JP5076088B2 - Sn plated copper substrate, manufacturing method of Sn plated copper substrate, lead frame and connector terminal using the same - Google Patents

Sn plated copper substrate, manufacturing method of Sn plated copper substrate, lead frame and connector terminal using the same Download PDF

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Description

本発明は、半導体のリードフレームや電子部品のコネクタ端子に使用されるSnめっき銅基板、Snめっき銅基板の製造方法、およびこれを用いたリードフレームおよびコネクタ端子に関する。   The present invention relates to a Sn-plated copper substrate used for a semiconductor lead frame or a connector terminal of an electronic component, a method of manufacturing a Sn-plated copper substrate, and a lead frame and a connector terminal using the same.

通常、半導体のリードフレームや電子機器のコネクタ端子は、半田付け性を良くするためにSn−Pb合金めっきが施されているが、近年、環境問題からPbを用いないSnめっきが求められている。   Usually, semiconductor lead frames and connector terminals of electronic devices are plated with Sn—Pb alloy in order to improve solderability. However, in recent years, Sn plating that does not use Pb is required due to environmental problems. .

しかしながら、Snめっき表面からは、めっき後にSnの単結晶でなるウイスカが針状に自発的に発生する。ウイスカは、直径数μm、長さは数μmから長いものは数mmにもなるため、短絡の原因になることもある。かかるウイスカは、速いものはめっき後数日以内で発生し、遅いものはめっき後数ヶ月で発生するなど様々である。   However, whisker made of Sn single crystal spontaneously occurs in a needle shape from the Sn plating surface. Whisker has a diameter of several μm, and a length of several μm to a long one can be several mm, which may cause a short circuit. Such whiskers are various, such as those that occur quickly within a few days after plating, and those that occur slowly within a few months after plating.

ウイスカの成長機構は完全には理解されていないが、Snめっき層に圧縮応力が加わると、これが駆動力となってSn原子の移動と集中が誘発され、ウイスカが成長するといわれている。
ここで、Snめっき層に加わる圧縮応力としては、めっきによって生じるめっき残留圧縮応力や、めっき後に基板のCuと反応してめっきとCu基板の界面にSnとCuの合金相(CuSnやCuSn)が形成されることによる圧縮応力、めっき後の曲げ加工等によって発生する圧縮応力などが考えられる。
Although the whisker growth mechanism is not completely understood, it is said that when compressive stress is applied to the Sn plating layer, this acts as a driving force to induce movement and concentration of Sn atoms, and whisker grows.
Here, as the compressive stress applied to the Sn plating layer, plating residual compressive stress generated by plating, or an alloy phase of Sn and Cu (Cu 3 Sn or Cu at the interface between the plating and the Cu substrate reacting with Cu of the substrate after plating) Compressive stress due to the formation of 6 Sn 5 ), compressive stress generated by bending after plating, and the like can be considered.

従って、Snのウイスカの発生を防止する対策の一つとして、Snめっき層に圧縮応力がかからないようにすることが挙げられる。
圧縮応力を低減してウイスカ発生を防止する方法として、(1)めっき条件やめっき方法の検討によるめっき残留応力の低減を図る、(2)SnとCuの合金相が基板とめっきとの界面にできないように、銅や銅合金基板上に下地めっきを行う、(3)Snめっき後に熱処理を行うことで残留応力の緩和を図る、などが考えられる。
Therefore, one of the measures for preventing the occurrence of Sn whiskers is to prevent the Sn plating layer from being subjected to compressive stress.
As a method of reducing the compressive stress and preventing whisker generation, (1) reducing plating residual stress by examining plating conditions and plating methods; (2) Sn and Cu alloy phase at the interface between the substrate and the plating In order to prevent this, it is conceivable to perform base plating on a copper or copper alloy substrate, or (3) relieve residual stress by performing a heat treatment after Sn plating.

(1)の方法としては、例えば、特許文献1に示されるように、パルスめっきを行うことによりSnめっきの内部応力を緩和する方法がある。   As a method of (1), for example, as shown in Patent Document 1, there is a method of relaxing internal stress of Sn plating by performing pulse plating.

(2)の方法としては、例えば、非特許文献1に報告されているように、Cu基板上にNiやAgで下地めっきを行うことによりCuとSnの合金相形成によって圧縮応力の発生が抑制され、これにより、ウイスカの発生を抑制できることが記載されている。   As a method of (2), for example, as reported in Non-Patent Document 1, generation of compressive stress is suppressed by forming an alloy phase of Cu and Sn by performing base plating with Ni or Ag on a Cu substrate. Thus, it is described that the generation of whiskers can be suppressed.

(3)の方法としては、例えば、特許文献2に示されるように、Snめっき材を180℃から融点温度の範囲で熱処理する方法や、特許文献3に示されるように、Sn−Cu合金めっきを227℃以上270℃以下で15分以内の熱処理を行う方法等がある。これらの方法は、熱処理により、急速に基板とめっきとの界面に合金相が形成されるが加熱状態にあるため、発生する圧縮応力が急速に緩和されるとともに、一旦、合金相ができると合金相中のSnやCuの拡散速度は非常に遅くなるため、常温に戻したときには、合金相の成長が抑制されることになり、新たな圧縮応力の発生が抑制される。また、加熱により圧縮応力の緩和が起こった後に、加熱後の冷却によりSnとCuの熱膨張係数差により引っ張り応力が発生するため、ウイスカの発生が抑制される。   As a method of (3), for example, as shown in Patent Document 2, a Sn plating material is heat-treated in the range of 180 ° C. to a melting point temperature, or as shown in Patent Document 3, Sn—Cu alloy plating is performed. There is a method of performing a heat treatment at 227 ° C. or higher and 270 ° C. or lower for 15 minutes or less. In these methods, an alloy phase is rapidly formed at the interface between the substrate and the plating by heat treatment, but since it is in a heated state, the generated compressive stress is rapidly relieved, and once the alloy phase is formed, the alloy phase is formed. Since the diffusion rate of Sn and Cu in the phase becomes very slow, the growth of the alloy phase is suppressed when the temperature is returned to room temperature, and the generation of new compressive stress is suppressed. In addition, after the compression stress is relaxed by heating, a tensile stress is generated due to a difference in thermal expansion coefficient between Sn and Cu due to cooling after heating, so that the generation of whiskers is suppressed.

