JP2005154835A - ウィスカの抑制方法及び電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 他部材が圧接固定される面に錫又は錫合金皮膜が形成された一の部材に対し、この一の部材の少なくとも上記他部材が圧接固定される部分に外部荷重を加えた状態で加熱処理することを特徴とする一の部材の上記錫又は錫合金皮膜からのウィスカの発生を抑制する方法。
【効果】 本発明によれば、錫又は錫合金皮膜に外部荷重が加わっても、ウィスカの発生が抑制される。
【選択図】 なし

Description

本発明は、錫又は錫合金皮膜から接圧ウィスカが発生するのを抑制する方法及び接圧ウィスカの発生が抑制された電子部品の製造方法に関する。

錫や錫合金めっき皮膜は、皮膜に内部応力があるとウィスカが発生することが知られており、このウィスカにより回路がショートするなどの問題が発生する。
このため、めっき液の改良を行うなど、従来より、錫、錫合金めっき皮膜の内部応力を低減させる種々の方法が提案されている。しかし、内部応力が低減され、それ自体ウィスカが発生し難い部材であっても、これに外部から応力が加わると、接圧ウィスカが発生する。ここで、接圧とは、例えばコネクター等の電子部品において、コンタクトの挿入部分にフレキシブル基板を嵌合する場合に差し込まれ、接している錫又は錫合金皮膜個所にかかる外部荷重など、錫又は錫合金皮膜に他部材が圧接固定された際に錫又は錫合金皮膜に加えられた外部荷重であり、電子部品の嵌合個所、接点部分などには表面処理としてＳｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｂｉ等のめっきが施されてきたが、これら嵌合個所、接点部分などの圧接部位には接圧ウィスカが発生する。

図１は、一の部材ａと他の部材ｂとの嵌合状態の一例を示すもので、図中ｃの部分が接圧個所である。
具体的には、図２に示すコネクター１には、コネクターピン２に錫又は錫合金めっきが施される。この場合、図２のようなリード３が差し込まれない状態では、コネクターピン２は、内部応力が緩和されるように加熱処理やめっき液の改良が行われているため、長時間放置してもウィスカは発生しない。しかし、ポリイミド４により互いに接触しないように絶縁隔離されたパターン５を有するリード３がコネクター１に差し込まれた場合、コネクターピン２には外部荷重がかかる。そうすると、コネクターピン２の錫又は錫合金めっき皮膜に内部応力があるのと同じ状態となり、ウィスカ（接圧ウィスカ）が発生する。これにより、リード３のポリイミド４による絶縁が阻害され、パターン５間がショートするおそれが生じる。

また、図３に示す水晶発振子においては、容器６の内外表面に錫又は錫合金めっきが施され、この容器６内に水晶発振子７が圧入される。ここで、８は水晶体、９はリード端子、１０はリード端子を被覆絶縁保護するシリコーン樹脂製のリード端子カバーである。上記圧入により、図３において、Ｘの部分の容器６めっき皮膜に外部荷重が加わる。発振子には、上述したように、リードのショート防止の目的でリード端子カバーが備えられているが、容器６の錫又は錫合金めっき皮膜から接圧ウィスカＷがリード端子カバー１０内を成長し、リード端子９と接触することでショートするおそれがある。
しかしながら、従来、接圧ウィスカ発生を抑制する有効な方法は、見出されていないのが現状である。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、錫又は錫合金皮膜からの接圧ウィスカの発生を抑制する方法、及びかかる接圧ウィスカの発生が抑制された電子部品を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、他部材が圧接固定されることにより、接圧ウィスカの発生のおそれがある部分に同等以上の外部荷重を加えた状態で加熱処理することにより、接圧ウィスカの発生を効果的に抑制し得ることを知見し、本発明をなすに至った。

従って、本発明は、他部材が圧接固定される面に錫又は錫合金皮膜が形成された一の部材に対し、この一の部材の少なくとも上記他部材が圧接固定される部分に、好ましくは他部材の圧接固定により加わる荷重以上の外部荷重を加えた状態で、好ましくは５０〜４００℃で３時間〜１分間加熱処理することを特徴とする一の部材の上記錫又は錫合金皮膜からのウィスカの発生を抑制する方法を提供する。また、本発明は、導電部が絶縁部で隔離された第一の電子部材を、この第一の電子部材が圧着固定される面に錫又は錫合金皮膜が形成された第二の電子部材に圧着固定する電子部品の製造方法において、上記両電子部材の圧着固定後、加熱処理を施すか、あるいは上記両電子部材の圧着固定前に、上記第二の電子部材の少なくとも第一の電子部材が圧接固定される部分に、好ましくは第一の電子部材の圧接固定により加わる荷重以上の外部荷重を加えた状態で加熱処理を施し、その後上記両電子部材を圧着固定することを特徴とする上記錫又は錫合金皮膜からのウィスカの発生が抑制された電子部品の製造方法を提供する。なお、上記加熱処理は５０〜４００℃で３時間〜１分間とすることが好ましい。

