JP2003213454A - 電子部品用表面処理鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐錆性および耐ホィスカー性に優れるととも
に、高温高湿の条件下で長時間放置しても、良好なハン
ダとの濡れ性示す電子部品用表面処理鋼板およびその製
造方法を提供する。 【解決手段】 Ｓｎ²⁺イオンとＺｎ²⁺イオンを一定範囲
の重量比で含有する合金めっき浴を用いて、鋼板に一定
範囲の組成のＳｎとＺｎとからなるＳｎ−Ｚｎ合金層を
電気めっきし、次いでＳｎ−Ｚｎ合金層上に有機樹脂を
塗布して有機樹脂皮膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子部品用表面処理
鋼板およびその製造方法に関する。より詳細には、下地
の鋼板の耐錆性およびホィスカー成長の抑制に優れると
ともに、高温高湿の雰囲気中で長時間経時しても良好な
ハンダ濡れ性を示す電子部品用表面処理鋼板およびその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子部品においては部品と基板、部品と
他の部品、または同一部品同士をハンダ付けして電気的
に接合することが行われている。そのため、電子部品の
表面にはハンダとの濡れ性および耐ホィスカー性が良好
なＳｎ−Ｚｎ合金層を形成させることが一般的に行われ
ている。Ｓｎ−Ｚｎ合金めっきとしては従来、シアン
浴、ピロリン酸浴、ホウフッ化物浴、スルホン酸浴、グ
ルコン酸浴、クエン酸浴、酒石酸浴などが用いられてい
るが、均一な組成のめっき皮膜が得られ難いこと、錯化
剤を用いるため、排水処理に費用がかかるなどの欠点を
有している。

【０００３】これらの欠点を克服するため、カルボキシ
ル基とスルホン基、またはカルボキシル基と１価の水酸
基を含む錯化剤を用いるめっき浴を用いる方法（特開平
１０−１６８５９２号公報）、ヒドロキシカルボン酸ま
たはその塩を含むめっき浴を用いる方法（特開平６−２
２８７８６号公報）などが試みられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
においては、均一な組成で平滑・緻密なＳｎ−Ｚｎ合金
めっき層が得られるものの、めっき後に高温高湿の条件
下で長時間放置した場合、ハンダとの濡れ性が劣化して
しまう欠点を有している。

【０００５】本発明はこれらの点に鑑みてなされたもの
であり、耐錆性および耐ホィスカー性に優れるととも
に、高温高湿の条件下で長時間放置しても、良好なハン
ダとの濡れ性示す電子部品用表面処理鋼板およびその製
造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、Ｓｎ²⁺イ
オンとＺｎ²⁺イオンを一定範囲の重量比で含有する合金
めっき浴を用いて、鋼板に一定範囲の組成のＳｎとＺｎ
とからなるＳｎ−Ｚｎ合金層を電気めっきし、その後電
気めっき鋼板をＳｎ−Ｚｎ合金の融点以上に加熱してＳ
ｎ−Ｚｎ合金を溶融する加熱溶融処理を施した後、また
は加熱溶融処理を施さずに直接、前記電気めっき鋼板の
Ｓｎ−Ｚｎ合金層上に有機樹脂を塗布して有機樹脂皮膜
を形成することにより、耐錆性および耐ホィスカー性に
優れるとともに、高温高湿の条件下で長時間放置しても
良好なハンダとの濡れ性を示す電子部品用表面処理鋼板
が得られることを発見し、本発明を完成させた。

【０００７】本発明の電子部品用表面処理鋼板は、鋼板
の少なくとも片面に、Ｓｎ：１〜２０ｇ／ｍ² とＺｎ：
０．０５〜１ｇ／ｍ² とからなるＳｎ−Ｚｎ合金層と、
Ｓｎ−Ｚｎ合金層上に０．１〜２μｍの厚さの有機樹脂
の皮膜を形成させてなる電子部品用表面処理鋼板であ
り、合金層中のＳｎ：Ｚｎの重量比が１５：１〜２０：
１であること、また有機樹脂部がウレタン樹脂、エポキ
シ樹脂、アクリル樹脂のいずれか１種、または２種以上
であることを特徴とする。

