ガルバニック腐食とは

ガルバニック腐食（Galvanic Corrosion）とは、異なる金属が電気的につながり、薬液や水分が両者へ触れることで、一方の金属が優先的に溶ける腐食です。 単独の金属なら問題のない薬液でも、異種金属を一緒に露出させると腐食する場合があります。腐食の大きさを決めるのは、2つの金属が電位列でどれだけ離れているかと、液がどんな性質で、どれだけ長く残るかです。

異種金属、電解液、電子の通り道の3つがそろうと、溶けやすい側の金属が溶ける

電池になる3つの条件

異なる2つの金属、電解液、電子の通り道がそろうと電池になります。イオン化しやすいアルミニウムが陽極になり、表面から溶けていきます。

ガルバニック腐食は、電解液と電子の通り道がある状態で、異なる2つの金属のあいだに起きる電気化学的な作用です¹。異種金属と導電性の液が電池に相当する系を作り、陽極側の金属が溶解します。液のpH、酸素、イオンと両金属の面積比が反応に影響します。²形状と接触面積は、反応が集中する場所も変えます。

3つの条件のどれかが欠けると電池になりません。異種金属が接していても、腐食が進むのは導電性の液と反応条件がそろったときです。

電位列で離れた組合せほど腐食は大きく、程度は液の防錆性で変わる

電位列で2つの金属が離れているほど、ガルバニック腐食の作用や速さは大きくなります¹。パワーモジュールの水冷がその例です。表面めっきの銅やニッケルとアルミニウムを比べると、アルミニウムのほうがイオン化しやすい傾向があります³。ルネサスは、冷却水が電解液となり、アルミニウムを陽極、ニッケルや銅を陰極とする電池ができて、アルミニウムが激しく腐食するおそれがあるとしています³。

同じ金属の組でも、液によって結果が変わります。ルネサスは、腐食の程度は50% LLC水溶液のような冷却水の防錆性能で変わるとし³、モジュールを使う前に、実機で使う冷却水でガルバニック腐食試験を行い、腐食が許容できる程度か確かめる³よう求めています。IGBTモジュールの冷却器は、液の選定まで含めて腐食対策になります。

ステンレス鋼は、組む相手によって役割が決まる例です。ステンレス鋼メーカーのOutokumpuは、ステンレス鋼は不動態を保つ限り、多くの環境でほかの金属構造材料より貴で、ほとんどの異種金属の組でカソードになるとしています⁴。同社は、種類の違うステンレス鋼どうしは、それぞれが単独でその環境で不動態を保てるなら、一般に問題にならない⁴ともしています。多くの組では陽極側に回るのは相手の金属で、NASAの大気暴露試験場では、ステンレス鋼のねじがアルミニウムにガルバニック腐食を起こし、6か月の暴露で腐食が出ています¹。

電位の近い金属を選ぶか、金属どうしを電気的に切り離すと抑えられる

締結部の絶縁

水分のある環境でステンレスねじとアルミニウム板を直接締めると、接合部のアルミニウムが溶けます。絶縁ワッシャーと絶縁スリーブで電子の通り道を断てば、水分があっても電池になりません。

抑える方法は、電位列で互いに近い金属を使うか、金属どうしを電気的に絶縁することです¹。配管では、ふつうはポリマーの絶縁ガスケットをフランジのあいだに挟み、ボルト締結部は絶縁スリーブとワッシャーで切り離します¹。金属の組合せを変えずに、電子の通り道だけを断つ方法です。

半導体工程では、異種金属が同じ液に触れる時間とイオンを管理する

異種金属が並ぶ表面

バリアメタルと導体が同時に露出する表面では、両方が同じ液に触れます。洗浄からリンス、乾燥までのあいだ、異種金属に液とイオンが残る時間が腐食の条件になります。

バリアメタルと導体が同時に露出する場所では、材料の組合せを確かめます。CMPの後のCMP後洗浄では残渣を除くだけでなく、露出した金属と薬液の適合も評価します。配線金属をCoに替えると、CMPではCuとの腐食電位の差を詰め、ガルバニック腐食を止めることがスラリー設計の課題になります。

組立でも考え方は同じです。露出する金属と電気的な接続を確認し、実際の薬液と時間で腐食を評価します。リンスと乾燥まで含めて管理し、接合後は水分の侵入も確認します。³管理する項目は、金属の組合せ、露出面積、液組成、pH、イオン、時間、温度、乾燥です。

強い洗浄は残渣を減らせますが、金属の組合せによっては腐食が増えることがあります。清浄性と材料適合、リンス・乾燥を合わせて条件を決めます。

腐食は接合部にたまり、位置と断面の元素で原因を分ける

ガルバニック腐食は、異種金属の接合部に腐食がたまっていることで見分けられます¹。調べるのは腐食の位置と電気抵抗、断面と元素です。製品では湿気と残留イオンの条件も評価し、洗浄不足による腐食と、膜の不連続とを分けます。

似た不良とも分けます。熱による相互拡散でできるカーケンダルボイドや、電流で原子が動くエレクトロマイグレーションとは、導電性の液と反応条件がそろっていたかで切り分けます。

よくある質問（FAQ）

ガルバニック腐食は何をする工程ですか？

工程ではなく、異なる金属が電気的につながり、薬液や水分が両者へ触れることで、一方の金属が優先的に溶ける腐食です。金属の組合せと液の状態で反応が変わり、電位列で離れた組合せほど腐食の作用や速さが大きくなります。

どの段階で行いますか？

露出する金属と電気的な接続を確認し、実際の薬液と時間で腐食を評価します。リンスと乾燥まで含めて管理し、接合後は水分の侵入も確認します。水冷のパワーモジュールでは、実機で使う冷却水で腐食試験を行います。

何を管理しますか？

金属の組合せ、露出面積、液組成、pH、イオン、時間、温度、乾燥を管理します。組合せそのものは、電位の近い金属を選ぶか、絶縁材で金属どうしを電気的に切り離して対処します。

比較・違いを学ぶ

• バリアメタル── 前後の工程と仕組みを調べる
• CMP後洗浄── 前後の工程と仕組みを調べる

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出典

5件を表示

1. 1
   NASA ケネディ宇宙センター腐食技術研究所：腐食の形態（Forms of Corrosion）public.ksc.nasa.gov ↩abcdef
2. 2
   Renesas Semiconductor Reliability Handbookrenesas.com ・ 2026年10月12日閲覧 ↩
3. 3
   Renesas IGBT Module Assembly Manualrenesas.com ・ 2026年10月12日閲覧 ↩abcde
4. 4
   Outokumpu：ステンレス鋼の耐食性に関する解説（The power of corrosion resistance）outokumpu.com ↩ab
5. 5
   NASA NEPP Update – Body of Knowledge for Copper Wire Bondsntrs.nasa.gov ・ 2026年10月12日閲覧