JP2004238689A - めっき材及び電子部品用端子、コネクタ、リード部材及び半導体装置 - Google Patents
めっき材及び電子部品用端子、コネクタ、リード部材及び半導体装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】Pbの悪影響が排除され、半田付け性に優れ絶縁不良のおそれのないめっき材、及びそれを用いた電子部品用部材を提供する。
【解決手段】基体上に設けられた第一のSn層上に、Bi層及び/又は又はAg層が設けられたのちリフロー処理が施されて前記Sn層の表面及び表面近傍が合金化され、前記リフロー処理が施された層上に第二のSn層が設けられためっき材であり、基体上に設けられた第一のSn層上に、Bi層及び/又はAg層が設けられたのち第一のリフロー処理が施されて第一のSn層の表面及び表面近傍が合金化され、第一のリフロー処理が施された層上に第二のSn層が設けられたのち第二のリフロー処理が施されためっき材であり、基体上に設けられた第一のSn層上に、Bi層及び/又はAg層が設けられ、この層に第二のSn層が設けられたのちリフロー処理が施されて前記Bi層及び/又はAg層の表面が第二のSn層により合金化されためっき材。
【選択図】なし
【解決手段】基体上に設けられた第一のSn層上に、Bi層及び/又は又はAg層が設けられたのちリフロー処理が施されて前記Sn層の表面及び表面近傍が合金化され、前記リフロー処理が施された層上に第二のSn層が設けられためっき材であり、基体上に設けられた第一のSn層上に、Bi層及び/又はAg層が設けられたのち第一のリフロー処理が施されて第一のSn層の表面及び表面近傍が合金化され、第一のリフロー処理が施された層上に第二のSn層が設けられたのち第二のリフロー処理が施されためっき材であり、基体上に設けられた第一のSn層上に、Bi層及び/又はAg層が設けられ、この層に第二のSn層が設けられたのちリフロー処理が施されて前記Bi層及び/又はAg層の表面が第二のSn層により合金化されためっき材。
【選択図】なし
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はめっき材、更に詳しくは、基体の表面を、作業環境や自然環境を害するおそれのあるPbを含まないめっき層で被覆するめっき材、及びそれを用いた電子部品用の端子、コネクタ、リード部材や半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
【0003】
【従来の技術】半導体装置用のプリント配線板や、電子部品等には接合のためSn−Pb合金が広く利用されている。しかしながら、Pbは、作業環境保全や、自然環境の観点から問題視されており、Snをベースとし、かつPbを含まない低融点合金皮膜を被処理物上に形成する簡便な方法が望まれている。近年、Pbを含有しない低融点合金皮膜を形成する方法として、Sn−Ag合金、Sn−Bi合金、Sn−Cu合金そして、Sn−Zn等を使用する方法が公知となっている。
【0004】
Sn−Ag合金は、Sn−Agの平衡状態図によれば、Ag3.5重量%以上では、Agの含有率が高いほど皮膜の融点が高くなる傾向にあり、めっき時にプリント配線板のスルーホール部分では、電流密度が低くなるため、Agの含有量が上昇し、はんだ濡れ性が低下する問題がある。
【0005】
一方、Sn−Bi合金皮膜の特性は、非常に脆いという欠点があり、Sn−Cu合金皮膜は融点が高いため、この皮膜をめっきした電子部品をプリント配線板に実装する場合、加熱温度が高くなると、電子部品及びプリント配線板に熱ダメージを与える恐れがある。
【0006】
Sn−Ag合金、Sn−BiAg合金、Sn−Cu−Ag合金めっき皮膜等のSn−Ag系合金めっき皮膜は、融点、接合強度等の優れた性能を示し、Pbを含有しないことから、Sn−Pb合金めっき皮膜の代替として有望であるが、SnとAgとの析出電位が大きく異なるため、めっき液は、不安定であり、長期使用が困難であり、良好なめっき皮膜を形成するためには、非常に煩雑な浴管理が必要になる等多くの問題を有している。そして、Sn−Zn系のものは、耐熱性に劣っている。
【0007】
これら問題に対処するために、Sn層と、SnとAg、Bi、Cu、In、Znの群から選ばれる金属を含有する合金の層の2層のめっき層を形成すること(例えば、特許文献1参照。)や、基体上にAgめっき皮膜、Sn−Bi合金又はSn−Cu合金めっき皮膜を、この順又はこの逆の順で形成すること(例えば、特許文献2参照。)が開示されている。又、第一のSn層の上に、(a)Au、Pt、Pdから選択されるめっき層(b)Ni、Cr、Agから選択されるめっき層(c)Sn、Zn、Pbから選択されるめっき層(d)第2のSn層から選択される1又は複数のめっき層によって構成される拡散防止層を設けることが開示されている。(例えば、特許文献3参照。)
【0008】
又、基体上にSn層、Ag層の2層のめっき層を形成し更にリフローすること(例えば、特許文献4参照。)が開示されている。
【0009】
Sn層とAg層との2層から成りリフローされためっき層は、表面及びその近傍が硬化して耐摩耗性に優れ、かつ低融点化しはんだ特性が改善されるが、外側の層であるAg層のAgが、実装された半導体基板の絶縁層と接触した場合、湿気等の水分の存在下で絶縁層にAgがイオンとしてマイグレーションにより移行する現象が生ずるおそれがある。実装基板の高密度化が進んで絶縁層が薄くなる傾向にある今日、このマイグレーションは絶縁不良の原因となりやすい。
【0010】
【特許文献1】
