JP2018053369A - 金属体および金属体の製造方法 - Google Patents
金属体および金属体の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018053369A JP2018053369A JP2017215802A JP2017215802A JP2018053369A JP 2018053369 A JP2018053369 A JP 2018053369A JP 2017215802 A JP2017215802 A JP 2017215802A JP 2017215802 A JP2017215802 A JP 2017215802A JP 2018053369 A JP2018053369 A JP 2018053369A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal plating
- metal
- metal body
- plating layer
- base material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)
Abstract
【課題】金属めっき層のウィスカの成長を抑制した金属体、及びウィスカの成長を抑制する金属体の製造方法を提供する。
【解決手段】金属体は、母材と、母材を被覆する金属めっき層とを備え、金属めっき層は、Sn95質量%以上含有するSn系合金又はSn単体からなり、金属めっき層の表面の平均結晶粒径が、1.2μm以上1.8μm以下であることを特徴とする。この金属体の製造方法は、Sn95質量%以上含有するSn系合金又はSn単体からなる中性浴の金属めっき液に、0kHz超160kHz未満の周波数の超音波を照射しながら、母材を金属めっき層で被覆することを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】金属体は、母材と、母材を被覆する金属めっき層とを備え、金属めっき層は、Sn95質量%以上含有するSn系合金又はSn単体からなり、金属めっき層の表面の平均結晶粒径が、1.2μm以上1.8μm以下であることを特徴とする。この金属体の製造方法は、Sn95質量%以上含有するSn系合金又はSn単体からなる中性浴の金属めっき液に、0kHz超160kHz未満の周波数の超音波を照射しながら、母材を金属めっき層で被覆することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は表面をめっきされた金属体および当該金属体の製造方法に関する。
従来から、電子機器の実装部品等として、導電性を有するめっき材料で表面をめっきした金属体が使用されている。近年、このようなめっき材料として、環境への配慮から、鉛を含まない錫系めっき材料が使用されるようになっている。しかし、鉛を含まないめっき材料でめっきを施すと、めっき部分からウィスカが発生することが知られている。
ウィスカは、めっき処理過程やその後の加工過程で金属めっき層に生じる応力の開放現象によって発生し、錫原子が金属めっき層外に押し出されることにより、単結晶として成長すると考えられている。ウィスカが発生して成長すると、電気回路の接続を阻害し、短絡に繋がる。そこで、特許文献1には、錫めっき加工後のウィスカが出現していない段階で、めっき部を溶液中で超音波照射することによって、ウィスカの発生を抑制する方法が開示されている。
しかし、特許文献1に記載される方法であっても、金属めっき層の表面の結晶粒径が大きく、金属めっき層の表面に生じる応力を十分に低減する事ができないため、ウィスカの成長を完全に抑制できないという問題があった。
本発明はかかる課題を解決したもので、金属めっき層のウィスカの成長を抑制した金属体、及びウィスカの成長を抑制する金属体の製造方法を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するために採った本発明の技術手段は、次の通りである。
(1)母材と、母材を被覆する金属めっき層とを備え、金属めっき層は、Sn95質量%以上含有するSn系合金又はSn単体からなり、金属めっき層の表面の平均結晶粒径が、1.2μm以上1.8μm以下であることを特徴とする金属体。
(1)母材と、母材を被覆する金属めっき層とを備え、金属めっき層は、Sn95質量%以上含有するSn系合金又はSn単体からなり、金属めっき層の表面の平均結晶粒径が、1.2μm以上1.8μm以下であることを特徴とする金属体。
(2)母材は、金属めっき層で被覆される前に予めバリア層で被覆されていることを特徴とする前記(1)に記載の金属体。
(3)バリア層は、Niからなることを特徴とする前記(2)に記載の金属体。
