JP2011256415A - 電子部品材 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した品質のＡｇ−Ｂｉ合金皮膜層を経済的に、しかも生産性よく、目標とする厚みに形成した電子部品材を提供する。
【解決手段】電子部品材１０は、素材１１の表面に、Ｂｉ１４の含有量が０．０１〜３ａｔ％であるＡｇ−Ｂｉ合金めっき層１２が設けられているので、安定した品質のＡｇ−Ｂｉ合金皮膜層を経済的に、しかも生産性よく、目標とする厚みに形成している。また、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層１２の平均厚みは、０．２〜１０μｍである。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、光反射材又は端子（コネクタも含む）等の接点部品材の使用に適した電子部品材に関する。

Ａｇ（銀）は、可視光の反射率が非常に高く、電気抵抗率が低い材料であるため、従来より、車両用灯具や照明器具用リフレクター等の光学ミラーに用いられ、また近年では、ＬＥＤや有機ＥＬの反射電極膜へも適用されている。この反射膜は、光源により、場合によっては８０〜２００℃程度の高温に曝されるため、熱によってＡｇ原子が拡散して凝集してしまい（耐熱性の劣化による）、反射率が低下するという問題があった。
そこで、例えば、特許文献１〜３には、素材の表面に、Ｂｉ（ビスマス）等を含有させたＡｇ合金膜を形成することで、耐熱性等を向上させた反射膜が記載されている。

特許第４１０５９５６号公報 特許第４００９５６４号公報 特開２００９−１０５０３３号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載の反射膜は、スパッタリングにより形成しており、製造コストがかかり、生産性も悪い。また、スパッタリングにより形成した反射膜は、そのＢｉ濃度が上昇するにつれて製品品質が低下しやすい傾向にあり、更には、その厚みを厚くするのにも限度があって（例えば、０．５μｍ程度であり、生産性を考慮すれば０．１５μｍ程度）利用用途の拡大が図れない恐れもある。
また、接点部品への適用に関しては、マイグレーションによる通電不良が生じるといった問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、安定した品質のＡｇ−Ｂｉ合金皮膜層を経済的に、しかも生産性よく、目標とする厚みに形成した電子部品材を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る電子部品材は、素材の表面に、Ｂｉ含有量が０．０１〜３ａｔ％であるＡｇ−Ｂｉ合金めっき層を設けている。

本発明に係る電子部品材において、前記Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層の平均厚みが０．２〜１０μｍであることが好ましい。

本発明に係る電子部品材において、前記Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層の下地めっき層として、１）厚さが０を超え１０μｍ以下のＡｇ、２）厚さが０を超え０．５μｍ以下のＣｕ又はＣｕ合金、３）厚さが０を超え５μｍ以下のＮｉ又はＮｉ合金、４）厚さが０を超え５μｍ以下のＺｎ又はＺｎ合金のいずれか１種又は２種以上からなるめっき皮膜を設けるのがよい。

本発明に係る電子部品材において、該電子部品材は光反射材であってもよい。
本発明に係る電子部品材において、該電子部品材は接点部品材であってもよい。

本発明に係る電子部品材は、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層中に、０．０１〜３ａｔ％のＢｉを含有しているので、熱によってＡｇ原子が拡散して凝集することを抑制（耐熱性を向上）できると共に、マイグレーションの問題も低減できる。また、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層は、めっきにより形成されるので、スパッタリングを用いた場合と比較して、低コストに生産性よく製造できる。そして、Ａｇ−Ｂｉ合金中のＢｉ濃度が上記した範囲内で上昇しても、その製品品質を良好な状態に維持でき、更には、目標とする厚みの反射膜もしくは接点材を形成できる。
従って、安定した品質のＡｇ−Ｂｉ合金めっき層を、素材の表面に、経済的に、しかも生産性よく、目標とする厚みに形成した電子部品材を提供できる。

ここで、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層の平均厚みを０．２〜１０μｍにする場合、電子部品材を、例えば、光反射材や接点部品材等に使用する場合においても、使用用途に応じた厚みのＡｇ−Ｂｉ合金めっき層を安定に形成できる。
また、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層の下地めっき層として、所定厚みのＡｇ、Ｃｕ又はＣｕ合金、Ｎｉ又はＮｉ合金、及びＺｎ又はＺｎ合金のいずれか１種又は２種以上からなるめっき皮膜を設けた場合、例えば、素材からの元素の拡散抑制や、素材とＡｇ−Ｂｉ合金めっき層の密着性の向上が図れる。
そして、電子部品材が光反射材又は接点部品材である場合、使用するために十分な耐熱性を備える必要があるため、本発明の効果がより顕著になる。