特開平10−229152号公報(第2頁、第1図)
【特許文献2】
特開2001−131774号公報(第2頁)
【特許文献3】
特開平8−55521号公報(第3頁)
【特許文献4】
特開2000−150008号公報(第2頁)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来のめっき材における上記した問題を解決し、Pbの悪影響が排除されていることは勿論のこと、半田付け性に優れ、マイグレーションによる絶縁不良のおそれのないめっき材、及びそれを用いた端子、コネクタ、及びリード部材等の電子部品用部材、更にこの電子部品用部材を用いた半導体装置を提供しようとする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、導電性基体上に設けられた第一のSn層上に、Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層が置換析出法により設けられたのちリフロー処理が施されて前記Sn層の表面及び表面近傍が前記Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層により合金化され、前記リフロー処理が施された前記Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層上に第二のSn層が設けられためっき材であることにある。
【0013】
又、本発明の要旨とするところは、導電性基体上に設けられた第一のSn層上に、Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層が置換析出法により設けられたのち第一のリフロー処理が施されて前記Sn層の表面及び表面近傍が前記Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層により合金化され、前記第一のリフロー処理が施された前記Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層上に第二のSn層が設けられたのち第二のリフロー処理が施されためっき材であることにある。
【0014】
更に、本発明の要旨とするところは、導電性基体上に設けられた第一のSn層上に、Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層が置換析出法により設けられ、前記Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層上に第二のSn層が設けられたのちリフロー処理が施されて前記Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層の表面が前記第二のSn層により合金化されためっき材であることにある。
【0015】
又、本発明の要旨とするところは、前記めっき材が用いられている端子、コネクタ、又はリード部材であることにある。
【0016】
更に又、前記端子、コネクタ、又はリード部材が用いられている半導体装置であることにある。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明に係る態様を詳しく説明する。本発明は、導電性基体上に設けられたSn層の表面及び表面近傍がBi又は/及びAgにより合金化され、その層の上に更にSn層が形成されためっき材である。この本発明のめっき材は、例えば、導電性基体上に設けられたSn層上にBi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層が設けられたのちリフロー処理が施されて、このSn層の表面及び表面近傍が前記Bi層又は/及びAg層により合金化され、その層の上に更にSn層が電気めっきされて形成されたものである。
【0018】
本発明のめっき材は、表面近傍が合金化されて硬いため耐摩耗性に優れ、また合金化された表面近傍は融点が低くなり、半田付けが良好になされる。さらに基体と表面近傍間のSn層が、基体成分が表面に拡散するのを抑止するので耐食性に優れる。前記Sn層の表面及び表面近傍がBi層又は/及びAg層により合金化されていない場合は電食が起きて耐食性が著しく低下する。
【0019】
更に、本発明のめっき材は、表面にSn層が形成されているので、Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層層が外気に露出されず、外気によるBi層又は/及びAg層の変色や変質が防止される。特に、Agの硫化やそれにともなう変色を防止することが出来る。
【0020】
又、従来のめっき材のようにSn層の表面及び表面近傍がAg層により合金化されている場合は、最外層にSn層がなく外部に露出していると、このめっき材によりめっきされたリード線等の電子機器用部材が基板に実装されたとき、そのリード線等が、基板の絶縁部材と接触した場合、その接触部で、Agイオンが水を媒体として絶縁部材の主として表面を移行して、絶縁部材の絶縁性が低下するという現象を生ずるおそれがある。しかし、本発明のめっき材は、上述のように、最外層としてSn層が形成されているので、このようなマイグレーションはほとんど生ぜず、従って、本発明のめっき材が被覆されたリード線等が、基板の絶縁部材と接触しても絶縁部材の絶縁性が低下することはない。
【0021】
本発明において、導電性基体には、Cu、Cu合金、Al、Al合金、Fe、Fe合金などが用いられる。前記基体上に設けられるSn層にはSn(純Sn)が用いられる。
【0022】
