, the main point is that the nickel having a diameter of about 1.0 μm is formed on the surface of the heat spreader 1 by setting the current density range to 0.5 to 1.0 A / dm 2 as described above. It is sufficient that the crystal grains are precipitated. As the positive electrode and the plating bath, those having the same configuration as that generally used in the past can be used.

上記の電解ニッケルメッキ工程は、ヒートスプレッダ１が上記のエッチング工程を経た後に行うものであるから、エッチング処理によって形成された凹凸面を下層と言うことができる。これに対して、凹凸面にニッケルメッキ処理を施して凹凸面に析出したニッケルの結晶粒子によって形成されるニッケルの層が上層と言うことができる。   Since the electrolytic nickel plating step is performed after the heat spreader 1 has undergone the etching step, the uneven surface formed by the etching process can be referred to as the lower layer. On the other hand, the nickel layer formed by the nickel crystal particles deposited on the uneven surface by applying nickel plating to the uneven surface can be said to be the upper layer.

（比較例１）
電解ニッケルメッキ工程において電流密度を５．５Ａ／ｄｍ２にした以外は、上記の実施例１と同様にしてヒートスプレッダ１の表面処理を行った。 (Comparative Example 1)
The surface treatment of the heat spreader 1 was performed in the same manner as in Example 1 except that the current density was changed to 5.5 A / dm 2 in the electrolytic nickel plating step.

（比較例２）
エッチング工程において、その処理時間を３分３０秒にした以外は、上記の比較例１と同様にしてヒートスプレッダ１の表面処理を行った。 (Comparative Example 2)
In the etching step, the surface treatment of the heat spreader 1 was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the treatment time was 3 minutes 30 seconds.

（比較例３）
エッチング工程において、その処理時間を５分３０秒にした以外は、上記の比較例１と同様にしてヒートスプレッダ１の表面処理を行った。 (Comparative Example 3)
In the etching step, the surface treatment of the heat spreader 1 was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the treatment time was 5 minutes and 30 seconds.

（評価１）
図８に、上記の実施例１において、１分間のエッチング処理を行った後におけるヒートスプレッダ１の表面の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ画像）を示してある。図９に、上記の比較例２において、３分３０秒間、エッチング処理を行った後におけるヒートスプレッダ１の表面の走査型電子顕微鏡写真を示してある。図１０に、上記の比較例３において、５分３０秒間、エッチング処理を行った後におけるヒートスプレッダ１の表面の走査型電子顕微鏡写真を示してある。図８、図９、図１０において、各ＳＥＭ画像の倍率は同様に３５００倍である。図８、図９、図１０に示したように、エッチング工程において、ヒートスプレッダ１をエッチング液に浸漬する時間が長いほどヒートスプレッダ１の表面が粗くなることが認められた。 (Evaluation 1)
FIG. 8 shows a scanning electron micrograph (SEM image) of the surface of the heat spreader 1 after performing the etching process for 1 minute in Example 1 described above. FIG. 9 shows a scanning electron micrograph of the surface of the heat spreader 1 after performing the etching process for 3 minutes and 30 seconds in the comparative example 2 described above. FIG. 10 shows a scanning electron micrograph of the surface of the heat spreader 1 after performing the etching process for 5 minutes and 30 seconds in the comparative example 3 described above. In FIGS. 8, 9, and 10, the magnification of each SEM image is similarly 3500 times. As shown in FIGS. 8, 9, and 10, in the etching process, it was recognized that the surface of the heat spreader 1 becomes rougher as the time for immersing the heat spreader 1 in the etching solution is longer.