本発明によれば、錫又は錫合金皮膜に外部荷重が加わっても、ウィスカの発生が抑制される。

本発明の接圧ウィスカの抑制方法は、他部材が圧接固定される面に錫又は錫合金皮膜が形成された一の部材に対し、この一の部材の少なくとも上記他部材が圧接固定される部分に外部荷重を加えた状態で加熱処理するものである。

この場合、錫又は錫合金皮膜は、通常、めっき法にて形成される。めっきは電気めっき法でも無電解めっき法でもよく、また真空蒸着等の気相めっき法も採用し得る。皮膜厚さは、部材の種類、使用目的等により適宜選定されるが、通常０．５〜１５μｍ、好ましくは１．５〜６μｍである。錫合金皮膜としては、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｂｉ等が挙げられるが、錫合金中の錫含有量は５０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上、更に好ましくは７０質量%以上であることが好ましい。

また、一の部材に加える外部荷重は、他部材の圧接固定により加わる荷重以上の荷重であることが好ましく、付与される荷重が圧接固定荷重より小さいと、接圧ウィスカが発生するおそれがある。一の部材に外部荷重を加える方法としては、一の部材に他部材を圧接固定し、部品を得た状態で加熱処理を施す方法でもよく、一の部材に対し、別の部材を上記一の部材の少なくとも上記他部材が圧接固定される部分に該圧接固定荷重以上の荷重で圧接させ、この状態で加熱処理を行う方法を採用し得る。

なお、上記一の部材に加えられる他部材の圧接力は、通常、コネクター使用時の嵌合個所では３〜５ｋｇ／ｍｍ²であるが、これに限られるものではない。また、この圧接力（荷重）以上の荷重の上限は、適宜選定され、一の部材が機械的に破壊しない限り可能である。

上記加熱処理条件は、５０〜４００℃で３時間〜１分間の加熱時間であることが好ましい。このとき、低い温度には長い時間、高い温度には短い時間で加熱処理を行うことが好ましい。上記範囲外の加熱処理条件下では、特に低温、低時間では、接圧ウィスカの発生のおそれがある。

なお、上記一の部材と他の部材との組み合わせとしては、図２，３に示したようなコネクター（コネクターピン）とリードフレーム、容器と水晶発振子等が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。

上記組み合わせは、電子部材の組み合わせであるが、このような電子部材相互を組み合わせて電子部品を製造する場合は、上述したように、導電部が絶縁部で隔離された第一の電子部材を、この第一の電子部材が圧着固定される面に錫又は錫合金皮膜が形成された第二の電子部材に圧着固定する電子部品を製造する場合、上記両電子部材の圧着固定後、加熱処理を施すか、あるいは上記両電子部材の圧着固定前に、上記第二の電子部材の少なくとも第一の電子部材が圧着固定される部分に、好ましくは第一の電子部材の圧着固定により加わる荷重以上の外部荷重を加えた状態で加熱処理を施し、その後上記両電子部材を圧着固定することが好ましい。
なお、上記圧着固定態様、加熱処理条件は上述した通りである。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
なお、下記の例で、接圧ウィスカの発生測定方法としては、下記接圧クリップ方法を用いた。

接圧クリップ方法
図４に示す目玉クリップ１１（６５ｍｍ幅）の挟み口１２の内面片側に両面接着テープを貼り、この上に直径１ｍｍのステンレススチール球（ＳＵＳ球）１３を３個互いにほぼ等間隔ずつ並列させた状態で接着すると共に、０．３ｍｍ厚さ×１５ｍｍ幅×２０ｍｍ長さの大きさのＮｉ−Ｆｅ（４２アロイ）合金板の片面にＳｎ−Ｃｕ合金電気めっき皮膜（Ｃｕ含量２．０ｗｔ％）を膜厚５．７μｍで形成した試料１４を、そのめっき皮膜が中央のＳＵＳ球１３に接触するように挟み、この載荷状態で一定期間（１〜１０日間）経過した後に試料を外し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によってウィスカを観察し、ＳＥＭ像から接圧ウィスカをカウントし、ウィスカ発生数の結果を定量的にデータ化した。なお、この目玉クリップ方式によれば、短期間（１〜３日間）で接圧ウィスカの発生状態を調べることができるものである。

［実施例１、比較例１］
０．３ｍｍ厚さ×１５ｍｍ幅×２０ｍｍ長さのＮｉ−Ｆｅ（４２アロイ）合金板の片面にＳｎ−Ｃｕ合金電気めっき皮膜（Ｃｕ含量２．０ｗｔ％）を膜厚５．７μｍで形成した。この試料に上記接圧クリップ方法で荷重７５０ｇ（２４ｋｇ／ｍｍ²）（実施例１）で荷重を加えた状態、及び上記接圧クリップ方法を採用せずにそのままの（荷重をかけない）状態（比較例１）で２００℃で１時間加熱処理した。実施例１の試料はそのまま目玉クリップから外さずに、また比較例１の試料は加熱後上記接圧クリップ方法で実施例１と同じ接圧状態にし、室温で３日間大気中で放置した後、試料のウィスカ発生の有無を観察した。観察した結果を下記表１に示す。

