JP2003003292A - 被覆金属製品 - Google Patents

被覆金属製品

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JP2003003292A JP2002136121A JP2002136121A JP2003003292A JP 2003003292 A JP2003003292 A JP 2003003292A JP 2002136121 A JP2002136121 A JP 2002136121A JP 2002136121 A JP2002136121 A JP 2002136121A JP 2003003292 A JP2003003292 A JP 2003003292A
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エー アビス ジョセフ
Chonglun Fan
ファン チョンルン
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スー チェン
Yun Zhang
ザンギー ユン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホイスカーを有しない錫被覆を有する金属製
品を提供する。 【解決手段】 錫又は錫合金層と１層以上の金属外層と
からなる多層上塗りで金属基板を被覆することにより解
決される。所望により、基板と錫層との間に金属下地層
を配設することもできる。或る実施態様では、金属基板
は、ニッケル下地層と、錫層とパラジウム金属外層で被
覆された銅合金からなる。得られた構造体は電気コネク
タ又はリードフレームとして特に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明ははんだ付け適性と耐
食性のための被覆を有する金属製品に関する。更に詳細
には、本発明は、錫又は錫合金層と、錫ホイスカー（ひ
げ結晶）の成長を阻止するための金属外層とからなる多
層上塗りを有する製品に関する。表面上塗りは、電気コ
ネクタ及び集積回路フレームに特に有用である。
【０００２】
【従来の技術】高品質なコネクタは、例えば、耐久電子
製品、家庭用用途、コンピュータ、自動車、電気通信、
ロボット及び軍用装備などのような非常に様々な製品に
おいて益々重要となっている。コネクタはパスを提供
し、これにより電流は一方のデバイスすか他方のデバイ
スへ流れる。高級コネクタは、高導電率、耐食性、耐水
性、はんだにより容易に接続されること及び安価であら
ねばならない。
【０００３】運悪く、単一の材料で全ての望ましい特性
を有するものは存在しない。銅及びその多くの合金類は
高導電率であるが、一般的な環境中で腐食され易く、反
応性酸化物類と硫化物類を生成する。反応性腐食生成物
はコネクタの導電率を低下させ、その結果、相互接続の
信頼性を損なう。また、腐食生成物ははんだ接合の形成
及び信頼性を阻害し、かつ、その他の電子部品類に移行
し、これら電子部品類に悪影響を及ぼす。
【０００４】錫の薄膜を銅表面に塗布し、耐食性とはん
だ付け適性を付与する。錫は容易に塗布され、無毒であ
り、耐食性を付与し、かつ、優れたはんだ付け適性を有
する。運悪く、錫被覆は錫“ホイスカー”と呼ばれる金
属フィラメントの自然発生的な成長を被る。このような
ホイスカーは、低電圧装置における短絡事故の原因とし
て識別されている。更に、ホイスカーフラグメントは引
き離すことができ、そして、デバイスパッケージ内に集
積し、ホイスカーが存在した本来の箇所から離れた箇所
で短絡を起こし、電気機械的操作を阻害する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、ホイスカーを有しない錫被覆を有する金属製品を提
供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題は、本発明によ
り、錫又は錫合金層と１層以上の金属外層とからなる多
層上塗りで金属基板を被覆することにより解決される。
所望により、基板と錫層との間に金属下地層を配設する
こともできる。或る実施態様では、金属基板は、ニッケ
ル下地層と、錫層とパラジウム金属外層で被覆された銅
合金からなる。得られた構造体は電気コネクタ又はリー
ドフレームとして特に有用である。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は多層上塗り１１で被覆され
た金属基板１０の概要断面図である。この金属基板１０