図１に、上記の実施例１で得られたヒートスプレッダ１の表面の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ画像）を示してある。図１に示したように、ヒートスプレッダ１の表面に、直径が０．５〜１．０μｍ程度のニッケルの結晶粒子や直径が数μｍ程度のニッケルの結晶粒子が析出し、これらの粒子によって覆われていることが認められた。図２に、上記の比較例１で得られたヒートスプレッダ１の表面の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ画像）を示してある。図２に示したように、比較例１で得られたヒートスプレッダ１の表面には、直径が約１μｍ程度のニッケルの結晶粒子は認められず、直径がマイクロメーターオーダー以下のニッケルの結晶粒子によって覆われていることが認められた。これは、比較例１，２，３の各電解ニッケルメッキ工程における電流密度が上記の実施例１に比較して高いことにより、ヒートスプレッダ１の表面に析出するニッケルの結晶粒子が十分に粒成長できなかったことに起因すると推察される。   FIG. 1 shows a scanning electron micrograph (SEM image) of the surface of the heat spreader 1 obtained in Example 1 described above. As shown in FIG. 1, nickel crystal particles having a diameter of about 0.5 to 1.0 μm and nickel crystal particles having a diameter of about several μm are deposited on the surface of the heat spreader 1 and covered with these particles. It was recognized that FIG. 2 shows a scanning electron micrograph (SEM image) of the surface of the heat spreader 1 obtained in Comparative Example 1 above. As shown in FIG. 2, nickel crystal particles having a diameter of about 1 μm are not observed on the surface of the heat spreader 1 obtained in Comparative Example 1, and are covered with nickel crystal particles having a diameter of a micrometer order or less. It was recognized that This is because the current density in each electrolytic nickel plating process of Comparative Examples 1, 2, and 3 is higher than that of Example 1 described above, so that nickel crystal particles precipitated on the surface of the heat spreader 1 can be sufficiently grown. It is presumed to be due to the absence.

（評価２）
次いで、上記の実施例１、比較例１、比較例２、比較例３で得られたヒートスプレッダ１同士を例えば合成樹脂系の接着剤によって接着し、これを引っ張り剥がすのに要する荷重、すなわち引張強度（Ｎ）を測定した。図３に、二つのヒートスプレッダ１の各接合面３を接着剤によって接着させた状態を模式的に示してある。例えば、各ヒートスプレッダ１の接合面３に接着剤４を塗布して各接合面３を合わせた後、これを所定時間、乾燥させてヒートスプレッダ１同士を接着させた。その後、二つのヒートスプレッダ１を図３において上下方向に引っ張って引張強度（Ｎ）を測定した。その引張強度試験の結果を図４に示してある。 (Evaluation 2)
Next, the heat spreaders 1 obtained in the above-described Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 are bonded to each other with, for example, a synthetic resin adhesive, and the load required to pull them apart, that is, the tensile strength (N) was measured. FIG. 3 schematically shows a state in which the bonding surfaces 3 of the two heat spreaders 1 are bonded with an adhesive. For example, after applying the adhesive 4 to the bonding surfaces 3 of the heat spreaders 1 to match the bonding surfaces 3, they are dried for a predetermined time to bond the heat spreaders 1 to each other. Thereafter, the two heat spreaders 1 were pulled in the vertical direction in FIG. 3 to measure the tensile strength (N). The result of the tensile strength test is shown in FIG.

図４において、棒グラフは、実施例１、比較例１、比較例２、比較例３の各条件で得られたヒートスプレッダ１の表面粗さ（μｍ）を示している。また、各条件で得られたヒートスプレッダ１に対し、上述したような引張強度試験を行って得られた引張強度（Ｎ）を実線で結んで示してある。なお、この発明で表面粗さとは、算術平均粗さ（Ｒａ）を示している。   In FIG. 4, the bar graph indicates the surface roughness (μm) of the heat spreader 1 obtained under the conditions of Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3. In addition, the tensile strength (N) obtained by conducting the tensile strength test as described above on the heat spreader 1 obtained under each condition is shown by a solid line. In the present invention, the surface roughness means an arithmetic average roughness (Ra).

図４に示したように、比較例１および比較例２ならびに比較例３では、エッチング処理を施す時間を長くすることに伴ってヒートスプレッダ１の表面の粗さが増大するとともに、引張強度（Ｎ）が増大することが認められた。一方、実施例１では、比較例１，２，３と比較して表面粗さが抑えられていることが認められるとともに、比較例３と同等の引張強度（Ｎ）を有していることが認められた。   As shown in FIG. 4, in Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3, the surface roughness of the heat spreader 1 increases as the time for performing the etching process increases, and the tensile strength (N). Was observed to increase. On the other hand, in Example 1, it is recognized that the surface roughness is suppressed as compared with Comparative Examples 1, 2, and 3, and it has a tensile strength (N) equivalent to that of Comparative Example 3. Admitted.