(4)Sn95質量%以上含有するSn系合金又はSn単体からなる中性浴の金属めっき液に、0kHz超160kHz未満の周波数の超音波を照射しながら、母材を金属めっき層で被覆する金属体の製造方法。
(5)Sn95質量%以上含有するSn系合金又はSn単体からなる中性浴の金属めっき液に、35kHz以上100kHz以下の周波数の超音波を照射しながら、母材を金属めっき層で被覆する金属体の製造方法。
(6)金属めっき液の中で、金属めっき液の加振方向に沿って、母材を揺動しながら、中性浴の金属めっき液に超音波を照射する前記(4)または(5)に記載の金属体の製造方法。
本発明に係る金属体及び当該金属体の製造方法は、金属めっき液に超音波を照射しながら、母材が金属めっき液に被覆されるため、金属めっき層の表面の平均結晶粒径が小さくなり、ウィスカの成長を抑制することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明に係る金属体及び当該金属体の製造方法について説明する。
図1に示すように、本実施の形態において、超音波照射装置2と、揺動装置3とを用いて、電気めっきにより、母材1Aに金属めっき液41を被覆して、金属体1を製造する。超音波照射装置2と揺動装置3には、既存のものを使用することができる。
超音波照射装置2は、例えば、超音波浴槽21と、超音波振動部6とを備える。超音波浴槽21内は、水21Aで満たされている。超音波浴槽21の中に容器4が図示しない固定部材で固定され、容器4の中には、金属めっき液41が入れられる。金属めっき液41内には、陽極板5Aが吊下される。超音波振動部6には、複数のバネが設けられ、所定の振動数で超音波浴槽21内を振動させることができる。
本実施の形態において、母材1Aとして、陰極板1bの表面に、あらかじめバリア層1cが被覆されたものを使用することが好ましい。陰極板1bには、Cu、42アロイ等が使用される。バリア層1cは、CuとSnの固体反応を避けるために設けられ、バリア層1cには、Ni、NiP等が使用される。なお、バリア層1cは省略してもよい。陽極板5Aには、Sn単体や、SnBiなどのSn合金等が使用される。
金属めっき液41として、Sn95質量%以上含有するSn系合金又はSn単体からなる中性浴の金属めっき液が使用される。金属めっき液41にSn系合金が含有される場合、Sn以外に、Ag、Cu、Au、Ni、Bi、Sb、Pd、Co、Ge、Zn等から選ばれた金属うち、1種類以上の金属が混合される。
揺動装置3の揺動箇所の先端に母材1Aが取り付けられる。図中の矢印に示すように、揺動装置3は、母材1Aを金属めっき液41内で揺動させる。
超音波振動部6を振動させることで、水21Aを介して容器4内の中性浴の金属めっき液41(以下、「金属めっき液41」という。)中に超音波が照射される。金属めっき液41に超音波が照射されると、金属めっき液41中に、定常波が形成されるとともに、キャビテーションが発生する。金属めっき液41に超音波を照射しながら母材1Aを電気めっきすると、母材1Aに金属めっき液41が被覆されて、図2に示すように、金属めっき層1dを有する金属体1が製造される。
金属めっき液41に超音波を照射しながら揺動装置3を作動させると、揺動装置3は、母材1Aを、金属めっき液41の加振方向、すなわち、金属めっき液41の定常波の進行方向に沿って進退するように揺動させる。金属めっき液41の中で金属めっき液41の加振方向に沿って母材1Aを揺動するとともに、金属めっき液41に超音波を照射しながら母材1Aを電気めっきすることにより、金属めっき液41内に形成される定常波に母材1Aの表面が均等に接触し、母材1Aに金属めっき液41が均一に被覆されて、金属めっき層1dを有する金属体1が製造される。
超音波照射により発生するキャビテーションは、母材1Aを被覆する金属めっき層1dの表面の結晶粒の成長を抑制し、結晶粒径を小さくする。金属めっき層1dの表面の結晶粒径が小さくなると、金属めっき層1dの表面に生じる応力を十分に低減する事ができ、ウィスカの成長を抑制できる。そのため、金属めっき液41に超音波を照射しながら、金属めっき液41を母材1Aに被覆することで、母材1Aの表面に、ウィスカの成長が抑制された金属めっき層1dを形成することができる。本実施の形態において、金属めっき液41には、0kHz超160kHz未満の超音波が照射されるため、金属めっき層1dの表面の平均結晶粒径が1.2μm以上1.8μm以下で、ウィスカの成長が抑制された金属体1が製造される。
以下、実施例にて本発明を金属体1に適用した場合の具体例を示すが、本発明は以下の具体例に限定されるものではない。
図1、2に示すように、母材1Aは、陰極板1bとして用意した30mm×30mmのCu板の表面に、バリア層1cとしてNiを被覆した。母材1Aの電流密度は、0.7A/dm2であった。この母材1Aを4枚用意した。金属めっき液41には、Sn−235(ディップソール株式会社製)を使用した。超音波浴槽21内の水21Aは、25℃に保持した。陽極板5Aには、30mm×30mmのSn板を使用した。
