JP2007154260A - 鉛フリーめっき皮膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 リードフレームに対する密着性を向上させた鉛フリーのＳｎ−Ｂｉめっき皮膜を得る方法を提供する。
【解決手段】 電流値を可変できるアノードとカソードを有するめっき槽を備えためっき装置を使用して、初期には低い電流密度でめっき皮膜を形成し、段階的に電流密度を高めてめっき皮膜を形成する。たとえば電流密度を３段階に変化させ、はじめに５〜８Ａ／ｄｍ^２ の電流密度でめっき皮膜を形成し、続けて１０〜１５Ａ／ｄｍ^２ の電流密度でめっき皮膜を形成し、さらに続けて１５Ａ／ｄｍ^２ を越え２０Ａ／ｄｍ^２ 以下の電流密度でめっき皮膜を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、めっき皮膜の形成方法に関し、より詳細には鉛フリーめっき皮膜のリードフレームに対する密着性を向上させるめっき皮膜の形成方法に関する。

リードフレーム上に固定されたＩＣ等のチップは、ワイヤボンディングによって結線された後、モールド樹脂によって封止される。この素子をプリント基板等と接続するためには、モールド樹脂の外側に露出したアウターリードにめっきを施す必要がある。このめっきには従来Ｐｂを５〜２０重量％含有するＳｎ−Ｐｂ合金めっきが用いられてきた。このめっきに対しては、密着性、はんだ濡れ性、耐ウィスカ性、折り曲げ性、耐熱性等の特性が要求されるが、Ｓｎ−Ｐｂ合金めっきはこれらの特性を全て満足していたことから広く利用されてきた。

しかし、近年、鉛の環境への影響が指摘されてから、環境対策として鉛を含有しないめっき、すなわち鉛フリーめっきへの切り替えが急速に進んでいる。アウターリードへのめっきとしては、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎが主流である。しかしながら、これらのめっき皮膜の特性はＳｎ−Ｐｂに比べて劣る部分が多いため、Ｓｎ−Ｐｂと同等の特性を得るための対策が要求されている。
特に問題となる点は、ＮｉとＦｅの合金からなるリードフレームのアウターリード上に形成されたＳｎ−Ｂｉめっき皮膜における密着強度の低下である。密着性が低いとアウターリードからめっき皮膜が剥がれたり、実装後の接合強度が得られないといった不具合が発生する。これは素子の実装という点からは致命的な欠陥である。
実装後の基板との接合強度向上という観点からの対策としては、アウターリード上にＳｎ皮膜を形成した後、Ｓｎ−Ｂｉめっき皮膜を形成することで接合強度を得る方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、Ｓｎ−Ａｇめっきに対する検討ではあるが、アウターリード上にＮｉ皮膜を形成した後、Ｓｎ−Ａｇめっき皮膜を形成することにより接合強度を向上する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
これらは、アウターリード上にＳｎやＮｉの中間層を設けた後、要求されるめっき皮膜を形成する方法が取られており、２種類のめっき液を個別に管理する必要があり工程が煩雑になる。
また、本発明のような電流密度を段階的に変える手法としては、めっき初期は高電流密度に設定し、それから低電流密度に移行させる手法が提案されていおり（例えば、特許文献３、特許文献４参照。）、これらはいずれも濡れ性向上が主な目的であって、密着性の向上については何ら触れられていない。
特開２０００−０５４１８９ 特開平１１−３５０１８９ 特開２００３−０８２５００ 特開２０００−１７４１９１

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、リードフレーム、特にＮｉとＦｅの合金からなるリードフレームに対する密着性を向上させた鉛フリーのＳｎ−Ｂｉめっき皮膜を得るための、生産性が高く工程の増設による煩雑さを増すこともないめっき皮膜の形成方法を提供することを目的とする。

