JP2005256103A

JP2005256103A - 錫めっき皮膜のウイスカ検査方法

Info

Publication number: JP2005256103A
Application number: JP2004070428A
Authority: JP
Inventors: Hisahiro Tanaka; 久裕田中; Shigeki Ogata; 茂樹緒形
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-03-12
Also published as: JP4552468B2

Abstract

【課題】錫めっきを施した電子部品などの信頼性を確保するためにウイスカの成長状態を検査するには、従来は半年から長い場合は２年間の非常に長い時間がかかっていたが、錫ウイスカを短期間で行う錫めっき皮膜のウイスカ検査方法を提供する。
【解決手段】本発明は錫めっき皮膜のウイスカ検査方法に関し、銅または銅合金基材上に３〜１５μｍの錫めっき皮膜を形成後、速やかに界面活性剤を含有した水溶液に錫めっき皮膜を浸漬し、超音波洗浄機にて超音波振動を与えた後、錫めっき皮膜を５０℃９０％ＲＨＲＨの恒温恒湿槽に１６８時間保存する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査に長期間を要する錫ウイスカを短期間で行うことができる錫めっき皮膜のウイスカ検査方法に関するものである。

錫めっきは、装飾品、電子部品、構造部品などの金属表面処理方法として、コストが安く、耐食性、外観、はんだ付け性に優れているために一般的に用いられている。ところが、錫めっきの表面にはウイスカと呼ばれる錫の単結晶からなる針状結晶が発生することが知られている。このウイスカは通常直径１〜２μｍ、長さは数μｍ〜数ｍｍに達し、光沢剤を添加した光沢錫めっき皮膜に特に発生しやすいものであり、電子部品の場合にはウイスカが発生・成長すると、回路中や、端子間でショートが発生したり、ノイズ発生の原因となっていた。しかも、近年の電子部品は小型化、高密度化、微弱電流化の傾向にあり、ウイスカが発生すると障害が起こりやすくなっている。

解決しようとする問題点は、錫めっきを施した電子部品などの信頼性を確保するためにウイスカの発生・成長状態を検査するには、従来は半年から長い場合は２年間の非常に長い時間がかかる点である。ウイスカを防止する方法の報告は種々なされているが、ウイスカを早く成長させて効率良く研究・検査する方法の報告はなされていない。
特開昭５７−１２６９９２号公報特開昭６２−０２０８９５号公報特開平０１−２５９１９５号公報特開平０７−３００６９６号公報特開２００３−１６３１３５号公報

本発明は、錫めっき皮膜のウイスカ検査方法に関し、銅または銅合金基材上に厚さが３〜１５μｍの錫めっき皮膜を形成した後、速やかに錫めっき後に超音波振動を与えた後にウイスカの成長を開始し、その保存環境を４０〜６０℃で高湿度条件下に置くことにより、ウイスカの成長する時間を大幅に短縮するウイスカ検査方法を提供することを主要な特徴とする。

また本発明は、錫めっき皮膜のウイスカ検査方法に関し、銅または銅合金基材上に厚さが３〜１５μｍの錫めっき皮膜を形成した後、速やかに錫めっき後に界面活性剤を含有する水溶液中にて超音波振動を与えた後にウイスカの成長を開始し、その保存環境を４０〜６０℃で高湿度条件下に置くことにより、ウイスカの成長する時間を大幅に短縮するウイスカ検査方法を提供することを主要な特徴とする。

また本発明は、錫めっき皮膜のウイスカ検査方法に関し、基材上に厚さが０．５〜３μｍの錫めっき皮膜を形成した後、その保存環境を８０〜１００℃で高湿度条件下に置くことにより、ウイスカの成長する時間を大幅に短縮するウイスカ検査方法を提供することを主要な特徴とする。

また本発明は、錫めっき皮膜のウイスカ検査方法に関し、銅または銅合金基材上に厚さが０．５〜３μｍの錫めっき皮膜を形成した後速やかに、界面活性剤を含有する水溶液中に超音波振動を与えた後、めっき皮膜が半径６０〜９０ｍｍの円弧状の曲げによる変形を
保持した状態で２０〜４０℃の環境に置くことにより、ウイスカの成長する時間を大幅に短縮するウイスカ検査方法を提供することを主要な特徴とする。

