JP3418773B2 - Bismuth / tin two-layer plating film for soldering base - Google Patents

Bismuth / tin two-layer plating film for soldering base

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JP3418773B2
JP3418773B2 JP01181695A JP1181695A JP3418773B2 JP 3418773 B2 JP3418773 B2 JP 3418773B2 JP 01181695 A JP01181695 A JP 01181695A JP 1181695 A JP1181695 A JP 1181695A JP 3418773 B2 JP3418773 B2 JP 3418773B2
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【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、はんだ付用の下地めっ
き皮膜として有用なビスマス/スズ2層めっき皮膜に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bismuth / tin two-layer plating film useful as a base plating film for soldering.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電子部品にはんだ接合を行う際の
下地皮膜としては、Sn−Pb合金皮膜が広く用いられ
ている。しかしながら、近年、Pbによる環境汚染が問
題となり、将来的には鉛の使用制限が行われる可能性が
高いために、Sn−Pb合金の代替として使用し得る低
融点合金皮膜の開発が望まれており、Bi−Sn、Sn
−In、Sn−Sb、Sn−Ag、Sn−Zn等の各種
合金の使用が検討されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a Sn--Pb alloy film has been widely used as a base film for soldering electronic components. However, in recent years, environmental pollution due to Pb has become a problem, and there is a high possibility that the use of lead will be restricted in the future. Therefore, development of a low melting point alloy film that can be used as a substitute for the Sn-Pb alloy is desired. Or, Bi-Sn, Sn
The use of various alloys such as -In, Sn-Sb, Sn-Ag, and Sn-Zn has been studied.

【0003】また、電子工業の発展に伴い半導体関係で
は部品の小型化、プラスチック基板の導入検討などの動
向により、より低いはんだ接合温度が求められている
が、従来用いられているSn−Pb合金は、共晶点が1
83℃であり、この温度以下のはんだ接合は困難であ
る。Pbを含有しない合金の中では、Bi−Sn合金の
共晶点が139℃であり、Sn−Pbの共晶点より40
℃程度低く、また、BiはIn、Agなどの他の金属元
素と比較して安価であることから、低温接合用皮膜とし
てBi−Sn合金に対する期待が高まっている。
Further, with the development of the electronic industry, a lower solder joint temperature is required in the semiconductor-related industry due to trends such as miniaturization of parts and consideration of introduction of a plastic substrate. Has a eutectic point of 1
The temperature is 83 ° C., and soldering below this temperature is difficult. Among the alloys not containing Pb, the eutectic point of Bi—Sn alloy is 139 ° C., and the eutectic point of Sn—Pb is 40.
Since the temperature is low at about 0 ° C. and Bi is cheaper than other metal elements such as In and Ag, expectations for Bi—Sn alloy as a low-temperature bonding film are increasing.

【0004】従来、Bi−Sn合金めっき浴としては硫
酸浴、有機スルホン酸浴(特開昭63−14887号公
報)などが報告されている。しかしながら、公知の硫酸
浴、有機スルホン酸浴等を用いると、低電流密度におい
てBi含有率が低くなる傾向にあり、また、めっき浴中
において電析したBi−Sn合金皮膜や陽極に対してB
iの置換析出が起こるなどの問題点がある。また、Bi
−Sn系の平衡状態図によれば、Bi−Sn合金はBi
が57重量%以下ではBi含有率が低いほど皮膜の融点
が高くなる傾向にあり、プリント配線基板のスルホール
部分では電流密度が低くなることから、Bi含有率が低
下してはんだ濡れ性が低下する可能性がある。
Heretofore, as a Bi-Sn alloy plating bath, a sulfuric acid bath, an organic sulfonic acid bath (JP-A-63-14887) and the like have been reported. However, when a known sulfuric acid bath, organic sulfonic acid bath or the like is used, the Bi content tends to be low at a low current density, and the Bi-Sn alloy coating and the anode electrodeposited in the plating bath have a B content of B.
There is a problem that substitution precipitation of i occurs. Also, Bi
According to the equilibrium diagram of the -Sn system, Bi-Sn alloy is Bi
Is less than 57% by weight, the melting point of the coating tends to increase as the Bi content decreases, and the current density decreases in the through-hole portion of the printed wiring board. Therefore, the Bi content decreases and the solder wettability decreases. there is a possibility.

【0005】また、公知のBi−Sn合金めっき浴で
は、析出電位が大きく異なるBiとSnを合金として析
出させるために、メタンスルホン酸、グルコン酸等を錯
形成剤として添加してBiの析出電位を卑な方向に移行
させてSnとの共析を可能としているが(特開平2−8
8789号)、錯形成剤の添加により合金めっき浴にお
ける析出電位が卑な方向へと移行し、その結果、電流効
率の低下が予想される。
Further, in the known Bi-Sn alloy plating bath, in order to deposit Bi and Sn as alloys, which have greatly different deposition potentials, methanesulfonic acid, gluconic acid or the like is added as a complexing agent, and the deposition potential of Bi is increased. Is allowed to co-deposit with Sn by shifting to a base direction (Japanese Patent Laid-Open No. 2-8
No. 8789), the deposition potential in the alloy plating bath shifts to the base direction by the addition of the complexing agent, and as a result, the current efficiency is expected to decrease.

