(57)【要約】【課題】  陽極酸化処理によって形成された絶縁層を有するアルミニウム基板に対して短時間で信頼性よく封孔処理を行なうことによって、放熱性に優れた電気回路用放熱基板を製造する方法を提供する。【解決手段】  陽極酸化処理を用いて絶縁膜を形成したアルミニウム基板の表面に気相成長法により金属シード層を形成した後、電気めっき法により金属皮膜を形成する電気回路用放熱基板の製造方法において、陽極酸化処理後のアルミニウム基板を、ｐＨ緩衝作用を有し且つｐＨが７.０〜９.０の弱アルカリ性水溶液を用いて封孔処理する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極酸化処理を用いて絶縁膜を形成したアルミニウム基板の表面に気相成長法により金属シード層を形成した後、電気めっき法により金属皮膜を形成する電気回路用放熱基板の製造方法において、前記陽極酸化処理後のアルミニウム基板を、ｐＨ緩衝作用を有し且つｐＨが７.０〜９.０の弱アルカリ性水溶液を用いて封孔処理することを特徴とする電気回路用放熱基板の製造方法。
【請求項２】
前記水溶液として、硼酸塩及び／又はアンモニウム塩の水溶液を用いることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイパワー用電子回路等の放熱特性を重要視する回路に使用されるメタルベース基板、特にアルミニウムベースの電気回路用放熱基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インバータ、電源、車載用途などの放熱性が要求される電子回路基板には、アルミニウム板や銅板の表面に絶縁性樹脂層を形成し、さらにその上に銅箔を張り合わせるなどしたメタルベース基板が用いられてきた。
【０００３】
しかし、これらメタルベース基板は、ベースとなるメタルと回路との間に樹脂層が存在するため、放熱特性は一般的なプリント配線用回路基板に比べてわずかに向上する程度であり、最近検討されつつあるレーザーダイオード、発光ダイオードなどのハイパワー化の流れに対応できないという課題が生じてきた。
【０００４】
一方、従来から高放熱性用途の回路基板として、窒化アルミニウムなどのセラミック基板の表面に直接回路を形成した回路基板が検討されてきた。この回路基板は、優れた放熱特性を有しているが、セラミック基板自身への孔開けが困難であるなど加工性に乏しく、またコストが高くなるという問題点がある。
【０００５】
そこで、これら従来の回路基板のそれぞれの長所、即ち、低コスト、高加工性、及び高放熱特性をあわせ持つ回路基板が検討されるようになってきた。例えば、アルミニウム基板に陽極酸化処理を用いてアルマイト皮膜からなる絶縁層を形成し、その表面にスパッタ法もしくは蒸着法などの気相成長法によって導電性のシード層を形成した後、電気めっき法で所望の厚みの導電性膜を形成する方法が提案されている。
【０００６】
一般に、上記したアルマイト皮膜は、表面から垂直に伸びた直径数十〜数百Åのポア（細孔）を無数に有する多孔性皮膜によって形成されている。このポアの底部には数十Åの厚さのバリヤー層が存在しており、それによって下地であるアルミニウムが外部環境から遮断されている。
【０００７】
アルマイト皮膜に形成されるポアは活性度が高いため、そのままの状態では、後続する処理工程において電気めっきや回路パターン形成が行われた場合、さまざまな汚れとともに銅などの導電性皮膜形成用のめっき液及び各種の酸性薬品やアルカリ性薬品等の処理薬品を吸着してしまい、結果としてバリヤー層の溶解が生じる。このことはアルマイト皮膜の絶縁性を低下させる原因となるため、ポアの不活性化もしくは閉塞のための封孔処理が一般的に行なわれている。
【０００８】