本発明のウイスカ検査方法は、めっき皮膜のウイスカ成長を短期間で行えるため、何回も検査を繰り返して信頼性の高いめっき皮膜を短期間に得ることができるという利点がある。

銅または銅合金基材上に錫めっき皮膜を形成後、速やかに界面活性剤を含有した水溶液に錫めっき皮膜を浸漬し、超音波洗浄機にて超音波振動を与えた後、錫めっき皮膜を５０℃９０％ＲＨの恒温恒湿槽に１６８時間保存することで、３０℃保存時の２６００時間（１５週間）に相当する長さのウイスカを成長させて検査することが出来る。

また、錫めっき皮膜のウイスカ検査方法に関し、基材上に厚さが０．５〜３μｍの錫めっき皮膜を形成した後、その保存環境を８５℃９０％ＲＨの恒温恒湿槽に１６８時間保存することで、３０℃保存時の約２倍密度のウイスカを成長させて検査することが出来る。

ＰＰＦ（ＰｒｅＰｌａｔｅｄＦｒａｍｅ：前めっき）方式に用いられる電子部品用リードフレームを例に説明する。図２，図３は本発明で用いた電子部品用リードフレームの平面図および断面図である。電子部品用リードフレームに使用される基材には、低錫リン青銅または析出硬化型等の銅または銅合金や、鉄にニッケルを約４２ｗｔ％含む鉄・ニッケル合金が用いられる。本実施例では銅合金であるアロイ１９４を生地として用いた。最初、このアロイ１９４の薄板をリードフレームの形状に加工する。加工する方法としては、リードフレームの形状を打ち抜くための金型を造り、この金型を用いてプレス装置により打ち抜き加工する方法と、感光レジストを表面に塗布しパターンを焼き付けた後、現像し感光レジストをリードフレームのポジパターンとして残し、塩化第二鉄または塩化第二銅等のエッチング液で加工する方法がある。本発明では、プレス法もエッチング法も任意に選択できる。本実施例１ではプレス法により、アロイ１９４の板をリードフレーム形状に加工した後、洗浄工程を経て、必要に応じて熱処理工程を通し、プレスで打ち抜いた時に基材に残った応力を除去する。その後、めっき工程に入る。

以下に本発明のめっき工程の詳細を説明する。

洗浄工程により生地に付着したプレス工程や熱処理工程の油成分をアルカリ脱脂剤等により浸漬法または電気的な方法の併用または単独使用により除去した後、銅下地めっきを０．２μｍ以上形成する。銅下地めっき液として、シアン化銅溶液を用いた。その後、銀の部分めっき工程によりインナーリード部２に銀めっきを行う。

銀の部分めっき５を行った後、生地と錫めっき層の密着性を改善するため塩酸、硝酸、硫酸を１種または２種以上から選択された処理剤によって、アウターリード部３の錫めっき層６を処理する。本実施例１では５％の硫酸を用いた。

この前処理の後に、アウターリード部３に電流密度４０Ａ／ｄｍ²により錫めっきの部分めっきを行った。めっき液としてはＭＳＴ−４００（レイボルド製）を用い、ＭＳＴ−錫を用い金属錫として５０ｇ／Ｌ、酸としてＭＳＴ−酸を７５ｍＬ／Ｌ、添加剤としてＭＳＴ−４００を６０ｍＬ／Ｌの濃度で調製した。浴温５０℃、流速５Ｌ／ｍｉｎの条件で錫めっき皮膜を形成した。陽極電極は、白金、イリジウム、タンタル、ロジウム、ルテニウムの金属またはその酸化物のうち一つ以上を含む不溶性電極により任意に選択できる。
本実施例１ではチタンの生地に酸化イリジウムと酸化タンタルの混合物を被覆した不溶性電極を使用した。通常の錫板などを用いた溶解性電極を使用すると、電極交換が頻繁となり、その都度生産ラインを停止する必要があるため、量産性が極端に低下し、好ましくない。もちろん、高速めっき方法を用いない場合は、可溶性陽極を用いることもできる。