［実施例２，３、比較例２，３］
０．３ｍｍ厚さ×１５ｍｍ幅×２０ｍｍ長さのＮｉ−Ｆｅ（４２アロイ）合金板の片面にＳｎ−Ｃｕ合金電気めっき皮膜（Ｃｕ含量２．０ｗｔ％）を膜厚５．７μｍで形成した。この試料に２４ｋｇ／ｍｍ²（実施例２）、２６ｋｇ／ｍｍ²（実施例３）、２２ｋｇ／ｍｍ²（比較例２）で荷重を加えた状態、及び荷重をかけない状態（比較例３）で２００℃で１時間加熱処理した。加熱後、一旦それぞれ荷重を加えず、１日間室温で大気中に放置した。この１日間放置したそれぞれの試料を上記接圧クリップ方式で荷重７５０ｇ（２４ｋｇ／ｍｍ²）の接圧力（圧接力）を加えた状態で、室温で３日間大気中で放置した後、試料のウィスカ発生の有無を観察した。観察した結果を下記表２に示す。

［実施例４］
上記接圧クリップ方法において、試料を挟んだときの試料に与える接圧力（圧接力）は荷重７５０ｇ（２４ｋｇ／ｍｍ²）であり、試料圧接状態で１５０℃において、所定時間加熱処理後、同じく荷重７５０ｇ（２４ｋｇ／ｍｍ²）の接圧状態で３日間室温に放置し、ウィスカの状態を調べた。加熱処理時間とウィスカ発生個数との関係を示す結果を図５に示す。図５から、１５０℃で加熱処理する場合、処理時間を長くすることで、接圧状態であってもウィスカが発生しないことがわかる。

［実施例５］
上記接圧クリップ方法において、試料を挟んだときの試料に与える接圧力（圧接力）は荷重７５０ｇ（２４ｋｇ／ｍｍ²）であり、試料圧接状態で所定温度において１時間加熱処理後、同じく荷重７５０ｇ（２４ｋｇ／ｍｍ²）の接圧状態で３日間室温に放置し、ウィスカの状態を調べた。加熱処理温度とウィスカ発生個数との関係を示す結果を図６に示す。実施例５では、図６のように、１時間の加熱処理を行う場合、加熱温度が２００℃であれば接圧状態であってもウィスカが発生しないことがわかる。

本発明における一の部材と他の部材との嵌合状態の一例を示した図である。 本発明における一の部材と他の部材の一の具体例を示した図である。 本発明における一の部材と他の部材の他の具体例を示した図であって、（Ｂ）は（Ａ）のＸ部の拡大図である。 本発明の実施例における接圧ウィスカの発生測定に用いた接圧クリップ方法を説明するための図である。 本発明の実施例１における熱処理時間とウィスカ発生個数との関係を示した図である。 本発明の実施例２における熱処理温度とウィスカ発生個数との関係を示した図である。

符号の説明

１ コネクター
２ コネクターピン
３ リード
４ ポリイミド
５ パターン
ａ、ｂ 部材
ｃ 接圧個所
Ｗ 接圧ウィスカ

Claims (7)

1. 他部材が圧接固定される面に錫又は錫合金皮膜が形成された一の部材に対し、この一の部材の少なくとも上記他部材が圧接固定される部分に外部荷重を加えた状態で加熱処理することを特徴とする一の部材の上記錫又は錫合金皮膜からのウィスカの発生を抑制する方法。
2. 加熱処理を５０〜４００℃で３時間〜１分間行うことを特徴とする請求項１記載のウィスカの発生を抑制する方法。
3. 外部荷重が他部材の圧接固定により加わる荷重以上の荷重であることを特徴とする請求項１又は２記載のウィスカの発生を抑制する方法。
4. 導電部が絶縁部で隔離された第一の電子部材を、この第一の電子部材が圧着固定される面に錫又は錫合金皮膜が形成された第二の電子部材に圧着固定する電子部品の製造方法において、上記両電子部材の圧着固定後、加熱処理を施すことを特徴とする上記錫又は錫合金皮膜からのウィスカの発生が抑制された電子部品の製造方法。
5. 導電部が絶縁部で隔離された第一の電子部材を、この第一の電子部材が圧着固定される面に錫又は錫合金皮膜が形成された第二の電子部材に圧着固定する電子部品の製造方法において、上記両電子部材の圧着固定前に、上記第二電子部材の少なくとも第一の電子部材が圧接固定される部分に外部荷重を加えた状態で加熱処理を施し、その後上記両電子部材を圧着固定することを特徴とする上記錫又は錫合金皮膜からのウィスカの発生が抑制された電子部品の製造方法。
6. 外部荷重が第一の電子部材の圧接固定により加わる荷重以上の荷重であることを特徴とする請求項５記載の電子部品の製造方法。
7. 加熱処理を５０〜４００℃で３時間〜１分間行うことを特徴とする請求項４，５又は６記載の電子部品の製造方法。
   

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