【０００８】また、本発明の電子部品用表面処理鋼板の
製造方法は、Ｓｎ²⁺イオンとＺｎ²⁺イオンを、重量比が
１：５〜１：１０で含有してなる合金めっき浴を用い
て、鋼板の少なくとも片面にＳｎ：１〜２０ｇ／ｍ² と
Ｚｎ：０．０５〜１ｇ／ｍ² とからなるＳｎ−Ｚｎ合金
層を電気めっきし、その後電気めっき鋼板をＳｎ−Ｚｎ
合金の融点以上に加熱してＳｎ−Ｚｎ合金を溶融する加
熱溶融処理を施した後、または加熱溶融処理を施さずに
直接、前記電気めっき鋼板のＳｎ−Ｚｎ合金層上に有機
樹脂を乾燥後の皮膜厚さが０．１〜２μｍとなるように
塗布し乾燥することを特徴とする電子部品用表面処理鋼
板の製造方法であり、合金めっき浴のｐＨが３．０以下
であること、より好ましくは１．０〜２．０であるこ
と、また、有機樹脂部としてウレタン樹脂、エポキシ樹
脂、アクリル樹脂のいずれか１種、または２種以上を用
いることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。

【００１０】ハンダとの濡れ性および耐ホィスカー性を
示すＳｎ−Ｚｎ合金層においては、Ｚｎ含有量が３〜１
０％であることが好ましく、更に５〜６％であることが
より好ましい。ＳｎとＺｎを電気めっき法を用いてめっ
き浴から電析させる場合、ＳｎとＺｎの析出電位が大き
く離れており、Ｓｎが極めて析出し易くＺｎは析出し難
いために、上記のようなＺｎ含有量が少ない範囲で均一
な合金組成を有するＳｎ−Ｚｎ合金めっきを得るには、
Ｓｎの析出を抑制し、Ｚｎの析出を促進させる必要があ
る。そのため、本発明のめっき浴においては、Ｓｎ²⁺イ
オンとＺｎ²⁺イオンの重量比を１：５〜１：１０とし、
めっき浴中のＺｎ²⁺イオン量をＳｎ²⁺イオン量より遥か
に多く存在させることを特徴としている。

【００１１】Ｓｎ²⁺イオンとＺｎ²⁺イオンの供給源とし
ては、硫酸塩やハロゲン化物を用いることが好ましい。
めっき浴のｐＨは３．０以下であることが好ましく、よ
り好ましくは１．０〜２．０である。ｐＨが３．０を超
えると均一な上記範囲のＳｎ−Ｚｎ合金組成が得られ難
くなる。安定した合金組成のＳｎ−Ｚｎ合金組成を得る
にはｐＨが１．０〜２．０であるめっき浴を用いること
がより好ましい。

【００１２】本発明においては、このように形成されて
いる合金めっき浴を用いて鋼板にＳｎ−Ｚｎ合金をめっ
きする。めっき量としてはＳｎ：１〜２０ｇ／ｍ² とＺ
ｎ：０．０５〜１ｇ／ｍ² の範囲であることが好まし
い。Ｓｎ量が１ｇ／ｍ² 未満である場合はハンダ濡れ性
が十分ではない、またＺｎ量が０．０５ｇ／ｍ² 未満で
ある場合は耐錆性および耐ホィスカー性が十分ではな
く、合金めっきが施されない鋼板の切断端面に錆が発生
しやすくなる。Ｓｎ量が２０ｇ／ｍ² を超えても耐錆性
の向上効果は飽和する。また、Ｓｎ量の好適範囲の上限
の２０ｇ／ｍ² に対してＺｎ量が１ｇ／ｍ² を超えると
ハンダ濡れ性が不十分になる。