めっき厚さは３〜１５μｍの範囲で任意に選択できる。めっき厚が３μｍより薄くなると、下地の影響ではんだぬれ性が悪くなる。１５μｍ以上厚くなると、モールド樹脂の封止工程で金型の隙間から樹脂が漏れる等の不具合が発生するので好ましくない。本実施例１では９μｍの錫めっきを行った。錫めっきを行った後、水洗を行いめっき液を充分除去した後、第三リン酸ナトリウム・１２水和物を５０ｇ／Ｌの濃度で６０℃、２０秒間の浸漬処理によって、錫めっき面をエッチング処理した。次に、リード側面に漏れた銀を除去するため電気的にリードフレーム表面の銀を除去した後、有機皮膜による変色防止処理を行った後、水洗後乾燥した。
次に、錫めっき皮膜を形成したリードフレームを速やかに超音波洗浄機にて超音波振動を与え、３０℃９０％ＲＨの恒温恒湿槽に保存し、１６８時間、５０４時間、８６４時間、１５１２時間、２６１６時間を経過した時にその都度取り出して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてウイスカの発生状況を観察した。ウイスカ長さは長いものから２０本を選びその平均値を用いた。超音波洗浄機は８５１０Ｊ−ＤＴＨ（ブランソニック製）を用い、４０，０００Ｈｚ、５０℃で３０分間超音波振動を与えた。

恒温恒湿度保存条件が４０℃９０％ＲＨであること以外は、実施例１と同様の方法で行った。

恒温恒湿度保存条件が５０℃９０％ＲＨであること以外は、実施例１と同様の方法で行った。

恒温恒湿度保存条件が６０℃９０％ＲＨであること以外は、実施例１と同様の方法で行った。

超音波振動を与える際に界面活性剤を用い、恒温恒湿度保存条件が３０℃９０％ＲＨであること以外は、実施例１と同様の方法で行った。界面活性剤はネオペレックスＧ−１５（花王製）を１ｍＬ／Ｌで用いた。

超音波振動を与える際に界面活性剤を用い、恒温恒湿度保存条件が４０℃９０％ＲＨであること以外は、実施例１と同様の方法で行った。界面活性剤はネオペレックスＧ−１５（花王製）を１ｍＬ／Ｌで用いた。

超音波振動を与える際に界面活性剤を用い、恒温恒湿度保存条件が５０℃９０％ＲＨであること以外は、実施例１と同様の方法で行った。界面活性剤はネオペレックスＧ−１５（花王製）を１ｍＬ／Ｌで用いた。

超音波振動を与える際に界面活性剤を用い、恒温恒湿度保存条件が６０℃９０％ＲＨであること以外は、実施例１と同様の方法で行った。界面活性剤はネオペレックスＧ−１５
（花王製）を１ｍＬ／Ｌで用いた。
（比較例１）

超音波洗浄機による超音波振動を与えず、恒温恒湿度保存条件が３０℃６０％ＲＨであること以外は、実施例１と同様な方法で行った。
（比較例２）

恒温恒湿度保存条件が５０℃６０％ＲＨであること以外は、実施例１と同様の方法で行った。

錫めっき皮膜の検査条件と２６１６時間までのウイスカ成長の経過を（表１）、図４に示す。

（表１）、図４に示す様に、実施例１〜４では錫めっき皮膜形成後に超音波振動を与えた後、３０℃９０％ＲＨ〜６０℃９０％ＲＨの環境下に１６８時間保存することで、比較例１の３０℃６０％ＲＨ保存時の４００時間〜１７００時間に相当する長さのウイスカを得た。特に、５０℃９０％ＲＨに１６８時間保存することで、３０℃６０％ＲＨ保存時の１７００時間に相当する長さのウイスカを得た。

更に、実施例５〜８では錫めっき皮膜形成後に界面活性剤を含有する水溶液中にて超音波振動を与えた後、３０℃９０％ＲＨ〜６０℃９０％ＲＨの環境下に１６８時間保存することで、３０℃６０％ＲＨ保存時の６００時間〜２６００時間に相当する長さのウイスカを得た。特に、５０℃９０％ＲＨに１６８時間保存することで、３０℃６０％ＲＨ保存時の２６００時間以上に相当する長さのウイスカを得た。