本発明において、Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層の厚さは、0.05〜1.00μmであることが好ましい。0.05μm未満では厚さが薄いため、耐摩耗性が改善されず、1.00μmをこえるとSn層全体が合金化してSn層による基体成分の拡散防止効果(バリヤ効果)が減じて耐食性などが低下する。Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層の特に望ましい厚さは0.05〜1.00μmである。又、最外層のSn層の特に望ましい厚さは0.05〜1.00μmである。
【0023】
本発明のめっき材は、例えば、表面を脱脂及び酸洗により活性化した導電性基体上にSn層を、直接又はNiやCuなどを下地めっきしたのち、電気めっきし、次いでこれをBiイオン又はAgイオンを含む置換液中に浸漬して前記Sn層上にBi層又はAg層を置換析出させ、次いでリフロー処理が施され、このリフロー処理によりSn層表面がBi層又はAg層により合金化され、その表面は光沢のある平滑面に仕上げられる。次いでそのリフロー処理が施された層上にSn層が電気めっきされて製造される。Bi層又はAg層のかわりにBi層とAg層の複合層が形成されてもよい。
【0024】
本発明において、Biを含有する置換液には塩化Bi、硝酸Bi、メタスルホン酸Biなどの水溶液が用いられ、Agを含有する置換液には硝酸Agなどの水溶液が用いられる。置換析出の条件は特に規定しないが、置換液中のBi又はAgの濃度は0.1〜20重量%、処理温度は室温〜80℃、処理時間は1秒〜10分程度が適当である。リフロー処理条件は、特に限定しないが、400〜800℃の温度で0.5〜10秒程度加熱する条件が適当である。
【0025】
本発明の他の態様においては、リフロー処理が前記Sn層上にBi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層を置換析出させた後に行なわれず、最外層のSn層が形成された後に行なわれる。この場合も、Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層の厚さは、0.05〜1.00μmであることが好ましい。Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層の特に望ましい厚さは0.05〜0.2μmである。この場合、最外層のSn層の特に望ましい厚さは0.05〜1.00μmである。この態様においても、本発明のめっき材は、例えば、表面を脱脂及び酸洗により活性化した導電性基体上にSn層を、直接又はNiやCuなどを下地めっきしたのち、電気めっきし、次いでこれをBiイオン又はAgイオンを含む置換液中に浸漬して前記Sn層上にBi層又はAg層を置換析出させ、次いでこのBi層又はAg層上にSn層が電気めっきされる。次いでリフロー処理が施され、このリフロー処理によりBi層又はAg層表面が最外層のSn層により合金化される。Bi層又はAg層のかわりにBi層とAg層の複合層が形成されてもよい。
【0026】
本発明の更に他の態様においては、リフロー処理が前記Sn層上にBi層又はAg層を置換析出させた後に行なわれ、更に最外層のSn層が形成された後に行なわれる。この場合も、Bi層又は/及びAg層の厚さは、0.05〜1.00μmであることが好ましい。Bi層又は/及びAg層の特に望ましい厚さは0.05〜0.2μmである。又、最外層のSn層の特に望ましい厚さは0.05〜1.00μmである。この態様においても、本発明のめっき材は、例えば、表面を脱脂及び酸洗により活性化した導電性基体上にSn層を、直接又はNiやCuなどを下地めっきしたのち、電気めっきし、次いでこれをBiイオン又はAgイオンを含む置換液中に浸漬して前記Sn層上にBi層又はAg層を置換析出させ、次いでこのBi層又はAg層上にSn層が電気めっきされる。次いでリフロー処理が施され、更に最外層のSn層が形成された後にリフロー処理が行なわれる。この再度のリフロー処理によりBi層又はAg層の面が前記Sn層及び最外層のSn層により合金化される。Bi層又はAg層のかわりにBi層とAg層の複合層が形成されてもよい。
【0027】
本発明のめっき材は、電子部品の端子、コネクタ、リード部材等に好適に適用される。本発明のめっき材を用いた電子部品の端子、コネクタ、リード部材等の導体部材は、半田付け性に優れ、かつ変色せず、マイグレーションによる短絡の発生がない。又、本発明のめっき材は、半導体装置のその他の導体回路部や、導体回路部の一部に広く適用することが出来る。例えば、コンデンサのような電子素子が下面電極を備える場合も、その下面電極及びその下面電極の接合部に本発明のめっき材が好適に用いられる。
【0028】
【実施例】
(実施例1)定速で走行する厚さ0.3mmの65/35黄Cu条の表面に純Snを電気めっきし、その上にAg層を置換析出させ、次いでリフロー処理を施してリフローSnめっき材を製造し、これをコイルに巻取った。工程及び条件を下記に示す。
〔工程〕電解脱脂→水洗→酸洗→水洗→下地Cuめっき→水洗→Sn電気めっき→水洗→Ag水溶液によるAgの置換析出→水洗→熱風乾燥→リフロー処理→最外層Sn電気めっき。
〔電解脱脂〕電解液:水1リットルにクリーナー#160S(メルテックス製)を60g溶かした水溶液。
液温:60℃。通電電流:2A/dm2 。通電時間:10sec 。
〔酸洗〕酸洗液:水1リットルにH2 SO4 を100g溶かした水溶液。
保持時間:10sec 。
〔下地Cuめっき〕電解液:水1リットルにCuSO4 を250g、H2 SO4を60g、HClを30ml溶かした水溶液。