【0006】更に、通常、Bi−Sn合金めっき浴に
は、良好な光沢外観を得るために、平滑化剤としてノニ
オン系界面滑性剤(ポリオキシエチレンノニルフェニル
エーテルなど)、光沢剤としてSn用又はSn−Pb用
の公知の光沢剤が添加されているが、これらの添加剤を
配合した場合には、電流効率のさらなる低下および皮膜
中のBi含有率の大きな低下が認められる。
Furthermore, in order to obtain a good gloss appearance, Bi-Sn alloy plating baths usually use a nonionic interfacial lubricant (such as polyoxyethylene nonylphenyl ether) as a smoothing agent and Sn as a brightening agent. Alternatively, known brighteners for Sn-Pb have been added, but when these additives are blended, a further decrease in current efficiency and a large decrease in Bi content in the film are observed.

【0007】また、合金めっき浴では、金属濃度が変動
すると、それに伴って電析皮膜の組成の変動が起こり易
く、一定の性能の皮膜を安定して形成するためには、浴
管理が非常に煩雑である。
Further, in the alloy plating bath, when the metal concentration fluctuates, the composition of the electrodeposited film is likely to fluctuate with it, and in order to stably form a film having a certain performance, bath management is very important. It is complicated.

【0008】更に、その他に、Bi−Sn合金浴の大き
な欠点として、公知の硫酸浴、有機スルホン酸浴では、
いずれもSnに対してBiが貴な金属であるために、浴
中のBiイオンが置換反応を起こし易く、被処理物を浴
中に浸漬する際或いは浴から引き上げる際に、通電され
ていないと被処理物や形成されたBi−Sn合金膜表面
にBiが置換析出することがある。このように被処理物
にBiが置換析出した場合には、その上にBi−Sn合
金皮膜が形成されても良好な密着は得られず、また、得
られたBi−Sn合金皮膜上にBiが置換析出した場合
には、置換析出した皮膜にはBi酸化物が多く含有され
ているため、皮膜のはんだ濡れ性、接合強度などについ
て悪影響がある。また、Bi−Sn合金めっき浴におい
て陽極としてSn又はBi−Sn合金を用いた場合に
は、陽極に対しても非通電時にBiの置換析出が発生
し、これによりめっき浴中のBi、Sn金属濃度に変動
が起こり、電析により得られるBi−Sn合金皮膜の組
成にも変動が生じる。
In addition to the above, a major drawback of the Bi--Sn alloy bath is that in the known sulfuric acid bath and organic sulfonic acid bath,
In both cases, since Bi is a noble metal with respect to Sn, the Bi ions in the bath are likely to cause a substitution reaction, and when the object to be treated is immersed in the bath or pulled out from the bath, no electric current is applied. Bi may be substitutionally deposited on the object to be processed or the surface of the formed Bi-Sn alloy film. In this way, when Bi is deposited by substitution on the object to be treated, good adhesion cannot be obtained even if a Bi-Sn alloy film is formed on it, and Bi is deposited on the obtained Bi-Sn alloy film. However, since the Bi-oxide is contained in a large amount in the deposited film, the wettability of the film and the bonding strength of the film are adversely affected. Further, when Sn or Bi-Sn alloy is used as the anode in the Bi-Sn alloy plating bath, substitutional precipitation of Bi occurs even when the anode is not energized, which causes Bi and Sn metal in the plating bath. The concentration varies, and the composition of the Bi—Sn alloy film obtained by electrodeposition also varies.

【0009】以上のように、Bi−Sn合金めっき皮膜
は、皮膜融点が低く、比較的安価であり、鉛を含有しな
いことから代替はんだ接合皮膜として有望であるが、め
っきの際の作業性が非常に悪く、良好なめっき皮膜を形
成するためには非常に煩雑な浴管理が必要となる等の各
種の問題点を有している。
As described above, the Bi-Sn alloy plating film has a low melting point, is relatively inexpensive, and is promising as an alternative solder bonding film because it does not contain lead, but it has good workability during plating. It is very bad and has various problems such that very complicated bath management is required to form a good plating film.

【0010】[0010]

【発明が解決すべき課題】本発明の主な目的は、良好な
はんだ接合強度、はんだ濡れ性等を有し、はんだ接合用
下地皮膜として有用な皮膜であって、有害な成分を含有
することなく、簡単な操作で形成し得るはんだ付下地用
めっき皮膜を提供することである。
The main object of the present invention is to provide a good solder joint strength, solder wettability, etc., which is useful as an undercoat for solder joining, and contains harmful components. It is an object of the present invention to provide a soldering base plating film that can be formed by a simple operation.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記した如
き目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、
ビスマスめっき皮膜及びスズめっき皮膜を順次形成して
なる2層めっき皮膜は、はんだ付により加熱された際
に、溶融して容易に合金化し、はんだ接合強度、はんだ
濡れ性等に優れた皮膜となり、しかもこの2層めっき皮
膜は、煩雑な浴管理を要することなく非常に簡単に形成
できることを見出し、ここに本発明を完成するに至っ
た。
The inventor of the present invention has conducted extensive studies to achieve the above-mentioned object. as a result,
A two-layer plating film formed by sequentially forming a bismuth plating film and a tin plating film melts and easily alloys when heated by soldering, and becomes a film excellent in solder joint strength, solder wettability, etc., Moreover, they have found that this two-layer plating film can be formed very easily without the need for complicated bath management, and have completed the present invention.

