JP2006193778A

JP2006193778A - 電子部品のＳｎめっき皮膜

Info

Publication number: JP2006193778A
Application number: JP2005006173A
Authority: JP
Inventors: Isao Watanabe; 勲渡辺; Seiki Sakuyama; 誠樹作山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2006-07-27

Abstract

【課題】電子部品のＳｎめっき皮膜に関し、電子部品に於けるＰｂフリーはんだめっきの１つであるＳｎめっきの皮膜に於いて、Ｓｎウィスカが発生し難いＳｎめっき皮膜を実現させようとする。
【解決手段】電子部品にめっきされたＳｎめっき皮膜に於いて、該Ｓｎめっき皮膜に含まれる炭素量が０．０５容量％以下であること、または、該Ｓｎめっき皮膜に於けるめっき結晶粒の大きさが平均径で２．５μｍ以上であることを特徴とする。

Description

本発明は、電子部品のＰｂフリー化に対応したＳｎめっき皮膜の改良に関する。

一般に、Ｓｎ−Ｐｂめっきで処理されきた電子部品は、Ｐｂフリー化する為の代替めっきとしてＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−ＡｇなどのＳｎ合金めっきの採用が検討されていて、このうち、特にＳｎめっきは、価格やめっきの作業性などの面から、総合的にＰｂフリーはんだめっきとして最有力候補に挙げられている。

然しながら、Ｐｂを含まないはんだめっきであるＳｎめっきは、Ｓｎウィスカが発生し易く、端子間距離が狭小化されている現今の電子部品では、使用中にウィスカが生成されて成長し、電気的短絡を発生するなど、信頼性を維持できない旨の問題がある。

このＳｎウィスカ発生の一因としては、めっき皮膜の内部応力にあることが知られている。即ち、内部応力（歪み）が大きい場合にＳｎの再結晶化が進み、ウィスカが発生するとされている。そして、めっき皮膜に於ける内部応力は、下地金属との格子不整合やめっき液に於ける添加剤の共析に伴う歪み、或いは、光沢剤に依るめっき結晶粒の微細化などが挙げられている。

上記諸問題に関する対策としては、添加する光沢剤の量を極端に低減しためっき液を使用する無光沢めっきが知られ、その無光沢めっきでは、、結晶粒が大きく、内部歪みも小さいことから、ウィスカが殆ど発生しないとされている。

然しながら、無光沢めっきは、表面粗さが大きい為、酸化が著しく進行し、また、はんだの濡れ性が悪いこと、めっき粒子が脱落するなどの問題があって実用的ではない。

この為、めっき液製造業者では、実用的な表面状態が得られる程度に光沢剤を低減した半光沢型と呼ばれるウィスカ対策用Ｓｎめっき液を提供しているが、完全にウィスカ発生を抑止するには至っていない。

そこで、現在、部品製造業者や電子機器製造業者に於いては、実用的な表面平滑性を保ち、且つ、Ｓｎウィスカが発生しないＳｎめっきの実現を強く希求している。

本発明では、電子部品に於けるＰｂフリーはんだめっきの１つであるＳｎめっきの皮膜に於いて、Ｓｎウィスカが発生し難いＳｎめっき皮膜を実現させようとする。

光沢Ｓｎめっき皮膜からウィスカが発生する原因の１つは、めっき液中に添加されている有機系光沢剤がめっき皮膜中に共析し、めっき皮膜に歪みを生ずることが原因なのであるが、だからといって、全く有機系添加剤を含まないめっき液を用いたのでは、めっき中に析出するＳｎ粒子が脱落してしまい、めっき皮膜は形成することができない。

これを回避する為、めっき皮膜形成の為に必要とされる最低限の添加剤を加えためっき液を無光沢Ｓｎめっき液と称して提供されている。

然しながら、この無光沢Ｓｎめっき液を用いた場合、表面粗さが大きく、酸化し易いことから、はんだ濡れ性が悪く、また、外観検査で問題になってしまうほど傷が付き易く、更にまた、粒子が脱落し易いなど欠点が多い。

そこで、本発明では、電子部品にめっきされたＳｎめっき皮膜に於いて、該Ｓｎめっき皮膜に含まれる炭素量が０．０５容量％以下であること、または、該Ｓｎめっき皮膜に於けるめっき結晶粒の大きさが平均径で２．５μｍ以上であることが基本になっている。