液温:50℃。通電電流:5A/dm2 。通電時間:30sec 。めっき厚さ:0.5μm。
〔Sn電気めっき〕電解液:水1リットルにSnSO4 を80g、H2 SO4 を80g、513Y(石原薬品製)を30cc溶かした水溶液。
液温:20℃。通電電流:5A/dm2 。通電時間:40sec 。めっき厚さ:1.0μm。
〔Ag置換析出〕置換液:水1リットルに硝酸Agを10g溶かした水溶液。
液温:30℃。保持時間:2〜30sec 。
〔リフロー処理〕600℃の温度で5秒加熱。
〔最外層Sn電気めっき〕電解液:水にSnSO4 、H2 SO4 、513Y(石原薬品製)を通常の比率で溶かした水溶液。
液温:20℃。めっき厚さ:0.1μm。
【0029】
得られためっき材は、耐摩耗性に優れ、半田付性が良好であった。耐食性も向上していた。外気に1年間曝しても変色は認められなかった。マイグレーションテストでは、開始から2000時間経過しても短絡が認められなかった。はんだ付性テストでは、半田濡れ時間が常態で1.0sec、恒温恒湿処理後で1.7secであり、良好なはんだ付性が得られた。
【0030】
・マイグレーションテスト
絶縁基板:日立化成工業株式会社製MCL−E−67:厚さ1.6mm
絶縁基板上の導体パターン:図1 導体幅a:0.318mm 導体間隔b:0.318mm 重ね代c:15.75mm
導体断面構成:基体層:Cu(厚さ18μm) Ni(厚さ5μm) M:めっき材
HAST槽:不飽和(85%RH)のプレッシャークッカーテストの環境
印加電圧(導体Aと導体Bとの間に印加):20V/DC
測定電圧(導体Aと導体Bとの間の絶縁抵抗を測定):50V/DC
測定間隔:60min/回
絶縁抵抗測定装置:JIS−C−1303規定品
・はんだ付性テスト:[メニスコグラフ法(MIL−STD−M2022,IEC68−2−54に基づく濡れ性試験)により、ゼロクロスタイムを求めて判定。
恒温恒湿試験条件:温度60℃、相対湿度95%RH、暴露時間500hr
半田:融点230℃の共晶半田。浸漬時間:10sec 浸漬速度:25mm/sec 浸漬深さ:8mm フラックス:25%ロジン/メタノール]
【0031】
(実施例2)
Ag水溶液によるAgの置換析出にかえて、Bi水溶液によるBiの置換析出を行なった以外は、実施例1と同様にしてめっき材を製造した。
〔Bi置換析出〕置換液:水1リットルに硝酸Biを30g溶かした水溶液。液温:30℃。保持時間:2〜30sec。めっき厚さ:1.0μm。
【0032】
得られためっき材は、耐摩耗性に優れ、半田付性が良好であった。耐食性も向上していた。外気に1年間曝しても変色は認められなかった。マイグレーションテストでは、開始から2000時間経過しても短絡が認められなかった。はんだ付性テストでは、半田濡れ時間が常態で1.1sec、恒温恒湿処理後で1.8secであり、良好なはんだ付性が得られた。
【0033】
(実施例3)
実施例1で得られためっき材に更にリフロー処理工程を施こした。
得られためっき材は、耐摩耗性に優れ、半田付性が良好であった。耐食性も向上していた。外気に1年間曝しても変色は認められなかった。マイグレーションテストでは、開始から2000時間経過しても短絡が認められなかった。はんだ付性テストでは、半田濡れ時間が常態で1.1sec、恒温恒湿処理後で1.9secであり、良好なはんだ付性が得られた。
【0034】
(比較例1)最外層Sn電気めっき工程が省略された以外は実施例1と同じ方法によりリフローSnめっき材を製造した。
【0035】
得られためっき材は、耐摩耗性に優れ、半田付性が良好であった。耐食性も向上していた。しかし、外気に1年間曝すと変色した。マイグレーションテスト開始から60時間経過した時点で短絡が認められた。
【0036】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明のめっき材は、表面及び又は表面近傍が合金化により硬化して耐摩耗性に優れ、また耐食性も向上する。さらに表面及び又は表面近傍が合金化により低融点化して半田付性が改善される。また基体と合金化された表面近傍との間のSn層により基体成分の表面への拡散が抑制されて半田付性及び耐食性の低下が防止される。かつ又、本発明のめっき材は変色せず、マイグレーションによる絶縁不良のおそれがない。
【0037】
本発明のめっき材を用いた電子部品用部材、例えば端子、コネクタ、下面電極、リードは、半田付け性に優れ、かつ変色しにくく、マイグレーションによる絶縁不良のおそれがない。
【0038】
本発明のめっき材による電子部品用部材を用いた半導体装置は、電子部品用部材が変色しにくく、マイグレーションによる絶縁不良のおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】マイグレーションテスト用の絶縁基板上の導体パターンを示す形態図である。
【符号の説明】
A、B:導体
【発明の属する技術分野】
本発明はめっき材、更に詳しくは、基体の表面を、作業環境や自然環境を害するおそれのあるPbを含まないめっき層で被覆するめっき材、及びそれを用いた電子部品用の端子、コネクタ、リード部材や半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
【0003】
【従来の技術】半導体装置用のプリント配線板や、電子部品等には接合のためSn−Pb合金が広く利用されている。しかしながら、Pbは、作業環境保全や、自然環境の観点から問題視されており、Snをベースとし、かつPbを含まない低融点合金皮膜を被処理物上に形成する簡便な方法が望まれている。近年、Pbを含有しない低融点合金皮膜を形成する方法として、Sn−Ag合金、Sn−Bi合金、Sn−Cu合金そして、Sn−Zn等を使用する方法が公知となっている。
