メタルコア基板、メタルプレート用導電部材及びこれらの製造方法
【課題】絶縁層に被覆される部分と、外部と電気的接続される部分との二つの機能を併せ持つメタルプレートを簡単に製作する。
【解決手段】Ｃｕ系基材１２の表面に、Ｎｉ系薄膜層１５、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６、Ｓｎ系表面層１４がこの順に形成された導電部材であって、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６のＳｎ系表面層１４と接する面の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．１〜０．４μｍであり、かつ、十点平均粗さＲｚで１．０〜３．５μｍである。
【解決手段】Ｃｕ系基材１２の表面に、Ｎｉ系薄膜層１５、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６、Ｓｎ系表面層１４がこの順に形成された導電部材であって、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６のＳｎ系表面層１４と接する面の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．１〜０．４μｍであり、かつ、十点平均粗さＲｚで１．０〜３．５μｍである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板の芯材としてメタルプレートを配置したメタルコア基板、そのメタルコア基板のメタルプレート、及びこのメタルプレートとして用いて好適な導電部材並びにこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタルコア基板は、回路基板の芯材としてメタルプレートを配置してなるもので、放熱性、機械的強度、シールド性等に優れている。近年では、自動車の高機能化、広い車室空間の確保等の要請に伴い、小型で高密度実装を実現するための基板として車載用に広く用いられてきている。
この種のメタルコア基板としては、例えば特許文献１から特許文献５に記載のものがある。これら特許文献に記載のメタルコア基板は、コアとなるアルミニウムや銅等のメタルプレートの表面に絶縁層が形成されるとともに、その上面に回路パターンが形成され、その回路パターンに電子部品が搭載されるようになっている。
【０００３】
このうち、特許文献１記載のメタルコア基板は、絶縁層を介して回路パターンが形成された部分が放熱プレート部とされるとともに、両端部が外部接続用端子プレート部とされ、その端子プレート部においてはコアメタルプレートの一部が絶縁層から露出されている。そして、放熱プレート部に発熱素子や駆動部品を搭載した状態で、樹脂製の箱型のケースに収納固定されている。また、そのケースには、オスコネクタ部が一体形成されており、そのオスコネクタ部内に、メタルコア基板の端子プレート部が外方に向けて突出するように配置され、そのオスコネクタ部内の端子プレート部に外部のメスコネクタが接続できるようになっている。
【０００４】
また、特許文献２では、メタルコア基板の一部の絶縁層を除去して、メタルプレートを露出し、その露出部分にＮｉめっきやＡｕめっきを施して、はんだ接続用のパッドを形成している。特許文献３及び特許文献４にも、メタルプレートの一部を外部と電気的接続可能とするために、メタルプレートにめっき被膜を形成することが記載されている。
一方、特許文献５には、表面粗度が小さい圧延銅板からなるメタルプレートを用いる場合に、絶縁層との接着性を高めるために、メタルプレートの表面をエッチングやパルス電解技術により粗化処理することが記載されている。絶縁層との接着性向上のために、メタルプレートの表面を粗化処理することは、特許文献３にも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５３４２８号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２４２５号公報
【特許文献３】特開２００２−２２３０７０号公報
【特許文献４】特開２００３−３３２７５２号公報
【特許文献５】特開２００８−２２３０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、この種のメタルコア基板において、特許文献１に代表されるように、放熱プレート部のように電子部品が搭載される部分と、端子プレート部のように外部と電気接続される部分との両方を備えている場合、コアとなるメタルプレートは、前者では絶縁層により被覆され、後者では絶縁層から露出される。この形態においては、絶縁層に被覆される部分では、金属板の表面は一般に平滑であるために、特許文献３や特許文献５に記載のようにメタルプレートに直接絶縁層を形成するのではなく、絶縁層との接着性向上のためにメタルプレートに粗化処理しておくことが必要になり、一方、外部接続部分では、特許文献２〜４に記載のようにメタルプレートを絶縁層から露出するだけでなく、露出したメタルプレートにめっき処理することが必要になる。
いずれの場合も、メタルプレートをそのまま使用することはできず、粗化処理やめっき処理の部分的な加工が必要で生産性が悪い。
【０００７】
上記の不具合を改良する目的にて発明者らは、先に特願２００９−８９０３２を出願した。この出願に係る発明は、絶縁層に被覆される部分と、外部と電気的接続される部分との二つの機能を併せ持つメタルプレートを簡単に製作するために、Ｃｕ系基材を有するとともに、表面にＳｎ系表面層が形成され、Ｓｎ系表面層とＣｕ系基材との間にＣｕ−Ｓｎ金属間化合物又はＮｉ−Ｓｎ金属間化合物を有する金属間化合物層が形成された導電部材であって、金属間化合物層のＳｎ系表面層と接する面の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．０５〜０．３５μｍであり、かつ、十点平均粗さＲｚで０．５〜３．０μｍである事を特徴としている。
この発明により上記の不具合が改良されるが、メタルコア基板用として、絶縁層との更なる接着性の向上、並びに、接続端子としての耐熱性に優れたメタルプレートが求められている。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、絶縁層に被覆される部分と、外部と電気的接続される部分との二つの機能を併せ持つメタルプレートを簡単に製作するとともに、さらなる接着性の向上並びに耐熱性の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するために、本発明は、メタルプレート用導電部材、その導電部材から製造したメタルプレート及びそのメタルプレートを用いたメタルコア基板並びにこれらの製造方法を提案する。
【００１０】
先に発明者らが出願した特願２００９−８９０３２のメタルプレートは、Ｃｕ系基材を有するとともに、表面にＳｎ系表面層が形成され、Ｓｎ系表面層とＣｕ系基材との間にＣｕ−Ｓｎ金属間化合物又はＮｉ−Ｓｎ金属間化合物を有する金属間化合物層が形成された導電部材であって、金属間化合物層のＳｎ系表面層と接する面の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．０５〜０．３５μｍであり、かつ、十点平均粗さＲｚで０．５〜３．０μｍである事を特徴としている。
【００１１】
メタルコア基板作成時の熱処理工程や部品実装時において、更なる絶縁層との接着性の向上、接続端子としての耐熱性に優れたメタルプレートが求められており、発明者らは上述の特願２００９−８９０３２の改良として、Ｃｕ系基材の上にバリアー層としてＮｉ系薄膜層を加えた、所謂、三層めっき品（Ｎｉ系薄膜層＋Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物層＋Ｓｎ系表面層）にて対処しようとしたところ、接続端子としての耐熱性の問題は解決するが、樹脂密着性については満足する性能は得られなかった。
【００１２】
発明者らは更なる研究の結果、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物に着目し、その表面粗さには、金属間化合物形成時に下地となっているＮｉめっき膜から入ってくる少量のＮｉ、及び、めっき後のリフロー条件が大きく影響している事を見出した。
また、（１）Ｎｉ含有量が多いとＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物自体及び形成されためっき層全体にも悪影響を及ぼすので、金属間化合物中のＮｉの含有量は１〜７０ａｔ％の範囲が好適である、（２）Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物にＮｉが含有しやすい最適なリフロー温度と保持時間がある、との知見を得た。