【0012】即ち、本発明は、ビスマスめっき皮膜及び
スズめっき皮膜を順次形成してなるはんだ付下地用ビス
マス/スズ2層めっき皮膜に係る。
That is, the present invention relates to a bismuth / tin two-layer plating film for a soldering base, which is formed by sequentially forming a bismuth plating film and a tin plating film.

【0013】本発明のはんだ付下地用めっき皮膜は、ビ
スマスめっき皮膜及びスズめっき皮膜を順次形成してな
るものである。この様に、本発明では、ビスマスめっき
皮膜を下地とし、この上にスズめっき皮膜を形成するた
めに、被処理物に析出電位の貴なBiをめっきした後、
析出電位の卑なSnをめっきすることになり、析出物に
Biが置換析出することを防止することができる。ま
た、使用するめっき浴が単金属のめっき浴であるため、
陽極として合金を用いる必要がなく、陽極への置換析出
も防止できる。更に、合金めっき浴を用いる場合のよう
に、めっき浴中の金属濃度比率を管理する必要がなく、
めっき皮膜の膜厚比を制御するだけで、はんだ付時に任
意の合金組成のめっき皮膜を形成でき、簡単に安定した
組成のめっき皮膜を得ることができる。
The soldering base plating film of the present invention is formed by sequentially forming a bismuth plating film and a tin plating film. As described above, according to the present invention, the bismuth plating film is used as the base, and the tin plating film is formed on the bismuth plating film.
By plating with Sn having a low deposition potential, it is possible to prevent substitutional precipitation of Bi in the deposit. Also, since the plating bath used is a single metal plating bath,
It is not necessary to use an alloy as the anode, and substitutional precipitation on the anode can be prevented. Furthermore, unlike the case of using an alloy plating bath, it is not necessary to control the metal concentration ratio in the plating bath,
A plating film having an arbitrary alloy composition can be formed at the time of soldering only by controlling the film thickness ratio of the plating film, and a plating film having a stable composition can be easily obtained.

【0014】本発明の2層めっき皮膜では、はんだ付の
際に2層のめっき皮膜が溶融して、合金化すると考えら
れる。このため、所望する合金組成に応じて、任意の膜
厚比率のめっき皮膜を形成すればよい。特に、はんだ付
の下地めっき皮膜としての要求性能であるはんだ接合強
度、はんだ濡れ性等を考慮すると、ビスマスめっき皮
膜:スズめっき皮膜(膜厚比率)=2:8〜8:2程度
が好ましく、4:6〜6:4程度がより好ましい。
In the two-layer plating film of the present invention, it is considered that the two-layer plating film is melted and alloyed during soldering. Therefore, a plating film having an arbitrary film thickness ratio may be formed according to the desired alloy composition. In particular, considering the solder joint strength, solder wettability, etc., which are the required performances of the base plating film for soldering, the bismuth plating film: tin plating film (film thickness ratio) = about 2: 8 to 8: 2 is preferable, It is more preferably about 4: 6 to 6: 4.

【0015】また、めっき皮膜の膜厚は、特に限定され
ることはなく、はんだ付の下地めっき皮膜として機能し
得る範囲とすればよいが、通常、2層のめっき皮膜の合
計膜厚として、2〜20μm程度が好ましく、5〜10
μm程度がより好ましい。
Further, the thickness of the plating film is not particularly limited and may be within a range capable of functioning as a base plating film for soldering. Usually, the total thickness of the two plating films is 2 to 20 μm is preferable, and 5 to 10
More preferably, it is about μm.

【0016】本発明では、ビスマスめっき皮膜及びスズ
めっき皮膜を形成するために用いるめっき浴としては、
特に限定はなく、従来公知のビスマスめっき浴及びスズ
めっき浴を使用できる。
In the present invention, as the plating bath used for forming the bismuth plating film and the tin plating film,
There is no particular limitation, and conventionally known bismuth plating baths and tin plating baths can be used.

【0017】ビスマスめっき浴としては、具体的には、
いわゆるメタンスルホン酸ビスマスめっき浴、硫酸ビス
マスめっき浴等の公知のめっき浴を使用できる。これら
のめっき浴の基本浴組成及びめっき条件の一例を示すと
下記の通りである。
As the bismuth plating bath, specifically,
Known plating baths such as so-called bismuth methanesulfonate plating bath and bismuth sulfate plating bath can be used. An example of the basic bath composition and plating conditions of these plating baths is as follows.