母材1Aを揺動装置3に取り付けて揺動させるとともに、超音波照射装置2で金属めっき液41に超音波を照射しながら、母材1Aをそれぞれ20分42秒間ずつ電気めっきした。母材1Aごとに超音波出力を変え、それぞれ、無照射、35kHz、100kHz、160kHzに設定した。
無照射でめっきした金属体11、35kHzで超音波を照射してめっきした金属体12、100kHzで超音波を照射してめっきした金属体13、及び160kHzで超音波を照射してめっきした金属体14を大気中で12時間放置した後、JEITA RC−5241で規定される「電子機器用コネクタのウィスカ試験方法」に準拠し、金属体11〜14の金属めっき層11d〜14dに発生したウィスカの長さを測定した。
より詳しくは、直径1mmのジルコニア球を用いて、300gの荷重で金属体11〜14を240時間押圧した。押圧後、金属めっき層11d〜14dの圧痕周辺部について、Quanta250FEG(FEI製)の走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、任意の3箇所を拡大した写真を撮影した。撮影した写真中に見られたウィスカの長さを測り、それぞれの金属めっき層11d〜14dにおいて観察された、最も長いウィスカの長さを最大ウィスカ長さL1〜L4として、図3、図5〜図8に示す。
図3に示すように、無照射でめっきした金属体11の最大ウィスカ長さL1は、38.6μmであった。図5に示すように、35kHzで超音波を照射してめっきした金属体12の最大ウィスカ長さL2は、26.2μmであった。図6に示すように、100kHzで超音波を照射してめっきした金属体13の最大ウィスカ長さL3は、12.9μmであった。図7に示すように、160kHzで超音波を照射してめっきした金属体14の最大ウィスカ長さL4は、39.9μmであった。
図8に示すように、無照射のときの最大ウィスカ長さL1に比べ、35kHz、100kHzの超音波を照射したときの最大ウィスカ長さL2、L3は、短くなった。しかし、160kHzの超音波を照射すると、最大ウィスカ長さL4が無照射のときの最大ウィスカ長さL1と同程度にまで長くなった。この結果から、超音波を0kHz超160kHz未満で照射すると、ウィスカの成長を抑制することができると言える。特に、超音波出力は、0kHz超120kHz以下であることが好ましく、35kHz以上100kHz以下であることがより好ましいといえる。
続いて、3枚ずつ撮影した金属体11〜14の拡大した写真から、金属体11〜14の金属めっき層11d〜14dの表面の平均結晶粒径を測った。図4に示すように、金属体11の金属めっき層11dを拡大した3枚の写真のうちの1枚である、拡大写真11aを例にとって、金属めっき層11dの平均結晶粒径の測り方を説明する。まず、拡大写真11aに任意の直線a1を引き、直線a1の長さを測った。次に、直線a1と交差する金属めっき層11dの結晶粒の数を数えた。直線a1の長さを、数えた結晶粒の数で割り、拡大写真11aにおける平均結晶粒径とした。拡大写真11aにおける平均結晶粒径は、2.07μmであった。
これと同じく、金属体11を拡大した残り2枚の写真、及び金属体12〜14を拡大した3枚ずつの写真においても、直線を任意に引いてその長さを測り、直線と交差する各金属体の金属めっき層の結晶粒の数を数えて、平均結晶粒径を算出した。
図示しないが、金属体11を拡大した残り2枚の写真からそれぞれ算出された、金属めっき層11dの平均結晶粒径は、それぞれ2.19μm、1.86μmであった。金属体12の3枚の拡大した写真からそれぞれ算出された、金属めっき層12dの平均結晶粒径は、1.55μm、1.55μm、1.38μmであった。金属体13の3枚の拡大した写真からそれぞれ算出された、金属めっき層13dの平均結晶粒径は、1.62μm、1.55μm、1.69μmであった。金属体14の3枚の拡大した写真からそれぞれ算出された、金属めっき層14dの平均結晶粒径は、2.19μm、2.33μm、2.33μmであった。
更に、3枚ずつの拡大した写真の平均結晶粒径から、金属体11〜14の金属めっき層11d〜14dの平均結晶粒径をそれぞれ算出した。金属めっき層11d〜14dそれぞれの平均結晶粒径を図9に示す。
金属体11の金属めっき層11dの平均結晶粒径は、2.04μmであり、金属体12の金属めっき層12dの平均結晶粒径は、1.49μmであり、金属体13の金属めっき層13dの平均結晶粒径は、1.62μmであり、金属体14の金属めっき層14dの平均結晶粒径は、2.28μmであった。