本発明の一実施の形態に係る電子部品材を加熱処理した際のＡｇ―Ｂｉ合金めっき層中のＢｉの拡散状況を示す説明図である。 加熱処理による正反射率特性の変化を示す説明図である。 Ａｇ−Ｂｉ合金めっき中のＢｉ濃度が加熱処理後又は硫化後の正反射率特性に及ぼす影響を示す説明図である。 Ａｇ−Ｂｉ合金めっき中のＢｉ濃度がワイヤボンディング特性に及ぼす影響を示す説明図である。 加熱処理によるワイヤボンディング特性の変化を示す説明図である。 加熱処理による接触抵抗の変化を示す説明図である。 Ａｇ−Ｂｉ合金めっき中のＢｉ濃度が硬度に及ぼす影響を示す説明図である。 Ａｇ−Ｂｉ合金めっき中のＢｉ濃度がはんだの濡れ時間に及ぼす影響を示す説明図である。 Ａｇ−Ｂｉ合金めっき中のＢｉ濃度がはんだの濡れ力に及ぼす影響を示す説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ加熱処理を行った後のＡｇ−Ｂｉ合金めっきのワイヤボンディング部の断面を表した金属組織の写真、（Ｂ）はＡｇめっきのワイヤボンディング部の断面を表した金属組織の写真である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る電子部品材１０は、Ｃｕ（銅）合金素材（素材の一例）１１の表面にＡｇ−Ｂｉ（銀／ビスマス）合金めっき層１２を設け、安定した品質のＡｇ−Ｂｉ合金めっき層１２を、経済的に、しかも生産性よく、目標とする厚みに形成したものである。以下、詳しく説明する。

電子部品材としては、例えば、反射材（光反射材）や接点部品材がある。
ここで、電子部品材を反射材に適用する場合は、例えば、ＬＥＤ、有機ＥＬディスプレイ、有機ＥＬ照明器具、自動車に搭載されるランプ類、液晶パネルのバックライト等に使用でき、また接点部品材に使用する場合は、端子（オス側端子やメス側端子）等に使用できる。
また、電子部品材の素材（母材）は、Ｃｕ合金素材としているが、電子部品材の使用用途に応じて種々変更でき、例えば、Ｃｕ系（Ｃｕ又はＣｕ合金）、Ｆｅ（鉄）系（Ｆｅ又はＦｅ合金（ステンレス等））、及びＡｌ（アルミニウム）系（Ａｌ又はＡｌ合金）のいずれか１種を使用できる。

図１に示すように、電子部品材１０を構成するＡｇ−Ｂｉ合金めっき層１２は、Ａｇ（銀）１３中にＢｉ（ビスマス）１４が固溶しているため、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層１２の硬度が、純Ａｇめっきの場合と比較して上昇する。そして、この電子部品材１０を加熱処理すると、その表層部にＢｉ１４の濃化層が形成されるため、Ａｇ１３の耐熱性を向上できると共に、マイグレーションの問題も低減できると考えられる。
そこで、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層１２中のＢｉ１４の含有率を、０．０１〜３ａｔ％（原子％）とした。

ここで、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層中のＢｉ含有率が０．０１ａｔ％未満の場合、Ｂｉ量が少な過ぎて、耐熱性の悪化等の問題を招く。一方、Ｂｉ含有率が３ａｔ％を超える場合、例えば、ＬＥＤ用途の場合であれば、組立工程でのはんだ付け不具合やワイヤボンディング不良を招く。
なお、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきは、Ｂｉを除けば全てＡｇであるが、不可避的不純物や光沢剤等の添加剤成分が含まれている場合もある。
従って、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層１２中のＢｉ１４の含有率を、０．０１〜３ａｔ％としたが、下限を０．０３ａｔ％、更には０．０５ａｔ％とし、上限を２ａｔ％、更には１．５ａｔ％とすることが好ましい。