【0004】
Sn−Ag合金は、Sn−Agの平衡状態図によれば、Ag3.5重量%以上では、Agの含有率が高いほど皮膜の融点が高くなる傾向にあり、めっき時にプリント配線板のスルーホール部分では、電流密度が低くなるため、Agの含有量が上昇し、はんだ濡れ性が低下する問題がある。
【0005】
一方、Sn−Bi合金皮膜の特性は、非常に脆いという欠点があり、Sn−Cu合金皮膜は融点が高いため、この皮膜をめっきした電子部品をプリント配線板に実装する場合、加熱温度が高くなると、電子部品及びプリント配線板に熱ダメージを与える恐れがある。
【0006】
Sn−Ag合金、Sn−BiAg合金、Sn−Cu−Ag合金めっき皮膜等のSn−Ag系合金めっき皮膜は、融点、接合強度等の優れた性能を示し、Pbを含有しないことから、Sn−Pb合金めっき皮膜の代替として有望であるが、SnとAgとの析出電位が大きく異なるため、めっき液は、不安定であり、長期使用が困難であり、良好なめっき皮膜を形成するためには、非常に煩雑な浴管理が必要になる等多くの問題を有している。そして、Sn−Zn系のものは、耐熱性に劣っている。
【0007】
これら問題に対処するために、Sn層と、SnとAg、Bi、Cu、In、Znの群から選ばれる金属を含有する合金の層の2層のめっき層を形成すること(例えば、特許文献1参照。)や、基体上にAgめっき皮膜、Sn−Bi合金又はSn−Cu合金めっき皮膜を、この順又はこの逆の順で形成すること(例えば、特許文献2参照。)が開示されている。又、第一のSn層の上に、(a)Au、Pt、Pdから選択されるめっき層(b)Ni、Cr、Agから選択されるめっき層(c)Sn、Zn、Pbから選択されるめっき層(d)第2のSn層から選択される1又は複数のめっき層によって構成される拡散防止層を設けることが開示されている。(例えば、特許文献3参照。)
【0008】
又、基体上にSn層、Ag層の2層のめっき層を形成し更にリフローすること(例えば、特許文献4参照。)が開示されている。
【0009】
Sn層とAg層との2層から成りリフローされためっき層は、表面及びその近傍が硬化して耐摩耗性に優れ、かつ低融点化しはんだ特性が改善されるが、外側の層であるAg層のAgが、実装された半導体基板の絶縁層と接触した場合、湿気等の水分の存在下で絶縁層にAgがイオンとしてマイグレーションにより移行する現象が生ずるおそれがある。実装基板の高密度化が進んで絶縁層が薄くなる傾向にある今日、このマイグレーションは絶縁不良の原因となりやすい。
【0010】
【特許文献1】
特開平10−229152号公報(第2頁、第1図)
【特許文献2】
特開2001−131774号公報(第2頁)
【特許文献3】
特開平8−55521号公報(第3頁)
【特許文献4】
特開2000−150008号公報(第2頁)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来のめっき材における上記した問題を解決し、Pbの悪影響が排除されていることは勿論のこと、半田付け性に優れ、マイグレーションによる絶縁不良のおそれのないめっき材、及びそれを用いた端子、コネクタ、及びリード部材等の電子部品用部材、更にこの電子部品用部材を用いた半導体装置を提供しようとする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、導電性基体上に設けられた第一のSn層上に、Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層が置換析出法により設けられたのちリフロー処理が施されて前記Sn層の表面及び表面近傍が前記Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層により合金化され、前記リフロー処理が施された前記Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層上に第二のSn層が設けられためっき材であることにある。
【0013】
又、本発明の要旨とするところは、導電性基体上に設けられた第一のSn層上に、Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層が置換析出法により設けられたのち第一のリフロー処理が施されて前記Sn層の表面及び表面近傍が前記Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層により合金化され、前記第一のリフロー処理が施された前記Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層上に第二のSn層が設けられたのち第二のリフロー処理が施されためっき材であることにある。
【0014】
更に、本発明の要旨とするところは、導電性基体上に設けられた第一のSn層上に、Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層が置換析出法により設けられ、前記Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層上に第二のSn層が設けられたのちリフロー処理が施されて前記Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層の表面が前記第二のSn層により合金化されためっき材であることにある。
