(57)【要約】【課題】金属素材よりなる被接合部材を、樹脂材料によって塗装やインサート成形したり、あるいは樹脂などを用いて接合したりする場合、簡単な手段によって両者の密着性を向上させることができる前処理方法を提供する。【解決手段】金属素材よりなる被接合部材（１）を電解質を溶解した水溶液中で電解処理し、被接合部材の接合面に、孔径０．０１〜５００μｍの微細孔（２）を、孔の面積率で２０〜８０％形成させ、これにより接合材料（３）との接合性を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属素材よりなる被接合部材（１）を電解質を溶解した水溶液中で電解処理し、被接合部材の接合面に、孔径０．０１〜５００μｍの微細孔（２）を、孔の面積率で２０〜８０％形成させ、これにより接合材料（３）との接合性を向上させたことを特徴とする金属素材の接合前処理方法。
【請求項２】
前記金属素材が非鉄金属であることを特徴とする請求項１に記載の接合前処理方法。
【請求項３】
前記金属素材が銅あるいは銅合金であることを特徴とする請求項２に記載の接合前処理方法。
【請求項４】
前記被接合部材が金属素材の表面にめっき処理されたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の接合前処理方法。
【請求項５】
前記めっき処理が無電解ニッケルめっきであることを特徴とする請求項４に記載の接合前処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属素材を樹脂材料で塗装したり、ポッティングやインサート成形したりする際、あるいは金属素材を樹脂などを用いて接合したりする際の前処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属素材よりなる被接合部材を、樹脂材料によって、塗装したりポッティングやインサート成形したりすること、あるいは樹脂などを用いて接合したりすることがさまざまな分野で広く行われている。
この際、十分な接合強度を得て製品の信頼性を高めるためには、被接合部材である金属材料と、樹脂、塗料などの接合材料との密着性が重要となる。
【０００３】
従来、金属素材よりなる被接合部材に対して密着性の悪い樹脂を用いて塗装やインサート成形を実施する際、被接合部材と樹脂との界面の剥離を防止するために、下地処理として被接合部材表面にプライマー樹脂を塗布したり、リン酸塩処理または陽極酸化処理を施したりして、被接合部材と樹脂との密着性を向上させる方法が知られていた。
また、被接合部材と樹脂との密着性を向上させる方法として、ポッティングやシール材によって被接合部材と樹脂との界面のシール性を保つなどの方法も知られていた。
【０００４】
しかし、プライマー樹脂の塗布などの下地処理や、ポッティングなどによる方法を用いることは、樹脂の塗布工程や処理後の乾燥工程等の工程が新たに必要となり、それに伴う材料コストや処理コストが増加する。さらに、下地処理の種類によっては、使用環境での下地処理皮膜の劣化により密着性が低下し、製品としての機能を損うという問題がある。
【０００５】
また、他に、被接合部材の表面に機械的あるいは化学的手段により凹凸を形成し、凹凸によるアンカー効果により接合性を向上させる方法も知られている。
【０００６】
機械的方法として、例えば、特許文献１には、半導体パッケージに用いられるリードフレームなどの被接合部材の表面に、砂などの研磨粒子を吹き付けて表面を粗くし、それによって封止樹脂との接着性を改善する技術が示されている。
【０００７】
また、化学的方法としては次のような技術が知られている。
特許文献２には、リードフレームの表面に凹凸の激しい粗面化メッキを施し、それによって封止樹脂との接着性を改善する技術が示されている。
【０００８】
特許文献３には、パワーモジュール用基板の製造の際、ＮｉＰメッキの表面を電解研磨作用と電解エッチング作用との両作用を有する電解液で処理して、ＮｉＰメッキの表面酸化膜を除去すると共に表面に微細な孔を多数形成させ、積層されるＮｉメッキ層との密着性を向上させる技術が示されている。
【０００９】