上記したＡｇ−Ｂｉ合金めっき層１２の平均厚みは、使用目的に応じて種々変更できるが、０．２〜１０μｍとすることが好ましい。
ここで、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層の平均厚みが０．２μｍ未満の場合、厚みが薄くなり過ぎて、例えば、接点部品用端子等で必要な接触信頼性を劣化させる。一方、平均厚みが１０μｍを超える場合、生産性が悪く、コスト的に高くなるため、実用的ではない。
従って、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層１２の平均厚みを０．２〜１０μｍとしたが、下限を０．３μｍ、更には０．３８μｍとし、上限を８μｍ、更には７．５μｍとすることが好ましい。

なお、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層１２は、Ｃｕ合金素材１１の表面に直接設けているが、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層１２（最表層）を、下地材である下地めっき層（図示しない）を介してＣｕ合金素材１１の表面に設けてもよい。
例えば、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層１２の下地めっき層として、１）厚さが０を超え１０μｍ以下のＡｇ、２）厚さが０を超え０．５μｍ以下のＣｕ又はＣｕ合金、３）厚さが０を超え５μｍ以下のＮｉ（ニッケル）又はＮｉ合金、４）厚さが０を超え５μｍ以下のＺｎ（亜鉛）又はＺｎ合金のいずれか１種又は２種以上からなるめっき皮膜を設けることが好ましい。

具体的には、素材からの元素の拡散を抑制するため、最下層に、Ｎｉ又はＮｉ合金のめっきを０を超え５μｍ以下、その上地に中間層として、Ｃｕ又はＣｕ合金のめっきを０を超え０．５μｍ以下をそれぞれ施して、めっき皮膜を形成してもよい。また、上記したＣｕ又はＣｕ合金のめっき上に、更に０を超え１０μｍ以下のＡｇめっきを施して、めっき皮膜を形成することもできる。
特に、素材をＡｌ系で構成する場合は、素材上への密着性を向上させる皮膜として、（ａ）厚さが０を超え５μｍ以下のＺｎ又はＺｎ合金のめっきを施した後、又は（ｂ）厚さが０を超え５μｍ以下のＺｎ又はＺｎ合金のめっきと、厚さが０を超え５μｍ以下のＮｉ又はＮｉ合金のめっきとを順次施し、更にその上に厚さが０を超え０．５μｍ以下のＣｕ又はＣｕ合金のめっきを施した後、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきを施してもよい。また、Ｃｕ合金素材の場合と同様に、Ｃｕ又はＣｕ合金のめっき上に、０を超え１０μｍ以下のＡｇめっきを施した後、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきを施すこともできる。

ここで、下地めっき層を設ける場合の各めっき層の厚みは、Ｎｉ又はＮｉ合金めっきでは０を超え５μｍ以下としたが、５μｍを超えると、ＬＥＤ用途や端子用途で使用する場合の成型加工時の曲げ加工性を劣化させるので、好ましくは上限を４μｍ、更に好ましくは３μｍが望ましい。
また、Ｃｕ又はＣｕ合金めっきでは０を超え０．５μｍ以下としたが、０．５μｍを超えると生産性を劣化させる。
そして、Ｃｕ又はＣｕ合金めっき上にＡｇめっきを形成させる場合、Ａｇのめっき厚みを０を超え１０μｍ以下としたが、１０μｍを超えると生産性が悪く、コスト的に高くなるため、実用的ではない。
更に、密着性を向上させるための皮膜としてＺｎ又はＺｎ合金めっきを設ける場合、厚みを０を超え５μｍ以下としたが、５μｍを超えると生産性を劣化させる。このＺｎ皮膜は、無電解めっきもしくは電解めっきのいずれで施してもよい。

続いて、本発明の一実施の形態に係る電子部品材１０の製造方法について説明する。
まず、Ｃｕ合金素材１１を準備する。このＣｕ合金素材１１は、製品と略同一形状に加工されたものである。
そして、このＣｕ合金素材１１をめっき浴中に浸漬して、めっき処理する。
なお、めっき処理は、陽極にＰｔ（白金電極）を使用した。また、めっき浴組成は、Ｂｉ濃度を５．３〜１５５０ｍｇ／Ｌ（ミリグラム／リットル）の範囲内で調整した。そして、めっき浴の温度を２５℃程度、電流密度を３Ａ／ｄｍ^２として、めっき厚さ３μｍのＡｇ−Ｂｉめっき材を作製した。