【0018】*メタンスルホン酸ビスマスめっき浴 70%メタンスルホン酸 50〜500ml/l 酸化ビスマス 5〜100g/l 陰極電流密度 0.2〜5A/dm2 浴 温 15〜40℃ *硫酸ビスマスめっき浴 98%硫酸 50〜200ml/l 硝酸ビスマス 5〜100g/l 陰極電流密度 0.2〜5A/dm2 浴 温 15〜40℃ これらのメタンスルホン酸ビスマスめっき浴、硫酸ビス
マスめっき浴等には、通常、平滑化剤として、α又はβ
−ナフトールエトキシレート、α又はβ−ナフトールプ
ロポキシエトキシレート、ポリオキシエチレンノニルフ
ェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニル
エーテル、多核フェノールエトキシレート、ポリオキシ
エチレンドデシルフェニルエーテル等のノニオン系界面
活性剤が5〜50g/l程度添加される。また、ビスマ
スめっき皮膜は、スズめっき皮膜の下地として用いられ
るものであり、特に、光沢剤成分を添加する必要はない
が、必要に応じて公知の光沢剤を添加することも可能で
ある。ただし、光沢剤の添加量が多くなり過ぎると、析
出速度が低下するおそれがあるので、添加量をできるだ
少なくすることが好ましく、通常、0.01〜20g/
l程度とすることができる。この様な光沢剤として、ホ
ルマリン、アセトアルデヒド等の脂肪族アルデヒド、ベ
ンズアルデヒド、o−クロルベンズアルデヒド等の芳香
族アルデヒド、トリアゾール類、トリアジン類、トリア
ゾール類又はトリアジン類の縮合環化合物、アセトアル
デヒドとo−トルイジンとの反応生成物等を例示でき
る。本発明では、特に、ビスマスめっき浴としては、平
滑化剤として、α又はβ−ナフトールエトキシレート、
α又はβ−ナフトールプロポキシエトキシレート等を含
有するメタンスルホン酸ビスマスめっき浴又は硫酸ビス
マスめっき浴を用いることが好ましい。
* Methanesulfonic acid bismuth plating bath 70% methanesulfonic acid 50 to 500 ml / l bismuth oxide 5 to 100 g / l cathode current density 0.2 to 5 A / dm 2 bath temperature 15 to 40 ° C * bismuth sulfate plating bath 98 % Sulfuric acid 50 to 200 ml / l Bismuth nitrate 5 to 100 g / l Cathode current density 0.2 to 5 A / dm 2 Bath temperature 15 to 40 ° C. These methanesulfonic acid bismuth plating baths, bismuth sulfate plating baths and the like are usually used. As a smoothing agent, α or β
5 to 50 g of nonionic surfactants such as naphthol ethoxylate, α- or β-naphthol propoxy ethoxylate, polyoxyethylene nonyl phenyl ether, polyoxyethylene octyl phenyl ether, polynuclear phenol ethoxylate, and polyoxyethylene dodecyl phenyl ether / L is added. Further, the bismuth plating film is used as a base of the tin plating film, and it is not necessary to add a brightening agent component in particular, but a known brightening agent can be added if necessary. However, if the amount of the brightening agent added is too large, the deposition rate may decrease, so it is preferable to reduce the amount of addition as much as possible, usually 0.01 to 20 g /
It can be about 1. Examples of such brighteners include aliphatic aldehydes such as formalin and acetaldehyde, aromatic aldehydes such as benzaldehyde and o-chlorobenzaldehyde, triazoles, triazines, condensed ring compounds of triazoles or triazines, acetaldehyde and o-toluidine. Examples thereof include reaction products. In the present invention, particularly as a bismuth plating bath, as a smoothing agent, α or β-naphthol ethoxylate,
It is preferable to use a bismuth methanesulfonate plating bath or a bismuth sulfate plating bath containing α- or β-naphthol propoxyethoxylate.

【0019】また、スズめっき浴としては、いわゆるメ
タンスルホン酸スズめっき浴、硫酸スズめっき浴等の公
知のめっき浴を使用できる。これらのめっき浴の基本浴
組成及びめっき条件の一例を示すと下記の通りである。
As the tin plating bath, known plating baths such as so-called tin methanesulfonate plating bath and tin sulfate plating bath can be used. An example of the basic bath composition and plating conditions of these plating baths is as follows.