封孔処理には、例えば特開２００５−０９７７０７号公報や特開平０５−２１０２４５号公報などに記載されるように、さまざま方法が用いられる。一般的な方法としては、アルマイト皮膜が形成されたアルミニウム基板を９０℃以上の酢酸ニッケル水溶液に浸漬させ、水和反応によるアルマイト表面に酸化アルミニウム水和物（ベーマイト）の形成と、酢酸ニッケルの加水分解によるニッケル水酸化物の形成とを同時に行なうことによってポアをふさぐ酢酸ニッケル法、加圧水蒸気雰囲気中に保持することによって水和反応によるベーマイト形成を行い、ポアを不活性化させる加圧蒸気法、９０℃以上の沸騰純水に浸漬することによって同様に水和反応でベーマイトを生じさせる沸騰水法が用いられる。
【０００９】
尚、アルミニウム研究会誌、３号、ｐ２によれば、ベーマイトを形成する水和反応は、アルマイト処理中にポアに吸着したまま水洗後も残存しているアニオンと水酸基とが交換反応を起こすことで生じると考えられている。そのため、沸騰純水中にＮａＯＨやＫＯＨなどの強アルカリ成分やアンモニアを添加する方法が提唱されており、これによってベーマイトの反応が促進され、また反応そのものも完全に進行するとされる。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−０９７７０７号公報
【特許文献２】特開平０５−２１０２４５号公報
【非特許文献１】アルミニウム研究会誌、３号、ｐ２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の封孔処理方法の中で、例えば酢酸ニッケル法は、染色後の封孔処理に適していることから最も多用されている方法であるが、封孔処理によってニッケルが減少するため、定期的にニッケルを測定して補給するなどの液管理が必要となる。また、アルマイト皮膜表面にニッケル水和物が形成されるため、ニッケルが問題視される用途では使用できないことや、アルマイト皮膜は化学的に安定であるためニッケル水和物との密着強度が低く、その結果、形成した水和物が欠落するなどの課題もある。
【００１２】
また、加圧蒸気法は、専用の圧力釜が必要となるため、大型の製品に適用するのが困難であり、コストが高くなるなどの問題がある。また、沸騰水法は、使用する液が純水のみであるため液管理の必要がなく、大型の製品にも安価に対応できるなどの長所がある。しかし、その一方で、封孔に時間がかかることや、浴のｐＨによって封孔度が影響を受けるため、ポアの中に例えば硫酸水溶液などのアルマイト処理液が残っていた場合、そのポア中のｐＨが低下するため封孔度が低くなってしまうことがあり、信頼性に関する問題がある。
【００１３】
更に、沸騰純水中に強アルカリ成分やアンモニアを添加する方法においては、これらの成分を０.１Ｍ添加した場合、液のｐＨはＮａＯＨやＫＯＨでは約１３以上、アンモニアでも約１１となる。本発明者の検討によれば、ｐＨが１０以上の場合、水溶液を４０℃以上に昇温もしくは加温した場合にアルマイト皮膜の溶解が進行することを確認しているため、これらの水溶液を使用することは困難である。また、アンモニアを使用する場合は、その添加濃度を低くすることで皮膜溶解を抑制する方法もあるが、９０℃以上の高温水溶液中ではアンモニアガスとして気相に抜けてしまい、結果として頻繁に液組成を調整する必要が生じる。
【００１４】
本発明は、上記した封孔処理の問題点を克服し、陽極酸化処理によって形成された絶縁層を有するアルミニウム基板に対して短時間で信頼性よく封孔処理を行なうことによって、放熱性に優れた電気回路用放熱基板を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明が提供する電気回路用放熱基板の製造方法は、陽極酸化処理を用いて絶縁膜を形成したアルミニウム基板の表面に気相成長法により金属シード層を形成した後、電気めっき法により金属皮膜を形成する電気回路用放熱基板の製造方法において、前記陽極酸化処理後のアルミニウム基板を、ｐＨ緩衝作用を有し且つｐＨが７.０〜９.０の弱アルカリ性水溶液を用いて封孔処理することを特徴とする。
【００１６】
