JP3555625B2

JP3555625B2 - 銅及び銅合金製リードフレームの電解研磨方法

Info

Publication number: JP3555625B2
Application number: JP20393694A
Authority: JP
Inventors: 良麿手塚; 靖神月; 正中野; 武横山
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1994-08-29
Filing date: 1994-08-29
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2019-08-18
Also published as: JPH0866830A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はリードフレームに銀めっきを施す方法に関し、特に銅ストライクめっきを不要とするリードフレームの銀めっき方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品材料であるリードフレームは、一般に圧延材料を加工して製造されている。例えば、圧延材料を型抜きして基材を得、この基材を化学研磨や電解研磨して基材表面に付着している有機物などの汚れ、酸化被膜そして凸状突起物、ヒゲ状突起物といった異形物の除去などを行い、その後リード部等の必要部に銅ストライクめっきを施し、その上に銀めっきを施して製造している。
【０００３】
リードフレームに銀めっきをする具体的な方法を示すと以下のようになる。
【０００４】
まず、リードフレームを脱脂液に浸漬し（溶剤浸漬工程）て表面の油脂を除去する。次に電解研磨液中でアノード溶解（電解研磨工程）し、リードフレーム表面の凹凸部を研磨し、凹部に含まれていた油脂を除去する。次に、電解研磨後のリードフレーム表面に存在する酸化膜を硫酸を用いて溶解除去（酸処理工程）し、中和処理（中和工程）し、銅ストライクめっき（銅ストライクめっき工程）をする。そして、えられた銅層の上に銀めっき（銀めっき工程）を施し、後処理を行う。
【０００５】
従来の電解研磨工程ではリードフレーム表面の凹凸の除去は不完全であり、このような表面に直接銀めっきを施すと良好な銀めっきは得られない。このため上記銅ストライクめっき工程は不可欠なものとなっている。しかし、この銅ストライクめっき工程には以下のような問題点がある。
【０００６】
（１）液の持ち出しや液加熱により生産中に浴組成変動を来し易い。
【０００７】
（２）浴組成変動によりストライクめっき層の厚さが変動し易い。
【０００８】
（３）めっき前処理工程の影響を完全に抑えることができず、フクレ、ムラを完全になくすことができず、銀めっき不良をなくすことはできない。
【０００９】
よって、銅ストライクめっき工程を省略できれば、これら問題点の解消ができるばかりでなく、大幅なコストダウンが達成できるため、種々の検討が試みられている。この一つに無接点式電解研磨装置を用いた電解研磨方法がある。この方法は、電解液中を通過するリードフレーム自身が無接触式で電極となる。この無接点式電解研磨装置では、リードフレームが非接触で電解研磨されるため、リードフレームが変形することなく、かつ結果的に良好な研磨面が得られるとされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、上記無接点式電解研磨装置を用いると、研磨後のリードフレームの表面は従来と比較にならないほど改善される。しかし、このようなリードフレームですら銅ストライクめっきを省略することはできない。
【００１１】