更に、樹脂密着性のためには、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の表面の粗さは大きいほうが好ましいが、コネクタとして使用時の端子プレートとしての観点からは表面の粗さに限度があり、それらを考慮すると、樹脂密着性を最大限に引き出し、端子プレートとして高機能を発揮出来るＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の表面粗さは、Ｒａ：０．１〜０．４μｍであり、Ｒｚ：１．０〜３．５μｍが最適である事を見出した。
【００１３】
また、製造方法としては、バリアー層としての残存するＮｉ系薄膜層と、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物に拡散していくＮｉ量とを考慮し、厚めにＮｉめっき膜を形成し、ＮｉがＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物に拡散し易い様に、薄めにＣｕめっき膜を形成し、更に、めっき後のリフロー条件の加熱を２５０℃〜４５０℃とピーク温度を高くし、ピーク温度での保持時間を５〜３０秒と長くすることにより、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物にＮｉが含有し易くなることがわかった。
【００１４】
これらの知見の結果、本発明のメタルプレート用導電部材は、Ｃｕ系基材の表面に、Ｎｉ系薄膜層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層、Ｓｎ系表面層がこの順に形成された導電部材であって、前記Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の前記Ｓｎ系表面層と接する面の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．１〜０．４μｍであり、かつ、十点平均粗さＲｚで１．０〜３．５μｍであることを特徴とする。
【００１５】
すなわち、最外層に形成されるＳｎ系表面層は、導電部材として良好な接触性、はんだ付け性等の電気的特性を有し、コネクタ端子やリードフレーム等に広く用いられているものであるが、そのＳｎ系表面層の下に形成されるＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層はその膜厚が必ずしも一様ではなく、凹凸を有している。この凹凸の表面粗さを前記範囲とすることにより、この導電部材をメタルプレートとして利用する際に、絶縁層で被覆される部分については、Ｓｎ系表面層を除去すると、露出した金属間化合物層の表面が適度な凹凸を有し、絶縁層を高い接合強度で接合することができる。また、絶縁層により被覆されない部分は、Ｓｎ系表面層により導電部材として良好な電気的特性を有しているので、そのままの状態で外部との電気的接続部分として用いることができる。
この場合、金属間化合物層のＳｎ系表面層と接する面の表面粗さが前記範囲よりも小さいと、凹凸がほとんどなくなってしまい、絶縁層との良好な接合強度を得ることができず、また、前記範囲を超えると、絶縁層との接合強度は大きくなるが、Ｓｎ系表面層の下に凹凸の大きい金属間化合物層が存在することになるから、特にコネクタ端子として使用したときの挿抜時の抵抗が大きくなるため好ましくない。
【００１６】
更に、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物自体は公知となっているが、本発明での組成範囲は、（Ｃｕ＋Ｎｉ）／Ｓｎ＝０．５〜３．０（モル量比）、好ましくは、０．６〜１．８であり、Ｎｉ含有量は１〜７０ａｔ％、好ましくは５〜３５ａｔ％である。更に、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物の平均粒径は０．２〜３．０μｍであることが好ましい。
【００１７】
また、本発明のメタルプレートは、前記導電部材の表面の一部のＳｎ系表面層が除去され、前記Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の表面が露出していることを特徴とする。
さらに、本発明のメタルコア基板は、前記メタルプレートにおける前記Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の露出部分が絶縁層により被覆されていることを特徴とする。
【００１８】
そして、本発明のメタルプレートの製造方法は、Ｃｕ系基材の表面に、Ｎｉ又はＮｉ合金をめっきし、次にＣｕ又はＣｕ合金をめっきし、その上にＳｎ又はＳｎ合金をめっきしてそれぞれのめっき層を形成した後、加熱してリフロー処理することにより、前記Ｃｕ系基材と最外層のＳｎ系表面層との間に、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層を形成した導電部材を製造する工程と、該導電部材における前記Ｓｎ系表面層の一部を除去して、前記金属間化合物層の表面を露出する工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明のメタルコア基板の製造方法は、前記メタルプレートの製造方法によってメタルプレートを製作し、露出した前記金属間化合物層の上に絶縁層を形成する工程を有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、最外層のＳｎ系表面層の下の金属間化合物層が適度の凹凸を有しており、メタルプレートとして利用する際に、絶縁層で被覆される部分については、Ｓｎ系表面層を除去すると、露出した金属間化合物層表面の凹凸により絶縁層を高い接合強度で接合することができ、一方、絶縁層により被覆されない部分は、電気的特性に優れるＳｎ系表面層により、そのままの状態で外部との電気的接続部分として用いることができ、しかもコネクタ端子として用いた場合にも良好な挿抜性を得ることができる。したがって、特別の後加工を施すことなく、絶縁層との接合性を高めた部分と、電気的接続信頼性やコネクタ端子としての挿抜性を高めた部分との二つの異なる機能を併せ持つメタルプレートを簡単に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るメタルコア基板の製造方法の一実施形態を工程順に示す断面図である。
【図２】本発明に係るメタルプレート用導電部材の一実施形態の表層部分をモデル化して示した拡大断面図である。
【図３】本発明に係るメタルコア基板の一実施形態について使用状態を示す断面図である。
【図４】導電部材の動摩擦係数を測定するための装置を概念的に示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を説明する。
まず、メタルコア基板について説明すると、このメタルコア基板１は、図３に示すように、長さ方向の中央部に配置される回路基板部２と、両端部に配置されるコネクタ端子部３とを一体に形成してなるものである。回路基板部２は、コアとなるメタルプレート４の両面が絶縁層５により被覆され、この絶縁層５の上に回路導体６が形成されており、その上に電子部品７が搭載される。一方、コネクタ端子部３は、メタルプレート４の絶縁層５により被覆されていない両端部がそのままコネクタ端子部３とされ、外部のコネクタ端子８が二点鎖線で示すように嵌合状態に接続されるようになっている。
また、メタルプレート４は、以下に述べるメタルプレート用導電部材１１において、コネクタ端子部３となる中央部分の最表面層の一部を除去して、内層の表面を露出することにより形成したものである。
【００２３】
次に、このメタルプレート用導電部材１１について説明する。
この実施形態のメタルプレート用導電部材１１は、図２に示すように、Ｃｕ系基材１２の表面に、Ｎｉ系薄膜層１５、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６、Ｓｎ系表面層１４がこの順に形成されている。
Ｃｕ系基材１２は、Ｃｕ又はＣｕ合金から構成された例えば板状のものである。Ｃｕ合金としては、その材質は必ずしも限定されないが、無酸素銅、タフピッチ銅、Ｃｕ−Ｚｒ系合金、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金がプレス加工性に優れながら導電率と熱伝導率が高いため好適であり、例えば、三菱伸銅株式会社製ＯＦＣ，ＴＣ，ＴＡＭＡＣ４，Ｃ１５１，ＭＺＣ１，ＺＣ，ＴＡＭＡＣ１９４が好適に用いられる。
【００２４】
Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６は、後述するようにＣｕ系基材１２の上にめっきしたＮｉ合金とＣｕ合金と表面のＳｎとがリフロー処理によって拡散して形成された合金層であり、Ｓｎ系表面層１４に接する面の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．１〜０．４μｍであり、かつ、十点平均粗さＲｚで１．０〜３．５μｍである。