本発明は、めっき対象物がＮｉとＦｅの合金からなるリードフレームのアウターリードであり、その表面に１〜４重量％のＢｉを含むＳｎ−Ｂｉ合金からなるめっき皮膜を形成するのに際し、電流値を可変できるアノードとカソードを備えるめっき液槽を備えためっき装置を使用して、初期には低い電流密度でめっき皮膜を形成し、段階的に電流密度を高めてめっき皮膜を形成する方法を採用した。
本発明においては、電流密度を３段階にわたって変化させることができる。たとえば、はじめに所定時間、５〜８Ａ／ｄｍ^２ の電流密度でめっき対象物にめっき皮膜を形成し、続けて所定時間、前記めっき対象物に形成されためっき皮膜の上に続けて１０〜１５Ａ／ｄｍ^２ の電流密度でめっき皮膜を形成し、さらに所定時間前記めっき対象物に形成されためっき皮膜の上に続けて１５Ａ／ｄｍ^２ を越え２０Ａ／ｄｍ^２ 以下の電流密度でめっき皮膜を形成する。

本発明においては、前記リードフレームのＮｉ合金がＮｉ−Ｆｅ合金であり、めっき皮膜を形成するＳｎ−Ｂｉ合金が１〜４重量％のＢｉを含む合金であることが好ましい。

本発明においては１つのめっき液槽を使用して可変抵抗器を使用してめっき電流密度を３段階に変化させてめっき皮膜を形成しても良いし、めっき液槽を３分割し、それぞれのめっき液槽の電流密度を３段階に変化させて各めっき液槽で所定時間めっき皮膜を形成させることもできる。
いずれの方法においても、工程の増設による煩雑さはなくて生産性が高く、しかも密着性の高いめっき皮膜を得ることが可能である。

本発明によれば、鉛フリーめっき、特にＮｉとＦｅの合金からなるリードフレームのアウターリード上に形成したＳｎ−Ｂｉめっき皮膜において、生産性を落とすことなく、また工程の増設による煩雑さを増すこともなく、その密着性を簡便に改善することが可能となる。特にめっき初期の電流密度を低くすることにより、めっき対象物表面とめっき皮膜界面との接合性が改善され、密着性が向上する。
同一のめっき液条件において、めっきの電流密度をめっきの開始から終了まで一定にした場合と、同一めっき時間でめっき初期の電流密度を下げた場合では、めっき対象物とめっき皮膜との界面付近のＢｉの析出状態が異なっていた。前者ではＢｉの析出がほとんどなく、後者ではＢｉの析出が１〜４重量％の正常な値であり、めっき初期から均一な析出組成の皮膜を得ることが可能となる。

本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図１は本発明のめっき方法に使用される代表的なめっき装置の断面図である。このめっき装置は、めっき液槽１にめっき液２を入れ、めっき液中にアノード３ａと３ｂを浸し、これらの間にめっき対象物であるリードフレーム４を設置する。リードフレーム４はモールド樹脂の周囲にアウターリードがあり、ここにめっき皮膜を形成する。アノード３とリードフレーム４は整流器５により発生させた直流電源に結線されており、電流値は電流計６によって計測され、可変抵抗器７によって設定値が調節される。
めっき装置自体は従来のめっき装置と変わる点はない。アノードにはＳｎ金属を使用するが、不溶解性アノードを使用してもよい。電流値の設定値は、希望する電流密度の値と、リードフレームのサイズ、すなわちめっき皮膜が形成される表面積を掛けることで求められる。算出された電流値の設定は可変抵抗器によって行う。めっき装置の構造は、図１のうようにめっき液槽１槽でめっき対象物を固定し、電流値を段階的に変化させてもいいし、めっき液槽を３槽に分割し、めっき対象物を順次１槽目から３槽目へと移動させながら、１槽目で第１の電流密度、２槽目で第２の電流密度、３槽目で第３の電流密度をかけるようにしてもよい。

めっき液も従来の市販薬品でよい。一般的にはアルカンスルホン酸系のめっき液が多い。例えばシュレッター製のＳＢ−２００浴であれば、酸濃度：３００±５０ｇ／Ｌ（リットル）、Ｓｎ濃度：８５±５ｇ／Ｌ、Ｂｉ濃度：４．０±１．０ｇ／Ｌ、ＳＢ−２０２ｖ濃度：１２０±３０ｍｌ／Ｌ、ＳＢ−２０３濃度：１５±５ｍｌ／Ｌのような液組成でよい。また、めっき時の条件設定は、浴温度：４０±５℃、循環流量：リードフレーム１枚あたり５〜１５リットルのような設定でよい。
本発明の特徴は、めっき皮膜形成の初期段階において電流密度を低くすることで、アウターリード表面とめっき皮膜との界面における接合状態が改善され、密着性が向上するものである。
［実施例、比較例］

