JP2001219267A - 錫−インジウム−ビスマスはんだ合金めっき層の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 錫−インジウム−ビスマス系三元合金はんだ
めっき層を形成する方法として、共析が非常に難しい上
記三元合金電気めっき浴の使用を避け、かつ品質が優れ
ためっき層を形成する。 【解決手段】 被めっき物に、まず第１層の錫／インジ
ウム層を０．１〜５μｍ程度の厚さでめっきし、次にこ
の錫／インジウム層の上に第２層の光沢錫／ビスマス層
を０．１〜１μｍ程度の厚さでめっきし、続いて第１及
び第２めっき層をリフローする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、錫−インジウム−
ビスマスはんだ合金めっき層の形成方法に関するもので
あり、特にコネクタ、リードなどの被めっき物上に形成
しためっき層上に導線、回路基板などを接合するための
はんだ合金めっき層の形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】酸性雨によるエレクトロニクス及び家電
製品廃棄物中の錫／鉛合金からの鉛溶出による、土壌や
地下水の汚染が問題となっている。これは電子部品の実
装に錫／鉛合金が広く用いられていることが原因してお
り、このため、鉛を含まない実装用はんだ合金やはんだ
めっきの開発が強く求められている。鉛を含有しない、
いわゆる鉛フリーはんだとしては、低融点はんだとして
従来から用いられている錫−インジウム−ビスマスはん
だ合金が有望視されている。

【０００３】錫−インジウム−ビスマスはんだ合金めっ
き層の形成方法としては、例えば、錫−インジウム−ビ
スマス合金めっき液を使用してめっきする方法が挙げら
れる。この方法では、錫イオン、インジウムイオン及び
ビスマスイオンの標準電極電位の値に大きな開きがある
のでめっきが難しく、めっき液にキレート剤を大量に添
加しなければならない。更に、錫、インジウム及びビス
マスの標準電極電位の違いのために、錫−インジウム−
ビスマス合金アノードが使用できず、そのために錫塩、
インジウム塩またはビスマス塩をめっき浴に連続的に補
給しなければならない。しかもこのような管理ができて
も一定の比率でこの三元合金めっきを行うことはほとん
ど不可能であるという根本的な問題点が存在する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点に鑑みてなされたもので、外観とはんだ付け
性が良好な錫−インジウム−ビスマスはんだ合金めっき
層を簡易に形成する方法を提供することを目的としたも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討し
た結果、以下に示すめっき方法を発明するに至った。す
なわち本発明は、錫−インジウム−ビスマスはんだ合金
めっき層の形成方法であって、下地めっきを施しまたは
下地めっきを施さない被めっき物に、まず第１層の錫−
インジウム層を好ましくは０．１〜５μｍ程度の厚さで
めっきし、次にこの錫−インジウム層の上に第２層の光
沢錫ビスマス層を好ましくは、０．１〜１μｍ程度の厚
さでめっきし、続いて第１及び第２めっき層をリフロー
することを特徴とする錫−インジウム−ビスマスはんだ
合金めっき層の形成方法である。上記の本発明方法にお
いては、被めっき物の温度を３００℃以下としてリフロ
ーを行い、かつ錫／インジウム層が溶融を開始して５秒
以内に被めっき物を急冷することが好ましい。以下本発
明につき詳しく説明する。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の特徴は、錫／インジウム
層と錫／ビスマス層とを重ねてめっきし、次にこのめっ
き層をリフロー（加熱、溶融処理）する方法により、錫
−インジウム−ビスマスはんだ合金めっき層を得るとこ
ろにある。この方法により得られる錫−インジウム−ビ
スマスはんだ合金の組成は好ましくは、Ｉｎ＝１０重量
％以下、Ｂｉ＝２０重量％以下、残部Ｓｎであり、より
好ましくはＩｎ＝５〜８重量％、Ｂｉ＝５〜８重量％、
残部Ｓｎである。この組成のはんだの融点は１８０〜２
２０℃である。

【０００７】本発明方法に供する被めっき物の具体例と
しては、プリント基板上の電子部品を実装する部分、プ
レス加工したコネクタ、リードフレームなどに、銅めっ
きやニッケルめっきの下地めっきを施したものや下地め
っきを施さないものがある。本発明での第１層の錫／イ
ンジウムめっきは、メタ錫酸の４価錫塩、有機スルホン
酸の３価インジウム塩と及びキレート剤から成るアルカ
リ浴（ｐＨ７〜１１）であって、アルデヒドなどの光沢
剤を含有しないめっき浴を使用して、被めっき物の上に
めっきすることによって形成することができる。