算術平均粗さＲａがＲａで０．１〜０．４μｍとしたのは、コネクタ端子部３として用いる場合には、Ｒａが小さい方が挿抜力が低減して好ましいが、後述するようにＳｎ系表面層１４を除去したときの表面と絶縁層５との良好な接合強度を確保するためにはＲａが０．１μｍ以上必要であり、０．４μｍを超えるほどに凹凸が大きくなると、Ｓｎ系表面層１４を被覆したままコネクタ端子部３として用いる際にＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６の凹凸が抵抗となって挿抜力が増大して好ましくないからである。
【００２５】
一方、十点平均粗さＲｚに関しては、Ｒｚが１．０μｍ以上あると、絶縁層５に対するアンカー効果が有効に機能し、接合強度を高めることができるが、局部的に山・谷が大き過ぎると、欠陥の原因となる。Ｒｚが３．５μｍを超えると、高温時にＣｕ系基材１２のＣｕが拡散してＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６が成長して導電部材１１の表面まで達し、これにより、表面にＣｕ酸化物が形成され、接触抵抗を増大させることになる。したがって、Ｒｚは最大３．５μｍまでが好ましい。
【００２６】
最表面のＳｎ系表面層１４は、Ｓｎ又はＳｎ合金を電解めっきした後にリフロー処理することによって形成されたものであり、例えば０．０５〜１．５μｍの厚さに形成される。このＳｎ系表面層１４の厚さが０．０５μｍ未満であると、高温時にＣｕが拡散して表面にＣｕの酸化物が形成され易くなることから接触抵抗が増加し、また、はんだ付け性や耐食性も低下する。一方、１．５μｍを超えると、柔軟なＳｎ系表面層１４の下層に存在するＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６による表面の下地を硬くする効果が薄れ、コネクタ端子部３としての使用時の挿抜力が増大する。
【００２７】
Ｎｉ系薄膜層１５は、０．０５〜１．５μｍの厚さであり、リフロー処理前のめっき厚みは、リフロー処理後にバリアー層としてＣｕ系基材上に残るＮｉ系薄膜層１５とＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６に拡散するＮｉの量を考慮して０．２〜１．５μｍとしておくのが好ましい。０．２μｍ以下であるとリフロー処理後にバリアー層として残存せず、１．５μｍ以上であるとＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６中に存在するＮｉが多くなり、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６の強度に悪影響を及ぼす。
【００２８】
また、リフロー処理前のＣｕめっき膜は、下層となるＮｉめっき膜から必要量のＮｉがＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物１６に拡散し易い様に薄めにする必要があり、０．０５〜０．５μｍが好ましい。０．０５μｍ以下であるとＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６中に含有されるＣｕが少なくなり、目的とするＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６を形成出来ず、０．５μｍ以上であると、下地層のＮｉがＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６中に拡散し難くなり、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６として所望の表面粗さが得られなくなる。
【００２９】
次に、このような導電部材１１及びこの導電部材１１からメタルコア基板１を製造する一連の方法について図１を参照しながら説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、Ｃｕ系基材１２として、Ｃｕ又はＣｕ合金の板材を用意し、これを脱脂、酸洗等によって表面を清浄にした後、Ｎｉめっき、Ｃｕめっき、Ｓｎめっきをこの順序で順次行うことにより、図１（ｂ）に示すように、Ｎｉめっき層２１、Ｃｕめっき層２２、Ｓｎめっき層２３を形成する。また、各めっき処理の間には、酸洗又は水洗処理を行う。
【００３０】
Ｎｉめっきの条件としては、めっき浴に、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を主成分としたワット浴、スルファミン酸ニッケル（Ｎｉ(ＮＨ２ＳＯ３)２）とホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を主成分としたスルファミン酸浴等が用いられる。酸化反応を起こし易くする塩類として塩化ニッケル（ＮｉＣｌ２）などが加えられる場合もある。また、めっき温度は４５〜５５℃、電流密度は２０〜５０Ａ／ｄｍ２とし、めっき厚みは０．２〜１．５μｍとされる。
【００３１】
Ｃｕめっきの条件としては、めっき浴に硫酸銅（ＣｕＳＯ４）及び硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を主成分とした硫酸銅浴が用いられ、レベリングのために塩素イオン（Ｃｌ−）が添加される。めっき温度は３５〜５５℃、電流密度は２０〜６０Ａ／ｄｍ２とし、めっき厚みは、下層にあるＮｉがＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物に拡散し易い様に薄めにする必要があり、めっき厚みは０．０５〜０．５μｍとされる。
Ｓｎめっきの条件としては、めっき浴に硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と硫酸第一錫（ＳｎＳＯ４）を主成分とした硫酸浴が用いられ、めっき温度は１５〜３５℃、電流密度は１０〜３０Ａ／ｄｍ２とされ、めっき厚みは０．６〜２．３μｍとされる。
【００３２】
いずれのめっき処理も、一般的なめっき技術よりも高い電流密度で行われる。その場合に、めっき液の攪拌技術が重要となるが、めっき液を処理板に向けて高速で噴きつける方法やめっき液を処理板と平行に流す方法などとすることにより、処理板の表面に新鮮なめっき液を速やかに供給し、高電流密度によって均質なめっき層を短時間で形成することができる。そのめっき液の流速としては、処理板の表面において０．５ｍ／秒以上とすることが望ましい。また、この従来技術よりも一桁高い電流密度でのめっき処理を可能とするために、陽極には、アノード限界電流密度の高い酸化イリジウム（ＩｒＯ２）を被覆したＴｉ板等の不溶性陽極を用いることが望ましい。
これらの各めっき条件をまとめると、以下の表１から表３に示す通りとなる。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【表２】
【００３５】
【表３】
【００３６】
そして、この三種類のめっき処理を施した後、加熱してリフロー処理を行う。そのリフロー処理はＣＯ還元性雰囲気にした加熱炉内でめっき後の処理材を２５０〜４５０℃の温度で５〜３０秒加熱した後、１０〜９０℃の水を用いて冷却する処理とされる。
【００３７】
以上のように、Ｃｕ系基材１２の表面に表１、表２及び表３に示すめっき条件により三層のめっきを施した後、リフロー処理することにより、図１（ｃ）及び図２に示すように、Ｃｕ系基材１２の表面に、Ｎｉ系薄膜層１５、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６、Ｓｎ系表面層１４がこの順に形成された導電部材１１が製作される。
【００３８】
次いで、このようにして製作した導電部材１１を図３に示すメタルコア基板１のメタルプレート４として用いるために、図１（ｄ）に示すように、導電部材１１において回路基板部２となる領域の最表面層であるＳｎ系表面層１４を除去する。このＳｎ系表面層１４を除去する場合、導電部材１１におけるコネクタ端子部３となる領域にマスク２４を被覆しておき、例えばレイボルド株式会社製のＬ８０等の純ＳｎをエッチングしＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金を腐食しない成分からなるめっき被膜剥離用のエッチング液に５分間浸漬することにより、マスク２４により覆われていない領域のＳｎ系表面層１４が除去され、その下層のＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６が露出される。このＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６は、前述したようにＲａ，Ｒｚが所定の大きさの表面粗さに形成されており、一方、マスク２４により被覆しておいたコネクタ端子部３となる領域では、Ｓｎ系表面層１４により平滑な表面に維持される。この部分的にＳｎ系表面層１４が除去され、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６が露出した図１（ｄ）に示す状態がメタルプレート４である。