図１に実施例８で成長した１６８時間後のウイスカを示す。本発明の方法で成長させたウイスカは、根元部分が細くなる傾向があり、ウイスカとその根元部分とは隙間が存在した。

本発明の方法によるウイスカの成長メカニズムは明かではないが、銅または銅合金基材と錫めっき皮膜との錫銅合金であって、内部応力を増大させるＣｕ₆Ｓｎ₅が成長しやすく、内部応力を減少させるＣｕ₃Ｓｎが成長しにくい温度域（３０〜６０℃）において、超音波振動によるエネルギーの供給と界面活性剤による水浸透性の向上で、めっき皮膜結晶の粒子間にわずかな隙間が出来やすくなることで、めっき皮膜中に内在していた応力が解放されやすくなり、短期間にウイスカが成長したものと考える。

次に、銅または銅合金基材上に錫めっき皮膜を形成後、速やかに８５℃９０％ＲＨの恒
温恒湿槽に１６８時間保存することで、ウイスカ生成密度を大きくして検査することが出来る。

錫めっき皮膜の厚さが１μｍ、超音波洗浄機による超音波振動を与えず、恒温恒湿度保存条件が８５℃９０％ＲＨで１６８時間保存したこと以外は、実施例１と同様の方法で行い、１００μｍ×１００μｍエリアに発生したウイスカの生成密度を観察した。
（比較例３）

超音波洗浄機による超音波振動を与えず、恒温恒湿度保存条件が８５℃９０％ＲＨで１６８時間保存したこと以外は、実施例１と同様の方法で行い、ウイスカの生成密度を観察した。
（比較例４）

錫めっき皮膜の厚さが１μｍ、超音波洗浄機による超音波振動を与えず、恒温恒湿度保存条件が３０℃６０％ＲＨで１６８時間保存したこと以外は、実施例１と同様の方法で行い、ウイスカの生成密度を観察した。
（比較例５）

錫めっき皮膜の厚さが１μｍ、超音波洗浄機による超音波振動を与えず、恒温恒湿度保存条件が６０℃９０％ＲＨで１６８時間保存したこと以外は、実施例１と同様の方法で行い、ウイスカの生成密度を観察した。

錫めっき皮膜の検査条件とウイスカ生成密度の関係を（表２）に示す。（表２）に示す様に、錫めっき膜厚が１μｍでは錫めっき皮膜形成後に８５℃９０％ＲＨの環境下に１６８時間保存することで、錫めっき膜厚９μｍより顕著に大きなウイスカ生成密度が観察され、同じ１μｍの膜厚でも３０℃６０％ＲＨ、６０℃９０％ＲＨ保存時よりも大きなウイスカの生成密度が観察された。

次に、錫めっき皮膜の厚さを０．２から９μｍまで変化させた時のウイスカの成長状況を３０℃６０ＲＨ％に５００時間、１０００時間、２０００時間で観察した結果を図５に示す。

錫めっき皮膜の厚さを０．２〜９μｍまで変化させ、それぞれについて３０℃６０％ＲＨに保存した場合の５００ｈ、１０００ｈ、２０００ｈでのウイスカ成長経過を観察した。

図５に示す様に、錫めっき膜厚が０．６μｍより薄くなるとほとんどウイスカが生成しなくなり、錫めっき膜厚が３μｍより厚くなるとウイスカの成長が小さくなる。このことから、３０℃６０％ＲＨの環境では０．６μｍから３μｍの範囲でウイスカが成長しやすい範囲が存在した。

次に、銅または銅合金基材上に厚さが０．５〜３μｍの錫めっき皮膜を形成した後速やかに、界面活性剤を含有する水溶液中に超音波振動を与えた後、めっき皮膜が半径６０〜９０ｍｍの円弧状の曲げによる変形を保持した状態で２０〜４０℃の環境に置くことにより、ウイスカの成長を大きくして検査することが出来る。

錫めっき皮膜の厚さが１μｍ、超音波洗浄機による超音波振動を与えず、恒温恒湿度保存条件が３０℃６０％ＲＨで１６８時間保存したこと以外は、実施例１と同様の方法で行った。