は、基板側から昇順に、任意の金属下地層１２と、ホイ
スカー生成を被る錫又は錫合金の中間層１３と、ホイス
カー生成を阻止するための金属からなる金属外層１４を
有する。金属基板は一般的に、通常の環境中で腐食を受
ける銅、銅合金、鉄又は鉄合金などのような導電性金属
である。随意使用の下地層は、ニッケル、ニッケル合
金、コバルト又、コバルト合金などのような低気孔率金
属であることが好ましい。アモルファス合金であること
が好ましい。リンの含有量が約≧１０wt％であるニッケ
ル・リン合金は銅又は鉄からなる基板用に申し分がな
い。ニッケル・リン・タングステン又はコバルト・リン
合金も使用できる。中間層１３は、ホイスカー成長を受
ける錫又は錫合金であることができる。錫合金は例え
ば、錫・銅、錫・ビスマス、錫・銀、錫・ニッケル、錫
・亜鉛又は錫・銅・銀などである。外層１４はホイスカ
ー生成を阻止する金属又は合金から形成されている。外
層１４は例えば、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、
白金、銅、銀、イリジウム、ビスマス又はこれらの金属
類の１種類以上の合金などであることができる。随意使
用の下地層１２の膜厚は約０μｍ〜１０μｍの範囲内で
あることができる。薄膜１３の膜厚は一般的に、約０．
５μｍ〜１０μｍである。金属外層１４の膜厚は約５オ
ングストローム〜１００００オングストロームであるこ
とが好ましい。
【０００８】
【実施例】実施例１：電気コネクタ 図２は被覆金属電気コネクタを製造するステップのブロ
ック図である。ブロックＡで示される、第１のステップ
で金属基板を供給する。基板は、金属ブランクを型押し
するか又はエッチングすることにより所望の形状に成形
することができる。
【０００９】図３は、コネクタ本体３１と嵌合ピン３２
を有する電気コネクタ３０用の基板の斜視図である。コ
ネクタ３１及びピン３２は、銅・ニッケル・錫合金Ｎ
ｏ．７２５（Ｃｕ８８．２wt％，Ｎｉ９．５wt％，Ｓｎ
２．３wt％，ＡＳＴＭ Ｓｐｅｃ．Ｎｏ．Ｂ１２２）の
ような高導電率金属から形成されている。
【００１０】次のステップは、任意ステップであるが、
導電性基板１１に、アモルファスニッケル・リンのよう
な金属下地層１２を塗布する。下地層１２の膜厚は０μ
ｍ〜役５μｍであることができる。リン含有率が約１０
wt％超のＮｉ−Ｐを電着させ、アモルファス構造を確実
にすることができる。好適なＮＩ−Ｐアモルファス層は
下記の浴組成を用いて電着させることができる。 硫酸ニッケル ＮｉＳＯ４６Ｈ２Ｏ １００〜３００ｇ／ｌ 塩化ニッケル ＮｉＣｌ２６Ｈ２Ｏ ４０〜６０ｇ／ｌ リン酸 Ｈ３ＰＯ３ ４０〜１００ｇ／ｌ ホスホン酸 Ｈ３ＰＯ４ ０〜５０ｇ／ｌ
【００１１】ブロックＣで示される第３のステップで
は、錫又は錫合金の層１３を塗布する。層１３の膜厚は
約０．５μｍ超でなければならない。好ましくは、約７
μｍである。好適な錫層は下記の浴組成を用いて電着さ
せることができる。 メタンスルホン酸錫 ４０〜８０ｇ／ｌ メタンスルホン酸 １００〜２００ｇ／ｌ 湿潤剤３００ ５〜１５ｇ／ｌ (Harcos Chemical Inc.製) 酸化防止剤Ｃ１ １〜３ｇ／ｌ (Spectrum Laboratory Products製)
【００１２】ブロックＤで示される第４のステップで
は、層１３上に金属外層１４を塗布する。金属外層を適
当に選択することにより錫ホイスカーの成長を阻止する
ことができる。金属外層１４は１層以上の貴金属（例え
ば、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、白金、イリジ
ウム又はこれらの金属類の１種類以上の合金）から構成
することができる。金属外層１４は銅、銀、ビスマス又
はこれらの合金類であることもできる。金属外層の膜厚
は約５オングストローム〜１００００オングストローム
の範囲内である。好適なパラジウム層は、米国特許第４
９１１７９９号公報に記載されたパラジウム電気メッキ
溶液から堆積させることができる。好ましくはニッケル
含有率が１０wt％〜３０wt％である好適なパラジウム・
ニッケル合金は、米国特許第４９１１７９８号公報に記
載された電気メッキ溶液から堆積させることができる。
好適なパラジウム・コバルト合金は米国特許第５９７６
３４４号公報に記載された方法により堆積させることが
できる。ロジウム、ルテニウム及び白金のメッキはMeta
l Finishing, (Guidebook and Directory Issue), Vol.