特許文献４には、リードフレームの表面の一部分のみを、化学エッチングによって選択的に窪ませることにより、表面に複数の突起を形成し、それによって封止樹脂との密着性を改善する技術が示されている。
【００１０】
しかし、特許文献１のような機械的方法では、処理コストの問題や、被接合部材に歪が入る問題がある。また、化学的方法のうち、特許文献２のようなメッキによる方法では、同様に、処理コストの問題や適用できる被接合部材が限られる問題がある。
さらに、特許文献３のエッチングにより被接合部材表面に凹凸を形成する方法では、孔径や孔の割合などによっては接合材料が樹脂である場合に十分な密着性を確保できないという問題があり、特許文献４の化学エッチングにより表面の一部を選択的に窪ませるには、条件設定などが難しいという問題がある。
【００１１】
【特許文献１】特開平８−５５８６６号公報
【特許文献２】特開２００２−２９９５３８号公報
【特許文献３】特開２００４−１７２３７８号公報
【特許文献４】特開２００２−８３９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明では、上記のような問題点に鑑み、金属素材よりなる被接合部材を、樹脂材料によって塗装やインサート成形したり、あるいは樹脂を用いて接合したりする場合、簡単な手段によって両者の密着性を向上させることができる前処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明は次のようにしたことを特徴とする。
請求項１の金属素材の接合前処理方法の発明は、金属素材よりなる被接合部材（１）を電解質を溶解した水溶液中で電解処理し、被接合部材の接合面に孔径０．０１〜５００μｍの微細孔（２）を、孔の面積率で２０〜８０％形成させ、これにより接合材料（３）との接合性を向上させたことを特徴とする。
【００１４】
請求項１の発明のように、被接合部材の接合面にあらかじめ微細孔を形成しておき、これに樹脂による成形、塗装あるいは接合などを実施することで、アンカー効果により界面の接合性を向上させることができ、しかも、微細孔の形成は、被接合部材を電解質を溶解した水溶液中で電解処理するという簡単な手段で可能であり、これにより従来のような下地処理による問題点などを省くことができる。
【００１５】
請求項２、３の金属素材の接合前処理方法の発明は、前記金属素材を、非鉄金属材料あるいは非鉄金属材料のうち、特に銅あるいは銅合金としたことを特徴とする。
半導体装置では、リードフレームなどの銅あるいは銅合金製の部材とモールド樹脂などとの接合部を多く備えているが、そのような場合などにおいて、この発明のようにすることにより、接合後の信頼性を上げることができる。
【００１６】
請求項４の金属素材の接合前処理方法の発明は、前記被接合部材を金属素材の表面にめっき処理されたものとしたことを特徴とし、また、請求項５の金属素材の接合前処理方法の発明は、前記めっき処理を無電解ニッケルめっきとしたことを特徴とする。
半導体装置に限らず、各種製品で用いられている金属部品は、表面にめっき処理されている場合も多く、そのような部品と樹脂との接合において、この発明のようにすることにより、接合後の信頼性を上げることができる。
【００１７】
なお、前記請求項の記載において、特定事項に付した括弧内の符号は、後述する実施の形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
金属素材よりなる部材、すなわち金属部材の表面に他の材料を接合する処理には、次の（ａ）〜（ｄ）の例がある。
（ａ）金属部材、または金属部材の表面をめっき処理しためっき部材のまわりに、注型材または接着剤をポッティングする。
（ｂ）金属部材またはめっき部材の表面に、樹脂系の塗料を塗布する。
（ｃ）樹脂封止型の半導体装置のリードフレームなどの金属部材またはめっき部材をモールド樹脂でインサート成型する。
（ｄ）金属部材またはめっき部材と他の部材を樹脂系接着剤で接着する。
【００１９】
本発明では、上記（ａ）〜（ｄ）の接合処理をする場合において、金属部材あるいはめっき部材の表面の接合前処理を対象とする。