【0020】*メタンスルホン酸スズめっき浴 メタンスルホン酸スズ 50〜500ml/l 70%メタンスルホン酸 50〜200ml/l 陰極電流密度 0.2〜5A/dm2 浴 温 15〜40℃ *硫酸スズめっき浴 98%硫酸 50〜200ml/l 硫酸スズ 5〜100g/l 陰極電流密度 0.2〜5A/dm2 2 浴 温 15〜40℃ これらのメタンスルホン酸スズめっき浴、硫酸スズめっ
き浴等には、通常、皮膜の平滑化剤として、ポリオキシ
エチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン
オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシ
ルフェニルエーテル、多核フェノールエトキシレート、
α又はβ−ナフトールエトキシレート、α又はβ−ナフ
トールプロポキシエトキシレート等のノニオン系界面活
性剤が5〜50g/l程度添加される。また、はんだ付
の下地皮膜としての機能のみを考慮する場合には、光沢
剤成分を添加することなく使用可能であるが、必要に応
じて、公知のスズめっき用光沢剤を添加してもよい。光
沢剤の添加量は、特に限定的ではなく、通常0.01〜
20g/l程度とすることができるが、光沢剤の添加量
が多くなり過ぎると、めっき皮膜の有機物吸蔵量が増加
してはんだの濡れ性が低下するおそれがあるので、添加
量をできるだ少なくすることが好ましく、0.01〜1
g/l程度とすることが好ましい。使用し得る光沢剤と
しては、ホルマリン、アセトアルデヒド等の脂肪族アル
デヒド、ベンズアルデヒド、o−クロルベンズアルデヒ
ド等の芳香族アルデヒド、トリアゾール類、トリアジン
類、トリアゾール類又はトリアジン類の縮合環化合物、
アセトアルデヒドとo−トルイジンとの反応生成物等を
例示できる。
* Tin methanesulfonate plating bath Tin methanesulfonate 50-500 ml / l 70% Methanesulfonic acid 50-200 ml / l Cathode current density 0.2-5 A / dm 2 Bath temperature 15-40 ° C * Tin sulfate plating bath of 98% sulfuric acid 50~200ml / l tin sulfate 5 to 100 g / l cathode current density 0.2~5A / dm 2 2 bath temperature 15 to 40 ° C. these methanesulfonic acid tin plating bath, the tin sulfate plating bath, etc. , Usually as a film smoothing agent, polyoxyethylene nonyl phenyl ether, polyoxyethylene octyl phenyl ether, polyoxyethylene dodecyl phenyl ether, polynuclear phenol ethoxylate,
A nonionic surfactant such as α or β-naphthol ethoxylate and α or β-naphthol propoxyethoxylate is added in an amount of about 5 to 50 g / l. Further, when considering only the function as a base film for soldering, it can be used without adding a brightener component, but if necessary, a known brightener for tin plating may be added. . The amount of the brightener added is not particularly limited and is usually 0.01 to
The amount can be set to about 20 g / l, but if the amount of the brightener added is too large, the organic substance storage amount of the plating film may increase and the wettability of the solder may decrease. Is preferably 0.01 to 1
It is preferably about g / l. Examples of brightening agents that can be used include aliphatic aldehydes such as formalin and acetaldehyde, benzaldehyde, aromatic aldehydes such as o-chlorobenzaldehyde, triazoles, triazines, triazoles or condensed ring compounds of triazines,
Examples thereof include reaction products of acetaldehyde and o-toluidine.

【0021】上記したように、ビスマスめっき浴とし
て、光沢剤を含有することなく、少量の添加剤のみを含
有するめっき浴を用い、スズメッキ浴として、添加剤成
分と、少量の光沢剤を含有するめっき浴を用いて形成さ
れた2層めっき皮膜は、皮膜全体として有機物吸蔵量の
少ない良好な光沢外観を有するはんだ接合用皮膜とな
り、形成される2層めっき皮膜はリフロー処理の際にも
ガスの発生が少量でありブツなどの外観不良も抑制され
た良好なはんだ付用の下地めっき皮膜となる。
As described above, the bismuth plating bath is a plating bath containing only a small amount of an additive without containing a brightening agent, and the tin plating bath contains an additive component and a small amount of a brightening agent. The two-layer plating film formed by using the plating bath becomes a solder bonding film having a good gloss appearance with a small amount of stored organic matter as a whole film, and the formed two-layer plating film does not generate gas during reflow treatment. It is a good underplating film for soldering, which is generated in a small amount and suppresses appearance defects such as spots.

【0022】上記した各種めっき浴を用いて、めっき皮
膜を形成するための方法は、通常のめっき方法と同様で
よく、常法に従って、脱脂処理、活性化処理等を行なっ
た後、めっき処理を行なえばよい。
The method for forming a plating film using the various plating baths described above may be the same as the ordinary plating method. After performing degreasing treatment, activation treatment and the like in accordance with a conventional method, the plating treatment is performed. You can do it.

【0023】本発明では、2層めっき皮膜を形成するた
めの被めっき物は、特に限定されず、はんだ付を必要と
する各種導電性材料を被めっき物とすることができる
が、例えば、プリント配線板を被処理物とする場合に
は、はんだ付の行なわれる銅金属からなる導体回路上に
本発明の2層めっき皮膜が形成される。
In the present invention, the object to be plated for forming the two-layer plating film is not particularly limited, and various conductive materials that require soldering can be used as the object to be plated. When the wiring board is used as the object to be processed, the two-layer plating film of the present invention is formed on the conductor circuit made of copper metal to be soldered.