なお、圧縮応力の低減以外にも、Sn合金めっきによってウイスカの発生を防止する方法が報告されている。例えば、特許文献4には、Sn−Bi合金めっき、特許文献5には、Sn−Zn合金めっき、特許文献6には、Sn-Cu合金めっき、特許文献7には、Sn−Ag合金めっきについて記載されている。   In addition to the reduction of compressive stress, a method for preventing whisker generation by Sn alloy plating has been reported. For example, Patent Document 4 includes Sn—Bi alloy plating, Patent Document 5 includes Sn—Zn alloy plating, Patent Document 6 includes Sn—Cu alloy plating, and Patent Document 7 includes Sn—Ag alloy plating. Have been described.

Sn−Cu合金めっきについては、ウイスカの抑制理由については明記されていないが、Sn−Bi合金めっきやSn−Zn合金めっきは、BiやZnがSnの拡散を抑制することが記載されている。また、Sn−Ag合金めっきについては、Snめっき層にAgの合金相が形成されるためにウイスカの発生が抑制されることが記載されている。   About Sn-Cu alloy plating, although the reason for suppression of whisker is not specified, it is described that Sn or Bi alloy plating or Sn-Zn alloy plating suppresses diffusion of Sn by Bi or Zn. Moreover, about Sn-Ag alloy plating, since the alloy phase of Ag is formed in a Sn plating layer, generation | occurrence | production of a whisker is suppressed.

特開2003−129276号公報JP 2003-129276 A 特開昭57―126992号公報JP-A-57-126992 特開2003−193289号公報JP 2003-193289 A 特開2004―169073号公報JP 2004-169073 A 特開2003−253470号公報JP 2003-253470 A 特開2000−87204号公報JP 2000-87204 A 特開2002−220682号公報JP 2002-220682 A Tin Whisker Formation - Results,Test Methods and Countermeasures, IEEE (2003), pp822-826Tin Whisker Formation-Results, Test Methods and Countermeasures, IEEE (2003), pp822-826

しかしながら、特許文献1に記載されている方法では、初期のめっき残留応力を低減しても、めっき後に徐々にSnと基板の銅が反応して界面にSnと銅の合金相が形成されることによる圧縮応力が発生するために、結局ウイスカが発生するという問題がある。
また、非特許文献1に記載されている方法では、めっき後の残留圧縮応力が存在すればウイスカが発生する。従って、例えば特許文献1などとの組合せが必要となるが、めっき後に加工がなされると圧縮応力が発生するためにウイスカが発生するという問題がある。
However, in the method described in Patent Document 1, even if the initial plating residual stress is reduced, Sn and the copper of the substrate gradually react after plating to form an alloy phase of Sn and copper at the interface. Since the compressive stress is generated by the whisker, there is a problem that whisker is generated.
In the method described in Non-Patent Document 1, whiskers are generated if there is residual compressive stress after plating. Therefore, for example, a combination with Patent Document 1 is required, but when processing is performed after plating, there is a problem that whiskers are generated because compressive stress is generated.

また、特許文献2に記載されている方法では、加工による外部圧縮応力が発生するとウイスカが発生するという問題がある。
そして、特許文献4〜7に記載の合金めっきでは、めっき浴組成の管理が難しいため、ウイスカの発生の抑制に適しためっき層を安定して形成することが困難であるという問題がある。また、これらの合金めっきでも、外部から圧縮応力を加えられるとウイスカが発生するという問題もある。従って、これらの方法でも完全にウイスカの発生を抑制することは困難である。
Further, the method described in Patent Document 2 has a problem that whisker is generated when external compressive stress is generated by processing.
And in the alloy plating of patent documents 4-7, since management of a plating bath composition is difficult, there exists a problem that it is difficult to form stably the plating layer suitable for suppression of generation | occurrence | production of a whisker. In addition, these alloy platings also have a problem that whiskers are generated when compressive stress is applied from the outside. Therefore, it is difficult to completely suppress the generation of whiskers even by these methods.

本発明は、前記した問題に鑑みてなされたものであり、曲げ加工などの外部応力が加わった場合でもウイスカが発生しにくいめっき層を安定して形成することが可能であり、リードフレームやコネクタ端子に用いた場合に必要とされる半田付け性に優れる、Pbを含まないSnめっき銅基板、Snめっき銅基板の製造方法、およびこれを用いたリードフレームおよびコネクタ端子を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and can stably form a plating layer in which whisker is not easily generated even when an external stress such as bending is applied. An object of the present invention is to provide an Sn-plated copper substrate that does not contain Pb, has excellent solderability when used for a terminal, a method for manufacturing the Sn-plated copper substrate, and a lead frame and a connector terminal using the same. To do.

ウイスカは、ウイスカの発生場所付近以外に、そこから遠く離れたところからもSn原子が拡散してウイスカの発生場所に集まり、成長するといわれている。また、本発明者らは、発生したウイスカの根元の断面を観察したところ、ウイスカは、Snめっき表面から1μm程度の深さまでのところに存在するSnめっき表層部分のSnめっき結晶粒が核となって成長していることを突き止めた。そこで、本発明者らは、ウイスカの成長を抑制するには、少なくともSnめっき表面から1μm程度の深さまでのSnめっき表層部分について、Snが拡散しにくいSn−Cu合金相やCuめっき層によってSnの結晶粒をSn原子が拡散してくる距離よりも小さなサイズに分断すれば、ウイスカの発生を抑制できると考えた。
このような考えの下、本発明者らはSn原子の拡散に着目し、鋭意研究を行なった結果、Snめっき中にSn原子の拡散速度が遅くなる合金相または金属層を形成してSnの結晶粒を分断することによりウイスカの発生を抑制することを見出し、本発明を完成するに至った。
Whisker is said to grow by gathering Sn atoms at locations where whiskers are diffused from locations far from the whisker, as well as from locations far away from the whisker. In addition, when the present inventors observed a cross section at the root of the generated whisker, the core of the whisker is the Sn plating crystal grain of the Sn plating surface layer portion existing at a depth of about 1 μm from the Sn plating surface. I found out that it was growing. Therefore, in order to suppress the growth of whiskers, the present inventors at least Sn surface layer portion from the Sn plating surface to a depth of about 1 μm by Sn-Cu alloy phase or Cu plating layer that Sn hardly diffuses. It was considered that the generation of whiskers can be suppressed by dividing the crystal grains into a size smaller than the distance at which Sn atoms diffuse.
Under such an idea, the present inventors paid attention to the diffusion of Sn atoms, and as a result of intensive studies, formed an alloy phase or a metal layer in which the diffusion rate of Sn atoms is slowed during Sn plating to form Sn. It has been found that the generation of whiskers is suppressed by dividing the crystal grains, and the present invention has been completed.

