JP4190506B2 - ウイスカ評価方法 - Google Patents
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Description
図3(a)に示すように、銅(Cu)合金等の母材10の上にSnめっき膜12を形成した場合について説明する。Snめっき膜12が形成されてからある程度の時間が経過すると、Snめっき膜12の表面が酸化されて表面酸化膜14も形成される。また、Snめっき膜12は再結晶化して結晶粒が粗大化する。さらに、下地である母材10のCuがSnめっき膜12中に拡散して下地拡散層16が形成される。
表面酸化膜14は、Snめっき膜の表面に雰囲気中の酸素O2が作用して形成される酸化膜であり、このような酸化は加熱条件下で加速される。したがって、表面酸化膜14の生成を抑制するためには、加熱を行なわないことが適当であるが、ウイスカの成長を促進するためには加熱は重要な条件であり、加熱を行なわないと評価試験の時間が長くなるといった問題がある。上述の例は、Snめっき膜の表面に酸化膜が生成された場合であるが、めっき膜の材質や雰囲気条件によっては、酸化膜ではなく水酸化膜が形成される場合もある。水酸化膜も酸化膜と同様に雰囲気中の酸素の存在が生成要因となる。
ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、
ペンタエチレングリコール、ヘキシレングリコール
*エーテル系
エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル
*パーフルオロカーボン系
フロリナート、ガルデン
また、上述の不活性雰囲気は、酸化を抑制するために導入されるが、より積極的に酸化膜を除去することによりウイスカの発生を加速することもできる。すなわち、鉛フリーメッキ膜の表面には、ウイスカ評価試験に供される以前に極薄い表面酸化膜(自然酸化膜)が生成されることは避けられない。この表面酸化膜がウイスカ評価試験においてウイスカの成長の妨げとなることが考えられる。そこで、上述の不活性雰囲気に水素ガスのような還元ガスを導入することで、既に生成されている酸化膜を除去しながらウイスカ評価試験を行なうことで、よりウイスカの成長を促進させることができる。
40mm×5mm×0.3mmの銅(Cu)板(Cu:99,99%)上に、電界めっきによりSnめっき膜を10μmの厚さで形成したサンプルを準備した。このサンプルをイナートオーブン中で、窒素ブローにより酸素濃度200ppmの不活性雰囲気にし、150℃に加熱して、恒温放置試験を行ない、ウイスカ評価を行なった。比較サンプルとして、大気雰囲気とした恒温槽においても、同様に150℃に加熱してサンプルの放置試験を行なった。ウイスカ評価としては、サンプルの片面全体において、放置100時間後に発生した長さ50μm以上のウイスカの数を調べた。
40mm×5mm×0.3mmの銅(Cu)板(Cu:99.99%)上に、電界めっきによりSnめっき膜を10μmの厚さで形成したサンプルを準備した。このサンプルを、VPS(Vapor Phase Soldering)装置で生成したフルオロカーボン蒸気雰囲気中で、155℃に加熱して、恒温放置試験を行ない、ウイスカ評価を行なった。比較サンプルとして、大気雰囲気とした恒温槽においても、同様に155℃に加熱してサンプルの放置試験を行なった。ウイスカ評価としては、サンプルの片面全体において、放置100時間後に発生した長さ50μm以上のウイスカの数を調べた。なお、VPS装置は高密度実装基板等に用いられる飽和蒸気を利用したリフローはんだ付け装置であり、フッ素系不活性化学液(ガルデン等)を加熱して得られる飽和蒸気雰囲気中に製品を浸漬し、製品に触れた蒸気が気化潜熱を放出して凝縮することにより、製品全体に均一な熱エネルギを与えることのできる装置である。また、VPSはN2リフローと同様の低酸素リフローの一種であり、N2より更に低酸素(ほとんど無酸素)でリフローを行なうことができる。
40mm×5mm×0.3mmの銅(Cu)板(Cu:99,99%)上に、電界めっきによりSnめっき膜を10μmの厚さで形成したサンプルを準備した。このサンプルを水素ガスと窒素ガスを導入したイナートオーブン中で、酸素濃度を270ppmとして、150℃に加熱して、100時間の恒温放置試験を行ない、ウイスカ評価を行なった。比較サンプルとして、水素ガスを導入しないで窒素ガスのみの不活性雰囲気で150℃に加熱した場合と、大気雰囲気とした恒温槽において同様に150℃に加熱した場合についても、サンプルの放置試験を行なった。ウイスカ評価としては、サンプルの片面全体において、放置100時間後に発生した長さ50μm以上のウイスカの数を調べた。