これらの結果は、比較例１，２，３においては、実施例１に比較してヒートスプレッダ１の表面に形成されるニッケルの結晶粒子の粒径が小さく、またそれによって形成される凹凸が緻密過ぎるために、ニッケルメッキ処理を施す時間を長くしてヒートスプレッダ１の表面を粗くしなければ、接着剤４を介したヒートスプレッダ１同士の接着強度（すなわち、引張強度）を大きくできないものと推察される。言い換えれば、接着強度に対するニッケルの結晶粒子の大きさの影響が小さいように推察される。これに対して、実施例１においては、比較例１，２，３に比較してエッチング処理を施す時間が短く、また印加する電流密度が小さいので、ヒートスプレッダ１の表面にニッケルの結晶粒子の大きさに依存した凹凸が形成され、その凹凸によって接着強度が確保されていると推察される。言い換えれば、ヒートスプレッダ１の表面に形成されるニッケルの結晶粒子は比較例１，２，３に比較して緻密過ぎないので、エッチング処理を施す時間を長くしなくても接着剤４を介したヒートスプレッダ１同士の接着強度を大きくできるものと推察される。   These results show that in Comparative Examples 1, 2, and 3, the crystal grain size of nickel formed on the surface of the heat spreader 1 is smaller than that in Example 1, and the unevenness formed thereby is too dense. Therefore, it is presumed that the adhesive strength (that is, the tensile strength) between the heat spreaders 1 via the adhesive 4 cannot be increased unless the time for performing the nickel plating process is lengthened to roughen the surface of the heat spreader 1. In other words, it is assumed that the influence of the size of the nickel crystal particles on the adhesive strength is small. On the other hand, in Example 1, since the time for performing the etching process is shorter than that in Comparative Examples 1, 2, and 3, and the applied current density is small, the size of the nickel crystal particles on the surface of the heat spreader 1 is large. It is assumed that the unevenness depending on the thickness is formed, and the adhesive strength is secured by the unevenness. In other words, since the nickel crystal particles formed on the surface of the heat spreader 1 are not too dense as compared with Comparative Examples 1, 2, and 3, the heat spreader via the adhesive 4 can be used without lengthening the etching time. It is inferred that the adhesive strength between the members can be increased.

図５に、前述したように構成したヒートスプレッダ１を、プリント配線基板上に配設した電子部品に適用した例を模式的に示してある。ヒートスプレッダ１の平板部２は、プリント配線基板５上に配設されたＣＰＵなどの発熱する電子部品６に熱伝達可能に接触されている。ヒートスプレッダ１の表面あるいは少なくとも接合面３には、上述した実施例１に示す表面処理が施されている。接合面３は、接着剤４を介してプリント配線基板に接着されている。図５に示す例では、ヒートスプレッダ１に熱伝達可能にヒートシンク７が設けられている。電子部品５で発生した熱は、ヒートスプレッダ１に伝達されるとともに拡散され、更にヒートスプレッダ１からヒートシンク７に伝達され、ヒートシンク７から放熱されるようになっている。   FIG. 5 schematically shows an example in which the heat spreader 1 configured as described above is applied to an electronic component disposed on a printed wiring board. The flat plate portion 2 of the heat spreader 1 is in contact with a heat generating electronic component 6 such as a CPU disposed on the printed wiring board 5 so that heat can be transferred. The surface treatment shown in the first embodiment is applied to the surface of the heat spreader 1 or at least the bonding surface 3. The bonding surface 3 is bonded to the printed wiring board via an adhesive 4. In the example shown in FIG. 5, a heat sink 7 is provided in the heat spreader 1 so that heat can be transferred. Heat generated in the electronic component 5 is transmitted and diffused to the heat spreader 1, further transmitted from the heat spreader 1 to the heat sink 7, and radiated from the heat sink 7.

図５に示す構成によれば、ヒートスプレッダ１の表面に、少なくとも接合面３に、上記の実施例１に示す表面処理が施されている。そのため、ヒートスプレッダ１の表面を過度に粗面化することなく接着剤４を介したヒートスプレッダ１とプリント配線基板５との接着強度を確保できる。ヒートスプレッダ１の表面が過度に粗面化されていないので、ヒートスプレッダ１とこれに熱伝達可能に接触する電子部品６との間の間隙を小さく抑えることができる。その結果、これらの間における熱性能の低下を防止もしくは抑制することができる。ヒートスプレッダ１の熱性能を低下させずに、ヒートスプレッダ１とプリント配線基板５との接着強度を確保できる。   According to the configuration shown in FIG. 5, the surface treatment shown in the first embodiment is applied to at least the bonding surface 3 on the surface of the heat spreader 1. Therefore, the adhesive strength between the heat spreader 1 and the printed wiring board 5 via the adhesive 4 can be ensured without excessively roughening the surface of the heat spreader 1. Since the surface of the heat spreader 1 is not excessively roughened, the gap between the heat spreader 1 and the electronic component 6 that contacts the heat spreader 1 so as to be able to transfer heat can be kept small. As a result, it is possible to prevent or suppress a decrease in thermal performance between them. The adhesive strength between the heat spreader 1 and the printed wiring board 5 can be ensured without deteriorating the thermal performance of the heat spreader 1.