【0024】本発明のビスマス/スズ2層めっき皮膜
は、はんだ付用の下地めっき皮膜として用いられるもの
であり、該2層めっき皮膜を形成した後、常法に従っ
て、各種部品のはんだ付が行なわれる。通常のはんだ接
合方法では、220〜260℃程度という比較的高い温
度ではんだによる接合が行なわれるが、Bi−Sn合金
は、Sn−Pb合金と同様に共晶合金系の金属であり、
共晶点での融点は139℃であり、Sn−Pb合金の1
83℃より40℃以上低く、また、Bi−Sn合金はS
n−Pb合金の場合よりさらに固溶領域の小さい合金系
であり、合金めっき皮膜中においても、BiとSnはほ
とんど固溶していない。したがって、本発明のビスマス
及びスズからなる2層めっき皮膜では、はんだ接合が行
われる際に、短時間ではあるが皮膜が融点よりかなり高
い温度に保持されて溶解し、それに伴いBiとSnが皮
膜中に分散した共晶組織が形成されるものと考えられ
る。本発明の2層めっき皮膜は、この様にして、はんだ
付の際に簡単に合金化し、形成されるBi−Sn合金皮
膜は、はんだ接合強度、はんだ濡れ性等に優れたものと
なり、はんだ付用の下地めっき皮膜として好適なものと
なる。
The bismuth / tin two-layer plating film of the present invention is used as a base plating film for soldering. After forming the two-layer plating film, various components are soldered in accordance with a conventional method. Be done. In the usual solder joining method, joining by solder is performed at a relatively high temperature of about 220 to 260 ° C., but the Bi—Sn alloy is a eutectic alloy-based metal like the Sn—Pb alloy,
The melting point at the eutectic point is 139 ° C., which is 1 of Sn-Pb alloy.
40 ° C or more lower than 83 ° C, and Bi-Sn alloy is S
It is an alloy system having a smaller solid solution region than that of the n-Pb alloy, and Bi and Sn are hardly dissolved in the alloy plating film. Therefore, in the two-layer plating film of bismuth and tin of the present invention, when solder bonding is performed, the film is held at a temperature considerably higher than the melting point for a short time and melted, and accordingly Bi and Sn are filmed. It is considered that a eutectic structure dispersed therein is formed. In this way, the two-layer plating film of the present invention is easily alloyed during soldering, and the Bi-Sn alloy film formed is excellent in solder joint strength, solder wettability, etc. It is suitable as a base plating film for use.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明の2層めっき皮膜は、有害な成分
であるPbを含有することのない安全性の高いものであ
り、はんだ付により加熱された際に溶融して容易に合金
化し、形成されるBi−Sn合金皮膜は融点が低く、低
温接合用の皮膜として有用性の高いものである。
The two-layer plating film of the present invention is highly safe and does not contain Pb, which is a harmful component, and melts when heated by soldering to easily alloy, The formed Bi—Sn alloy film has a low melting point and is highly useful as a film for low temperature bonding.

【0026】また、本発明のビスマス/スズ2層めっき
皮膜は、金属成分としてビスマス及びスズのそれぞれを
単独で含有するビスマスめっき浴とスズめっき浴を用い
て形成されるものであり、めっき皮膜の膜厚比率を管理
するだけで、はんだ付の際に任意の合金組成のめっき皮
膜を形成でき、簡単に安定した組成のはんだ付用下地皮
膜とすることができる。したがって、本発明の層めっき
皮膜を形成する場合には、合金めっき浴を用いて合金め
っき皮膜を形成する場合のような、浴管理の煩雑さがな
い。また、析出物や陽極にBiが置換析出することがな
く、めっき作業が簡単である。
The bismuth / tin two-layer plating film of the present invention is formed by using a bismuth plating bath and a tin plating bath each containing bismuth and tin alone as metal components. By simply controlling the film thickness ratio, a plating film having an arbitrary alloy composition can be formed during soldering, and a soldering base film having a stable composition can be easily obtained. Therefore, when the layer plating film of the present invention is formed, bath management is not as complicated as when an alloy plating film is formed using an alloy plating bath. In addition, there is no substitutional precipitation of Bi on the precipitate or the anode, and the plating operation is simple.

【0027】[0027]

【実施例】【Example】

実施例1 下記の組成を有するBiめっき浴及びSnめっき浴を調
製した。
Example 1 Bi plating baths and Sn plating baths having the following compositions were prepared.