この結果から、無照射のときと比べ、35kHz、100kHzの超音波を照射すると、平均結晶粒径が小さくなった。しかし、160kHzの超音波を照射すると、平均結晶粒径が無照射のときと同程度に大きくなった。この結果から、超音波を0kHz超160kHz未満で照射すると、金属体1の金属めっき層1dの平均結晶粒径を小さくすることができると言える。超音波出力は、0kHz超120kHz以下であることが好ましく、35kHz以上100kHz以下であることがより好ましいといえる。
図8、9に示すように、平均結晶粒径の大きさと最大ウィスカ長さには相関関係があるといえる。より詳しくは、金属めっき層1dの表面の平均結晶粒径が小さい金属体1は、最大ウィスカ長さが短く、金属めっき層1dの表面の平均結晶粒径が大きい金属体1は、最大ウィスカ長さが長いと言える。これは、平均結晶粒径が小さいと、応力が分散されるため、ウィスカの成長が抑えられてウィスカが短くなるからであると考えられる。金属めっき層1dの表面の平均結晶粒径が1.2μm以上1.8μm以下である金属体1は、ウィスカの成長を抑制することができると言える。特に、金属めっき層1dの表面の平均結晶粒径は、1.49μm以上1.62μm以下であることがより好ましいといえる。
本実施の形態において、超音波振動部6は、超音波浴槽21の下方に設けられる構成としたが、これに限られない。超音波振動部6は、超音波浴槽21の側方や上方に設けられてもよいし、複数箇所に設けられてもよい。
本実施の形態において、超音波浴槽21には、金属めっき液41に均等に超音波を照射するために水21Aが入れられているが、定常波を伝えることができる液体であれば、これに限られない。水21A以外にも、例えば乳化液を入れてもよいし、水21Aを省略して金属めっき液41に直接超音波振動を与えてもよい。また、本実施の形態において、超音波照射装置2を用いて揺動装置3で母材1Aを揺動しながらめっきしたが、これに限られない。例えば、図示しないバレルめっき装置等のめっき装置を使用して、母材1Aをめっき装置内に投入して回転させ、超音波を金属めっき液41に照射しながら母材1Aをめっきしてもよい。
本実施の形態において、母材1Aには、Cuの陰極板1bの表面にバリア層1cとしてNiを被覆したものを使用し、陽極板5Aには、Snを使用したが、これに限られない。母材1Aには、金属めっきにおけるCuとSnの固体反応を避けるためにバリア層1cを被覆したが、バリア層1cは省略してもよい。また、バリア層1cとして、NiP等のNi合金を使用してもよい。陰極板1bは、Cu板の代わりに42アロイを使用してもよいし、その大きさや形状も上述した例に限られず、あらゆる大きさや形状であってよい。陽極板5Aには、Snの他にも、SnBi等のSn合金を使用してもよい。
本実施の形態において、中性浴の金属めっき液としてSn単体を使用したが、これに限られない。Sn以外に、Ag、Cu、Au、Ni、Bi、Sb、Pd、Co、Ge、Zn等の選ばれた金属うち、1種類以上の金属が混合される、Sn95質量%以上含有するSn系合金を含有してもよい。
本発明は、表面をめっきされた金属体に適用され、当該金属体は、コネクタ、チップ部品、リードフレーム、パワーデバイス、基板などの、電子機器の実装部品等として使用される。
1(11〜14)・・・金属体、1A・・・母材、1c・・・バリア層、1d(11d〜14d)・・・金属めっき層
Claims (6)
- 母材と、
前記母材を被覆する金属めっき層とを備え、
前記金属めっき層は、
Sn95質量%以上含有するSn系合金又はSn単体からなり、
当該金属めっき層の表面の平均結晶粒径が、1.2μm以上1.8μm以下である
ことを特徴とする金属体。 - 前記母材は、前記金属めっき層で被覆される前に予めバリア層で被覆されている
ことを特徴とする請求項1に記載の金属体。 - 前記バリア層は、Niからなることを特徴とする請求項2に記載の金属体。
- Sn95質量%以上含有するSn系合金又はSn単体からなる中性浴の金属めっき液に、0kHz超160kHz未満の周波数の超音波を照射しながら、母材を金属めっき層で被覆する金属体の製造方法。
- Sn95質量%以上含有するSn系合金又はSn単体からなる中性浴の金属めっき液に、35kHz以上100kHz以下の周波数の超音波を照射しながら、母材を金属めっき層で被覆する金属体の製造方法。