【００１３】また、上記のめっき量範囲において、合金
めっき中のＳｎ：Ｚｎの重量比は１５：１〜２０：１で
あることが好ましい。Ｚｎの重量がＳｎの重量の１／１
５を超えるとハンダ濡れ性が十分ではなくなる。一方、
Ｚｎの重量がＳｎの重量の１／２０未満では十分な耐ホ
ィスカー性が得られない。

【００１４】以上のようにして鋼板上にＳｎ−Ｚｎ合金
めっき層を形成させた後、めっき鋼板をＳｎ−Ｚｎ合金
の融点以上の温度に加熱してＳｎ−Ｚｎ合金を溶融さ
せ、Ｓｎ−Ｚｎ合金のＳｎおよびＺｎと鋼板の鉄を拡散
させてもよい。この拡散処理により、Ｓｎ−Ｚｎ合金め
っき層と鋼板との密着性が向上する。

【００１５】上記のようにして得られるＳｎ−Ｚｎ合金
めっき鋼板は、めっき直後においては良好なハンダ濡れ
性を有しているが、倉庫中に保管する場合など、大気中
に長時間放置するとＳｎ−Ｚｎ合金表面にＳｎおよびＺ
ｎの酸化物皮膜が成長し、ハンダ濡れ性が阻害されるよ
うになる。この傾向は高温高湿の環境下では特に著し
く、高温高湿の倉庫中で長期間にわたって放置しても良
好なハンダ濡れ性を示すＳｎ−Ｚｎ合金めっき鋼板が求
められていた。本実施の形態によれば、Ｓｎ−Ｚｎ合金
めっき鋼板のＳｎ−Ｚｎ合金めっき層上に、有機樹脂皮
膜を設けることにより、高温高湿の雰囲気中で長時間放
置しても良好なハンダ濡れ性を維持することが可能であ
ることが判明した。

【００１６】有機樹脂としては特に制限するものではな
いが、汎用性、塗装し易さ、コスト等の観点からウレタ
ン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂のいずれかを用い
ることが好ましい。これらの樹脂を１種、または２種以
上を有機溶媒に溶解し、乾燥後の皮膜厚さが０．１〜２
μｍとなるようにＳｎ−Ｚｎ合金めっき層上に塗布す
る。皮膜厚さが０．１μｍ未満の場合には、長時間放置
した際に良好なハンダ濡れ性を維持することが困難にな
る。一方、皮膜厚さが２μｍを超えると加熱した溶融ハ
ンダが接触した際に、有機樹脂皮膜がハンダとＳｎ−Ｚ
ｎ合金めっきとの接着界面から十分に除去されず、十分
なハンダ接着強度が得られないことがある。塗布方法は
ロールコート法、スプレー法などの常法を用いることが
できる。塗布後オーブン中で加熱したり、熱風を吹き付
けて乾燥固化させる。

【００１７】以上のようにして本発明の電子部品用表面
処理鋼板を得ることができる。

【００１８】

【実施例】以下、実施例にて本発明を詳細に説明する。

【００１９】まず、厚さ：０．５ｍｍの低炭素鋼板に、
常法を用いて電解洗浄処理、酸洗処理を施し、その後、
表１のめっき番号１〜５に示すＳｎ−Ｚｎ合金めっき浴
を用いるとともに電流密度および通電時間を適宜選択し
て、前記低炭素鋼板上に表２の試料番号１１〜２１に示
す組成のＳｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成させることによ
り、Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき鋼板を作成した。一部のめっ
き鋼板（資料番号１７〜２０参照）については、めっき
したＳｎ−Ｚｎ合金の融点以上の温度に抵抗加熱してめ
っき層を溶融させ、直ちに水中に急冷した。

【００２０】次いで、これらの試料に、表２に示す有機
樹脂を有機溶媒に溶解させてロールコートし、その後熱
風乾燥することにより、表２に示す皮膜厚さの有機樹脂
皮膜を形成させて、特性評価用試料とした。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】このようにして得られた試料について、下
記の特性を評価した。