前記手段を採ることに依り、実用に供するに充分な表面平滑性を備え、且つ、ウィスカが発生し難いＳｎめっき皮膜を容易に実現することが可能になった。

従って、これまで、Ｓｎめっき皮膜ではウィスカの発生を抑止できないことが理由となって、電子部品のコネクタなどでは、全面的にＡｕめっきを導入することが検討されていたことからすれば、Ｐｂフリーはんだめっきの問題を安価なＳｎめっきで対処できることのコスト的利点は大きい。

一般に、めっき皮膜中に共析した有機系光沢剤の量は、めっき膜中に於ける炭素量として捉えることができる。

そこで、本発明者等は、Ｓｎめっき皮膜中に共析する有機系光沢剤の量を変えたサンプルを作成し、皮膜中の炭素量分析を行い、同時にウィスカの発生状況を調査したところ、Ｓｎめっき皮膜中の炭素量を０．０５容量％以下にすれば、Ｓｎウィスカが全く発生しないか、若しくは、発生し難いＳｎめっき皮膜が得られることが判った。

また、Ｓｎめっき皮膜に於けるめっき結晶粒サイズとウィスカ発生状況とを調査したところ、めっき結晶粒サイズを３μｍφ以上にすることで、ウィスカが発生し難いＳｎめっき皮膜を得られることが判った。

更にまた、得られるＳｎめっき皮膜の表面に於ける凹凸が著しく、実用上で不都合が生じるのであれば、電解めっきを行う際に流す電流の極性を周期的に反転させることで解消できる。即ち、正の極性のとき、析出した金属Ｓｎは、負の極性のとき、電流密度が高くなる突端部で優先的に溶解する。従って、このように周期的に電流の極性を反転させながらめっきを行い、最終周期で負の電解を行い、凹凸部を溶解させて終了することに依り、実用的に満足できる表面平滑性をもつＳｎめっき皮膜を得ることができる。

（１）めっき
めっき液メーカＡ社、Ｂ社、Ｃ社のＳｎめっき液を用いて表１の条件でめっきを行った。

（２）評価
Ａ炭素量分析：燃焼赤外線吸収法を用い、各めっきサンプル（短冊状試験片）５本についてめっき皮膜中の炭素量を測定した。
Ｂ結晶粒サイズ：各めっきサンプルをＦＩＢ（ｆｏｃｕｓｅｄｉｏｎｂｅａｍ）で断面加工を行い、めっき層断面写真から平均結晶粒サイズを求めた。
Ｃウィスカ：各めっきサンプルをＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）で観察し、ウィスカの発生状況を評価した。
観察時期：めっき直後、１箇月後、３箇月後、１年後
放置条件：室温

（３）結果
表１の実施例１、２、３及び比較例１、２、３の評価結果を表２に示してある。

Ａ実施例１のサンプルは、めっき皮膜中の含有炭素量が０．０３６容量％で、平均結晶粒サイズが２．６５μｍである。このＳｎめっきサンプルは１年間放置後もウィスカの発生は認められなかった。
Ｂ実施例２のサンプルは、めっき皮膜中の含有炭素量が０．０５５容量％と実施例１よりも多く、また、平均結晶粒サイズが２．３８μｍと実施例１よりも小さい。このサンプルは、１年放置後に長さ２０〜３０μｍのノジュール（隆起物）状のものが発生したが、この程度であれば、短絡などの障害を発生するおそれはない。
Ｃ実施例３のサンプルは、実施例１と同様、含有炭素量が少なく、結晶粒も大きい為、１年後もウィスカ発生は認められない。

上記各実施例に於けるＳｎめっき皮膜の表面平滑性は良くなかったが、周期的極性反転めっきを適用してめっき皮膜を作製したところ、実用上、何ら問題がないめっき皮膜を得ることができた。そして、この場合のサンプルについても、上記各実施例と同等の評価結果を得ることができた。

表１及び表２に於ける比較例のサンプルは光沢Ｓｎめっき皮膜であることから、含有炭素量が多く、結晶粒のサイズも大きい。これ等のサンプルは、何れも１箇月経過した頃からウィスカが発生し、１年後には約１ｍｍにも達していた。

Claims

電子部品にめっきされたＳｎめっき皮膜に於いて、該Ｓｎめっき皮膜に含まれる炭素量が０．０５容量％以下であること
を特徴とする電子部品のＳｎめっき皮膜。
電子部品にめっきされたＳｎめっき皮膜に於いて、該Ｓｎめっき皮膜に於けるめっき結晶粒の大きさが平均径で２．５μｍ以上であること
を特徴とする電子部品のＳｎめっき皮膜。