これにより、図１に示すように、Ｃｕ合金素材１１の表面に、Ｂｉ含有率が０．０１〜３ａｔ％であるＡｇ−Ｂｉ合金めっき層１２を設けることができる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
まず、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきの反射率特性（輝度）について検討した結果を、図２、図３を参照しながら説明する。これは、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきが、光反射材の使用に適しているか否かを検討したものである。
ここで、図２は、ＡｇめっきとＡｇ−Ｂｉ合金めっきをそれぞれ加熱処理し、正反射率特性の変化を調査した結果であり、図３は、Ｂｉ濃度を変化させたＡｇ−Ｂｉ合金めっきを加熱処理、もしくは硫化処理し、正反射率特性に及ぼす影響を調査した結果である。

この図２、図３に示す正反射率は、ＪＩＳ Ｒ ３１０６に示される方法で、Ｄ６５光源を用い、波長４５０ｎｍ付近の光によって測定した。
ここで、加熱処理は、大気中にて、１５０℃で６時間加熱した後、更に２６０℃で５分間加熱することにより行った。また、硫化処理は、５％硫化アンモニウム溶液及び試験片をデシケータ内に封入し、硫化アンモニウム溶液から発する硫化ガスに、試験片を１時間曝露することにより行った。

図２から、純Ａｇめっきの場合、加熱処理を行うことで、正反射率の大幅な低下が確認された。これは、熱によってＡｇ原子が拡散凝集したことにより、表面が粗くなって反射率が低下したことによる。なお、結晶粒の表面状況は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により確認した。
一方、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき（Ｂｉ含有率：０．０１ａｔ％）の場合、加熱処理を行っても、正反射率はほとんど低下しなかった。

また、図３から、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきは、Ｂｉの含有率を変化させた場合についても、加熱処理に伴う正反射率の低下はほとんどないことが分かった。
なお、硫化処理を行った場合は、正反射率の大幅な低下が認められたが、Ａｇめっきの場合よりも低下幅は小さかった（Ａｇめっきでは、正反射率１０％未満）。

次に、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきのワイヤボンディング性について検討した結果を、図４、図５を参照しながら説明する。これは、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきが、ＬＥＤ等で使用するような光反射材の使用に適しているか否かを検討したものである。
ここで、図４は、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき中のＢｉ濃度がプル強度に及ぼす影響を調査した結果であり、図５は、ＡｇめっきとＡｇ−Ｂｉ合金めっきをそれぞれ加熱処理し、プル強度に及ぼす影響を調査した結果である。なお、図４、図５中のプル強度とは、φ３０μｍのＡｕ（金）ワイヤを、当該めっきにワイヤボンディングを行った部位の接続部の引き剥がし（引張）強度であり、図５では、Ａｕのワイヤを当該めっきにボンディングして加熱処理を施す前後で、接続部の引き剥がし強度を測定した場合の比較である。
従って、プル強度が高いほど、ワイヤボンディング性が良好であることを意味する。

図４に示すように、プル強度の大幅な低下は認められなかった。この図４には、純Ａｇめっきのプル強度の範囲（斜線領域）も合わせて図示しているが、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきのプル強度は、大体この範囲内に収まっていた。なお、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき中のＢｉ濃度が３ａｔ％までは、同様なプル強度を維持しており、純Ａｇめっきのプル強度の範囲内であった。
また、図５から、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきは、加熱処理（１５０℃で５００時間）に伴うプル強度の低下がほとんどないことが分かった。これは、Ｂｉの含有率を０．３ａｔ％まで変化させた場合についても同様であった。なお、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき中のＢｉ濃度が３ａｔ％までは、同様の傾向を示していた。

続いて、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきの接触信頼性について検討した結果を、図６を参照しながら説明する。これは、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきが、接点材料である端子の使用に適しているか否かを検討したものである。
ここで、図６は、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき、Ａｇめっき、及びＡｇ／Ｎｉめっき（Ｎｉ下地のＡｇめっき）のそれぞれについて、加熱処理前と加熱処理後（１８０℃×１００時間）で、荷重を４．９Ｎ（５００ｇｆ）にして摺動させ、接触抵抗を測定した結果である。

図６から、加熱処理前の場合、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきは、Ｂｉ含有率を０．３ａｔ％まで変動させても、Ａｇめっきと同程度の接触抵抗であることが分かった。また、加熱処理後も、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきは、接触抵抗がほとんど上昇しなかった。
つまり、Ｂｉを含有したことによる接触抵抗への影響は小さいことを確認できた（Ａｇ自体は大気中では酸化し難い）。なお、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき中のＢｉ濃度が３ａｔ％までは、同様の傾向を示していた。