本発明は上記状況に鑑みてなされたものであり、銅ストライクめっきを必要とせず、直接リードフレーム表面に銀めっきを施すことが可能となるリードフレームの電解研磨方法の提供を課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の方法は、銅及び銅合金製リードフレームの電解研磨法において、単位電解研磨槽がリードフレームの導入方向より、素材供給ロール部、電解研磨部、素材排出ロール部の順に配置された装置であり、上記電解研磨部には、リードフレームの導入方向より第１電極配置槽、第１処理液排出槽、第２電極配置槽、第２処理液排出槽、第３電極配置槽、第３処理液排出槽、第４電極配置槽の順に配置され、さらに、上記の各層は電解研磨処理に供されるリードフレームを通過させるための開口部を有する隔壁によって仕切られ、また、第１及び第４の電極配置層には、開口部を結ぶ平面を境にして、その上下もしくはその上下のいずれかの位置で、かつ、電解研磨液に浸された位置に、電源の陰極または陽極に連なる電極板が配置され、さらに、第２および第３の電極配置槽には開口部を結ぶ平面を境にして、その上下もしくはその上下のいずれかの位置で、かつ、電解研磨液に浸された位置に、電源の陽極または陰極に連なる電極板が配置され、また、第１および第４の電極配置槽並びに第２および第３の電極配置槽の底部にはそれぞれに電解研磨液の注入口が設けられてあり、そのうえ、素材供給ロール部、第１ないし第３の処理液排出槽、素材排出ロール部の底部にはそれぞれに研磨処理に供された電解研磨液の排出口がもうけられてあり、さらに、上記注入口から第１および第４の電極配置槽または第２および第３の電極配置槽に向けて個別に注入された電解研磨液は、それぞれの第１および第４の電極配置槽、または第２および第３の電極配置槽に隣接する素材供給ロール部、第１ないし第３の処理液排出槽、素材排出ロール部の底部に設けられた排出口より電解研磨液電解研磨液循環部に向けて排出されるように構成された無接点式電解研磨装置を用い、以下に示す電解研磨液を用い、以下に示す条件で電解研磨を行うものである。
【００１３】

【００１４】
電流密度１．０〜３．０Ａ／ｄｍ^２
【００１５】
【作用】
本発明の特徴は、無接点式電解研磨装置を用い、特定の電解研磨液を用い、特徴ある波形を持った電流を印加する点である。
【００１６】
まず、本発明に使用するのに好適な無接点式電解研磨装置について図１を用いて説明する。
【００１７】
図１の装置はリードフレームの導入方向より、素材供給ロール部１、電解研磨部２、素材排出ロール部３の順に配置された装置である。上記電解研磨部２には、リードフレームの導入方向より第１陰極配置槽４、第１処理液排出槽５、第１陽極配置槽６、第２処理液排出槽７、第２陽極配置槽８、第３処理液排出槽９、第２陰極配置槽１０がこの順に配置されている。
【００１８】
さらに、上記の各層は電解研磨処理に供されるリードフレームを通過させるための開口部１１を有する隔壁１２によって仕切られている。
【００１９】
また、第１及び第２の陰極配置層４，１０には、開口部１１を結ぶ平面を境にして、その上下もしくはその上下のいずれかの位置で、かつ、電解研磨液に浸された位置に、電源の陰極に連なる陰極板１３が配置され、さらに、第１および第２の陽極配置槽６，８には開口部を結ぶ平面を境にして、その上下もしくはその上下のいずれかの位置で、かつ、電解研磨液に浸された位置に、電源の陽極に連なる陽極板１４が配置されてい。
【００２０】
また、第１および第２の陰極配置槽４，１０並びに第１および第２の陽極配置槽６，８の底部にはそれぞれに電解研磨液の注入口１５が設けられてあり、そのうえ、素材供給ロール部１、第１ないし第３の処理液排出槽５，７，８、素材排出ロール部３の底部には祖それぞれに研磨処理に供された電解研磨液の排出口１６がもうけられてある。
【００２１】
さらに、上記注入口１５から第１および第２の陰極配置槽４，１０または第１および第２の陽極配置槽６，８に向けて個別に注入された電解研磨液は、、それぞれの第１および第２の陰極配置槽４，１０、または第１および第２の陽極配置槽６，８に隣接する第１ないし第３のいずれかの処理液排出槽５，７，９の底部に設けられた排出口１６より電解研磨液循環部に向けて排出される。
【００２２】
そして、電解研磨液循環部にて一体にして回収された電解研磨液は電解研磨液循環部にて電解研磨液の性状を調整した後、上記電解研磨液循環部よりそれぞれの第１および第２の陰極配置槽４，１０または第１および第２の陽極配置槽６，８に循環して供給されるものである。