40mm×5mm×0.3mmの銅(Cu)板(Cu:99,99%)上に、電界めっきによりSnめっき膜を10μmの厚さで形成したサンプルを準備した。このサンプルを、VPS装置で生成したフルオロカーボン(ガルデン155)蒸気雰囲気中で、水素ガスを導入しながら、150℃に加熱して、50時間の恒温放置試験を行ない、ウイスカ評価を行なった。比較サンプルとして、水素ガスを導入しないでフルオロカーボン蒸気のみの不活性雰囲気で150℃に加熱した場合と、大気雰囲気とした恒温槽において同様に150℃に加熱した場合についても、サンプルの放置試験を行なった。ウイスカ評価としては、サンプルの片面全体において、放置50時間後に発生した長さ50μm以上のウイスカの数を調べた。
上述の実験例3)と同様な条件で、放置時間を3時間として発生した長さ50μm以上のウイスカの数を調べた。
鉛フリーめっきが施された評価対象の鉛フリーめっき膜上に発生するウイスカの発生及び成長の程度を評価するウイスカ評価方法であって、
該評価対象を不活性雰囲気内で3時間以上放置し、該評価対象の表面に発生したウイスカを観察して発生及び成長の程度を評価することを特徴とするウイスカ評価方法。
付記1記載のウイスカ評価方法であって、
前記不活性雰囲気の酸素濃度を1000ppm以下とすることを特徴とするウイスカ評価方法。
鉛フリーめっきが施された評価対象の鉛フリーめっき膜上に発生するウイスカの発生及び成長の程度を評価するウイスカ評価方法であって、該評価対象の表面に生成された酸化膜を除去しながら、該評価対象を不活性雰囲気内に所定時間以上放置し、該評価対象の表面に発生したウイスカを観察して発生及び成長の程度を評価することを特徴とするウイスカ評価方法。
付記1記載のウイスカ評価方法であって、
前記不活性雰囲気の酸素濃度を20%未満とすることを特徴とするウイスカ評価方法。
付記3又は4記載のウイスカ評価方法であって、
前記酸化膜の除去は、前記不活性雰囲気に水素ガスを導入することで達成することを特徴とするウイスカ評価方法。
前記還元ガスは水素ガスであることを特徴とするウイスカ評価方法。
付記1乃至6のうちいずれか一項記載のウイスカ評価方法であって、
前記評価対象を前記不活性雰囲気中で前記鉛フリーめっき膜の融点以下の温度に加熱することを特徴とするウイスカ評価方法。
付記1乃至7のうちいずれか一項記載のウイスカ評価方法であって、
前記不活性雰囲気を、不活性ガス及び不活性な有機溶媒の蒸気のうち少なくとも一方により生成することを特徴とするウイスカ評価方法。
付記8記載のウイスカ評価方法であって、
前記不活性ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれかを含むことを特徴とするウイスカ評価方法。
4 接続端子
6 実装基板
6a 電極
8 はんだ
10 母材
12 Snめっき膜
14 表面酸化膜
16 下地拡散層
18 ウイスカ
Claims (5)
- 鉛フリーめっきが施された評価対象の鉛フリーめっき膜上に発生するウイスカの発生及び成長の程度を評価するウイスカ評価方法であって、
該評価対象を不活性雰囲気内で3時間以上放置し、該評価対象の表面に発生したウイスカを観察して発生及び成長の程度を評価することを特徴とするウイスカ評価方法。 - 請求項1記載のウイスカ評価方法であって、
前記不活性雰囲気の酸素濃度を1000ppm以下とすることを特徴とするウイスカ評価方法。 - 鉛フリーめっきが施された評価対象の鉛フリーめっき膜上に発生するウイスカの発生及び成長の程度を評価するウイスカ評価方法であって、
該評価対象の表面に生成された酸化膜を除去しながら、該評価対象を不活性雰囲気内に所定時間以上放置し、該評価対象の表面に発生したウイスカを観察して発生及び成長の程度を評価することを特徴とするウイスカ評価方法。 - 請求項3記載のウイスカ評価方法であって、
前記酸化膜の除去は、前記不活性雰囲気に還元ガスを導入することで達成することを特徴とするウイスカ評価方法。 - 請求項1乃至4のうちいずれか一項記載のウイスカ評価方法であって、
前記評価対象を前記不活性雰囲気中で前記鉛フリーめっき膜の融点以下の温度に加熱することを特徴とするウイスカ評価方法。
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