上記本発明の電気回路用放熱基板の製造方法においては、前記水溶液として、硼酸塩及び／又はアンモニウム塩の水溶液を用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来よりも短時間で信頼性の高い封孔処理が可能となり、低コストで、高い加工性と高放熱特性とをあわせ持つ電気回路用のメタルベース放熱基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明においては、基材となるアルミニウム材料には、一般的な純度９９％以上のアルミニウム、又は１０重量部以下の添加物が含有されたアルミニウム合金が使用可能である。
【００１９】
先ず、上記のアルミニウム基材に対して、通常の加工処理を行って所定の形状のアルミニウム基板を作製する。作製されたアルミニウム基板には、必要に応じて、エッチング処理等の前処理を行った後、陽極酸化処理を行う。具体的には、硫酸、スルファミン酸等の無機酸、蓚酸、クエン酸等の有機酸等からなるアルマイト処理液（電解液）中にアルミニウム基板を浸漬し、所定の処理条件で電気分解を行なうことによって陽極酸化を行い、アルミニウム基板の表面に所定の厚みを有する絶縁性の酸化アルミニウム皮膜（アルマイト皮膜）を形成する。
【００２０】
アルマイト皮膜の厚みは、所望の絶縁性、熱伝導性、耐薬品性等の特性を有する限り特に限定はない。尚、燐酸のアルマイト処理液は、得られるアルマイト皮膜に水和反応が生じないため、水和反応による封孔処理を行なう本発明には使用できない。また、陽極酸化処理したアルミニウム基板は、必要に応じて、純水や蒸留水を用いて洗浄され、乾燥される。
【００２１】
次に、アルマイト皮膜が形成されたアルミニウム基板を、ｐＨ緩衝作用を有し且つｐＨが約７.０〜９.０の弱アルカリ性水溶液に浸漬することによって封孔処理を行なう。使用するアルカリ性水溶液は、硼酸塩及び／又はアンモニウム塩を水に溶解することによって得られる。硼酸塩の例としては、硼酸アンモニウム、硼酸ナトリウム、硼酸カリウムなどが挙げられる。また、アンモニウム塩の例としては、酒石酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウムなどが挙げられる。
【００２２】
尚、アルカリ性水溶液中の硼酸塩及び／又はアンモニウム塩の濃度は、少なくとも上記溶質が添加されていれば封孔処理の効果が得られるので特に限定されないが、１〜１０ｗｔ％が望ましい。なぜなら、１ｗｔ％よりも濃度が低い場合は、水溶液中の水酸基が少なくなり、封孔速度を向上させる効果が小さくなるからである。また、１０ｗｔ％を超える濃度では、添加による効果の向上が少なくなり、それ以上添加する意味がないからである。また、封孔処理による十分な効果を得るための処理時間としては、１５〜６０分程度が好ましい。
【００２３】
上記封孔処理によって、ポア中に水酸基の多い水溶液が導入されるため、ベーマイト形成の水和反応が促進され、封孔速度を速めることができる。また、ポア中にアルマイト処理の際に使用した液が残存していた場合であっても、硼酸塩及び／又はアンモニウム塩のｐＨ緩衝効果によって、ポア中のｐＨが大きく変動することなく安定した封孔処理が可能となる。また、ｐＨの上限を９.０に抑えることによって、９０℃以上の封孔処理液を用いても、アルマイト皮膜を溶解することなく封孔処理を行なうことができる。更に、封孔処理液の管理はｐＨ管理のみで良いため、簡便に封孔処理を行なうことが可能となる。
【００２４】
上記のごとくアルマイト皮膜を封孔処理したアルミニウム基板の表面に、スパッタ法又は蒸着法等の気相成長法にて導電性の金属シード層を形成し、更に電気めっき法にて所望の厚さの金属皮膜を形成する。その後、フォトリソグラフィ及びエッチング法等のパターニング法を用いて、金属皮膜に対して所定の回路パターンを形成する。これによって、電気回路用放熱基板が完成する。
【００２５】
上記のように、本発明は、陽極酸化処理後のアルミニウム基板を、ｐＨ緩衝作用を有し且つｐＨが７.０〜９.０の弱アルカリ性水溶液を用いて封孔処理するので、短時間で信頼性よく封孔処理を行なうことができ、放熱性に優れたアルミニウムベースの放熱基板を作製することが可能となる。
【実施例】
【００２６】
[実施例１]