【００３９】
次に、図１（ｅ）に示すように、メタルプレート４のＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６が露出している部分に樹脂による絶縁層５を被覆する。この絶縁層５は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂の樹脂を熱圧着する、あるいはこれら熱硬化性樹脂を補強材のガラス布に含浸させて半硬化状態にした接着シート（プリプレグ）を積層する、樹脂を液状にして塗布し硬化させるなどの方法により形成される。
そして、その絶縁層５の上に回路導体６を形成すると、メタルコア基板１として完成する。この回路導体６は、絶縁層５に銅箔を積層してなるもので、必要な部分をパターンエッチングするなどの方法で形成される。
【実施例】
【００４０】
次に本発明の実施例を説明する。
Ｃｕ合金板（Ｃｕ系基材）として、厚さ０．２５ｍｍの三菱伸銅株式会社製ＴＣ材を用い、表４に示すめっき厚みにて、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎの各めっき処理を順次行った。各めっき工程間には、処理材表面からめっき液を洗い流すための水洗工程を入れた。
本実施例におけるめっき処理では、Ｃｕ合金板にめっき液を高速で噴きつけ、なおかつ酸化イリジウムを被覆したＴｉ板の不溶性陽極を用いた。
そのめっき処理材に対してリフロー処理を行った。このリフロー処理は、最後のＳｎめっき処理をしてから１分後に行い、還元性雰囲気にて、加熱温度を２５０℃〜４５０℃、保持時間を５〜３０秒にて行った。
【００４１】
次に、この処理材について、コネクタ部を想定した領域をマスクにより被覆した状態と
して、前述しためっき皮膜剥離用エッチング液を使用してＳｎ系表面層を除去し、露出したＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の表面粗さとして、算術平均粗さＲａと十点平均粗さＲｚとを測定した。この表面粗さは、露出させたＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の表面に、オリンパス株式会社製の走査型共焦点赤外レーザ顕微鏡ＬＥＸＴ ＯＬＳ−３０００−ＩＲを用い、対物レンズ１００倍の条件でレーザ光を照射して、その反射光から距離を測定し、そのレーザ光をＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の表面に沿って直線的にスキャンしながら距離を連続的に測定することにより求めた。
以上の試験条件並びにＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の表面粗さ、Ｓｎ系表面層の最小膜厚を表４にまとめた。
【００４２】
【表４】
【００４３】
この表４のように作製された試料について、Ｓｎ系表面層を除去してＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ
金属間化合物層が露出している部分にＵＬ／ＡＮＳＩグレードでＦＲ−４のガラスエポキシ樹脂からなる絶縁層をガラス熱プレスにより厚さ０．２ｍｍで形成した。
そして、Ｓｎ系表面層のままの状態としたコネクタ部については１０５℃×１０００時間経過後の接触抵抗、動摩擦係数、はんだ耐熱性を測定し、絶縁層を形成した回路基板部については絶縁層の剥離強度を測定した。
接触抵抗は、試料を１０５℃×１０００時間放置した後、山崎精機株式会社製電気接点シミュレーターを用い荷重０．４９Ｎ（５０ｇｆ）摺動有りの条件で測定した。
【００４４】
動摩擦係数については、嵌合型のコネクタのオス端子とメス端子の接点部を模擬するように、各試料によって板状のオス試験片と内径１．５ｍｍの半球状としたメス試験片とを作成し、アイコーエンジニアリング株式会社製の横型荷重測定器（Ｍｏｄｅｌ−２１５２ＮＲＥ）を用い、両試験片間の摩擦力を測定して動摩擦係数を求めた。図４により説明すると、水平な台３１上にオス試験片３２を固定し、その上にメス試験片３３の半球凸面を置いてめっき面どうしを接触させ、メス試験片３３に錘３４によって４．９Ｎ（５００ｇｆ）の荷重Ｐをかけてオス試験片３２を押さえた状態とする。この荷重Ｐをかけた状態で、オス試験片３２を摺動速度８０ｍｍ／分で矢印で示す水平方向に１０ｍｍ引っ張ったときの摩擦力Ｆをロードセル３５によって測定した。その摩擦力Ｆの平均値Ｆａｖと荷重Ｐより動摩擦係数（＝Ｆａｖ／Ｐ）を求めた。
【００４５】
剥離強度は、０．２５ｍｍの銅板では測定が困難なことから、３５μｍのＴＣ銅箔上に
同様の条件でＳｎめっきを施してリフロー処理した後、ＪＩＳ Ｃ ６４８１の規定に準拠して測定した。
はんだ耐熱性は、ＪＩＳ Ｃ ６４８１の常態の測定方法の規定に準拠して測定し、絶縁層を形成した回路基板部に膨れ又ははがれが生じたものを×、生じなかったものを○とした。
これらの結果を表５に示す。
【００４６】
【表５】
【００４７】
この表５から明らかなように、本実施例のメタルプレートは、そのコネクタ部に関しては、高温時の接触抵抗が小さく、動摩擦係数も小さいことから、コネクタ使用時の挿抜力も小さく良好であり、また、耐熱性にも優れていると判断できる。また、回路基板部においては、絶縁層が強固に接合されており、剥離等が生じない接合信頼性の高いものであると判断できる。
【００４８】
また、絶縁層の耐マイグレーション性に関して、ＪＰＣＡ−ＥＴ０４−２００７の規定に準拠した条件で、絶縁層を挟んだメタルプレートと外層銅箔との間に印加電圧ＤＣ５０Ｖを加え、１０００時間経過後の絶縁抵抗値を測定した。
実施例試料としては、表４の試料１〜５の条件で製作したものの中から三つ選択し、比較例としては、従来技術としての黒化処理をメタルプレートの粗化処理として施したものを使用した。絶縁抵抗値が１ＭΩ以下となったものを×とした。
【００４９】
【表６】
【００５０】
この表からも明らかなように、黒化処理による比較例では、絶縁抵抗が低下して不良となったが、実施例のものは不良とならなかった。これは、黒化処理ではＣｕを酸化物として粗化するため、加湿された際にＣｕ酸化物がイオン化して絶縁劣化を起こし易いためと考えられる。これに対し、実施例のＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層は、合金成分のＳｎ
が不動態化するため、金属イオンが溶出し難く、このため絶縁抵抗値が低下することなく維持されるのである。
【符号の説明】
【００５１】
１ メタルコア基板
２ 回路基板部
３ コネクタ部
４ メタルプレート
５ 絶縁層
６ 回路導体
７ 電子部品
１１ 導電部材
１２ Ｃｕ系基材
１４ Ｓｎ系表面層
１５ Ｎｉ薄膜層
１６ Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層
２１ Ｎｉめっき層
２２ Ｃｕめっき層
２３ Ｓｎめっき層
２４ マスク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板の芯材としてメタルプレートを配置したメタルコア基板、そのメタルコア基板のメタルプレート、及びこのメタルプレートとして用いて好適な導電部材並びにこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタルコア基板は、回路基板の芯材としてメタルプレートを配置してなるもので、放熱性、機械的強度、シールド性等に優れている。近年では、自動車の高機能化、広い車室空間の確保等の要請に伴い、小型で高密度実装を実現するための基板として車載用に広く用いられてきている。
この種のメタルコア基板としては、例えば特許文献１から特許文献５に記載のものがある。これら特許文献に記載のメタルコア基板は、コアとなるアルミニウムや銅等のメタルプレートの表面に絶縁層が形成されるとともに、その上面に回路パターンが形成され、その回路パターンに電子部品が搭載されるようになっている。
【０００３】
このうち、特許文献１記載のメタルコア基板は、絶縁層を介して回路パターンが形成された部分が放熱プレート部とされるとともに、両端部が外部接続用端子プレート部とされ、その端子プレート部においてはコアメタルプレートの一部が絶縁層から露出されている。そして、放熱プレート部に発熱素子や駆動部品を搭載した状態で、樹脂製の箱型のケースに収納固定されている。また、そのケースには、オスコネクタ部が一体形成されており、そのオスコネクタ部内に、メタルコア基板の端子プレート部が外方に向けて突出するように配置され、そのオスコネクタ部内の端子プレート部に外部のメスコネクタが接続できるようになっている。