図１に示しためっき装置を使用し、めっき液槽中に酸濃度：３００ｇ／Ｌ、Ｓｎ濃度：８５ｇ／Ｌ、Ｂｉ濃度：４．０ｇ／Ｌ、ＳＢ−２０２ｖ濃度：１２０ｍｌ／Ｌ、ＳＢ−２０３濃度：１５ｍｌ／Ｌのシュレッター製のＳＢ−２００めっき液を充填し、浴温度：４０±１℃、循環流量：１０リットルに設定したうえで、電流密度を表１に示すように３段階に変化させてめっき皮膜を形成した。得られためっき皮膜の密着性を評価した。結果を表１に示す。

比較例１の従来条件の試験は、電流密度を第１〜３段階にわたって１２Ａ／ｄｍ^２ に一定としている。このときのめっき膜厚１０μｍを得るためのめっき時間は９０ｓｅｃである。本発明例では生産性を考慮してめっき時間を延長しないようにするため、第１段階の電流密度を上げ下げした分を、第３段階の電流密度で吸収するように設定した。
即ち、例えば、第１段階の電流密度を８Ａ／ｄｍ^２ にした場合は、従来条件から４Ａ／ｄｍ^２ 下げているので、第３電段階の流密度を４Ａ／ｄｍ^２ 上げて１６Ａ／ｄｍ^２ と設定した（端的に言えば、各段階の電流密度の合計を３６Ａ／ｄｍ^２と設定した。）
密着性の評価は、めっき表面からアウターリード表面に到達するまでカッターの刃を強く当て、刃の向きを進行方向と直角にしながらめっき皮膜をケガいていくことにより、カッターの刃が通った跡よりも外側でめっき皮膜が引きずられてアウターリードの表面が露出していた箇所の発生数を計測した。従ってこの数値が大きいほど密着性は低いということになる。ケガキの長さはリードフレーム１枚当たり６０ｃｍでこれを５回繰り返したときの平均値をとった。この結果から、第１段階の電流密度が５〜８Ａ／ｄｍ^２ の場合のみ、密着性が極めて良好であることがわかる。

比較例１と実施例３のアウターリード表面とめっき皮膜の界面の断面のＳＥＭ観察およびＥＰＭＡ分析を行った。この結果、比較例１では界面に微小な空隙が認められたが、実施例３ではなかった。また、めっき初期のＳｎとＢｉの析出状態に違いが見られ、比較例１では界面付近（界面から０．１５μｍまで）のＢｉの析出がほとんどないが、実施例３ではＢｉの析出が１〜４重量％の範囲内の正常な析出であった。このことから、めっき初期の析出状態が密着性と大きく関係していることがわかる。

本発明のめっき方法に使用する代表的なめっき装置の断面図である。

符号の説明

１ めっき液槽
２ めっき液
３ａ、３ｂ アノード
４ リードフレーム
５ 整流器
６ 電流計
７ 可変抵抗器

Claims (6)

1. Ｎｉ合金からなるリードフレームの表面にＳｎ−Ｂｉ合金からなるめっき皮膜を形成するのに際し、初期に低い電流密度でめっき皮膜の形成を開始し、段階的に電流密度を高めてめっき皮膜を形成することを特徴とするめっき皮膜の形成方法。
2. 前記電流密度を３段階にわたって変化させることを特徴とする請求項１に記載のめっき皮膜の形成方法。
3. 第１段階の電流密度を５〜８Ａ／ｄｍ^２ 、第２段階の電流密度を１０〜１５Ａ／ｄｍ^２ 、第３段階の電流密度を１５Ａ／ｄｍ^２ を越え２０Ａ／ｄｍ^２ 以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載のめっき皮膜の形成方法。
4. 前記リードフレームのＮｉ合金が、Ｎｉ−Ｆｅ合金であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のめっき皮膜の形成方法。
5. 前記めっき皮膜を形成するＳｎ−Ｂｉ合金が、１〜４重量％のＢｉを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のめっき皮膜の形成方法。
6. めっき液槽を３分割し、それぞれのめっき液槽の電流密度を３段階に変化させて各めっき液槽で所定時間めっき皮膜を形成させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のめっき皮膜の形成方法。
   
   

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