次に、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきの硬さについて検討した結果を、図７を参照しながら説明する。これは、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきが、端子の使用に適しているか否かを検討したものである。
ここで、図７は、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき中のＢｉ濃度が硬さに及ぼす影響を調査した結果である。なお、硬さはヌープ硬度Ｈｋにより評価した。
図７から、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきは、Ａｇめっき（ヌープ硬度Ｈｋ８０程度）と比較して硬く、特にＢｉ含有率が０．１ａｔ％以上で一般的なヌープ硬度Ｈｋ１８０以上を達成できることが分かった。なお、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき中のＢｉ濃度が３ａｔ％までは、同様の傾向を示していた。

続いて、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきのはんだ濡れ性について検討した結果を、図８、図９を参照しながら説明する。これは、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきが、ＬＥＤ等の光反射材や端子の使用に適しているか否かを検討したものである。
ここで、図８と図９は、それぞれＡｇ−Ｂｉ合金めっき中のＢｉ濃度がはんだの濡れ時間と濡れ力に及ぼす影響を示す説明図である。この試験は、メニスコグラフ試験法（はんだ付け性試験）にて行った。なお、試験条件は、はんだの種類：Ｓｎ−３ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕ、浴温：２４５℃、浸漬時間：１０秒、浸漬速度：２５ｍｍ／秒、浸漬深さ：１２ｍｍとした。試験片形状は、幅１０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ０．１１ｍｍとした。

はんだの濡れ時間は、図８から、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき中のＢｉ濃度に依存せず、Ａｇめっき（Ｂｉ：０ａｔ％）と同等であることが分かった。なお、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき中のＢｉ濃度が３ａｔ％までは、同様の傾向を示していた。通常は、濡れ時間が２秒以内であることが必要である。
また、はんだの濡れ力についても、図９から、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき中のＢｉ濃度に依存せず、ほぼ同等であることが分かった。
更に、はんだの濡れ性を目視で確認したところ、Ａｇ−Ｂｉ合金めっき中のＢｉ濃度に依存せず、ほぼ同等であることが分かった。

次に、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきの耐熱性について検討した結果を、図１０（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。これは、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきが、光反射材と端子の使用に適しているか否かを検討したものである。
ここで、図１０（Ａ）はＡｇ−Ｂｉ合金めっき（Ｂｉ含有率：０．１ａｔ％）上にＡｕのワイヤを付けた部分の部分拡大断面図であり、（Ｂ）はＡｇめっき上にＡｕのワイヤを付けた部分の部分拡大断面図である。なお、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきとＡｇめっきのいずれも、Ａｕのワイヤを付けた後、１５０℃×５００時間の加熱処理を行っている。

図１０（Ｂ）から明らかなように、加熱処理を行うことで、熱によってＡｇ原子が拡散して、Ａｇめっき層中にボイド状のもの（空洞部分）が発生していることが分かる。一方、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきを行った場合は、図１０（Ａ）に示すように、加熱処理を行っても、Ａｇ原子の拡散を抑制できている。
つまり、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきの耐熱性は、Ａｇめっきよりも優れている。
以上のことから、Ａｇ−Ｂｉ合金めっきは、光反射材と端子（接点部品材）の使用に適している。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の電子部品材を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。

１０：電子部品材、１１：Ｃｕ合金素材（母材）、１２：Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層、１３：Ａｇ、１４：Ｂｉ

Claims (5)

1. 素材の表面に、Ｂｉ含有量が０．０１〜３ａｔ％であるＡｇ−Ｂｉ合金めっき層を設けたことを特徴とする電子部品材。
2. 請求項１記載の電子部品材において、前記Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層の平均厚みが０．２〜１０μｍであることを特徴とする電子部品材。
3. 請求項１又は２記載の電子部品材において、前記Ａｇ−Ｂｉ合金めっき層の下地めっき層として、１）厚さが０を超え１０μｍ以下のＡｇ、２）厚さが０を超え０．５μｍ以下のＣｕ又はＣｕ合金、３）厚さが０を超え５μｍ以下のＮｉ又はＮｉ合金、４）厚さが０を超え５μｍ以下のＺｎ又はＺｎ合金のいずれか１種又は２種以上からなるめっき皮膜を設けたことを特徴とする電子部品材。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子部品材において、光反射材であることを特徴とする電子部品材。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子部品材において、接点部品材であることを特徴とする電子部品材。