【0015】
又、本発明の要旨とするところは、前記めっき材が用いられている端子、コネクタ、又はリード部材であることにある。
【0016】
更に又、前記端子、コネクタ、又はリード部材が用いられている半導体装置であることにある。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明に係る態様を詳しく説明する。本発明は、導電性基体上に設けられたSn層の表面及び表面近傍がBi又は/及びAgにより合金化され、その層の上に更にSn層が形成されためっき材である。この本発明のめっき材は、例えば、導電性基体上に設けられたSn層上にBi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層が設けられたのちリフロー処理が施されて、このSn層の表面及び表面近傍が前記Bi層又は/及びAg層により合金化され、その層の上に更にSn層が電気めっきされて形成されたものである。
【0018】
本発明のめっき材は、表面近傍が合金化されて硬いため耐摩耗性に優れ、また合金化された表面近傍は融点が低くなり、半田付けが良好になされる。さらに基体と表面近傍間のSn層が、基体成分が表面に拡散するのを抑止するので耐食性に優れる。前記Sn層の表面及び表面近傍がBi層又は/及びAg層により合金化されていない場合は電食が起きて耐食性が著しく低下する。
【0019】
更に、本発明のめっき材は、表面にSn層が形成されているので、Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層層が外気に露出されず、外気によるBi層又は/及びAg層の変色や変質が防止される。特に、Agの硫化やそれにともなう変色を防止することが出来る。
【0020】
又、従来のめっき材のようにSn層の表面及び表面近傍がAg層により合金化されている場合は、最外層にSn層がなく外部に露出していると、このめっき材によりめっきされたリード線等の電子機器用部材が基板に実装されたとき、そのリード線等が、基板の絶縁部材と接触した場合、その接触部で、Agイオンが水を媒体として絶縁部材の主として表面を移行して、絶縁部材の絶縁性が低下するという現象を生ずるおそれがある。しかし、本発明のめっき材は、上述のように、最外層としてSn層が形成されているので、このようなマイグレーションはほとんど生ぜず、従って、本発明のめっき材が被覆されたリード線等が、基板の絶縁部材と接触しても絶縁部材の絶縁性が低下することはない。
【0021】
本発明において、導電性基体には、Cu、Cu合金、Al、Al合金、Fe、Fe合金などが用いられる。前記基体上に設けられるSn層にはSn(純Sn)が用いられる。
【0022】
本発明において、Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層の厚さは、0.05〜1.00μmであることが好ましい。0.05μm未満では厚さが薄いため、耐摩耗性が改善されず、1.00μmをこえるとSn層全体が合金化してSn層による基体成分の拡散防止効果(バリヤ効果)が減じて耐食性などが低下する。Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層の特に望ましい厚さは0.05〜1.00μmである。又、最外層のSn層の特に望ましい厚さは0.05〜1.00μmである。
【0023】
本発明のめっき材は、例えば、表面を脱脂及び酸洗により活性化した導電性基体上にSn層を、直接又はNiやCuなどを下地めっきしたのち、電気めっきし、次いでこれをBiイオン又はAgイオンを含む置換液中に浸漬して前記Sn層上にBi層又はAg層を置換析出させ、次いでリフロー処理が施され、このリフロー処理によりSn層表面がBi層又はAg層により合金化され、その表面は光沢のある平滑面に仕上げられる。次いでそのリフロー処理が施された層上にSn層が電気めっきされて製造される。Bi層又はAg層のかわりにBi層とAg層の複合層が形成されてもよい。
【0024】
本発明において、Biを含有する置換液には塩化Bi、硝酸Bi、メタスルホン酸Biなどの水溶液が用いられ、Agを含有する置換液には硝酸Agなどの水溶液が用いられる。置換析出の条件は特に規定しないが、置換液中のBi又はAgの濃度は0.1〜20重量%、処理温度は室温〜80℃、処理時間は1秒〜10分程度が適当である。リフロー処理条件は、特に限定しないが、400〜800℃の温度で0.5〜10秒程度加熱する条件が適当である。
【0025】
本発明の他の態様においては、リフロー処理が前記Sn層上にBi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層を置換析出させた後に行なわれず、最外層のSn層が形成された後に行なわれる。この場合も、Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層の厚さは、0.05〜1.00μmであることが好ましい。Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層の特に望ましい厚さは0.05〜0.2μmである。この場合、最外層のSn層の特に望ましい厚さは0.05〜1.00μmである。この態様においても、本発明のめっき材は、例えば、表面を脱脂及び酸洗により活性化した導電性基体上にSn層を、直接又はNiやCuなどを下地めっきしたのち、電気めっきし、次いでこれをBiイオン又はAgイオンを含む置換液中に浸漬して前記Sn層上にBi層又はAg層を置換析出させ、次いでこのBi層又はAg層上にSn層が電気めっきされる。次いでリフロー処理が施され、このリフロー処理によりBi層又はAg層表面が最外層のSn層により合金化される。Bi層又はAg層のかわりにBi層とAg層の複合層が形成されてもよい。