【０００４】
また、特許文献２では、メタルコア基板の一部の絶縁層を除去して、メタルプレートを露出し、その露出部分にＮｉめっきやＡｕめっきを施して、はんだ接続用のパッドを形成している。特許文献３及び特許文献４にも、メタルプレートの一部を外部と電気的接続可能とするために、メタルプレートにめっき被膜を形成することが記載されている。
一方、特許文献５には、表面粗度が小さい圧延銅板からなるメタルプレートを用いる場合に、絶縁層との接着性を高めるために、メタルプレートの表面をエッチングやパルス電解技術により粗化処理することが記載されている。絶縁層との接着性向上のために、メタルプレートの表面を粗化処理することは、特許文献３にも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５３４２８号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２４２５号公報
【特許文献３】特開２００２−２２３０７０号公報
【特許文献４】特開２００３−３３２７５２号公報
【特許文献５】特開２００８−２２３０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、この種のメタルコア基板において、特許文献１に代表されるように、放熱プレート部のように電子部品が搭載される部分と、端子プレート部のように外部と電気接続される部分との両方を備えている場合、コアとなるメタルプレートは、前者では絶縁層により被覆され、後者では絶縁層から露出される。この形態においては、絶縁層に被覆される部分では、金属板の表面は一般に平滑であるために、特許文献３や特許文献５に記載のようにメタルプレートに直接絶縁層を形成するのではなく、絶縁層との接着性向上のためにメタルプレートに粗化処理しておくことが必要になり、一方、外部接続部分では、特許文献２〜４に記載のようにメタルプレートを絶縁層から露出するだけでなく、露出したメタルプレートにめっき処理することが必要になる。
いずれの場合も、メタルプレートをそのまま使用することはできず、粗化処理やめっき処理の部分的な加工が必要で生産性が悪い。
【０００７】
上記の不具合を改良する目的にて発明者らは、先に特願２００９−８９０３２を出願した。この出願に係る発明は、絶縁層に被覆される部分と、外部と電気的接続される部分との二つの機能を併せ持つメタルプレートを簡単に製作するために、Ｃｕ系基材を有するとともに、表面にＳｎ系表面層が形成され、Ｓｎ系表面層とＣｕ系基材との間にＣｕ−Ｓｎ金属間化合物又はＮｉ−Ｓｎ金属間化合物を有する金属間化合物層が形成された導電部材であって、金属間化合物層のＳｎ系表面層と接する面の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．０５〜０．３５μｍであり、かつ、十点平均粗さＲｚで０．５〜３．０μｍである事を特徴としている。
この発明により上記の不具合が改良されるが、メタルコア基板用として、絶縁層との更なる接着性の向上、並びに、接続端子としての耐熱性に優れたメタルプレートが求められている。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、絶縁層に被覆される部分と、外部と電気的接続される部分との二つの機能を併せ持つメタルプレートを簡単に製作するとともに、さらなる接着性の向上並びに耐熱性の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するために、本発明は、メタルプレート用導電部材、その導電部材から製造したメタルプレート及びそのメタルプレートを用いたメタルコア基板並びにこれらの製造方法を提案する。
【００１０】
先に発明者らが出願した特願２００９−８９０３２のメタルプレートは、Ｃｕ系基材を有するとともに、表面にＳｎ系表面層が形成され、Ｓｎ系表面層とＣｕ系基材との間にＣｕ−Ｓｎ金属間化合物又はＮｉ−Ｓｎ金属間化合物を有する金属間化合物層が形成された導電部材であって、金属間化合物層のＳｎ系表面層と接する面の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．０５〜０．３５μｍであり、かつ、十点平均粗さＲｚで０．５〜３．０μｍである事を特徴としている。
【００１１】
メタルコア基板作成時の熱処理工程や部品実装時において、更なる絶縁層との接着性の向上、接続端子としての耐熱性に優れたメタルプレートが求められており、発明者らは上述の特願２００９−８９０３２の改良として、Ｃｕ系基材の上にバリアー層としてＮｉ系薄膜層を加えた、所謂、三層めっき品（Ｎｉ系薄膜層＋Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物層＋Ｓｎ系表面層）にて対処しようとしたところ、接続端子としての耐熱性の問題は解決するが、樹脂密着性については満足する性能は得られなかった。
【００１２】
発明者らは更なる研究の結果、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物に着目し、その表面粗さには、金属間化合物形成時に下地となっているＮｉめっき膜から入ってくる少量のＮｉ、及び、めっき後のリフロー条件が大きく影響している事を見出した。
また、（１）Ｎｉ含有量が多いとＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物自体及び形成されためっき層全体にも悪影響を及ぼすので、金属間化合物中のＮｉの含有量は１〜７０ａｔ％の範囲が好適である、（２）Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物にＮｉが含有しやすい最適なリフロー温度と保持時間がある、との知見を得た。
更に、樹脂密着性のためには、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の表面の粗さは大きいほうが好ましいが、コネクタとして使用時の端子プレートとしての観点からは表面の粗さに限度があり、それらを考慮すると、樹脂密着性を最大限に引き出し、端子プレートとして高機能を発揮出来るＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の表面粗さは、Ｒａ：０．１〜０．４μｍであり、Ｒｚ：１．０〜３．５μｍが最適である事を見出した。
【００１３】
また、製造方法としては、バリアー層としての残存するＮｉ系薄膜層と、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物に拡散していくＮｉ量とを考慮し、厚めにＮｉめっき膜を形成し、ＮｉがＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物に拡散し易い様に、薄めにＣｕめっき膜を形成し、更に、めっき後のリフロー条件の加熱を２５０℃〜４５０℃とピーク温度を高くし、ピーク温度での保持時間を５〜３０秒と長くすることにより、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物にＮｉが含有し易くなることがわかった。
【００１４】
これらの知見の結果、本発明のメタルプレート用導電部材は、Ｃｕ系基材の表面に、Ｎｉ系薄膜層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層、Ｓｎ系表面層がこの順に形成された導電部材であって、前記Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の前記Ｓｎ系表面層と接する面の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．１〜０．４μｍであり、かつ、十点平均粗さＲｚで１．０〜３．５μｍであることを特徴とする。
【００１５】
すなわち、最外層に形成されるＳｎ系表面層は、導電部材として良好な接触性、はんだ付け性等の電気的特性を有し、コネクタ端子やリードフレーム等に広く用いられているものであるが、そのＳｎ系表面層の下に形成されるＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層はその膜厚が必ずしも一様ではなく、凹凸を有している。この凹凸の表面粗さを前記範囲とすることにより、この導電部材をメタルプレートとして利用する際に、絶縁層で被覆される部分については、Ｓｎ系表面層を除去すると、露出した金属間化合物層の表面が適度な凹凸を有し、絶縁層を高い接合強度で接合することができる。また、絶縁層により被覆されない部分は、Ｓｎ系表面層により導電部材として良好な電気的特性を有しているので、そのままの状態で外部との電気的接続部分として用いることができる。