【００２３】
次に本発明で用いる電解研磨液について説明する。
【００２４】
従来よりもっとも多用される電解研磨液はピロリン酸カリウム５０ｇ／リットル、クエン酸ナトリウム３０ｇ／リットルのようなリン酸系電解研磨液を用いている。この電解研磨液はリードフレームとして用いられ鉄系部材の電解研磨液として長い実績があり、かつ安価である。しかし、この電解研磨液を本発明の方法のように用いた場合には、表面が確実に平坦となるように電解研磨を行えなかった。
【００２５】
本発明で用いる電解研磨液の基本組成を硫酸浴としたのは以下の理由による。
【００２６】
アルカリ浴を用いると、比較的良好な研磨面は得られるものの、泡立ちが多い等の問題があり、排水処理にかなりな負担をかけることになる。中性浴では十分な電解研磨は得られない。塩酸浴では良好な研磨面は得られるものの、臭気や腐食などの問題があり、経済性を損なう。リン酸は排水処理に負担がかかる。これらに対し、硫酸浴は、硫酸単味では塩酸浴ほど良好な研磨面は得られないものの、添加剤を併用することにより塩酸浴とより優れた平滑性を持つ研磨面が得られる。また、硫酸浴であれば安価であり、かつ取扱いも容易である。
【００２７】
本発明で用いる添加剤の一つは塩化アンモニウムである。塩化アンモニウムの役割は銅及び銅合金製性リードフレーム表面を腐食させることが主となっていると思われる。
【００２８】
また、他の添加剤としてノニオン系海面活性剤を用いるが、これは銅及び銅合金製性リードフレーム表面の油脂類を浴中に容易に溶解させる目的と、リードフレーム表面に気泡が付着しにくくする目的からである。用いることのできるノニオン系界面活性材としては、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセリドなどがある。
【００２９】
界面活性材の濃度が低すぎると電極面への発生ガスの付着を防止できず、高すぎると界面活性剤自体が十分に溶解しないばかりでなく、電解液の粘度が多角なりすぎ、同様に電極面へのガスの付着を防止できなくなる。このため、ノニオン系界面活性剤の濃度は０．０８〜０．２５ｇ／リットルとすることが必要である。
【００３０】
本発明の電解液の組成は幾多の試験の結果求めたものであり、この範囲をはずれると銅ストライクめっきが不要になるほど良好な電解研磨面は得られない。
【００３１】
次に、電解研磨に用いる電流波形について説明する。
【００３２】
図２は陽極側または陰極側に印加する、電流発生装置（図示せず）によって発生される電流の基本波形を示すグラフであり、図３は、電流発生装置によって発生した電流を切り替えて陽極側および陰極側に交互に印加する態様を示すグラフである。
【００３３】
図２から明らかなように、印加する電流は、直流電流にリップル（脈動部）を重畳した電流であり（以下「リップルを有する直流電流」と呼ぶ）、このような波形の電流は交流を整流し、平滑装置により平滑にすることにより得ることができる。なお、このような電流波形を得る装置は本発明の部分を構成しないので、詳細な説明は省略する。
【００３４】
図３は、図２で示す電流波形を発生する装置（図示せず）を用いて電解研磨を行う際の電流を印加する態様を示す例であり、図示した例では陽極側に５個のリップル（リップルの幅：１０ｍｓ）を有する直流電流を印加し、その後陰極側に１個のリップルを有する直流電流を印加し、これを１サイクルとし、以下同様に電流を印加することを示している。
【００３５】
図３で示すようなリップルを有する直流電流を用いることにより十分な電解研磨面が得られ、直接リードフレームの表面に銀めっきを施すことができる。また、電解研磨でこのようなリップルを有する直流電流を用いる際、リップルの幅、言い替えるとリップルリップルの周波数と、陽極側および陰極側への電流の印加時間の割合とが平滑な電解研磨面を得るのに重要である。具体的には、リップルの周波数を４０〜１２０Ｈｚの範囲内に選び、リードフレームが陽極として機能する時間が陰極として機能する時間の３．３倍以上となるようにする。
【００３６】