- 前記金属めっき液の中で、当該金属めっき液の加振方向に沿って、前記母材を揺動しながら、前記金属めっき液に前記超音波を照射する請求項4または請求項5に記載の金属体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017215802A JP2018053369A (ja) | 2017-11-08 | 2017-11-08 | 金属体および金属体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017215802A JP2018053369A (ja) | 2017-11-08 | 2017-11-08 | 金属体および金属体の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016186854A Division JP6421154B2 (ja) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | 金属体の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018053369A true JP2018053369A (ja) | 2018-04-05 |
Family
ID=61835447
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017215802A Pending JP2018053369A (ja) | 2017-11-08 | 2017-11-08 | 金属体および金属体の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018053369A (ja) |
-
2017
- 2017-11-08 JP JP2017215802A patent/JP2018053369A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5418894B2 (ja) | 電子部品用複合ボールの製造方法 | |
US9171789B2 (en) | Lead frame, semiconductor package including the lead frame, and method of manufacturing the lead frame | |
TW554350B (en) | Method for producing electroconductive particles | |
US6518667B1 (en) | Semiconductor package using micro balls and production method thereof | |
JP2000501784A (ja) | 遠心ベッドにおける粒子の被覆 | |
CN104419983B (zh) | 单晶铜、其制备方法及包含其的基板 | |
WO2013141166A1 (ja) | はんだ被覆ボールおよびその製造方法 | |
JP2011206815A (ja) | 電子部品用複合ボールの製造方法 | |
WO2014208204A1 (ja) | スズまたはスズ合金用電気メッキ液およびその用途 | |
JP2006009039A (ja) | ウィスカー成長が抑制されたスズ系めっき皮膜及びその形成方法 | |
KR20140147580A (ko) | 코어-쉘 금속 입자의 제조방법 | |
JP6500583B2 (ja) | 導電粒子、及び導電粒子を用いた半導体パッケージ | |
JP6421154B2 (ja) | 金属体の製造方法 | |
US20210175147A1 (en) | Clad material and method for producing same | |
JP2018053369A (ja) | 金属体および金属体の製造方法 | |
CN108461172B (zh) | 一种导电粒子及其制备方法和用途 | |
Njuki et al. | Preventing Void Growth Between Ni3Sn4 and Solder | |
KR20160077283A (ko) | 금속 복합체의 제조 방법 | |
US20100212456A1 (en) | Method of manufacturing composite ball for electronic parts | |
CN1638198A (zh) | 形成有表面层的端子、具备该端子的部件以及制品 | |
JP2020172683A (ja) | 金めっき方法及びめっき皮膜 | |
JP3660777B2 (ja) | 錫合金膜の形成方法およびその錫合金めっき浴 | |
Park et al. | Effect of Zn concentration on the interfacial reactions between Sn–3.0 Ag–0.5 Cu solder and electroplated Cu–x Zn wetting layers (x= 0–43 wt%) | |
JP2010174322A (ja) | 弾性接点及びその製造方法、ならびに、接点基板及びその製造方法 | |
JP6459293B2 (ja) | はんだ被覆ボールおよびその製造方法 |