この場合、金属間化合物層のＳｎ系表面層と接する面の表面粗さが前記範囲よりも小さいと、凹凸がほとんどなくなってしまい、絶縁層との良好な接合強度を得ることができず、また、前記範囲を超えると、絶縁層との接合強度は大きくなるが、Ｓｎ系表面層の下に凹凸の大きい金属間化合物層が存在することになるから、特にコネクタ端子として使用したときの挿抜時の抵抗が大きくなるため好ましくない。
【００１６】
更に、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物自体は公知となっているが、本発明での組成範囲は、（Ｃｕ＋Ｎｉ）／Ｓｎ＝０．５〜３．０（モル量比）、好ましくは、０．６〜１．８であり、Ｎｉ含有量は１〜７０ａｔ％、好ましくは５〜３５ａｔ％である。更に、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物の平均粒径は０．２〜３．０μｍであることが好ましい。
【００１７】
また、本発明のメタルプレートは、前記導電部材の表面の一部のＳｎ系表面層が除去され、前記Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の表面が露出していることを特徴とする。
さらに、本発明のメタルコア基板は、前記メタルプレートにおける前記Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の露出部分が絶縁層により被覆されていることを特徴とする。
【００１８】
そして、本発明のメタルプレートの製造方法は、Ｃｕ系基材の表面に、Ｎｉ又はＮｉ合金をめっきし、次にＣｕ又はＣｕ合金をめっきし、その上にＳｎ又はＳｎ合金をめっきしてそれぞれのめっき層を形成した後、加熱してリフロー処理することにより、前記Ｃｕ系基材と最外層のＳｎ系表面層との間に、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層を形成した導電部材を製造する工程と、該導電部材における前記Ｓｎ系表面層の一部を除去して、前記金属間化合物層の表面を露出する工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明のメタルコア基板の製造方法は、前記メタルプレートの製造方法によってメタルプレートを製作し、露出した前記金属間化合物層の上に絶縁層を形成する工程を有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、最外層のＳｎ系表面層の下の金属間化合物層が適度の凹凸を有しており、メタルプレートとして利用する際に、絶縁層で被覆される部分については、Ｓｎ系表面層を除去すると、露出した金属間化合物層表面の凹凸により絶縁層を高い接合強度で接合することができ、一方、絶縁層により被覆されない部分は、電気的特性に優れるＳｎ系表面層により、そのままの状態で外部との電気的接続部分として用いることができ、しかもコネクタ端子として用いた場合にも良好な挿抜性を得ることができる。したがって、特別の後加工を施すことなく、絶縁層との接合性を高めた部分と、電気的接続信頼性やコネクタ端子としての挿抜性を高めた部分との二つの異なる機能を併せ持つメタルプレートを簡単に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るメタルコア基板の製造方法の一実施形態を工程順に示す断面図である。
【図２】本発明に係るメタルプレート用導電部材の一実施形態の表層部分をモデル化して示した拡大断面図である。
【図３】本発明に係るメタルコア基板の一実施形態について使用状態を示す断面図である。
【図４】導電部材の動摩擦係数を測定するための装置を概念的に示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を説明する。
まず、メタルコア基板について説明すると、このメタルコア基板１は、図３に示すように、長さ方向の中央部に配置される回路基板部２と、両端部に配置されるコネクタ端子部３とを一体に形成してなるものである。回路基板部２は、コアとなるメタルプレート４の両面が絶縁層５により被覆され、この絶縁層５の上に回路導体６が形成されており、その上に電子部品７が搭載される。一方、コネクタ端子部３は、メタルプレート４の絶縁層５により被覆されていない両端部がそのままコネクタ端子部３とされ、外部のコネクタ端子８が二点鎖線で示すように嵌合状態に接続されるようになっている。
また、メタルプレート４は、以下に述べるメタルプレート用導電部材１１において、コネクタ端子部３となる中央部分の最表面層の一部を除去して、内層の表面を露出することにより形成したものである。
【００２３】
次に、このメタルプレート用導電部材１１について説明する。
この実施形態のメタルプレート用導電部材１１は、図２に示すように、Ｃｕ系基材１２の表面に、Ｎｉ系薄膜層１５、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６、Ｓｎ系表面層１４がこの順に形成されている。
Ｃｕ系基材１２は、Ｃｕ又はＣｕ合金から構成された例えば板状のものである。Ｃｕ合金としては、その材質は必ずしも限定されないが、無酸素銅、タフピッチ銅、Ｃｕ−Ｚｒ系合金、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金がプレス加工性に優れながら導電率と熱伝導率が高いため好適であり、例えば、三菱伸銅株式会社製ＯＦＣ，ＴＣ，ＴＡＭＡＣ４，Ｃ１５１，ＭＺＣ１，ＺＣ，ＴＡＭＡＣ１９４が好適に用いられる。
【００２４】
Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６は、後述するようにＣｕ系基材１２の上にめっきしたＮｉ合金とＣｕ合金と表面のＳｎとがリフロー処理によって拡散して形成された合金層であり、Ｓｎ系表面層１４に接する面の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．１〜０．４μｍであり、かつ、十点平均粗さＲｚで１．０〜３．５μｍである。
算術平均粗さＲａがＲａで０．１〜０．４μｍとしたのは、コネクタ端子部３として用いる場合には、Ｒａが小さい方が挿抜力が低減して好ましいが、後述するようにＳｎ系表面層１４を除去したときの表面と絶縁層５との良好な接合強度を確保するためにはＲａが０．１μｍ以上必要であり、０．４μｍを超えるほどに凹凸が大きくなると、Ｓｎ系表面層１４を被覆したままコネクタ端子部３として用いる際にＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６の凹凸が抵抗となって挿抜力が増大して好ましくないからである。
【００２５】
一方、十点平均粗さＲｚに関しては、Ｒｚが１．０μｍ以上あると、絶縁層５に対するアンカー効果が有効に機能し、接合強度を高めることができるが、局部的に山・谷が大き過ぎると、欠陥の原因となる。Ｒｚが３．５μｍを超えると、高温時にＣｕ系基材１２のＣｕが拡散してＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６が成長して導電部材１１の表面まで達し、これにより、表面にＣｕ酸化物が形成され、接触抵抗を増大させることになる。したがって、Ｒｚは最大３．５μｍまでが好ましい。
【００２６】
最表面のＳｎ系表面層１４は、Ｓｎ又はＳｎ合金を電解めっきした後にリフロー処理することによって形成されたものであり、例えば０．０５〜１．５μｍの厚さに形成される。このＳｎ系表面層１４の厚さが０．０５μｍ未満であると、高温時にＣｕが拡散して表面にＣｕの酸化物が形成され易くなることから接触抵抗が増加し、また、はんだ付け性や耐食性も低下する。一方、１．５μｍを超えると、柔軟なＳｎ系表面層１４の下層に存在するＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６による表面の下地を硬くする効果が薄れ、コネクタ端子部３としての使用時の挿抜力が増大する。
【００２７】
Ｎｉ系薄膜層１５は、０．０５〜１．５μｍの厚さであり、リフロー処理前のめっき厚みは、リフロー処理後にバリアー層としてＣｕ系基材上に残るＮｉ系薄膜層１５とＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６に拡散するＮｉの量を考慮して０．２〜１．５μｍとしておくのが好ましい。０．２μｍ以下であるとリフロー処理後にバリアー層として残存せず、１．５μｍ以上であるとＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６中に存在するＮｉが多くなり、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６の強度に悪影響を及ぼす。
【００２８】