〔1〕 本発明に係るSnめっき銅基板は、純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板上に、中間層となるSnめっき層と、Cuめっき層とを、この順に積層してなるめっき膜層を1.5μm以上の層厚で少なくとも1膜層以上備えるとともに、このめっき膜層上に、0.2μm以上1.5μm以下の層厚の最外層となるSnめっき層を前記めっき膜層との総厚が3μm以上で備え、少なくとも、前記中間層および前記最外層となる各Snめっき層の粒界、前記最外層となるSnめっき層と前記Cuめっき層との界面、および、前記中間層となるSnめっき層と前記Cuめっき層との界面、のいずれかに前記Cuめっき層および前記金属基板の少なくとも一方に由来するCuを拡散させてなるSn−Cu合金相を有することを特徴としている。
〔2〕 本発明のSnめっき銅基板においては、前記中間層となるSnめっき層と前記金属基板との界面に、前記Cuめっき層および前記金属基板の少なくとも一方に由来するCuを拡散させてなるSn−Cu合金相を有するのが好ましい。
[1] An Sn-plated copper substrate according to the present invention comprises an Sn-plated layer serving as an intermediate layer and a Cu-plated layer on any one of a pure copper plate, a copper alloy plate, and a copper-plated metal plate. The plating film layer formed in this order is provided with at least one film layer with a layer thickness of 1.5 μm or more, and becomes an outermost layer with a layer thickness of 0.2 μm or more and 1.5 μm or less on the plating film layer. The Sn plating layer is provided with a total thickness of 3 μm or more with the plating film layer, at least the grain boundary of each Sn plating layer serving as the intermediate layer and the outermost layer, the Sn plating layer serving as the outermost layer, and the Cu plating layer interface, and the intermediate layer become Sn plated layer and the Cu interface with the plating layer, the Cu plating layer and to diffuse the Cu derived from at least one of said metal substrate formed by Sn-Cu to any of the Has alloy phase It is characterized in that.
[2] In the Sn plated copper substrate of the present invention, Cu derived from at least one of the Cu plated layer and the metal substrate is diffused at the interface between the Sn plated layer as the intermediate layer and the metal substrate. It preferably has a Sn—Cu alloy phase.

本発明に係るSnめっき銅基板は、このような特定の層厚のSnめっき層とCuめっき層を備え、さらに、Cu原子がSnめっき層の粒界や粒内に拡散してなるSn−Cu合金相を、Cuめっき層や金属基板とSnめっき層との界面、およびSnめっき層の粒界に形成している。特に、最外層となるSnめっき層は、当該最外層となるSnめっき層の粒界や粒内に、下層のCuめっき層から最外層となるSnめっき層の表面まで連続するSn−Cu合金相が形成されるため、当該最外層となるSnめっき層を結晶粒レベルで分断している。つまり、Sn−Cu合金相によって、少なくともウイスカ発生の核となる結晶粒を含む、最外層となるSnめっき層を、当該最外層となるSnめっき層と平行な方向および垂直な方向に、結晶粒レベルで分断しているので、Sn原子を集まりにくくすることができ、これによりウイスカの発生を抑制している。   The Sn-plated copper substrate according to the present invention includes a Sn-plated layer and a Cu-plated layer having such a specific layer thickness, and further, Sn-Cu formed by Cu atoms diffusing into grain boundaries and grains of the Sn-plated layer. The alloy phase is formed at the Cu plating layer, the interface between the metal substrate and the Sn plating layer, and the grain boundary of the Sn plating layer. In particular, the Sn plating layer that is the outermost layer is an Sn-Cu alloy phase that continues from the lower Cu plating layer to the surface of the Sn plating layer that is the outermost layer within the grain boundaries and grains of the Sn plating layer that is the outermost layer. Therefore, the Sn plating layer as the outermost layer is divided at the crystal grain level. That is, by the Sn—Cu alloy phase, the Sn plating layer serving as the outermost layer including at least the crystal grains serving as the nuclei for whisker generation is formed in a direction parallel to and perpendicular to the Sn plating layer serving as the outermost layer. Since it is divided at the level, it is possible to make it difficult to collect Sn atoms, thereby suppressing the generation of whiskers.

また、本発明に係るSnめっき銅基板は、Snめっき層とCuめっき層を積層し、Snめっき層を厚く設けているため、曲げ加工などでめっき膜層の表層が削られても、めっき膜層を残留させることができる。したがって、このような場合であっても半田付け性や耐食性を維持することができる。しかも、中間層となるSnめっき層とCuめっき層の層厚を適切に調整しているので、中間層となるSnめっき層もSn−Cu合金相で分断しているため、残存しためっき膜層もCuやSn−Cu合金相でSnめっき層が分断されたままなので、曲げ部からウイスカが発生するおそれもない。また、最外層がSnめっき層なので半田付け性に優れる。   In addition, the Sn plated copper substrate according to the present invention includes a Sn plated layer and a Cu plated layer, and a thick Sn plated layer. Therefore, even if the surface layer of the plated film layer is scraped by bending or the like, the plated film The layer can remain. Therefore, even in such a case, solderability and corrosion resistance can be maintained. Moreover, since the layer thicknesses of the Sn plating layer and the Cu plating layer serving as the intermediate layer are appropriately adjusted, the Sn plating layer serving as the intermediate layer is also divided by the Sn-Cu alloy phase, so that the remaining plating film layer In addition, since the Sn plating layer remains divided in the Cu or Sn—Cu alloy phase, there is no possibility that whiskers are generated from the bent portion. Further, since the outermost layer is a Sn plating layer, the solderability is excellent.