厚さ１ｍｍ、縦横それぞれ１０ｃｍのアルミニウム板（Ａ１１００）を基材とした。この基材の表面を４０℃の１０ｗｔ％ＮａＯＨ水溶液で１分間エッチングした後、２５℃の５０ｗｔ％ＨＮＯ３水溶液で３０秒間中和処理した。その後、１５ｗｔ％硫酸水溶液からなるアルマイト処理液を用いて、処理温度２５℃、電流密度１Ａ／ｄｍ２、及び処理時間６０分の陽極酸化処理条件下で、アルミニウム板の表面に厚さ２０μｍのアルマイト皮膜を形成した。
【００２７】
上記陽極酸化処理を終了した基板を乾燥後、９５℃に昇温した５ｗｔ％硼酸アンモニウム水溶液（ｐＨ７.９）に１５分間浸漬して封孔処理を行った。封孔処理前後での重量変化を測定した結果、溶解による重量変化は見られなかった。
【００２８】
その後、得られたアルマイト皮膜の封孔度試験を行った。試験方法は、ＪＩＳ  Ｈ８６８３（りん酸−クロム酸水溶液浸漬試験方法）に従って実施した。実施例１の試験結果を試料１として下記表１に示す。
【００２９】
［比較例１］
上記実施例１と同様にして陽極酸化したアルミニウム基板を、９５℃の純水に浸漬して封孔処理した。その際、浸漬時間を１５分間（試料２）及び３０分間（試料３）とし、得られた基板に対して実施例１と同様の封孔度試験を行った。その試験結果を、上記試料１の結果と共に下記表１に示す。この結果から、試料１では比較例の試料２〜３に比べて、封孔度が大幅に向上していることがわかる。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
［実施例２］
上記実施例１と同様にして陽極酸化したアルミニウム基板について、封孔処理する際に、封孔処理液中の硼酸アンモニウムの添加濃度を変化させ、封孔度に対する影響を調べた。封孔度は実施例１と同様の封孔度試験に従って実施した。得られた結果を、実施例１における比較例の試料１及び２の結果と共に、図１に示す。
この結果から、１ｗｔ％程度の硼酸アンモニウムの添加濃度で急激に封孔度が低下していることがわかる。また、添加濃度の増加とともに封孔度は徐々に向上するが、添加濃度が１０ｗｔ％より多くなった場合には、封孔度がほとんど変化しなくなることがわかった。
【００３２】
［実施例３］
上記実施例１と同様にして陽極酸化したアルミニウム基板を用い、試料４では５ｗｔ％の硼酸ナトリウム水溶液（ｐＨ＝８.７）を、試料５ではクエン酸アンモニウム水溶液（ｐＨ＝７.２）を、試料６では酒石酸アンモニウム水溶液（ｐＨ＝８.０）を用いて、各々封孔処理した。封孔温度及び封孔時間は、実施例１と同じ条件とした。この基板に対して実施例１と同様の封孔度試験を行い、その結果を下記表２に示した。尚、封孔処理前後での重量変化を調査した結果、実施例１と同様、溶解による重量減少は確認されなかった。
【００３３】
［比較例２］
実施例１と同様にして陽極酸化したアルミニウム基板を用い、試料７として１％酢酸水溶液（ｐＨ＝３.１）で封孔処理した。封孔温度及び封孔時間は実施例１と同じとした。また、実施例１と同様にして陽極酸化したアルミニウム基板を用い、試料８として０.００６％アンモニア水（ｐＨ＝９.５）で、試料９として１％炭酸ナトリウム水溶液（ｐＨ＝１１.１）で封孔処理した。尚、封孔温度及び封孔時間は実施例１と同じとした。これら試料７、８及び９について、実施例１と同様の封孔度試験を行い、その試験結果を、実施例の試料４、５及び６と共に下記表２に示した。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
この結果から分かるように、弱アルカリの封孔処理液では良好な封孔度が得られるのに対し、酸性の封孔処理液を用いた試料７では封孔度が極めて低かった。また、強アルカリ性の封孔処理液の試料８、９では、アルマイト皮膜の溶解が認められた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】封孔処理に用いた水溶液中の硼酸アンモニウムの添加濃度と封孔度の関係を示すグラフである。
【図１】
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