【０００８】上記のめっき浴成分のメタ錫塩の４価錫塩
の具体例としては、メタ錫（ＩＶ）酸リチウム、ナトリ
ウムまたはカリウムと有機スルホン酸の３価インジウム
のリチウム、ナトリウムまたはカリウム塩がある。有機
スルホン酸としては、メタンスルホン酸、エタンスルホ
ン酸、プロパンスルホン酸、２−プロパンスルホン酸、
ブタンスルホン酸、２−ブタンスルホン酸、ペンタンス
ルホン酸、ヘキサンスルホン酸、デカンスルホン酸など
のアルカンスルホン酸が好ましい。

【０００９】上記のめっき浴成分のキレート剤の具体例
としては、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、ヘプトン
酸、リンゴ酸及びアスコルビン酸のリチウム、ナトリウ
ムまたはカリウム塩がある。

【００１０】キレート剤は、錫及びインジウムが優先析
出して析出を妨げる現象を防止するために錫及びインジ
ウムとキレート結合を形成し、所望の析出比率で錫及び
インジウムが析出する機能を有する。めっき浴における
キレート剤の添加濃度は２０〜５００ｇ／Ｌである。

【００１１】上記のめっき浴のアルカリ源としては苛性
アルカリ、特に水酸化リチウム、ナトリウムまたはカリ
ウムが好ましい。上記苛性アルカリの添加濃度は８〜４
００ｇ／Ｌ、好ましくは５０〜１５０ｇ／Ｌである。苛
性アルカリはｐＨ調整剤として添加するものであり、め
っき浴のｐＨを７〜１１に調整する必要があり、好まし
いｐＨ領域は８〜１０である。第１層の錫／インジウム
めっきの厚さについての制限はないが、めっき外観、コ
スト等を考慮すると、０．５〜２μｍが好ましい。

【００１２】次に第１層の錫／インジウムめっき層の上
に第２層の錫／ビスマスめっき層を形成する。錫／ビス
マスめっき浴としては適宜周知の硫酸浴や有機スルホン
酸浴などを用いることができる。有機スルホン酸の具体
例等は第１層のめっき浴におけると同様である。但し第
２層用のめっき浴には通常分散剤と光沢剤を加えて用い
る。分散剤の具体例としては、ポリオキシエチレンオク
チルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェ
ニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエ
ーテル、ポリオキシエチレンアルキル（Ｃ₁₂〜Ｃ₁₆）エ
ーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、ジプロ
ピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコー
ルフェニルエーテルなどがある。光沢剤の具体例として
はホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、パラアルデヒ
ド、ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、プロピ
オンアルデヒド、グリオキザール、アルドール、カプロ
ンアルデヒド、ベンズアルデヒド、ベラトルアルデヒ
ド、アニスアルデヒド、サリチルアルデヒド、１−ナフ
トアルデヒド、２−ナフトアルデヒド、ナフタルアルデ
ヒド、アセチルアセトン、ベンジリデンアセトン、ベン
ジリデンアセチルアセトン、アセトフェノン、ベンザル
アセトン、アクリル酸、メタクリル酸などを挙げること
ができる。

【００１３】第２層用のめっき浴としては特にアルデヒ
ド類を光沢剤とする光沢メタンスルホン酸浴が好まし
い。尚めっき浴における分散剤濃度は、通常０．５〜５
０ｇ／Ｌ、好ましくは１〜３０ｇ／Ｌであり、光沢剤濃
度は、通常０．０１〜２０ｇ／Ｌ、好ましくは０．１〜
１０ｇ／Ｌである。第２層の錫／ビスマスめっきの厚さ
は、０．３〜０．７μｍが好ましい。

【００１４】第１層と第２層の関係については、上記し
たように、第１層が錫／インジウムめっきで第２層が光
沢錫／ビスマスめっきであることが好ましい。しかし、
単一金属めっき程、厳密なめっきの順番は必要としな
い。特開平１１−２７９７９１号公報に開示されるよう
に、錫及びインジウムめっき層のリフローにより錫−イ
ンジウムはんだ合金めっき層を形成させる場合、第１層
は錫で第２層はインジウムでなければならない。その理
由は第２層を錫にすると、錫めっきの際に標準電極電位
がより卑な１層目のインジウムが溶けて貴な錫が析出し
てしまうからである。これに対し、本発明では、上記の
置換めっきやリフローの際のビスマスの表面偏析という
問題は生じない。本発明における錫／インジウムめっき
の厚さは通常０．１〜５μｍ、光沢錫／ビスマスめっき
の厚さは通常０．１〜１μｍであり、好ましくは錫／イ
ンジウムが０．５〜２μｍ、光沢錫／ビスマスが０．３
〜０．７μｍである。