錫めっき皮膜の厚さが１μｍ、超音波振動を与える際に界面活性剤を用い、５００ｍＬのガラスビーカーの外側にめっき皮膜が形成されたリードフレームを巻き付けることで、めっき皮膜が半径８８ｍｍの円弧状の曲げによる変形を保持した状態で、恒温恒湿度保存条件が３０℃６０％ＲＨで１６８時間保存したこと以外は、実施例１と同様の方法で行った。

錫めっき皮膜の厚さが１μｍ、超音波振動を与える際に界面活性剤を用い、３００ｍＬのガラスビーカーの外側にめっき皮膜が形成されたリードフレームを巻き付けることで、めっき皮膜が半径７６ｍｍの円弧状の曲げによる変形を保持した状態で、恒温恒湿度保存条件が３０℃６０％ＲＨで１６８時間保存したこと以外は、実施例１と同様の方法で行った。

錫めっき皮膜の厚さが１μｍ、超音波振動を与える際に界面活性剤を用い、２００ｍＬのガラスビーカーの外側にめっき皮膜が形成されたリードフレームを巻き付けることで、めっき皮膜が半径６６ｍｍの円弧状の曲げによる変形を保持した状態で、恒温恒湿度保存条件が３０℃６０％ＲＨで１６８時間保存したこと以外は、実施例１と同様の方法で行った。
（比較例６）

超音波洗浄機による超音波振動を与えず、恒温恒湿度保存条件が３０℃６０％ＲＨで１６８時間保存したこと以外は、実施例１と同様の方法で行った。
（比較例７）

錫めっき皮膜の厚さが１μｍ、超音波洗浄機による超音波振動を与えず、２００ｍＬのガラスビーカーの外側にめっき皮膜が形成されたリードフレームを巻き付けることで、めっき皮膜が半径６６ｍｍの円弧状の曲げによる変形を保持した状態で、恒温恒湿度保存条件が３０℃６０％ＲＨで１６８時間保存したこと以外は、実施例１と同様の方法で行った。
（比較例８）

錫めっき皮膜の厚さが１μｍ、超音波洗浄機による超音波振動を与えず、２００ｍＬのガラスビーカーの外側にめっき皮膜が形成されたリードフレームを巻き付けることで、めっき皮膜が半径６６ｍｍの円弧状の曲げによる変形を保持した状態で、恒温恒湿度保存条件が６０℃９０％ＲＨで１６８時間保存したこと以外は、実施例１と同様の方法で行った。
（比較例９）

錫めっき皮膜の厚さが１μｍ、超音波振動を与える際に界面活性剤を用い、恒温恒湿度保存条件が３０℃６０％ＲＨで１６８時間保存したこと以外は、実施例１と同様の方法で行った。
（比較例１０）

錫めっき皮膜の厚さが１μｍ、超音波振動を与える際に界面活性剤を用い、１００ｍＬのガラスビーカーの外側にめっき皮膜が形成されたリードフレームを巻き付けることで、めっき皮膜が半径５４ｍｍの円弧状の曲げによる変形を保持した状態で、恒温恒湿度保存条件が３０℃６０％ＲＨで１６８時間保存したこと以外は、実施例１と同様の方法で行った。

錫めっき皮膜の検査条件と１６８時間経過後のウイスカ成長との関係を（表３）に示す。（表３）に示す様に、錫めっき膜厚が１μｍでは、錫めっき皮膜形成後に３０℃６０％ＲＨの環境下に１６８時間保存することで、錫めっき膜厚が９μｍの場合よりも顕著なウイスカの成長が観察された。また、同じ１μｍの膜厚でも界面活性剤を含有した水溶液中で超音波振動を与えた後、めっき皮膜に曲げによる応力を大きくするにつれてウイスカ成長は更に顕著となった。この際、曲げによる応力を加えすぎると、その効果はなかった。

以上、本実施例で示した様に、錫めっき皮膜を３〜１５μｍ形成後、超音波振動、界面活性剤存在下での超音波振動を与え、温度が３０〜６０℃、湿度が８０〜９５％ＲＨで保存することにより、ウイスカ成長を大きくして検査することが出来る。