【0026】
本発明の更に他の態様においては、リフロー処理が前記Sn層上にBi層又はAg層を置換析出させた後に行なわれ、更に最外層のSn層が形成された後に行なわれる。この場合も、Bi層又は/及びAg層の厚さは、0.05〜1.00μmであることが好ましい。Bi層又は/及びAg層の特に望ましい厚さは0.05〜0.2μmである。又、最外層のSn層の特に望ましい厚さは0.05〜1.00μmである。この態様においても、本発明のめっき材は、例えば、表面を脱脂及び酸洗により活性化した導電性基体上にSn層を、直接又はNiやCuなどを下地めっきしたのち、電気めっきし、次いでこれをBiイオン又はAgイオンを含む置換液中に浸漬して前記Sn層上にBi層又はAg層を置換析出させ、次いでこのBi層又はAg層上にSn層が電気めっきされる。次いでリフロー処理が施され、更に最外層のSn層が形成された後にリフロー処理が行なわれる。この再度のリフロー処理によりBi層又はAg層の面が前記Sn層及び最外層のSn層により合金化される。Bi層又はAg層のかわりにBi層とAg層の複合層が形成されてもよい。
【0027】
本発明のめっき材は、電子部品の端子、コネクタ、リード部材等に好適に適用される。本発明のめっき材を用いた電子部品の端子、コネクタ、リード部材等の導体部材は、半田付け性に優れ、かつ変色せず、マイグレーションによる短絡の発生がない。又、本発明のめっき材は、半導体装置のその他の導体回路部や、導体回路部の一部に広く適用することが出来る。例えば、コンデンサのような電子素子が下面電極を備える場合も、その下面電極及びその下面電極の接合部に本発明のめっき材が好適に用いられる。
【0028】
【実施例】
(実施例1)定速で走行する厚さ0.3mmの65/35黄Cu条の表面に純Snを電気めっきし、その上にAg層を置換析出させ、次いでリフロー処理を施してリフローSnめっき材を製造し、これをコイルに巻取った。工程及び条件を下記に示す。
〔工程〕電解脱脂→水洗→酸洗→水洗→下地Cuめっき→水洗→Sn電気めっき→水洗→Ag水溶液によるAgの置換析出→水洗→熱風乾燥→リフロー処理→最外層Sn電気めっき。
〔電解脱脂〕電解液:水1リットルにクリーナー#160S(メルテックス製)を60g溶かした水溶液。
液温:60℃。通電電流:2A/dm2 。通電時間:10sec 。
〔酸洗〕酸洗液:水1リットルにH2 SO4 を100g溶かした水溶液。
保持時間:10sec 。
〔下地Cuめっき〕電解液:水1リットルにCuSO4 を250g、H2 SO4を60g、HClを30ml溶かした水溶液。
液温:50℃。通電電流:5A/dm2 。通電時間:30sec 。めっき厚さ:0.5μm。
〔Sn電気めっき〕電解液:水1リットルにSnSO4 を80g、H2 SO4 を80g、513Y(石原薬品製)を30cc溶かした水溶液。
液温:20℃。通電電流:5A/dm2 。通電時間:40sec 。めっき厚さ:1.0μm。
〔Ag置換析出〕置換液:水1リットルに硝酸Agを10g溶かした水溶液。
液温:30℃。保持時間:2〜30sec 。
〔リフロー処理〕600℃の温度で5秒加熱。
〔最外層Sn電気めっき〕電解液:水にSnSO4 、H2 SO4 、513Y(石原薬品製)を通常の比率で溶かした水溶液。
液温:20℃。めっき厚さ:0.1μm。
【0029】
得られためっき材は、耐摩耗性に優れ、半田付性が良好であった。耐食性も向上していた。外気に1年間曝しても変色は認められなかった。マイグレーションテストでは、開始から2000時間経過しても短絡が認められなかった。はんだ付性テストでは、半田濡れ時間が常態で1.0sec、恒温恒湿処理後で1.7secであり、良好なはんだ付性が得られた。
【0030】
・マイグレーションテスト
絶縁基板:日立化成工業株式会社製MCL−E−67:厚さ1.6mm
絶縁基板上の導体パターン:図1 導体幅a:0.318mm 導体間隔b:0.318mm 重ね代c:15.75mm
導体断面構成:基体層:Cu(厚さ18μm) Ni(厚さ5μm) M:めっき材
HAST槽:不飽和(85%RH)のプレッシャークッカーテストの環境
印加電圧(導体Aと導体Bとの間に印加):20V/DC
測定電圧(導体Aと導体Bとの間の絶縁抵抗を測定):50V/DC
測定間隔:60min/回
絶縁抵抗測定装置:JIS−C−1303規定品
・はんだ付性テスト:[メニスコグラフ法(MIL−STD−M2022,IEC68−2−54に基づく濡れ性試験)により、ゼロクロスタイムを求めて判定。
恒温恒湿試験条件:温度60℃、相対湿度95%RH、暴露時間500hr
半田:融点230℃の共晶半田。浸漬時間:10sec 浸漬速度:25mm/sec 浸漬深さ:8mm フラックス:25%ロジン/メタノール]
【0031】
(実施例2)
Ag水溶液によるAgの置換析出にかえて、Bi水溶液によるBiの置換析出を行なった以外は、実施例1と同様にしてめっき材を製造した。
〔Bi置換析出〕置換液:水1リットルに硝酸Biを30g溶かした水溶液。液温:30℃。保持時間:2〜30sec。めっき厚さ:1.0μm。
【0032】
得られためっき材は、耐摩耗性に優れ、半田付性が良好であった。耐食性も向上していた。外気に1年間曝しても変色は認められなかった。マイグレーションテストでは、開始から2000時間経過しても短絡が認められなかった。はんだ付性テストでは、半田濡れ時間が常態で1.1sec、恒温恒湿処理後で1.8secであり、良好なはんだ付性が得られた。