〕 本発明のSnめっき銅基板においては、前記Cuめっき層およびSn−Cu合金相のうち少なくとも一方には、前記Cuが拡散してなるカーケンダルボイドが形成されており、このカーケンダルボイドよりも上方に形成された前記最外層となるSnめっき層の結晶粒の大きさの平均が5μm以下であるのが好ましい。
このように、カーケンダルボイドよりも上方に形成されたSnめっき層の結晶粒の大きさの平均を特定の値以下とすることで、Snめっき層の分断をより確実に行うことが可能となる。したがって、Sn原子を集まりにくくすることができ、ウイスカの発生をより抑制することが可能となる。
[ 3 ] In the Sn-plated copper substrate of the present invention, at least one of the Cu plating layer and the Sn—Cu alloy phase is formed with a Kirkendall void formed by diffusion of the Cu. It is preferable that the average crystal grain size of the Sn plating layer, which is the outermost layer formed above, is 5 μm or less.
Thus, it becomes possible to more reliably divide the Sn plating layer by setting the average of the crystal grain size of the Sn plating layer formed above the Kirkendall void to a specific value or less. . Therefore, it is possible to make it difficult to collect Sn atoms, and it is possible to further suppress the generation of whiskers.

〕 本発明のSnめっき銅基板においては、前記最外層となるSnめっき層直下のCuめっき層に形成された前記カーケンダルボイドを結んでなる線よりも上方の縦断面積に占める、前記Sn−Cu合金相および前記Cuめっき層の断面積比率が30%以上90%以下であるのが好ましい。
このように、カーケンダルボイドよりも上方の縦断面積に占めるSn−Cu合金相およびCuめっき層の断面積比率を特定の範囲とすれば、Snめっき層の結晶粒を十分な量確保できるため、良好な半田付け性を確保しつつ、ウイスカの発生を抑制することができる。
[ 4 ] In the Sn-plated copper substrate of the present invention, the Sn-plated copper substrate occupies a vertical cross-sectional area above a line formed by connecting the Kirkendall void formed in the Cu plating layer immediately below the Sn plating layer as the outermost layer. The cross-sectional area ratio of the Cu alloy phase and the Cu plating layer is preferably 30% or more and 90% or less.
Thus, if the Sn—Cu alloy phase and the Cu plating layer cross-sectional area ratio occupying the vertical cross-sectional area above the Kirkendall void are within a specific range, a sufficient amount of crystal grains of the Sn plating layer can be secured. Whisker generation can be suppressed while ensuring good solderability.

また、本発明のSnめっき銅基板においては、前記最外層となるSnめっき層直下のCuめっき層に形成された前記カーケンダルボイドを結んでなる線から下方の中間層となるCuめっき層およびSnめっき層の層厚の合計が2μm以上あり、かつ、中間層となる各Snめっき層の層厚が0.5μm以上3μm以下であり、前記最外層となるSnめっき層直下のCuめっき層に形成された前記カーケンダルボイドを結んでなる線から上方のCuめっき層および最外層となるSnめっき層の層厚の合計が0.2μm以上1.5μm以下であるのが好ましい。   In the Sn-plated copper substrate of the present invention, a Cu plating layer and Sn as a lower intermediate layer from a line connecting the Kirkendall voids formed in the Cu plating layer immediately below the Sn plating layer as the outermost layer. The total thickness of the plating layers is 2 μm or more, and the thickness of each Sn plating layer that is an intermediate layer is 0.5 μm or more and 3 μm or less, and is formed on the Cu plating layer immediately below the Sn plating layer that is the outermost layer The total thickness of the upper Cu plating layer and the outermost Sn plating layer from the line connecting the Kirkendall voids is preferably 0.2 μm or more and 1.5 μm or less.

このように、カーケンダルボイドを結んでなる線から下方のCuめっき層およびSnめっき層の層厚の合計を前記した特定の範囲とすれば、Snめっき層の層厚が十分に厚いため、曲げ加工などによってめっき膜層全体が削り取られてしまうおそれをなくすことができる。また、カーケンダルボイドを結んでなる線から下方の中間層となる各Snめっき層の層厚を前記した特定の範囲とすれば、残存したSnめっき層もCuめっき層やSn−Cu合金相によって、Snめっき層と平行な方向および垂直な方向に、結晶粒レベルで分断しているので、ウイスカの発生を防止しつつ、半田付け性を確保することができる。そして、カーケンダルボイドを結んでなる線から上方の中間層となる各Snめっき層の層厚を前記した特定の範囲とすれば、曲げ加工されても金属基板が露出しにくくすることができる。   Thus, if the total thickness of the Cu plating layer and the Sn plating layer below the line connecting the Kirkendall voids is within the specific range described above, the Sn plating layer is sufficiently thick, so The fear that the entire plating film layer is scraped off by processing or the like can be eliminated. Moreover, if the thickness of each Sn plating layer that is an intermediate layer below the line connecting the Kirkendall voids is set to the specific range described above, the remaining Sn plating layer also depends on the Cu plating layer or the Sn—Cu alloy phase. Since it is divided at the crystal grain level in a direction parallel to and perpendicular to the Sn plating layer, it is possible to ensure solderability while preventing whisker generation. And if the layer thickness of each Sn plating layer used as an intermediate | middle layer above the line | wire which connects a Kirkendall void is made into the above-mentioned specific range, even if it carries out a bending process, it can make it difficult to expose a metal substrate.