また、リフロー処理前のＣｕめっき膜は、下層となるＮｉめっき膜から必要量のＮｉがＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物１６に拡散し易い様に薄めにする必要があり、０．０５〜０．５μｍが好ましい。０．０５μｍ以下であるとＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６中に含有されるＣｕが少なくなり、目的とするＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６を形成出来ず、０．５μｍ以上であると、下地層のＮｉがＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６中に拡散し難くなり、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６として所望の表面粗さが得られなくなる。
【００２９】
次に、このような導電部材１１及びこの導電部材１１からメタルコア基板１を製造する一連の方法について図１を参照しながら説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、Ｃｕ系基材１２として、Ｃｕ又はＣｕ合金の板材を用意し、これを脱脂、酸洗等によって表面を清浄にした後、Ｎｉめっき、Ｃｕめっき、Ｓｎめっきをこの順序で順次行うことにより、図１（ｂ）に示すように、Ｎｉめっき層２１、Ｃｕめっき層２２、Ｓｎめっき層２３を形成する。また、各めっき処理の間には、酸洗又は水洗処理を行う。
【００３０】
Ｎｉめっきの条件としては、めっき浴に、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を主成分としたワット浴、スルファミン酸ニッケル（Ｎｉ(ＮＨ２ＳＯ３)２）とホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を主成分としたスルファミン酸浴等が用いられる。酸化反応を起こし易くする塩類として塩化ニッケル（ＮｉＣｌ２）などが加えられる場合もある。また、めっき温度は４５〜５５℃、電流密度は２０〜５０Ａ／ｄｍ２とし、めっき厚みは０．２〜１．５μｍとされる。
【００３１】
Ｃｕめっきの条件としては、めっき浴に硫酸銅（ＣｕＳＯ４）及び硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を主成分とした硫酸銅浴が用いられ、レベリングのために塩素イオン（Ｃｌ−）が添加される。めっき温度は３５〜５５℃、電流密度は２０〜６０Ａ／ｄｍ２とし、めっき厚みは、下層にあるＮｉがＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物に拡散し易い様に薄めにする必要があり、めっき厚みは０．０５〜０．５μｍとされる。
Ｓｎめっきの条件としては、めっき浴に硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と硫酸第一錫（ＳｎＳＯ４）を主成分とした硫酸浴が用いられ、めっき温度は１５〜３５℃、電流密度は１０〜３０Ａ／ｄｍ２とされ、めっき厚みは０．６〜２．３μｍとされる。
【００３２】
いずれのめっき処理も、一般的なめっき技術よりも高い電流密度で行われる。その場合に、めっき液の攪拌技術が重要となるが、めっき液を処理板に向けて高速で噴きつける方法やめっき液を処理板と平行に流す方法などとすることにより、処理板の表面に新鮮なめっき液を速やかに供給し、高電流密度によって均質なめっき層を短時間で形成することができる。そのめっき液の流速としては、処理板の表面において０．５ｍ／秒以上とすることが望ましい。また、この従来技術よりも一桁高い電流密度でのめっき処理を可能とするために、陽極には、アノード限界電流密度の高い酸化イリジウム（ＩｒＯ２）を被覆したＴｉ板等の不溶性陽極を用いることが望ましい。
これらの各めっき条件をまとめると、以下の表１から表３に示す通りとなる。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【表２】
【００３５】
【表３】
【００３６】
そして、この三種類のめっき処理を施した後、加熱してリフロー処理を行う。そのリフロー処理はＣＯ還元性雰囲気にした加熱炉内でめっき後の処理材を２５０〜４５０℃の温度で５〜３０秒加熱した後、１０〜９０℃の水を用いて冷却する処理とされる。
【００３７】
以上のように、Ｃｕ系基材１２の表面に表１、表２及び表３に示すめっき条件により三層のめっきを施した後、リフロー処理することにより、図１（ｃ）及び図２に示すように、Ｃｕ系基材１２の表面に、Ｎｉ系薄膜層１５、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６、Ｓｎ系表面層１４がこの順に形成された導電部材１１が製作される。
【００３８】
次いで、このようにして製作した導電部材１１を図３に示すメタルコア基板１のメタルプレート４として用いるために、図１（ｄ）に示すように、導電部材１１において回路基板部２となる領域の最表面層であるＳｎ系表面層１４を除去する。このＳｎ系表面層１４を除去する場合、導電部材１１におけるコネクタ端子部３となる領域にマスク２４を被覆しておき、例えばレイボルド株式会社製のＬ８０等の純ＳｎをエッチングしＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ合金を腐食しない成分からなるめっき被膜剥離用のエッチング液に５分間浸漬することにより、マスク２４により覆われていない領域のＳｎ系表面層１４が除去され、その下層のＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６が露出される。このＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６は、前述したようにＲａ，Ｒｚが所定の大きさの表面粗さに形成されており、一方、マスク２４により被覆しておいたコネクタ端子部３となる領域では、Ｓｎ系表面層１４により平滑な表面に維持される。この部分的にＳｎ系表面層１４が除去され、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６が露出した図１（ｄ）に示す状態がメタルプレート４である。
【００３９】
次に、図１（ｅ）に示すように、メタルプレート４のＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層１６が露出している部分に樹脂による絶縁層５を被覆する。この絶縁層５は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂の樹脂を熱圧着する、あるいはこれら熱硬化性樹脂を補強材のガラス布に含浸させて半硬化状態にした接着シート（プリプレグ）を積層する、樹脂を液状にして塗布し硬化させるなどの方法により形成される。
そして、その絶縁層５の上に回路導体６を形成すると、メタルコア基板１として完成する。この回路導体６は、絶縁層５に銅箔を積層してなるもので、必要な部分をパターンエッチングするなどの方法で形成される。
【実施例】
【００４０】
次に本発明の実施例を説明する。
Ｃｕ合金板（Ｃｕ系基材）として、厚さ０．２５ｍｍの三菱伸銅株式会社製ＴＣ材を用い、表４に示すめっき厚みにて、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎの各めっき処理を順次行った。各めっき工程間には、処理材表面からめっき液を洗い流すための水洗工程を入れた。
本実施例におけるめっき処理では、Ｃｕ合金板にめっき液を高速で噴きつけ、なおかつ酸化イリジウムを被覆したＴｉ板の不溶性陽極を用いた。
そのめっき処理材に対してリフロー処理を行った。このリフロー処理は、最後のＳｎめっき処理をしてから１分後に行い、還元性雰囲気にて、加熱温度を２５０℃〜４５０℃、保持時間を５〜３０秒にて行った。
【００４１】
次に、この処理材について、コネクタ部を想定した領域をマスクにより被覆した状態と
して、前述しためっき皮膜剥離用エッチング液を使用してＳｎ系表面層を除去し、露出したＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の表面粗さとして、算術平均粗さＲａと十点平均粗さＲｚとを測定した。この表面粗さは、露出させたＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の表面に、オリンパス株式会社製の走査型共焦点赤外レーザ顕微鏡ＬＥＸＴ ＯＬＳ−３０００−ＩＲを用い、対物レンズ１００倍の条件でレーザ光を照射して、その反射光から距離を測定し、そのレーザ光をＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の表面に沿って直線的にスキャンしながら距離を連続的に測定することにより求めた。