【0033】
(実施例3)
実施例1で得られためっき材に更にリフロー処理工程を施こした。
得られためっき材は、耐摩耗性に優れ、半田付性が良好であった。耐食性も向上していた。外気に1年間曝しても変色は認められなかった。マイグレーションテストでは、開始から2000時間経過しても短絡が認められなかった。はんだ付性テストでは、半田濡れ時間が常態で1.1sec、恒温恒湿処理後で1.9secであり、良好なはんだ付性が得られた。
【0034】
(比較例1)最外層Sn電気めっき工程が省略された以外は実施例1と同じ方法によりリフローSnめっき材を製造した。
【0035】
得られためっき材は、耐摩耗性に優れ、半田付性が良好であった。耐食性も向上していた。しかし、外気に1年間曝すと変色した。マイグレーションテスト開始から60時間経過した時点で短絡が認められた。
【0036】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明のめっき材は、表面及び又は表面近傍が合金化により硬化して耐摩耗性に優れ、また耐食性も向上する。さらに表面及び又は表面近傍が合金化により低融点化して半田付性が改善される。また基体と合金化された表面近傍との間のSn層により基体成分の表面への拡散が抑制されて半田付性及び耐食性の低下が防止される。かつ又、本発明のめっき材は変色せず、マイグレーションによる絶縁不良のおそれがない。
【0037】
本発明のめっき材を用いた電子部品用部材、例えば端子、コネクタ、下面電極、リードは、半田付け性に優れ、かつ変色しにくく、マイグレーションによる絶縁不良のおそれがない。
【0038】
本発明のめっき材による電子部品用部材を用いた半導体装置は、電子部品用部材が変色しにくく、マイグレーションによる絶縁不良のおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】マイグレーションテスト用の絶縁基板上の導体パターンを示す形態図である。
【符号の説明】
A、B:導体
Claims (5)
- 導電性基体上に設けられた第一のSn層上に、Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層が置換析出法により設けられたのちリフロー処理が施されて前記Sn層の表面及び表面近傍がBi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層により合金化され、前記リフロー処理が施されたBi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層上に第二のSn層が設けられためっき材。
- 導電性基体上に設けられた第一のSn層上に、Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層が置換析出法により設けられたのち第一のリフロー処理が施されて前記Sn層の表面及び表面近傍がBi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層により合金化され、前記第一のリフロー処理が施された前記Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層上に第二のSn層が設けられたのち第二のリフロー処理が施されためっき材。
- 導電性基体上に設けられた第一のSn層上に、Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層が置換析出法により設けられ、前記Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層に第二のSn層が設けられたのちリフロー処理が施されて前記Bi層又はAg層又はBi層とAg層の複合層の表面が前記第二のSn層により合金化されためっき材。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載のめっき材が用いられている端子、コネクタ、又はリード部材。
- 請求項4に記載の端子、コネクタ、又はリード部材が用いられている半導体装置。
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WO2008157529A2 (en) * | 2007-06-18 | 2008-12-24 | Summit Corporation Of America | Method of manufacturing electrically conductive strips |
JP2010280946A (ja) * | 2009-06-04 | 2010-12-16 | Mitsubishi Shindoh Co Ltd | めっき付き銅条材及びその製造方法 |
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2003
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WO2008157529A3 (en) * | 2007-06-18 | 2009-10-29 | Summit Corporation Of America | Method of manufacturing electrically conductive strips |
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