〕 本発明に係るSnめっき銅基板の製造方法は、純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板上に、中間層となるSnめっき層と、Cuめっき層とを、この順に積層してなるめっき膜層を1.5μm以上の層厚となるように少なくとも1膜層以上積層し、さらにこのめっき膜層上に、0.2μm以上1.5μm以下の層厚の最外層となるSnめっき層を前記めっき膜層との総厚が3μm以上となるように積層する積層工程と、少なくとも、前記中間層および前記最外層となる各Snめっき層の粒界、前記最外層となるSnめっき層と前記Cuめっき層との界面、および、前記中間層となるSnめっき層と前記Cuめっき層との界面、のいずれかに前記Cuめっき層および前記金属基板の少なくとも一方に由来するCuを拡散させてSn−Cu合金相を形成する合金相形成工程と、を含むことを特徴としている。 [ 5 ] The method for producing an Sn-plated copper substrate according to the present invention includes an Sn plating layer serving as an intermediate layer and a Cu plating on a pure copper plate, a copper alloy plate, or a copper-plated metal plate. At least one film layer is laminated so that the layer thickness is 1.5 μm or more, and further, 0.2 μm or more and 1.5 μm or less is formed on the plating film layer. A lamination step of laminating an Sn plating layer that is an outermost layer of the layer thickness so that a total thickness of the plating film layer is 3 μm or more, and at least grain boundaries of each Sn plating layer that is the intermediate layer and the outermost layer the between the Sn-plated layer as the outermost layer the Cu plating layer interface, and between the intermediate layer and formed of the Sn plating layer and the Cu plated layer interface of the Cu plating layer and the metal substrate in any Derived from at least one By diffusing Cu is characterized by comprising an alloy phase forming step of forming a Sn-Cu alloy phase, a.

本発明に係るSnめっき銅基板の製造方法は、このような特定の層厚をもってSnめっき層と、Cuめっき層とを積層することで、Cu原子がSnめっき層の粒界や粒内に拡散しやすくなる。特に、最外層となるSnめっき層は、当該最外層となるSnめっき層の粒界や粒内に、下層のCuめっき層から最外層となるSnめっき層の表面まで連続するSn−Cu合金相が形成されるため、当該最外層となるSnめっき層を結晶粒レベルで分断している。つまり、Sn−Cu合金相によって少なくともウイスカ発生の核となる結晶粒を含む最外層となるSnめっき層を、Snめっき層と平行な方向および垂直な方向に、結晶粒レベルで分断しているので、Sn原子を集まりにくくすることができ、これによりウイスカの発生を抑制することが可能となる。   The manufacturing method of the Sn-plated copper substrate according to the present invention is such that Cu atoms are diffused into the grain boundaries and grains of the Sn plating layer by laminating the Sn plating layer and the Cu plating layer with such a specific layer thickness. It becomes easy to do. In particular, the Sn plating layer that is the outermost layer is an Sn-Cu alloy phase that continues from the lower Cu plating layer to the surface of the Sn plating layer that is the outermost layer within the grain boundaries and grains of the Sn plating layer that is the outermost layer. Therefore, the Sn plating layer as the outermost layer is divided at the crystal grain level. In other words, the Sn plating layer which is the outermost layer including at least crystal grains serving as nuclei for whisker generation is divided at the crystal grain level in the direction parallel to and perpendicular to the Sn plating layer by the Sn—Cu alloy phase. , Sn atoms can be made difficult to collect, and thus whisker generation can be suppressed.

また、本発明に係るSnめっき銅基板の製造方法は、Snめっき層とCuめっき層を積層してSnめっき層を厚くしているため、曲げ加工などでめっき膜層の表層が削られてもめっき膜層を残留させることができる。したがって、このような場合であっても半田付け性や耐食性を維持することができる。しかも、中間層となるSnめっき層とCuめっき層の層厚を適切に調整しているので、中間層となるSnめっき層もSn−Cu合金相で分断しているため、残存しためっき膜層もCuやSn−Cu合金相でSnめっき層が分断されたままなので、曲げ部からウイスカが発生するおそれもない。また、最外層がSnめっき層なので半田付け性に優れる。   Moreover, since the manufacturing method of the Sn plating copper substrate which concerns on this invention has laminated | stacked Sn plating layer and Cu plating layer and made Sn plating layer thick, even if the surface layer of a plating film layer is scraped off by bending etc. The plating film layer can remain. Therefore, even in such a case, solderability and corrosion resistance can be maintained. Moreover, since the layer thicknesses of the Sn plating layer and the Cu plating layer serving as the intermediate layer are appropriately adjusted, the Sn plating layer serving as the intermediate layer is also divided by the Sn-Cu alloy phase, so that the remaining plating film layer In addition, since the Sn plating layer remains divided in the Cu or Sn—Cu alloy phase, there is no possibility that whiskers are generated from the bent portion. Further, since the outermost layer is a Sn plating layer, the solderability is excellent.

〕 本発明のSnめっき銅基板の製造方法においては、前記積層工程において、前記最外層となるSnめっき層の直下に形成されるCuめっき層の層厚を0.05μm以上1μm以下に積層するのが好ましい。
最外層となるSnめっき層の直下に形成されるCuめっき層をこのような層厚で設ければ、Sn−Cu合金相によって最外層となるSnめっき層の粒界や粒内を十分に分断することができるので、ウイスカの発生を抑制することが可能となる。
[ 6 ] In the method for producing a Sn-plated copper substrate of the present invention, in the laminating step, the Cu plating layer formed immediately below the Sn plating layer as the outermost layer has a thickness of 0.05 μm to 1 μm. It is preferable to do this.
If the Cu plating layer formed immediately below the outermost Sn plating layer is provided with such a layer thickness, the grain boundary and the inside of the outermost Sn plating layer are sufficiently divided by the Sn-Cu alloy phase. Therefore, it is possible to suppress the generation of whiskers.

〕 本発明のSnめっき銅基板の製造方法においては、前記積層工程において、前記めっき膜層を2膜層以上積層し、このめっき膜層を構成する前記中間層となる各Snめっき層を0.5μm以上3μm以下の層厚で積層させるのが好ましい。
中間層となるSnめっき層をこのような層厚で積層すれば、Snめっき層の層厚が十分厚いので、曲げ加工を行って最外層となるSnめっき層が削り取られてしまった場合であっても金属基板を露出させにくくすることができる。つまり、このような場合であっても半田付け性を良好に保つことができる。さらに、中間層となるSnめっき層をこの層厚で積層すると、当該中間層となるSnめっき層もSn−Cu合金相および/またはCuめっき層によってSnめっき層と平行な方向および垂直な方向に結晶粒レベルで分断される。そのため、曲げ加工を行って最外層となるSnめっき層が削り取られてしまった場合であっても、残存しためっき膜層もCuめっき層やSn−Cu合金相でSnめっき層が分断されたままなので、曲げ部からウイスカが発生するおそれもない。
[ 7 ] In the manufacturing method of the Sn plated copper substrate of the present invention, in the stacking step, two or more plated film layers are stacked, and each Sn plated layer serving as the intermediate layer constituting the plated film layer is formed. It is preferable to laminate with a layer thickness of 0.5 μm to 3 μm.
If the Sn plating layer serving as the intermediate layer is laminated with such a layer thickness, the Sn plating layer is sufficiently thick. Therefore, the Sn plating layer serving as the outermost layer has been scraped off by bending. However, it is possible to make it difficult to expose the metal substrate. That is, good solderability can be maintained even in such a case. Further, when the Sn plating layer serving as the intermediate layer is laminated at this layer thickness, the Sn plating layer serving as the intermediate layer is also parallel to and perpendicular to the Sn plating layer by the Sn-Cu alloy phase and / or the Cu plating layer. Divided at the grain level. Therefore, even if the Sn plating layer which is the outermost layer is scraped off by bending, the remaining plating film layer is also divided into the Cu plating layer and the Sn-Cu alloy phase. Therefore, there is no possibility that whiskers are generated from the bent portion.