【0028】 *メタンスルホン酸Biめっき浴 70%メタンスルホン酸 200ml/l 酸化ビスマス 22.3g/l β−ナフトールエトキシレート(EO13モル付加物) (商標:BN−13、青木油脂製) 10.0g/l *メタンスルホン酸Snめっき浴 メタンスルホン酸スズ 70ml/l 70%メタンスルホン酸 100ml/l β−ナフトールエトキシレート(EO13モル付加物) (商標:BN−13、青木油脂製) 10g/l 光沢剤溶液(商標:トップティーナMS No.2、 奥野製薬工業(株)製) 10ml/l 上記したBiめっき浴及びSnめっき浴を用い、被処理
物としては、銅張積層板を用いて、脱脂(奥野製薬工業
(株)製、OPC−380コンディクリーンM)、ソフ
トエッチング(奥野製薬工業(株)製、OPC−40
0)及び脱スマット(10%H2 SO4 )の各前処理を
行った後、Biめっき及びSnめっきのめっき時間を変
化させて、めっき膜厚比率の異なるBiめっき皮膜及び
Snめっき皮膜を順次形成した。Biめっき及びSnめ
っきのめっき条件は、いずれも同一であり、下記の通り
である。また、いずれの場合にも、Biめっき皮膜及び
Snめっき皮膜の合計膜厚は、10μmとした。
* Methanesulfonic acid Bi plating bath 70% methanesulfonic acid 200 ml / l bismuth oxide 22.3 g / l β-naphthol ethoxylate (EO13 mol adduct) (trademark: BN-13, manufactured by Aoki Yushi) 10.0 g / L * Methanesulfonic acid Sn plating bath Tin methanesulfonate 70 ml / l 70% Methanesulfonic acid 100 ml / l β-naphthol ethoxylate (EO13 mol adduct) (trademark: BN-13, manufactured by Aoki Yushi) 10 g / l gloss Agent solution (Trademark: Toptina MS No. 2, manufactured by Okuno Chemical Industries Co., Ltd.) 10 ml / l Using the above Bi plating bath and Sn plating bath, using a copper clad laminate as the object to be degreased (Okuno Pharmaceutical Co., Ltd., OPC-380 Condy Clean M), soft etching (Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.) , OPC-40
0) and desmutting (10% H 2 SO 4 ) respectively, and then the plating time of Bi plating and Sn plating is changed to sequentially form Bi plating film and Sn plating film having different plating film thickness ratios. Formed. The plating conditions of Bi plating and Sn plating are the same, and are as follows. In each case, the total film thickness of the Bi plating film and the Sn plating film was 10 μm.

【0029】(めっき条件) 陰極電流密度 2 A/dm2 浴 温 25 ℃ 攪 拌 カソードロッカー 陽 極 BiまたはSn(99.99 %以上) Biめっき及びSnめっきについてのそれぞれのめっき
時間、及び膜厚比率を下記表1に示す。
(Plating conditions) Cathode current density 2 A / dm 2 bath temperature 25 ° C. agitation cathode rocker anode Bi or Sn (99.99% or more) The plating time and film thickness ratio for Bi plating and Sn plating The results are shown in Table 1 below.

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】得られためっき皮膜はいずれも良好な光沢
外観を有していた。これらのめっき皮膜のはんだ特性に
ついて、ソルダーチェッカーを用いたメニスコグラフ法
により評価した。メニスコグラフの測定条件は以下の通
りである。
Each of the obtained plating films had a good gloss appearance. The solder characteristics of these plating films were evaluated by the meniscograph method using a solder checker. The measurement conditions of the meniscograph are as follows.

【0032】(メニスコグラフ測定条件) はんだ槽 60:40共晶はんだ 浴 温 230℃ 浸漬深さ 2mm 浸漬時間 10秒 浸漬速度 8mm/秒 フラックス WWロジンタイプ 以上の測定により得られたBiめっき膜厚とゼロクロス
タイムの関係を図1に示す。この結果から明らかなよう
に、ゼロクロスタイムはBi単独のめっき皮膜で2.5
秒、Sn単独のめっき皮膜で1.75秒であったもの
が、Bi皮膜とSn皮膜を2:8〜8:2の膜厚比率で
形成した場合には、1.0〜1.2秒程度まで低下し、
良好なはんだ付性を有するものとなった。
(Meniscograph measurement conditions) Solder bath 60:40 Eutectic solder bath Temperature 230 ° C. Immersion depth 2 mm Immersion time 10 seconds Immersion speed 8 mm / sec Flux WW Rosin type Bi plating film thickness and zero cross obtained by the above measurement The time relationship is shown in FIG. As is clear from this result, the zero cross time is 2.5 with the plating film of Bi alone.
Second, the plating film of Sn alone was 1.75 seconds, but when the Bi film and the Sn film were formed at a film thickness ratio of 2: 8 to 8: 2, 1.0 to 1.2 seconds. To a degree,
It has good solderability.

【0033】また、Biめっき膜厚と最大ぬれ力の関係
を図2に示す。この結果からも、Bi皮膜とSn皮膜を
順次形成した場合には、はんだ濡れ性の向上が認められ
た。
FIG. 2 shows the relationship between the Bi plating film thickness and the maximum wetting force. From these results, it was confirmed that the solder wettability was improved when the Bi film and the Sn film were sequentially formed.

【0034】次いで、Bi/Sn2層めっき皮膜につい
て、はんだ接合強度試験を行った。試験方法としては、
銅張積層板に上記と同様の条件でめっき皮膜を形成し、
共晶組成のハンダペーストを用いて、銅素材の引っ張り
テストピンを接合した後、引っ張り試験機を用いてテス
トピンの接合強度の測定を行った。リフロー処理にはS
MT−バッチオーブンを用い、基板温度205℃の条件
で接合を行った。
Next, a solder joint strength test was conducted on the Bi / Sn two-layer plating film. As a test method,
Form a plating film on the copper clad laminate under the same conditions as above,
After using the eutectic solder paste to bond the tensile test pins of the copper material, the tensile strength of the test pins was measured using a tensile tester. S for reflow processing
Bonding was performed using a MT-batch oven at a substrate temperature of 205 ° C.