本発明の方法において、なぜ平滑な電解研磨面が得られるのかの理論的解析は、現在のところ不明である。無接点式電解研磨装置と、本発明の電解液とを用い、リップルを有する直流電流を用いることにより、直流電流に重畳されたリップル部分の電流の物理化学的効果が従来より一層大きくなったためと本発明者らは思っている。
【００３７】
なお、本発明の方法で得られたリードフレームにＸ方向、Ｙ方向を問わず直接ワイヤーボンディングすることが可能である。
【００３８】
【実施例】
次に本発明の実施例について述べる。
【００３９】
（実施例１）
幅２３ｃｍ、長さ４５ｃｍ、深さ１５ｃｍの２基の電極配置槽を陰極槽とし、幅２３ｃｍ、長さ１５ｃｍ、深さ１５ｃｍｍの２基の電極配置槽を陽極槽とし、これらの電極配置槽と幅２３ｃｍ、長さ１５ｃｍ、深さ１５ｃｍの４基の処理廃液槽と幅２３ｃｍ、長さ１０ｃｍ、深さ１５ｃｍの１基の処理廃を組み合わせて図１に示した無接点式電解研磨装置を組立以下の電解研磨に使用した。なお、用いた陽極板は厚さ５ｍｍ、幅１０ｃｍ、長さ１０ｃｍの銅板であり、陰極板は厚さ３ｍｍ、幅１０ｃｍ、長さ４０ｃｍの硬鉛板である。
【００４０】
銅材をプレス加工して得た、厚さ０．１８ｍｍ、幅１０ｃｍｍの長尺のリードフレームを上村工業株式会社製ＳＫ−７を５０ｇ／リットルの５０℃の脱脂液に２０秒間浸漬し、次いで、上記無接点式電解研磨装置と下記組成の電解液を用い、リードフレームの陽極側への印加時間と陰極への印加時間とを変え電解研磨を行った。
【００４１】
＜電解液＞
硫酸３０ｇ／リットル
塩化アンモニウム６０ｇ／リットル
ＡＵ−１５０（上村工業株式会社社製界面活性剤）０．１７ｇ／リットル
液温度４５℃
なお、リードフレームの搬送速度は３ｍ／分とし、平均電流密度が２．０Ａ／ｄｍ^２となるようにし、リップルを構成する１つの波のサイクルが１０ｍＳ（ミリ秒）のリップルを有する直流電流を図３に示すようなパターンでリードフレームに印加し電解研磨を行った。なお、１０ｍＳのリップルの周波数は５０Ｈｚである。
【００４２】
電解研磨後、リードフレームを水洗し、表面を目視観察した。その結果、素材表面全体の水塗れ性は均一であり、水をはじいた部分は見あたらず、かつリードフレームのパッド部分においても同様であった。ちなみに、このリードフレームの表面の粗さを東京精密株式会社社製の粗さ計サーフコム５５４Ａを用いて測定したところ、処理前の凹部の平均値が０．５５μｍ、凸部の平均値が０．３５μｍで有ったものが、処理後には凹部の平均値は０．２、凸部の平均値が０．０７となっており、極めて平滑になっていることがわかった。
【００４３】
次にリードフレームの表面を２５ｇ／リットルのエンゲル置換防止材溶液に１０秒間浸漬し、中和処理を行い、６０℃、銀濃度６０ｇ／リットルのエンゲルＳ−９１０Ａｇめっき液を２０秒間吹き当て、電流密度５０Ａ／ｄｍ^２で銀めっきを行った。得られた銀めっき被膜の状態を観察し、その結果を表１に示した。表１は図３のパターンに示される１サイクルの間に陽極として作用する時間を縦軸に採り、陰極として作用する時間を横軸に採ったものである。
【００４４】

表１において○は良好なめっき被膜が得られたものであり、△は焼けが発生しているものであり、不良品である。
【００４５】
（実施例２）
硫酸濃度を２０ｇ／リットル、４０ｇ／リットルとした以外は実施例１と同様にして電解研磨を行い、引き続き銀めっきを施した。
【００４６】
得られた銀めっき被膜の状態を観察し、１サイクルの間に陽極として作用する時間と、陰極として作用する時間と銀めっき被膜の外観との関係を求めたところ実施例１と同様であった。
【００４７】
（実施例３）
塩化アンモニウム濃度を４０ｇ／リットル、８０ｇ／リットルとした以外は実施例１と同様にして電解研磨を行い、銀めっきを施した。
【００４８】
得られた銀めっき被膜の状態を観察し、１サイクルの間に陽極として作用する時間と、陰極として作用する時間と銀めっき被膜の外観との関係を求めたところ実施例１と同様であった。
【００４９】
（実施例４）
界面活性剤濃度を０．０８ｇ／リットル、０．２ｇ／リットルとした以外は実施例１と同様にして電解研磨を行い、銀めっきを施した。
【００５０】