〕 本発明のSnめっき銅基板の製造方法においては、積層工程において、前記めっき膜層を2膜層以上積層する場合は、前記中間層となるSnめっき層の間、および、前記中間層となるSnめっき層と前記最外層となるSnめっき層との間に挟まれた各Cuめっき層の層厚を、当該Cuめっき層を挟むSnめっき層のうちいずれか厚い層厚を有するSnめっき層の1/10以上1μm以下の層厚で積層させるのが好ましい。
Cuめっき層をこのような層厚で設けると、かかるCuめっき層からSnめっき層の粒界や粒内に拡散させるCu原子の量が適切となるので、合金相形成工程でSnめっき層の粒界や粒内にSn−Cu合金相を形成させて中間層となるSnめっき層も結晶粒レベルで分断することができ、かつ良好なはんだ付け性を確保することができる。
[ 8 ] In the method for producing a Sn-plated copper substrate of the present invention, in the stacking step, when two or more plated film layers are stacked, between the Sn plated layers serving as the intermediate layer and the intermediate layer The thickness of each Cu plating layer sandwiched between the Sn plating layer to be the outermost Sn plating layer and the Sn plating layer having any thicker thickness among the Sn plating layers sandwiching the Cu plating layer The layers are preferably laminated with a layer thickness of 1/10 to 1 μm.
When the Cu plating layer is provided with such a layer thickness, the amount of Cu atoms to be diffused from the Cu plating layer into the grain boundaries and grains of the Sn plating layer becomes appropriate. An Sn-Cu alloy phase that forms an Sn—Cu alloy phase in the boundaries and grains can also be divided at the crystal grain level, and good solderability can be ensured.

〔9〕 本発明のSnめっき銅基板の製造方法においては、前記合金相形成工程によって、前記中間層となるSnめっき層と前記金属基板との界面に、前記Cuめっき層および前記金属基板の少なくとも一方に由来するCuを拡散させてなるSn−Cu合金相を形成するのが好ましい。
10〕 本発明のSnめっき銅基板の製造方法においては、前記合金相形成工程によって、前記Cuめっき層中には、前記Cuが拡散してなるカーケンダルボイドが形成されるのが好ましい。
カーケンダルボイドが形成されていれば、Snめっき層の粒内や粒界にCu原子が十分かつ適度に拡散してSn−Cu合金相を形成していることになる。したがって、Snめっき層をSn−Cu合金相によって面内方向および肉厚方向に確実に分断できたSnめっき銅基板を得ることができる。
[9] In the method for producing a Sn-plated copper substrate according to the present invention, at least one of the Cu plating layer and the metal substrate is formed at the interface between the Sn plating layer serving as the intermediate layer and the metal substrate by the alloy phase forming step. It is preferable to form an Sn—Cu alloy phase formed by diffusing Cu originating from one side.
[ 10 ] In the method for producing a Sn-plated copper substrate of the present invention, it is preferable that a Kirkendall void formed by diffusion of Cu is formed in the Cu plating layer by the alloy phase forming step.
If the Kirkendall void is formed, Cu atoms are sufficiently and moderately diffused in the grains and grain boundaries of the Sn plating layer to form a Sn—Cu alloy phase. Therefore, it is possible to obtain an Sn-plated copper substrate in which the Sn plating layer can be surely divided in the in-plane direction and the thickness direction by the Sn—Cu alloy phase.

11〕 本発明のリードフレームは、前記した本発明に係るSnめっき銅基板を用いたリードフレームであって、前記Snめっき銅基板を帯状に形成して、かつ、複数のリード部分およびこれと連続するボンディングパッドを、打ち抜きまたはエッチング処理により形成したことを特徴としている。
このようにすれば、前記したSnめっき銅基板を用いているので、良好な半田付け性を確保しつつ、ウイスカを発生しにくいリードフレームとすることができる。
[ 11 ] The lead frame of the present invention is a lead frame using the Sn-plated copper substrate according to the present invention described above, wherein the Sn-plated copper substrate is formed in a strip shape, and a plurality of lead portions and A continuous bonding pad is formed by punching or etching.
In this way, since the Sn-plated copper substrate described above is used, it is possible to obtain a lead frame that hardly generates whiskers while ensuring good solderability.

〔1〕 本発明のリードフレームは、前記した本発明に係るSnめっき銅基板を用いて、複数のリード部分およびこれと連続するボンディングパッドを形成したリードフレームであって、前記Snめっき銅基板に用いる前記金属基板は、予め前記複数のリード部分および前記ボンディングパッドが形成されていることを特徴としている。 [1 2 ] A lead frame according to the present invention is a lead frame in which a plurality of lead portions and a bonding pad continuous therewith are formed using the Sn plated copper substrate according to the present invention, and the Sn plated copper substrate The metal substrate used in is characterized in that the plurality of lead portions and the bonding pads are formed in advance.