【００１５】リフローは、めっき材を大気または還元雰
囲気中にて加熱してめっき皮膜を溶融させ、次にめっき
材を急冷して行う。リフローと急冷により均一組成の錫
−インジウム−ビスマス合金が生成される。急冷は加熱
炉から取り出されためっき材のめっき面または反対面に
０℃から室温の空気または窒素などを吹きつける手段に
より自然冷却よりやや速い冷却速度を実現することによ
り行う。リフローは、めっき材を連続的に加熱炉内に入
れて行う方法が一般的であるが、このときの被めっき物
の温度と、錫／インジウムめっき皮膜の溶融開始から急
冷するまでの時間とを適正な範囲に設定することによ
り、外観良好で平滑な光沢めっき層を得ることができ
る。また、リフローの温度管理はあらかじめ加熱炉の温
度を設定し、次に炉中の被めっき物の温度を熱電対を使
用して測定し、このデータをもとに、加熱炉の温度を最
適値に設定することができる。リフローのための加熱は
例えば熱風循環炉中に条などの被めっき物を連続的に行
うことができる。このような温度管理及び加熱方法にリ
フロープロセスを制御することを前提とすると、被めっ
き物の温度が３００℃を越える場合には、めっき外観が
光沢にならず白く曇ったり、あるいはクレーター状のめ
っき濡れ不良（はじき）が発生する。同様に、第１層の
錫／インジウムめっきが溶融を開始してから急冷するま
での時間が５秒を越える場合は、めっきはじきが発生す
る。リフロー後のめっきにはじきが発生したものは、は
んだ付け性が著しく悪い。したがって、リフローする際
の被めっき物の温度は３００℃以下でしかも錫／インジ
ウムめっき皮膜が溶融を開始してから急冷を行うまでの
時間を５秒以内にすることが好ましい。

【００１６】本発明方法では、第１層及び第２層のめっ
き厚さを変えることにより、めっきでは通常得られない
任意の錫−インジウム−ビスマス合金皮膜組成を安定し
て得ることができ、また第１層、第２層がそれぞれ錫／
インジウム、錫／ビスマス合金電気めっきであることか
ら、めっきが容易であるなどの作用上の特徴もある。

【００１７】

【実施例】次に本発明の効果を実施例に基づいて具体的
に説明する。厚さ０．２ｍｍのりん青銅（ＪＩＳ Ｃ５
１９１）の板を脱脂、酸洗した後に、厚さ０．５μｍの
銅下地めっきを施し、続いて表１及び表２に示すめっき
液とめっき条件で、錫／インジウム（第１層）及び錫／
ビスマスめっき（第２層）を行った。めっきを行うにあ
たり、第１層と第２層のめっき時間を変えてめっき厚さ
の異なる試料を作製した。更に、リフローする際の被め
っき物温度と加熱時間（リフロー時間）を変えた試料も
作製した。評価に使用した錫−インジウム−ビスマスは
んだ合金めっき層製造条件を表３に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】めっき試料の評価としては、めっき外観と
はんだ付け性の評価を行った。外観評価は目視で行い、
はんだ付け性評価は、Ｒ型フラックスを使用してメニス
コグラフにより行った。耐熱剥離性は、めっき材を大気
中１０５℃で１６８時間加熱し、試料を９０度曲げた後
再度水平に戻し、曲げた箇所を観察して剥離の有無を確
認した。評価結果を表３に示す。

【００２１】

【表３】

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、外観とはんだ付け性が
良好な錫−インジウム−ビスマスはんだ合金めっき層を
簡易に形成することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２３Ｃ 28/02 Ｃ２３Ｃ 28/02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 錫−インジウム−ビスマスはんだ合金め
   っき層の形成方法において、下地めっきを施したまたは
   下地めっきを施さない被めっき物に、まず第１層の錫／
   インジウム層をめっきし、次にこの錫／インジウム層の
   上に第２層の光沢錫／ビスマス層をめっきし、続いて第
   １及び第２めっき層をリフローすることを特徴とする錫
   −インジウム−ビスマスはんだ合金めっき層の形成方
   法。
2. 【請求項２】 第１層の錫／インジウム層を０．１〜５
   μｍの厚さでめっきし、第２層の光沢錫／ビスマス層を
   ０．１〜１μｍの厚さでめっきすることを特徴とする請
   求項１記載の錫−インジウム−ビスマスはんだ合金めっ
   き層の形成方法。
3. 【請求項３】 被めっき物の温度を３００℃以下として
   リフローを行い、かつ錫／インジウム層が溶融を開始し
   て５秒以内に被めっき物を急冷することを特徴とする請
   求項１または２記載の錫−インジウム−ビスマスはんだ
   合金めっき層の形成方法。