以上の試験条件並びにＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層の表面粗さ、Ｓｎ系表面層の最小膜厚を表４にまとめた。
【００４２】
【表４】
【００４３】
この表４のように作製された試料について、Ｓｎ系表面層を除去してＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ
金属間化合物層が露出している部分にＵＬ／ＡＮＳＩグレードでＦＲ−４のガラスエポキシ樹脂からなる絶縁層をガラス熱プレスにより厚さ０．２ｍｍで形成した。
そして、Ｓｎ系表面層のままの状態としたコネクタ部については１０５℃×１０００時間経過後の接触抵抗、動摩擦係数、はんだ耐熱性を測定し、絶縁層を形成した回路基板部については絶縁層の剥離強度を測定した。
接触抵抗は、試料を１０５℃×１０００時間放置した後、山崎精機株式会社製電気接点シミュレーターを用い荷重０．４９Ｎ（５０ｇｆ）摺動有りの条件で測定した。
【００４４】
動摩擦係数については、嵌合型のコネクタのオス端子とメス端子の接点部を模擬するように、各試料によって板状のオス試験片と内径１．５ｍｍの半球状としたメス試験片とを作成し、アイコーエンジニアリング株式会社製の横型荷重測定器（Ｍｏｄｅｌ−２１５２ＮＲＥ）を用い、両試験片間の摩擦力を測定して動摩擦係数を求めた。図４により説明すると、水平な台３１上にオス試験片３２を固定し、その上にメス試験片３３の半球凸面を置いてめっき面どうしを接触させ、メス試験片３３に錘３４によって４．９Ｎ（５００ｇｆ）の荷重Ｐをかけてオス試験片３２を押さえた状態とする。この荷重Ｐをかけた状態で、オス試験片３２を摺動速度８０ｍｍ／分で矢印で示す水平方向に１０ｍｍ引っ張ったときの摩擦力Ｆをロードセル３５によって測定した。その摩擦力Ｆの平均値Ｆａｖと荷重Ｐより動摩擦係数（＝Ｆａｖ／Ｐ）を求めた。
【００４５】
剥離強度は、０．２５ｍｍの銅板では測定が困難なことから、３５μｍのＴＣ銅箔上に
同様の条件でＳｎめっきを施してリフロー処理した後、ＪＩＳ Ｃ ６４８１の規定に準拠して測定した。
はんだ耐熱性は、ＪＩＳ Ｃ ６４８１の常態の測定方法の規定に準拠して測定し、絶縁層を形成した回路基板部に膨れ又ははがれが生じたものを×、生じなかったものを○とした。
これらの結果を表５に示す。
【００４６】
【表５】
【００４７】
この表５から明らかなように、本実施例のメタルプレートは、そのコネクタ部に関しては、高温時の接触抵抗が小さく、動摩擦係数も小さいことから、コネクタ使用時の挿抜力も小さく良好であり、また、耐熱性にも優れていると判断できる。また、回路基板部においては、絶縁層が強固に接合されており、剥離等が生じない接合信頼性の高いものであると判断できる。
【００４８】
また、絶縁層の耐マイグレーション性に関して、ＪＰＣＡ−ＥＴ０４−２００７の規定に準拠した条件で、絶縁層を挟んだメタルプレートと外層銅箔との間に印加電圧ＤＣ５０Ｖを加え、１０００時間経過後の絶縁抵抗値を測定した。
実施例試料としては、表４の試料１〜５の条件で製作したものの中から三つ選択し、比較例としては、従来技術としての黒化処理をメタルプレートの粗化処理として施したものを使用した。絶縁抵抗値が１ＭΩ以下となったものを×とした。
【００４９】
【表６】
【００５０】
この表からも明らかなように、黒化処理による比較例では、絶縁抵抗が低下して不良となったが、実施例のものは不良とならなかった。これは、黒化処理ではＣｕを酸化物として粗化するため、加湿された際にＣｕ酸化物がイオン化して絶縁劣化を起こし易いためと考えられる。これに対し、実施例のＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層は、合金成分のＳｎ
が不動態化するため、金属イオンが溶出し難く、このため絶縁抵抗値が低下することなく維持されるのである。
【符号の説明】
【００５１】
１ メタルコア基板
２ 回路基板部
３ コネクタ部
４ メタルプレート
５ 絶縁層
６ 回路導体
７ 電子部品
１１ 導電部材
１２ Ｃｕ系基材
１４ Ｓｎ系表面層
１５ Ｎｉ薄膜層
１６ Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層
２１ Ｎｉめっき層
２２ Ｃｕめっき層
２３ Ｓｎめっき層
２４ マスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ系基材の表面に、Ｎｉ系薄膜層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層、Ｓｎ系表面層がこの順に形成された導電部材であって、前記金属間化合物層の前記Ｓｎ系表面層と接する面の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．１〜０．４μｍであり、かつ、十点平均粗さＲｚで１．０〜３．５μｍであることを特徴とするメタルコア基板のメタルプレート用導電部材
【請求項２】
請求項１記載のメタルプレート用導電部材における一部のＳｎ系表面層が除去され、前記金属間化合物層の表面が露出していることを特徴とするメタルコア基板用メタルプレート。
【請求項３】
請求項２記載のコアメタル基板用メタルプレートにおける前記金属間化合物層の露出部分が絶縁層により被覆されていることを特徴とするメタルコア基板。
【請求項４】
Ｃｕ系基材の表面に、Ｎｉ又はＮｉ合金をめっきし、次にＣｕ又はＣｕ合金をめっきし、その上にＳｎ又はＳｎ合金をめっきしてそれぞれのめっき層を形成した後、加熱してリフロー処理することにより、前記Ｃｕ系基材と最外層のＳｎ系表面層との間に、Ｎｉ系薄膜層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層を形成した導電部材を製造する工程と、該導電部材における前記Ｓｎ系表面層の一部を除去して、前記金属間化合物層の表面を露出する工程とを有することを特徴とするメタルコア基板用メタルプレートの製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の製造方法によってメタルプレートを製作し、露出した前記金属間化合物層の上に絶縁層を形成する工程を有するメタルコア基板の製造方法。
【請求項１】
Ｃｕ系基材の表面に、Ｎｉ系薄膜層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層、Ｓｎ系表面層がこの順に形成された導電部材であって、前記金属間化合物層の前記Ｓｎ系表面層と接する面の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．１〜０．４μｍであり、かつ、十点平均粗さＲｚで１．０〜３．５μｍであることを特徴とするメタルコア基板のメタルプレート用導電部材
【請求項２】
請求項１記載のメタルプレート用導電部材における一部のＳｎ系表面層が除去され、前記金属間化合物層の表面が露出していることを特徴とするメタルコア基板用メタルプレート。
【請求項３】
請求項２記載のコアメタル基板用メタルプレートにおける前記金属間化合物層の露出部分が絶縁層により被覆されていることを特徴とするメタルコア基板。
【請求項４】
Ｃｕ系基材の表面に、Ｎｉ又はＮｉ合金をめっきし、次にＣｕ又はＣｕ合金をめっきし、その上にＳｎ又はＳｎ合金をめっきしてそれぞれのめっき層を形成した後、加熱してリフロー処理することにより、前記Ｃｕ系基材と最外層のＳｎ系表面層との間に、Ｎｉ系薄膜層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属間化合物層を形成した導電部材を製造する工程と、該導電部材における前記Ｓｎ系表面層の一部を除去して、前記金属間化合物層の表面を露出する工程とを有することを特徴とするメタルコア基板用メタルプレートの製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の製造方法によってメタルプレートを製作し、露出した前記金属間化合物層の上に絶縁層を形成する工程を有するメタルコア基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２５８０１６（Ｐ２０１０−２５８０１６Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０２８０８（Ｐ２００９−１０２８０８）
【出願日】平成２１年４月２１日（２００９．４．２１）
【出願人】（０００１７６８２２）三菱伸銅株式会社 (116)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２１日（２００９．４．２１）
【出願人】（０００１７６８２２）三菱伸銅株式会社 (116)
【Ｆターム（参考）】
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