このようにすれば、リードフレームの打ち抜き端面にもSnめっきがなされるため、金属基板の露出がなく、耐食性や半田付け性を確保できる。また、リードフレームの表面と打ち抜き端面とのエッジ部やコーナー部は、めっき圧縮応力が高くなるが、本発明のリードフレームは、めっき層膜と、この上に積層する最外層となるSnめっき層を積層し、これらが有する界面や粒界にSn−Cu合金相を形成させ、これにより当該最外層となるSnめっき層と平行な方向および垂直な方向に、結晶粒レベルで分断しているので、ウイスカを発生しにくくすることができる。   In this case, since the Sn plating is also applied to the punched end surface of the lead frame, the metal substrate is not exposed, and corrosion resistance and solderability can be ensured. Moreover, although the plating compression stress becomes high at the edge portion and the corner portion between the surface of the lead frame and the punched end surface, the lead frame of the present invention has a plating layer film and an Sn plating layer that is the outermost layer laminated thereon. And the Sn—Cu alloy phase is formed at the interfaces and grain boundaries of these layers, thereby dividing at the crystal grain level in the direction parallel to and perpendicular to the Sn plating layer as the outermost layer. , Whisker can be made difficult to occur.

〔1〕 本発明のリードフレームは、前記リード部分がプレス曲げ加工されていることを特徴としている。
このようにすれば、めっき層膜と最外層となるSnめっき層とを有しているので、良好な半田付け性を確保しつつ、ウイスカを発生しにくいリードフレームとすることができる。
[1 3 ] The lead frame of the present invention is characterized in that the lead portion is press-bended.
In this way, since the plating layer film and the outermost Sn plating layer are provided, it is possible to provide a lead frame that is less likely to generate whiskers while ensuring good solderability.

〔1〕 本発明のコネクタ端子は、前記した本発明に係るSnめっき銅基板を用いたコネクタ端子であって、前記Snめっき銅基板を薄板に形成して、かつ、所定形状にプレス加工したことを特徴としている。
このようにすれば、前記したSnめっき銅基板を用いているので、良好な半田付け性を確保しつつ、ウイスカを発生しにくいコネクタ端子とすることができる。
[1 4 ] The connector terminal of the present invention is a connector terminal using the Sn-plated copper substrate according to the present invention, and the Sn-plated copper substrate is formed into a thin plate and pressed into a predetermined shape. It is characterized by that.
In this way, since the Sn-plated copper substrate described above is used, it is possible to obtain a connector terminal that is less likely to generate whiskers while ensuring good solderability.

本発明のSnめっき銅基板によれば、Snめっき層と、Cuめっき層を含み得るSn−Cu合金相と、を形成することによって、曲げ加工などの外部応力が加わった場合でもウイスカの発生を抑制することができ、リードフレームやコネクタ端子に用いた場合に必要とされる半田付け性に優れる。また、かかるめっき膜層は、Pbを含まないので環境負荷が少ない。   According to the Sn-plated copper substrate of the present invention, whisker is generated even when an external stress such as bending is applied by forming a Sn plating layer and a Sn-Cu alloy phase that can include a Cu plating layer. It can be suppressed and has excellent solderability required when used for lead frames and connector terminals. Moreover, since this plating film layer does not contain Pb, there is little environmental load.

本発明のSnめっき銅基板の製造方法によれば、曲げ加工などの外部応力が加わった場合でもウイスカが発生しにくいめっき膜層を安定して形成することが可能であり、リードフレームやコネクタ端子に用いた場合に必要とされる半田付け性に優れる、Pbを含まないSnめっき銅基板を製造することができる。   According to the manufacturing method of the Sn-plated copper substrate of the present invention, it is possible to stably form a plating film layer that is less likely to generate whiskers even when an external stress such as bending is applied. It is possible to produce a Sn-plated copper substrate that does not contain Pb and has excellent solderability required when used in the above.

そして、本発明のリードフレームやコネクタ端子によれば、曲げ加工などの外部応力が加わった場合でもウイスカが発生しにくいので、短絡するおそれを低減させることができ、かつ半田付け性に優れる。   According to the lead frame and connector terminal of the present invention, whisker is hardly generated even when an external stress such as bending is applied, so that the possibility of short-circuiting can be reduced and the solderability is excellent.

次に、本発明に係るSnめっき銅基板、Snめっき銅基板の製造方法、およびこれを用いたリードフレームおよびコネクタ端子について詳細に説明する。   Next, the Sn plated copper substrate, the method for producing the Sn plated copper substrate, the lead frame and the connector terminal using the same will be described in detail.

まず、本発明に係るSnめっき銅基板1について、図1および図2を参照して説明する。なお、図1は、本発明のSnめっき銅基板の一構成例を例示する断面図であり、図2は、本発明のSnめっき銅基板の他の構成を例示する断面図である。   First, the Sn plating copper substrate 1 which concerns on this invention is demonstrated with reference to FIG. 1 and FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of the Sn-plated copper substrate of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating another configuration of the Sn-plated copper substrate of the present invention.

図1および図2に示すように、本発明に係るSnめっき銅基板1は、純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板2上に、中間層となるSnめっき層3(以下、説明の便宜上これを「中間Snめっき層3IL」という。)と、Cuめっき層4とを、この順に積層してなるめっき膜層5を1.5μm以上の層厚で少なくとも1膜層(つまり、中間Snめっき層3ILとCuめっき層4との一組でなる層をいう)以上備えるとともに、このめっき膜層5上に、0.2μm以上1.5μm以下の層厚の最外層となるSnめっき層3(以下、説明の便宜上これを「最外Snめっき層3OL」という。)をめっき膜層5との総厚(これらを合計した層厚をいう)が3μm以上となるように備えられている。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, an Sn-plated copper substrate 1 according to the present invention is Sn as an intermediate layer on a metal substrate 2 of any one of a pure copper plate, a copper alloy plate, and a copper-plated metal plate. A plating film layer 5 formed by laminating a plating layer 3 (hereinafter referred to as “intermediate Sn plating layer 3IL”) and a Cu plating layer 4 in this order for the convenience of explanation is at least 1.5 μm thick. 1 film layer (that is, a layer composed of a set of intermediate Sn plating layer 3IL and Cu plating layer 4) or more and a thickness of 0.2 μm or more and 1.5 μm or less on this plating film layer 5 The outermost Sn plating layer 3 (hereinafter referred to as “outermost Sn plating layer 3OL” for convenience of explanation) and the plating film layer 5 have a total thickness (referred to as a total layer thickness) of 3 μm or more. It is prepared to become.

