JP2006213996A - Sn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、基材上にSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成する方法であって、この方法は、該基材をめっき浴に浸漬し、Sn−Ag−Cu三元合金薄膜を該基材上の全面または部分に電気めっきにより形成するものであり、このめっき浴は、少なくともSn化合物と、Ag化合物と、Cu化合物と、無機系キレート剤と、有機系キレート剤とを含み、該無機系キレート剤は、該Ag化合物1質量部に対して1質量部以上300質量部以下の比率で配合され、該有機系キレート剤は、該Cu化合物1質量部に対して1質量部以上200質量部以下の比率で配合されることを特徴とするものである。
【選択図】 なし
Description
MFX (X-Y)-・・・(I)
上記化学式(I)中、Mは任意の金属を示し、Xは任意の自然数を示し、YはMの酸化数を示す。
R−(CH2CH2O)n−A・・・(II)
上記化学式(II)中、Rは炭素数8〜30のアルキル基を示し、AはCH2COONaまたはCH2SO4Naを示し、nは自然数を示す。
本発明は、基材上にSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成する方法であって、この方法は、該基材をめっき浴に浸漬し、Sn−Ag−Cu三元合金薄膜を該基材上の全面または部分に電気めっきにより形成するものである。以下、具体的な形成方法の説明をするに際して、まずSn−Ag−Cu三元合金薄膜について説明する。
本発明のSn−Ag−Cu三元合金薄膜は、極微量の不可避不純物の混入を除き、Sn、AgおよびCuの3種の金属のみにより構成されるものである。特に好ましくは、Snが70〜99.8質量%、Agが0.1〜15質量%、Cuが0.1〜15質量%の比率で構成され、その融点が200〜240℃であり、Sn単独で形成される薄膜に比し微小な粒状の結晶状態で形成されたものとすることが好適である。このような構成のSn−Ag−Cu三元合金薄膜は、ウィスカを発生することがなく、かつ良好な低融点を示すものであり、また鉛を含有しないことから微摺動摩耗等の不都合を伴うこともなく、かつ厚みが薄く均一なものであるが、このような優れた特性は本発明の形成方法によって初めてもたらされるものである。
上記のような優れた特性を有するSn−Ag−Cu三元合金薄膜は、以下のような構成を有するめっき浴(媒体として水を含む)に基材(被めっき材)を浸漬して電気めっきすることにより形成することができる。
MFX (X-Y)-・・・(I)
上記化学式(I)中、Mは任意の金属を示し、Xは任意の自然数を示し、YはMの酸化数を示す。
R−(CH2CH2O)n−A・・・(II)
上記化学式(II)中、Rは炭素数8〜30のアルキル基を示し、AはCH2COONaまたはCH2SO4Naを示し、nは自然数を示す。
上記めっき浴において、陽極としてはSn、Sn合金または不溶性極板を用いることが好ましく、中でも不溶性極板を用いることが特に好ましい。不溶性極板を用いることにより、上述の無機系キレート剤および有機系キレート剤の併用と相俟って、めっき浴からのAgおよびCuの分離析出、特に陽極への置換現象を極めて有効に防止することができるからである。したがって、めっき浴中におけるAg化合物およびCu化合物を高濃度で含有することが可能となり、Sn−Ag−Cu三元合金薄膜におけるAgおよびCuの含有比率を高めることができ、以ってウィスカの発生防止と良好なはんだ付性(低融点)とを極めて有効に両立させることができる。
本発明の基材は、被めっき材となるものであるが、その種類は特に限定されない。電気めっきにより、その全面または部分に上記のSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成することができるものであれば、いかなるものも用いることができる。このような基材としては、好ましくは導電性基体を挙げることができる。
本発明のSn−Ag−Cu三元合金薄膜の形成方法は、上記基材をめっき浴に浸漬し、Sn−Ag−Cu三元合金薄膜を該基材上の全面または部分に電気めっきにより形成するものである。なお、本発明の形成方法は、この電気めっき工程以外にも、前処理工程や下地層形成工程等を含むことができる。以下、より具体的に説明する。
まず、本発明のSn−Ag−Cu三元合金薄膜の形成方法においては、上記基材の全面または部分に、電気めっきすることにより上記Sn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成する工程に先立ち、該基材を前処理する前処理工程を含むことができる。
本発明のSn−Ag−Cu三元合金薄膜の形成方法においては、上記の前処理工程に続いて下地層形成工程を実施することができる。このような下地層形成工程は、基材がたとえばSUSや鉄である場合のようにSn−Ag−Cu三元合金薄膜と密着しにくい素材の場合に有効となる。本発明においては、このように下地層が形成されている場合であっても、基材上の全面または部分にSn−Ag−Cu三元合金薄膜が形成されているという表現をとるものとし、この点該下地層が金属で構成されている限り該下地層は基材自体と解することもできる。
基材の全面または部分に対して、直接または上記のような前処理工程および/または下地層形成工程を経た後、電気めっきすることによりSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成することができる。