得られた銀めっき被膜の状態を観察し、１サイクルの間に陽極として作用する時間と、陰極として作用する時間と銀めっき被膜の外観との関係を求めたところ実施例１と同様であった。
【００５１】
（比較例）
電解液を温度５０度、濃度５０ｇ／リットルのＥＣ−５６（ディプソール株式会社製）溶液を電解液とした以外は実施例１と同様にして電解研磨を行い、銀めっきを施した。
【００５２】
得られた銀めっき被膜の状態を観察し、１サイクルの間に陽極として作用する時間と、陰極として作用する時間と銀めっき被膜の外観との関係を求めたところ何れの条件でも良好なものは得られなかった。
【００５３】
そこで、電解研磨後、リードフレームを水洗し、表面を目視観察したが、素材表面全体の水塗れ性は均一であり、水をはじいた部分は見あたらず、かつリードフレームのパッド部分においても同様であった。次に、このリードフレームの表面粗さを用いて測定したところ、処理後の凹部の平均値は０．５、凸部の平均値が０．２３となっており、本実施例ほと平滑でないことがわかった。
【００５４】
また、電解研磨後のリードフレームを従来法に従い銅ストライクめっきを施し、次いで銀めっきを施したところ良好なめっき被膜が得られていることがわかった。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の方法を用いれば、得られるリードフレームの表面は極めて平滑であり、直接銀めっきを施すことができる。このため、銅ストライクめっきが不要となるので極めて経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に使用した無接点式電解研磨装置を示したものである。
【図２】陽極側または陰極側に印加する電流の基本波形を示すグラフである。
【図３】電流発生装置によって発生した電流を切り替えて陽極側および陰極側に交互に印加する態様を示すグラフである。
【符号の説明】
１−−−素材供給ロール部２−−−電解研磨部
３−−−素材排出ロール部４−−−第１陰極配置槽
５−−−第１処理液排出槽６−−−第１陽極配置槽
７−−−第２処理液排出槽８−−−第２陽極配置槽
９−−−第３処理液排出槽１０−−−第２陰極配置槽
１１−−−開口部１２−−−隔壁
１３−−−陰極板１４−−−陽極板
１５−−−注入口１６−−−排出口

Claims

単位電解研磨槽がリードフレームの導入方向より、素材供給ロール部、電解研磨部、素材排出ロール部の順に配置された装置であり、上記電解研磨部には、リードフレームの導入方向より第１電極配置槽、第１処理液排出槽、第２電極配置槽、第２処理液排出槽、第３電極配置槽、第３処理液排出槽、第４電極配置槽の順に配置され、さらに、上記の各層は電解研磨処理に供されるリードフレームを通過させるための開講部を有する隔壁によって仕切られ、また、第１及び第４の電極配置層には、開口部を結ぶ平面を境にして、その上下もしくはその上下のいずれかの位置で、かつ、電解研磨液に浸された位置に、電源の陰極または陽極に連なる電極板が配置され、さらに、第２および第３の電極配置槽には開口部を結ぶ平面を境にして、その上下もしくはその上下のいずれかの位置で、かつ、電解研磨液に浸された位置に、電源の陽極または陰極に連なる電極板が配置され、また、第１および第４の電極配置槽並びに第２および第３の電極配置槽の底部にはそれぞれに電解研磨液の注入口が設けられてあり、そのうえ、素材供給ロール部、第１ないし第３の処理液排出槽、素材排出ロール部の底部にはそれぞれに研磨処理に供された電解研磨液の排出口がもうけられてあり、さらに、上記注入口から第１および第４の電極配置槽または第２および第３の電極配置槽に向けて個別に注入された電解研磨液は、それぞれの第１および第４の電極配置槽、または第２および第３の電極配置槽に隣接する素材供給ロール部、第１ないし第３の処理液排出槽、素材排出ロール部の底部に設けられた排出口より電解研磨液電解研磨液循環部に向けて排出されるように構成された無接点式電解研磨装置を用い、以下に示す電解研磨液を用い、以下に示す条件で電解研磨を行うことを特徴とする銅及び銅合金製リードフレームの電解研磨方法。