【0035】はんだ接合強度試験の結果を図3に示す。
Sn単独のめっき皮膜では接合強度は1.6kgとな
り、Bi単独のめっき皮膜では1.2kgの接合強度を
示したのに対して、Snめっき皮膜の下地にBiめっき
皮膜を形成した場合には、Biめっき皮膜が2〜6μm
では3.8〜4.4kg程度の高い接合強度を示した。
この結果から、Bi皮膜とSn皮膜の膜厚比率が2:8
〜6:4の場合には、良好なはんだ接合強度を有する皮
膜が形成されることが判る。
The results of the solder joint strength test are shown in FIG.
The bonding strength of the Sn-only plating film was 1.6 kg, and the bonding strength of the Bi-only plating film was 1.2 kg, whereas when the Bi plating film was formed as the base of the Sn plating film, Bi plating film is 2 to 6 μm
Showed a high joint strength of about 3.8 to 4.4 kg.
From this result, the film thickness ratio of Bi film and Sn film is 2: 8.
It can be seen that in the case of ˜6: 4, a film having good solder joint strength is formed.

【0036】実施例2 下記の組成を有するBiめっき浴及びSnめっき浴を調
製し、実施例1と同様のめっき条件ではんだ接合強度試
験用試料を作製し、はんだ接合強度試験行なった。
Example 2 A Bi plating bath and a Sn plating bath having the following compositions were prepared, a solder joint strength test sample was prepared under the same plating conditions as in Example 1, and a solder joint strength test was conducted.

【0037】*硫酸Biめっき浴 98%硫 酸 100ml/l 硝酸ビスマス 11.6g/l β−ナフトールエトキシレート(EO25モル付加物) (商標:BN−25、青木油脂製) 5.0g/l *硫酸Snめっき浴 98%硫 酸 100ml/l 硫酸スズ 30g/l β−ナフトールエトキシレート(EO25モル付加物) (商標:BN−25、青木油脂製) 5.0g/l 光沢剤溶液(商標:トップティーナMS No.2、奥
野製薬工業(株)製) 10ml/l 試験結果を図4に示す。この結果から明らかなように、
Bi皮膜とSn皮膜を順次形成した2層めっき皮膜は、
Sn単独のめっき皮膜及びBi単独のめっき皮膜のそれ
ぞれと比べて、高いはんだ接合強度を有するものとなっ
た。
* Sulfuric acid Bi plating bath 98% Sulfuric acid 100 ml / l Bismuth nitrate 11.6 g / l β-naphthol ethoxylate (EO25 mol adduct) (Trademark: BN-25, Aoki Yushi) 5.0 g / l * Sulfuric acid Sn plating bath 98% Sulfuric acid 100 ml / l Tin sulfate 30 g / l β-naphthol ethoxylate (EO25 mol adduct) (trademark: BN-25, Aoki Yushi) 5.0 g / l Brightener solution (trademark: top Tina MS No. 2, manufactured by Okuno Chemical Industries Co., Ltd. 10 ml / l The test results are shown in FIG. As is clear from this result,
The two-layer plating film in which the Bi film and the Sn film are sequentially formed is
The solder bonding strength was higher than those of the Sn-only plating film and the Bi-only plating film.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1におけるBi膜厚とゼロクロスタイム
との関係を示すグラフ。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between Bi film thickness and zero cross time in Example 1.

【図2】実施例1におけるBi膜厚と最大ぬれ力との関
係を示すグラフ。
2 is a graph showing the relationship between Bi film thickness and maximum wetting force in Example 1. FIG.

【図3】実施例1におけるBi膜厚と接合強度との関係
を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between Bi film thickness and bonding strength in Example 1.

【図4】実施例2におけるBi膜厚と接合強度との関係
を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between Bi film thickness and bonding strength in Example 2.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−169589(JP,A) 特開 昭48−78042(JP,A) 特開 昭47−38539(JP,A) 特開 平2−4984(JP,A) 特開 平1−116096(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25D 5/10 C25D 3/30 C25D 3/54 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-60-169589 (JP, A) JP-A-48-78042 (JP, A) JP-A-47-38539 (JP, A) JP-A-2- 4984 (JP, A) JP-A 1-116096 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C25D 5/10 C25D 3/30 C25D 3/54

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ビスマスめっき皮膜及びスズめっき皮膜
を順次形成してなるはんだ付下地用ビスマス/スズ2層
めっき皮膜。
1. A bismuth / tin two-layer plating film for a soldering base, which is formed by sequentially forming a bismuth plating film and a tin plating film.
【請求項2】 ビスマスめっき皮膜及びスズめっき皮膜
の膜厚比率が、前者:後者=2:8〜8:2であること
を特徴とする請求項1に記載のはんだ付下地用ビスマス
/スズ2層めっき皮膜。
2. The bismuth / tin 2 for soldering base according to claim 1, wherein the film thickness ratio of the bismuth plating film and the tin plating film is the former: the latter = 2: 8 to 8: 2. Layer plating film.
JP01181695A 1995-01-27 1995-01-27 Bismuth / tin two-layer plating film for soldering base Expired - Lifetime JP3418773B2 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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