本発明の物品は、基材上に、上記の方法によりSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成したものとすることができ、該物品は、コネクタ、リレー、スライドスイッチ、抵抗、コンデンサ、コイルまたは基板のいずれかとすることができる。
まず、基材として導電性基体である厚さ0.3mm、幅30mmに圧延加工したテープ状の形状のリン青銅を、コネクタの形状にプレス加工し、多数のコネクタ端子が連なった形状としたものを長さ100mにカットした後、リールに巻き取った。そして、このリールを連続めっき装置の送出しシャフトにセットした。
実施例1で用いたSn−Ag−Cu三元合金薄膜形成用のめっき浴に代えて、以下の表1に記載した配合のめっき浴を用いることを除き、他は全て実施例1と同様にして基材上にSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成した本発明の物品(実施例2〜10)を得た。なお、表1において無機系キレート剤として挙げられているメタリン酸アルミニウム、メタリン酸マンガン、メタリン酸マグネシウムは、各々AlO9P3、MnO9P3、Mg3O8P2で表される化合物を示す。また、添加剤としては、それぞれさらに有機酸(解離して各実施例のSn化合物、Ag化合物、Cu化合物に含まれる陰イオンと同一の陰イオンを放出するもの)100g/lを含むが、表1ではその記載を省略している。
実施例1で用いたSn−Ag−Cu三元合金薄膜形成用のめっき浴において、無機系キレート剤のAg化合物1質量部に対する比率を1質量部、50質量部、100質量部、300質量部にそれぞれ変更することを除き、他は全て実施例1と同様にして基材上にSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成した。
実施例1で用いたSn−Ag−Cu三元合金薄膜形成用のめっき浴において、有機系キレート剤のCu化合物1質量部に対する比率を1質量部、50質量部、100質量部、200質量部にそれぞれ変更することを除き、他は全て実施例1と同様にして基材上にSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成した。
実施例1で用いたSn−Ag−Cu三元合金薄膜形成用のめっき浴に代えて、Cu化合物と有機系キレート剤とを含まないめっき浴(Sn化合物(メタンスルホン酸Sn塩)250g/l、Ag化合物(メタンスルホン酸Ag塩)25g/l、無機系キレート剤(トリリン酸ナトリウム(トリポリリン酸ナトリウム、Na5O10P3))250g/l(上記Ag化合物1質量部に対して10質量部)、添加剤(ポリエチレングリコール30cc/l、メタンスルホン酸100g/l))を用いることを除き、他は全て実施例1と同様にして基材上にSn−Ag二元合金薄膜を形成した物品を得た。
実施例1で用いたSn−Ag−Cu三元合金薄膜形成用のめっき浴に代えて、Ag化合物と無機系キレート剤とを含まないめっき浴(Sn化合物(メタンスルホン酸Sn塩)250g/l、Cu化合物(メタンスルホン酸Cu塩)8g/l、有機系キレート剤(エチレンジアミン四酢酸)80g/l(上記Cu化合物1質量部に対して10質量部)、添加剤(ポリエチレングリコール30cc/l、メタンスルホン酸100g/l))を用いることを除き、他は全て実施例1と同様にして基材上にSn−Cu二元合金薄膜を形成した物品を得た。
実施例2で用いたSn−Ag−Cu三元合金薄膜形成用のめっき浴に代えて、Cu化合物と有機系キレート剤とを含まないめっき浴(Sn化合物(p−トルエンスルホン酸Sn塩)250g/l、Ag化合物(p−トルエンスルホン酸Ag塩)24g/l、無機系キレート剤(トリリン酸ナトリウム)240g/l(上記Ag化合物1質量部に対して10質量部)、添加剤(ポリエチレングリコール30cc/l、p−トルエンスルホン酸100g/l))を用いることを除き、他は全て実施例1と同様にして基材上にSn−Ag二元合金薄膜を形成した物品を得た。
実施例2で用いたSn−Ag−Cu三元合金薄膜形成用のめっき浴に代えて、Ag化合物と無機系キレート剤とを含まないめっき浴(Sn化合物(p−トルエンスルホン酸Sn塩)250g/l、Cu化合物(p−トルエンスルホン酸Cu塩)9g/l、有機系キレート剤(エチレンジアミン四酢酸)90g/l(上記Cu化合物1質量部に対して10質量部)、添加剤(ポリエチレングリコール30cc/l、p−トルエンスルホン酸100g/l))を用いることを除き、他は全て実施例1と同様にして基材上にSn−Cu二元合金薄膜を形成した物品を得た。
実施例1で用いたのと同じ基材に対して、実施例1で形成したSn−Ag−Cu三元合金薄膜と同じ組成を有するSn−Ag−Cu三元合金のインゴットを溶融はんだし、基材上にSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成した。
実施例1で用いたSn−Ag−Cu三元合金薄膜形成用のめっき浴において、無機系キレート剤を含まないことを除き、他は全て実施例1と同様にして基材上にSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成した。
実施例1で用いたSn−Ag−Cu三元合金薄膜形成用のめっき浴において、無機系キレート剤のAg化合物1質量部に対する比率を0.5質量部に変更することを除き、他は全て実施例1と同様にして基材上にSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成した。