（実施例２）
詳細は図示しないが、ヒートスプレッダ１に対してエッチング処理を施す時間は、上記の実施例１よりも長くし、これに実施例１と同様に電解ニッケルメッキ処理を施して上記の図３に示した引張強度試験を行った。その結果、実施例１よりも引張強度（Ｎ）を向上させることができた。これは、エッチング処理を施す時間を長くすることによりヒートスプレッダ１の表面粗さが増大してヒートスプレッダ１と接着剤との接触面積が拡大したことによるものと考えられる。 (Example 2)
Although not shown in detail, the time for performing the etching process on the heat spreader 1 is longer than that in the above-described Example 1, and the electrolytic nickel plating process is applied to the heat spreader 1 in the same manner as in the Example 1 and shown in FIG. A tensile strength test was performed. As a result, the tensile strength (N) could be improved as compared with Example 1. This is considered to be due to the fact that the surface roughness of the heat spreader 1 is increased and the contact area between the heat spreader 1 and the adhesive is increased by increasing the time for performing the etching process.

１…ヒートスプレッダ、 ３…接合面、 ５…プリント配線基板。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heat spreader, 3 ... Joining surface, 5 ... Printed wiring board.

Claims (3)

通電されて発熱する電子部品に熱伝達可能に接触してその熱を放熱あるいは拡散させるとともに、前記電子部品が配設される基板上に接着剤を介して接合される接合面を備えた放熱装置において、
前記接合面は、凹凸が形成された下層と、その下層の上に直径が０．５〜１．０μｍのニッケルの結晶粒子が形成された上層とを備えている
ことを特徴とする接合面を備えた放熱装置。 A heat dissipating device having a joining surface that is brought into contact with an electronic component that is energized to generate heat, dissipates or diffuses the heat, and is joined to a substrate on which the electronic component is disposed via an adhesive. In
The bonding surface includes a lower layer in which irregularities are formed, and an upper layer in which nickel crystal particles having a diameter of 0.5 to 1.0 μm are formed on the lower layer. Heat dissipation device provided. 通電されて発熱する電子部品に熱伝達可能に接触してその熱を放熱あるいは拡散させるとともに、前記電子部品が配設される基板上に接着剤を介して接合される接合面を備えた放熱装置の表面処理方法において、
エッチング液に１分間接触させて表面に凹凸を形成させるエッチング工程と、
その後、ニッケルメッキ液に浸漬して０．５〜１．０Ａ／ｄｍ２の電流密度で印加することにより前記表面に直径が０．５〜１．０μｍのニッケルの結晶粒子を析出させるニッケルメッキ工程と
を備えていることを特徴とする接合面を備えた放熱装置の表面処理方法。 A heat dissipating device having a joining surface that is brought into contact with an electronic component that is energized to generate heat, dissipates or diffuses the heat, and is joined to a substrate on which the electronic component is disposed via an adhesive. In the surface treatment method of
An etching step of contacting the etching solution for 1 minute to form irregularities on the surface;
Thereafter, a nickel plating step of depositing nickel crystal particles having a diameter of 0.5 to 1.0 μm on the surface by being immersed in a nickel plating solution and applied at a current density of 0.5 to 1.0 A / dm 2. A surface treatment method for a heat radiating device having a joint surface. 前記エッチング工程は、前記エッチング液として１０〜２０ｗｔ％の過硫酸ナトリウムを溶質として含んでいる１ｖｏｌ％硫酸水溶液を用いて２５〜３５℃で行うことを含み、
前記ニッケルメッキ工程は、前記ニッケルメッキ液として３０〜５０ｗｔ％のスルファミン酸ニッケルと２〜４ｗｔ％の塩化ニッケルとを溶質として含んでいる水溶液を用いて５０〜６０℃で４０分間行うことを含む
ことを特徴とする請求項２に記載の接合面を備えた放熱装置の表面処理方法。 The etching step includes performing at 25 to 35 ° C. using a 1 vol% sulfuric acid aqueous solution containing 10 to 20 wt% sodium persulfate as a solute as the etching solution,
The nickel plating step includes carrying out 40 minutes at 50-60 ° C. using an aqueous solution containing 30-50 wt% nickel sulfamate and 2-4 wt% nickel chloride as solutes as the nickel plating solution. The surface treatment method of the thermal radiation apparatus provided with the joint surface of Claim 2 characterized by these.
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