【００２４】[耐錆性]ＪＩＳ Ｚ ２３７１に基づいて塩
水噴霧試験を実施し耐錆性を評価した。すなわち、試料
を３０ｍｍ角に切り出し、切断面の評価用には切り出し
たままの状態で２時間塩水噴霧し、めっき面の評価用に
は切断面をワックスでシールして１２時間塩水噴霧した
後、目視観察により下記の５段階の評点で耐錆性を評価
した。

【００２５】評点５：赤錆の発生は認められない。

【００２６】評点４：実用上問題とならない程度のわず
かな赤錆の発生が認められる。

【００２７】評点３：実用上問題となる程度の赤錆の発
生が認められる。

【００２８】評点２：評価面のかなりの部分で赤錆の発
生が認められる。

【００２９】評点１：評価面の殆ど全面にわたって赤錆
の発生が認められる。

【００３０】評点５および４を本発明の合格とした。

【００３１】[耐ホィスカー性]試料を３０ｍｍ角に切り
出し、温度：８５℃、湿度：８５％ＲＨの高温高湿の雰
囲気中で３０日間暴露した後のホィスカーの発生状況を
走査電子顕微鏡を用い、１５００倍の倍率で観察し、下
記の評で耐ホィスカー性を評価した。

【００３２】◎：ホィスカーの発生は認められない。

【００３３】○：１０μｍ未満の長さのホィスカーがわ
ずかに発生しているのが認められる。

【００３４】△：１０〜３０μｍ未満の長さのホィスカ
ーが発生しているのが認められる。

【００３５】×：３０μｍを超える長さのホィスカーが
発生しているのが認められる。

【００３６】評価基準◎および○を本発明の合格とし
た。

【００３７】[ハンダ濡れ性]１０ｍｍ×３０ｍｍの大き
さに切り出した直後の試料と、切り出した後に温度：１
０５℃、湿度：１００％ＲＨ、圧力：１．２２×１０⁵
Ｐａの高温高湿の雰囲気中で８時間暴露した後の試料と
にそれぞれ無塩素系の超非活性フラックスを塗布し、加
熱溶融した無鉛ハンダ（Ａｇ：２．５％、Ｃｕ：０．５
％、Ｂｉ：１．０％、残部：Ｓｎ）浴中に深さ１０ｍｍ
まで浸漬し、ハンダ浴面上部にハンダで濡れた部分が発
生するまでに要する時間（秒）でハンダ濡れ性を評価し
た。切り出し直後については３秒以下、高温高湿の雰囲
気中で暴露後については６秒以下を本発明の合格とし
た。

【００３８】これらの特性評価結果を表３に示す。

【００３９】

【表３】

【００４０】表３に示すように、資料番号１２〜１５お
よび１７〜１９の各製造条件に従って表面に有機皮膜を
被覆したＳｎ−Ｚｎめっき鋼板は、それぞれ耐錆性およ
び耐ホィスカー性に優れているとともに、高温高湿の雰
囲気中に長時間放置しても優れたハンダ濡れ性を示すも
のであった。一方、資料番号１１、１６、２０および２
１の各製造条件に従って表面に有機皮膜を被覆したＳｎ
−Ｚｎめっき鋼板は、それぞれ切出直後および高温高湿
暴露後のハンダ濡れ性（資料番号１１：Ｓｎ²⁺イオンと
Ｚｎ²⁺イオンとの重量比が１：５〜１：１０以外のた
め）、耐錆性（資料番号１６：Ｚｎ量が０．０５ｇ／ｍ
² 未満のため）、高温高湿暴露後のハンダ濡れ性（資料
番号２０：有機樹脂皮膜がないため）および耐ホィスカ
ー性（資料番号２１：Ｓｎ²⁺イオンとＺｎ²⁺イオンとの
重量比が１：５〜１：１０以外のため）において不合格
であった。