97, No.1 (January, 1999)に記載されている。
【００１３】この新規な上塗りを試験するために、錫層
を有する様々な上塗りを銅の上にメッキし、これらを、
５０℃の温度で老化させた。その後、走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）を使用し、高倍率（１０００００倍以下）で
ホイスカーの有無について老化表面を検査した。２ヶ月
間老化させた後でも、本発明による新規な上塗りについ
てはホイスカーが全く検出されなかった。通常の非上塗
り錫仕上げ面にはホイスカーが発見された。図４（Ａ）
は、５０℃で２ヶ月間老化させた後の本発明による上塗
り仕上げ面のＳＥＭ写真である。図４（Ｂ）は通常の非
上塗り錫仕上げ面のＳＥＭ写真である。
【００１４】実施例２：集積回路リードフレーム 図２に示された方法により、集積回路リードフレームを
形成することもできる。前記実施例１のコネクタとの唯
一の相違点は、基板が異なることとである。従って、外
層の膜厚を大きく（例えば、０．５μｍ〜１５μｍ）す
ることができる。
【００１５】図５は、集積回路（ＩＣ）のリードフレー
ムとして使用するための形状に成形された基板５０の部
分平面図である。基板５０は、ＩＣが実装されるパドル
５２と、ＩＣが結合されるリード５３を有する。囲い枠
バー５４は封止前にリードを相互接続する。集積回路が
結合され、そして、封止媒体を仮想線５５で示される領
域上に塗布した後、囲い枠バー５４を切り取る。
【００１６】リードフレームの基板は合金Ｎｏ．１５１
（Ｃｕ９９．９wt％，Ｚｒ０．１wt％）又は合金Ｎｏ．
１９４（Ｃｕ９７．５wt％，Ｆｅ２．３５wt％，Ｐ０．
０３wt％，Ｚｎ０．１２wt％）などのような銅合金であ
ることができる。その他の導電性金属類及び合金Ｎｏ．
４２（Ｎｉ４２wt％，Ｆｅ５８wt％）などのような合金
類も使用できる。
【００１７】集積回路５６を基板上に実装し、該基板に
結合させ、そして、基板を図２に示された方法により被
覆した。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ホイスカーを有しない錫被覆を有する金属製品を得るこ
とができる。
【００１９】特許請求の範囲の発明の要件の後に括弧で
記載した番号がある場合は、本発明の一実施例の対応関
係を示すものであって、本発明の範囲を限定するものと
解釈すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により被覆された金属製品の模式的断面
図である。
【図２】図１の被覆金属製品の製造過程に含まれるステ
ップを示すブロック図である。
【図３】図２に示される方法を用いて電気コネクタを製
造するための基板の部分斜視図である。
【図４】走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、
（Ａ）は５０℃で２ヶ月間老化させた後の本発明による
上塗り仕上げ面のＳＥＭ写真であり、（Ｂ）は通常の非
上塗り錫仕上げ面のＳＥＭ写真である。
【図５】集積回路リードフレームを製造するための基板
の部分平面図である。
【符号の説明】
１０ 金属基板 １１ 多層上塗り層 １２ 金属下地層 １３ 錫中間層 １４ 金属外層 ３０ 電気コネクタ ３１ コネクタ ３２ ピン ５０ 基板 ５２ パドル ５３ リード ５４ 囲い枠バー ５６ 集積回路
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ２５Ｄ 5/26 Ｃ２５Ｄ 5/26 Ｂ Ｅ Ｋ Ｌ Ｈ０１Ｌ 23/50 Ｈ０１Ｌ 23/50 Ｄ (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ジョセフ エー アビス アメリカ合衆国、07059 ニュージャージ ー州、ウォーレン、ブルー ジェイ コー ト ４ (72)発明者 チョンルン ファン アメリカ合衆国、08807 ニュージャージ ー州、ブリッジウォーター、シャール ス トリート 10 (72)発明者 チェン スー アメリカ合衆国、07974 ニュージャージ ー州、ニュープロヴィンス、オックスボー ドライブ 47 (72)発明者 ユン ザンギー アメリカ合衆国、07059 ニュージャージ ー州、ウォーレン、ハードウッド コート ７ Ｆターム(参考） 4K024 AA01 AA03 AA07 AA10 AA12 AA14 AA21 AA24 AB02 AB03 BA02 BA09 BB11 BB13 GA14 GA16 4K044 AA02 AA06 AB10 BA06 BA08 BA10 BA19 BB03 BB04 BB17 BC02 BC14 CA18 5F067 DC16 DC19 DC20

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 (a)金属基板と、 (b)前記基板上に被着された、錫又は錫合金の層と、パ
    ラジウム、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、白金、
    銀、ビスマス又はこれらの合金からなる金属外層とから
    なる多層表面上塗り層とからなる、ことを特徴とする被
    覆金属製品。
  2. 【請求項２】 ニッケル、ニッケル合金、コバルト及び
    コバルト合金からなる群から選択される金属の下地層を
    更に有する、ことを特徴とする請求項１に記載の製品。
  3. 【請求項３】 前記下地層は、ニッケル・リン、ニッケ
    ル・リン・タングステン及びコバルト・リンからなる群
    から選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の製
    品。
  4. 【請求項４】 前記金属基板は、銅、銅合金、鉄、鉄合
    金、ニッケル又はニッケル合金からなる、ことを特徴と
    する請求項１に記載の製品。
  5. 【請求項５】 前記錫又は錫合金の層の厚さは０．５μ
    ｍ〜１０μｍの範囲内であり、前記金属外層の厚さは５
    オングストローム〜１００００オングストロームの範囲
    内である、ことを特徴とする請求項１に記載の製品。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載された被覆金属製品から
    なる電気コネクタ。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載された被覆金属製品から
    なる集積回路用リードフレーム。
JP2002136121A 2001-05-11 2002-05-10 被覆金属製品 Withdrawn JP2003003292A (ja)

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