また、錫めっき皮膜を０．５〜３μｍ形成後、温度が８０〜１００℃、湿度が８０〜９５％ＲＨで保存することにより、ウイスカ生成密度を高めることが出来る。更に、界面活性剤存在下での超音波振動を与え、錫めっき皮膜が曲げによる変形を保持した状態で、温度が２０〜４０℃で保存することにより、ウイスカ成長を大きくして検査することが出来る。

以上の実施例では電子部品用リードフレームへの錫めっき皮膜について記述したが、本発明はこの用途に限定されるものではない。

ウイスカ成長を大きくすることにより、長期間を要していたウイスカ検査を短期間で終えることが出来るため、錫めっきを用いるもの全てにおいて、ウイスカが発生しにくい信頼性の高い製品が開発・生産できる。

本発明で成長したウイスカ図本発明で用いた電子部品用リードフレームの平面図本発明で用いた電子部品用リードフレームの断面図錫めっき皮膜の検査条件によるウイスカ成長経過の関係図錫めっき膜厚と成長したウイスカ長さとの関係図

符号の説明

１チップ搭載部
２インナーリード部
３アウターリード部
４タイバー部
５銀または銀合金めっき部
６錫めっき部

Claims

銅または銅合金基材上に錫めっき皮膜を形成した後、該錫めっき皮膜に超音波振動を与えた後、高湿度環境に保存することを特徴とするウイスカ検査方法。
前記めっき皮膜の厚さが３〜１５μｍであることを特徴とする請求項１のウイスカ検査方法。
保存温度が３０〜６０℃、保存湿度が８０〜９５％ＲＨであることを特徴とする請求項１、２のウイスカ検査方法。
銅または銅合金基材上に厚さが３〜１５μｍの錫めっき皮膜を形成した後、該錫めっき皮膜に超音波振動を与えた後、保存温度が３０〜６０℃、保存湿度が８０〜９５％ＲＨの高湿度環境に保存することを特徴とするウイスカ検査方法。
銅または銅合金基材上に錫めっき皮膜を形成した後、該錫めっき皮膜に界面活性剤を含有する水溶液中にて超音波振動を与えた後、高湿度環境に保存するウイスカ検査方法。
前記めっき皮膜の厚さが３〜１５μｍであることを特徴とする請求項５のウイスカ検査方法。
保存温度が３０〜６０℃、保存湿度が８０〜９５％ＲＨであることを特徴とする請求項５、６のウイスカ検査方法。
銅または銅合金基材上に厚さが３〜１５μｍの錫めっき皮膜を形成した後、該錫めっき皮膜に界面活性剤を含有する水溶液中にて超音波振動を与えた後、保存温度が３０〜６０℃、保存湿度が８０〜９５％ＲＨの高湿度環境に保存することを特徴とするウイスカ検査方法。
銅または銅合金基材上に錫めっき皮膜を形成した後、該めっき皮膜を高温高湿度で保存することを特徴とするウイスカ検査方法。
前記めっき皮膜の厚さが０．５〜３μｍで、保存温度が８０〜１００℃、保存湿度が８０〜９５％ＲＨであることを特徴とする請求項９のウイスカ検査方法。
銅または銅合金基材上に厚さが０．５〜３μｍの錫めっき皮膜を形成した後、該めっき皮膜を保存温度が８０〜１００℃、保存湿度が８０〜９５％ＲＨの高温高湿度で保存することを特徴とするウイスカ検査方法。
銅または銅合金基材上に厚さが０．５〜３μｍの錫めっき皮膜を形成した後、保存温度が２０〜４０℃であることを特徴とするウイスカ検査方法。
前記めっき皮膜形成後、該錫めっき皮膜に界面活性剤を含有する水溶液中にて超音波振動を与えた後、めっき皮膜が曲げによる変形を保持した状態であることを特徴とする請求項１４のウイスカ検査方法。
前記曲げが半径６０〜９０ｍｍの円弧状に変形されることを特徴とする請求項１５のウイスカ検査方法。
銅または銅合金基材上に厚さが０．５〜３μｍの錫めっき皮膜を形成した後、該錫めっき
皮膜に界面活性剤を含有する水溶液中にて超音波振動を与えた後、めっき皮膜が半径６０〜９０ｍｍの円弧状の曲げによる変形を保持した状態で２０〜４０℃で保存することを特徴とするウイスカ検査方法。