【００４１】

【発明の効果】本発明は、Ｓｎ²⁺イオンとＺｎ²⁺イオン
を一定範囲の重量比で含有する合金めっき浴を用いて、
鋼板に一定範囲の組成のＳｎとＺｎとからなるＳｎ−Ｚ
ｎ合金層を電気めっきし、その後電気めっき鋼板をＳｎ
−Ｚｎ合金の融点以上に加熱してＳｎ−Ｚｎ合金を溶融
する加熱溶融処理を施した後、または加熱溶融処理を施
さずに直接、前記電気めっき鋼板のＳｎ−Ｚｎ合金層上
に有機樹脂を塗布して有機樹脂皮膜を形成してなる表面
処理鋼板であり、優れた耐錆性および耐ホィスカー性を
有しているとともに、長時間高温高湿の条件下で長時間
放置しても良好なハンダ濡れ性を示す。そのためハンダ
付けを行う電子部品用に好適に適用することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林田 貴裕 山口県下松市東豊井1296番地の１ 東洋鋼 鈑株式会社技術研究所内 (72)発明者 山根 博之 山口県下松市東豊井1296番地の１ 東洋鋼 鈑株式会社技術研究所内 Ｆターム(参考） 4K023 AB28 AB29 AB33 AB34 BA06 4K024 AA17 AA21 AB01 BA03 BB09 BC01 CA01 CA02 CA03 CA04 DB02 DB06 GA04 GA16 4K044 AA02 AB02 BA10 BA21 BC02 BC14 CA18 CA53 CA62

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板の少なくとも片面に、Ｓｎ：１〜２
   ０ｇ／ｍ² とＺｎ：０．０５〜１ｇ／ｍ² とからなるＳ
   ｎ−Ｚｎ合金層と、Ｓｎ−Ｚｎ合金層上に０．１〜２μ
   ｍの厚さの有機樹脂の皮膜を形成させてなる、電子部品
   用表面処理鋼板。
2. 【請求項２】 合金層中のＳｎ：Ｚｎの重量比が１５：
   １〜２０：１であることを特徴とする請求項１に記載の
   電子部品用表面処理鋼板。
3. 【請求項３】 有機樹脂部がウレタン樹脂、エポキシ樹
   脂、アクリル樹脂のいずれか１種、または２種以上であ
   ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電
   子部品用表面処理鋼板。
4. 【請求項４】 Ｓｎ²⁺イオンとＺｎ²⁺イオンを重量比が
   １：５〜１：１０で含有してなる合金めっき浴を用い
   て、鋼板の少なくとも片面にＳｎ：１〜２０ｇ／ｍ² と
   Ｚｎ：０．０５〜１ｇ／ｍ² とからなるＳｎ−Ｚｎ合金
   層を電気めっきし、その後電気めっき鋼板をＳｎ−Ｚｎ
   合金の融点以上に加熱してＳｎ−Ｚｎ合金を溶融する加
   熱溶融処理を施した後、または加熱溶融処理を施さずに
   直接、前記電気めっき鋼板のＳｎ−Ｚｎ合金層上に有機
   樹脂を乾燥後の皮膜厚さが０．１〜２μｍとなるように
   塗布し乾燥することを特徴とする電子部品用表面処理鋼
   板の製造方法。
5. 【請求項５】 合金めっき浴のｐＨが３．０以下である
   ことを特徴とする請求項４に記載の電子部品用表面処理
   鋼板の製造方法。
6. 【請求項６】 合金めっき浴のｐＨが１．０〜２．０で
   あることを特徴とする請求項５に記載の電子部品用表面
   処理鋼板の製造方法。
7. 【請求項７】 有機樹脂部としてウレタン樹脂、エポキ
   シ樹脂、アクリル樹脂のいずれか１種、または２種以上
   を用いることを特徴とする請求項４から請求項６のいず
   れか１項に記載の電子部品用表面処理鋼板の製造方法。