実施例1で用いたSn−Ag−Cu三元合金薄膜形成用のめっき浴において、無機系キレート剤のAg化合物1質量部に対する比率を400質量部に変更することを除き、他は全て実施例1と同様にして基材上にSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成した。
実施例1で用いたSn−Ag−Cu三元合金薄膜形成用のめっき浴において、有機系キレート剤を含まないことを除き、他は全て実施例1と同様にして基材上にSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成した。
実施例1で用いたSn−Ag−Cu三元合金薄膜形成用のめっき浴において、有機系キレート剤のCu化合物1質量部に対する比率を0.5質量部に変更することを除き、他は全て実施例1と同様にして基材上にSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成した。
実施例1で用いたSn−Ag−Cu三元合金薄膜形成用のめっき浴において、有機系キレート剤のCu化合物1質量部に対する比率を300質量部に変更することを除き、他は全て実施例1と同様にして基材上にSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成した。
まず、基材として導電性基体である厚さ0.3mm、幅30mmに圧延加工したテープ状の形状の銅を、コネクタの形状にプレス加工し、多数のコネクタ端子が連なった形状としたものを長さ100mにカットした後、リールに巻き取った。そして、このリールを連続めっき装置の送出しシャフトにセットした。
Claims (12)
- 基材上にSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成する方法であって、
前記方法は、前記基材をめっき浴に浸漬し、前記Sn−Ag−Cu三元合金薄膜を前記基材上の全面または部分に電気めっきにより形成するものであり、
前記めっき浴は、少なくともSn化合物と、Ag化合物と、Cu化合物と、無機系キレート剤と、有機系キレート剤とを含み、
前記無機系キレート剤は、前記Ag化合物1質量部に対して1質量部以上300質量部以下の比率で配合され、
前記有機系キレート剤は、前記Cu化合物1質量部に対して1質量部以上200質量部以下の比率で配合されることを特徴とするSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成する方法。 - 前記Sn化合物、Ag化合物およびCu化合物は、それぞれ共通の陰イオンを対イオンとして含有する可溶性塩であることを特徴とする請求項1記載のSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成する方法。
- 前記無機系キレート剤は、ポリリン酸キレート剤または以下の化学式(I)で表される金属フルオロ錯体系キレート剤のいずれかである請求項1または2記載のSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成する方法。
MFX (X-Y)-・・・(I)
(上記式中、Mは任意の金属を示し、Xは任意の自然数を示し、YはMの酸化数を示す。) - 前記ポリリン酸キレート剤は、ポリリン酸と、Na、K、Mg、AlまたはMnのいずれか1以上の金属との塩である請求項3記載のSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成する方法。
- 前記金属フルオロ錯体系キレート剤は、TiF6 2-またはSiF6 2-のいずれかである請求項3記載のSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成する方法。
- 前記有機系キレート剤は、3以上のカルボキシル基と1以上の窒素原子とを少なくとも含む分子量190以上の化合物、ジピバロイルメタン、フタロシアニン類、または以下の化学式(II)で表される化合物のいずれかである請求項1〜5のいずれかに記載のSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成する方法。
R−(CH2CH2O)n−A・・・(II)
(上記式中、Rは炭素数8〜30のアルキル基を示し、AはCH2COONaまたはCH2SO4Naを示し、nは自然数を示す。) - 前記Sn−Ag−Cu三元合金薄膜は、Snが70〜99.8質量%、Agが0.1〜15質量%、Cuが0.1〜15質量%の比率で構成され、その融点が200〜240℃であり、Sn単独で形成される薄膜に比し微小な粒状の結晶状態で形成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成する方法。
- 前記基材は、導電性基体であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成する方法。
- 前記基材は、導電性基体上の全面または部分にSn層を形成したものであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成する方法。
- 前記めっき浴において、陽極として不溶性極板を用いることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成する方法。
- 基材上に、請求項1〜10のいずれかに記載の方法によりSn−Ag−Cu三元合金薄膜を形成したことを特徴とする物品。
- 前記物品は、コネクタ、リレー、スライドスイッチ、抵抗、コンデンサ、コイルまたは基板のいずれかである請求項11記載の物品。
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