また、本発明では、接合対象となる金属素材を被接合部材、上記（ａ）の注型材、接着剤、上記（ｂ）の塗料、上記（ｃ）の成形樹脂、上記（ｄ）の接着剤を接合材料と総称する。
【００２０】
本発明では、被接合部材と接合材料の間の接合性を高めるために、被接合部材を電解質を溶解した水溶液中で電解処理することにより、図１（ａ）に示すように被接合部材１の表面に０．０１〜５００μｍの幅の微細孔を形成する。
表面の凹凸を利用して接合部材間の密着性を向上する際、本発明者の研究では、特に凹部となる微細孔の幅及び面積率が重要であることが知見された。
【００２１】
微細孔の幅は０．０１〜５００μｍの範囲とする。孔の幅は小さいほうがアンカー効果にとって有効であるが、あまり小さいと接合材料が孔の中に十分進入できず、アンカー効果を発揮できないので微細孔の幅は０．０１μｍ以上とする。しかし、孔の幅が大きすぎると電解処理に時間がかかる割にはアンカー効果の向上に寄与しないので、上限を５００μｍとする。電解処理時間とアンカー効果の点を勘案すれば、特に好ましい範囲は、０．０１μｍ〜０．５μｍの範囲である。
【００２２】
また、接着面において微細孔の総面積を接着面積の２０〜８０％とする必要がある。総面積が２０％未満では、接着強度の向上が望めず、８０％を超えると逆に接着強度が低下する。
微細孔の深さは、０．０１μｍ〜５０μｍの範囲で、孔径以上が望ましい。０．０１μｍ未満では接着強度の向上が望めず、また５０μｍを超えるとエッチングの進行速度が極端に遅くなるので望ましくない。
【００２３】
電解処理に用いる電解処理液は、電解質としての塩とキレート剤と界面活性剤等の添加剤と水からなるものであり、特に、特定のものに限定されるものではない。接合対象となる金属素材の材質ごとに、それぞれ一般的に用いられている処理液を用いればよい。
また、電解処理の条件も、電解処理液の種類や金属素材の材質に応じて、それぞれに適する条件を選択すればよい。
【００２４】
上記のように前処理をして表面に微細孔を形成した被接合部材に、上記（ａ）〜（ｄ）の接合処理を実施する。
この時、樹脂または溶融金属が被接合部材表面の微細孔に入り込み、アンカー効果により強固な接合性を発現することが可能である。
【００２５】
接合対象となる金属素材としては、樹脂との接合の機会が多い非鉄金属材料をあげることができる。特に、半導体装置では、リードフレームなどの銅あるいは銅合金製の部材とモールド樹脂などとの接合部を多く備えており、銅あるいは銅合金と樹脂との接合に本発明を適用することにより、接合後の製品の信頼性を上げることができる。
また、本発明は、特に、表面をめっきされて平滑になっているような金属部材に適用すると効果がある。半導体装置では、はんだ付け性を良好にする無電解ニッケルめっきを施すのが通常であるが、本発明はそのような場合に有効である。
【００２６】
次に、本発明に基づいて銅合金の表面を処理した例について説明する。
銅よりなる試料の表面にＮｉ−Ｐめっきを施した後、脱脂、水洗の各工程を経て陽極電解処理を施した。電解液には市販のＡ液（電解酸化膜除去剤）とＢ液（酸性電解用洗浄剤）を用い、電解条件は表１の通りとした。
電解処理した後、形成されたエッチング孔の径、深さ（それぞれ２０μｍ2あたりの平均値）及び２０μｍ2あたりの面積率を測定し、続いてエッチング孔が形成された表面に樹脂を接着した。樹脂が固化した後接着強度を測定した。
【００２７】
結果を表１に合わせて記載した。樹脂との接合面に形成された孔の条件が本発明の範囲を満たす試料５の場合は、良好な接着強度が得られた。
試料３では、孔が十分に形成されておらず、電解処理前のＮｉ−Ｐめっきの表面に接着したのと同様に接着強度がほとんど得られなかった。
その他の試料も、孔の面積率が本発明で規定する範囲を満たしていないので十分な接着強度を得られなかった。
【００２８】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の接合前処理方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    被接合部材
２    微細孔
３    接合材料
【図１】
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