そして、かかるSnめっき銅基板1は、少なくとも、中間Snめっき層3ILおよび最外Snめっき層3OLの粒界3g、最外Snめっき層3OLとCuめっき層4との界面34o、および、中間Snめっき層3ILとCuめっき層4との界面34i、のいずれかに、前記したCuめっき層4および金属基板2の少なくとも一方に由来するCu原子を拡散させてなるSn−Cu合金相6を有している。なお、中間Snめっき層3ILと金属基板2との界面32に、Cuめっき層4および金属基板2の少なくとも一方に由来するCuを拡散させてなるSn−Cu合金相6を有するのが好ましい。
かかるSn−Cu合金相6により、ウイスカ発生に効く最外Snめっき層3OLは結晶粒レベルで分断され、Sn原子の移動と集中を抑制することができる。
The Sn-plated copper substrate 1 includes at least the intermediate Sn plating layer 3IL and the grain boundary 3g of the outermost Sn plating layer 3OL, the interface 34o between the outermost Sn plating layer 3OL and the Cu plating layer 4, and the intermediate Sn plating. interface 34i of the layer 3IL and Cu plating layer 4, in any of a Sn-Cu alloy phase 6 obtained by diffusing the Cu atoms derived from at least one of Cu plating layer 4 and the metal substrate 2 and the Yes. In addition, it is preferable to have Sn—Cu alloy phase 6 formed by diffusing Cu derived from at least one of Cu plating layer 4 and metal substrate 2 at interface 32 between intermediate Sn plating layer 3IL and metal substrate 2.
Due to the Sn—Cu alloy phase 6, the outermost Sn plating layer 3OL effective for whisker generation is divided at the crystal grain level, and the movement and concentration of Sn atoms can be suppressed.

ここで、中間Snめっき層3ILと、Cuめっき層4とを、この順に積層してなるめっき膜層5を、1.5μm以上の層厚で少なくとも1膜層以上備えるのは、最外Snめっき層3OLとの関係もあるが、曲げ加工などした際に削れて金属基板2が露出してしまい、半田付け性が悪くなるのを防ぐためである。めっき膜層5は、2μm以上であるとより好ましい。   Here, it is the outermost Sn plating that the plating film layer 5 formed by laminating the intermediate Sn plating layer 3IL and the Cu plating layer 4 in this order has at least one film layer with a layer thickness of 1.5 μm or more. Although there is a relationship with the layer 3OL, it is for preventing the metal substrate 2 from being exposed when it is bent or the like, and the solderability being deteriorated. The plating film layer 5 is more preferably 2 μm or more.

一方、中間Snめっき層3ILを厚くすると、Cuめっき層4の層厚にもよるが、中間Snめっき層3ILを挟む金属基板2からCuめっき層4、または、中間Snめっき層3ILを挟む一方のCuめっき層4から他方のCuめっき層4まで連続するSn−Cu合金相6で中間Snめっき層3ILの粒界3gを分断することができなくなる。Snめっき後に曲げ加工が行われない場合や、曲げ加工が行われても最外Snめっき層3OLが削り取られない弱い曲げ加工の場合、あるいは、曲げ加工で最外Snめっき層3OLが削りとられても半田付けによって削りとられた箇所が半田で表面を完全に覆われる場合、最外Snめっき層3OLのみ結晶粒レベルで分断されていれば、ウイスカの発生を抑制することができる。しかしながら、曲げ加工で最外Snめっき層3OLが削り取られて、中間Snめっき層3ILが露出する場合は、中間Snめっき層3ILも結晶粒レベルでSn−Cu合金相で分断されていないとウイスカが発生する可能性がある。中間Snめっき層3ILを結晶粒レベルで分断するためには、中間Snめっき層3ILの厚さが0.5μm以上3μm以下の厚さとする必要がある。また、このときのCuめっき層4の厚さは、そのCuめっき層4を挟むSnめっき層4,4(図2参照)のうち、いずれか厚い層厚を有するSnめっき層4の1/10以上1μm以下とするとよい。   On the other hand, when the intermediate Sn plating layer 3IL is thickened, depending on the thickness of the Cu plating layer 4, the Cu plating layer 4 or one of the intermediate Sn plating layers 3IL is sandwiched from the metal substrate 2 sandwiching the intermediate Sn plating layer 3IL. The grain boundary 3g of the intermediate Sn plating layer 3IL cannot be divided by the Sn—Cu alloy phase 6 continuing from the Cu plating layer 4 to the other Cu plating layer 4. When the bending process is not performed after Sn plating, or when the bending process is performed, the outermost Sn plating layer 3OL is not scraped off, or the outermost Sn plating layer 3OL is scraped off by the bending process. However, when the part scraped off by soldering is completely covered with solder, if only the outermost Sn plating layer 3OL is divided at the crystal grain level, the generation of whiskers can be suppressed. However, when the outermost Sn plating layer 3OL is scraped off by bending and the intermediate Sn plating layer 3IL is exposed, the whisker has to be separated if the intermediate Sn plating layer 3IL is not divided by the Sn—Cu alloy phase at the crystal grain level. May occur. In order to divide the intermediate Sn plating layer 3IL at the crystal grain level, the thickness of the intermediate Sn plating layer 3IL needs to be 0.5 μm or more and 3 μm or less. Further, the thickness of the Cu plating layer 4 at this time is 1/10 of the Sn plating layer 4 having a thicker thickness among the Sn plating layers 4 and 4 (see FIG. 2) sandwiching the Cu plating layer 4. It is good to set it as 1 micrometer or less.

最外Snめっき層3OLは、前記しためっき膜層5との総厚が3μm以上となるように、その層厚を0.2μm以上1.5μm以下の範囲で設けるのは、良好な半田付け性を得るとともに、当該最外Snめっき層3OLの粒界3gおよび粒内3cに向けて、本発明の所望する効果を得るために十分なCu原子の拡散を行わせるためである。これにより、最外Snめっき層3OLの粒界3gおよび界面34oでSnと合金化させてSn−Cu合金相6を形成し、最外Snめっき層3OLを結晶粒レベルで分断することができる。その結果、Sn原子の移動と集中を抑制してウイスカの発生を防止することが可能となる。   The outermost Sn plating layer 3OL is provided with a layer thickness in the range of 0.2 μm or more and 1.5 μm or less so that the total thickness with the plating film layer 5 is 3 μm or more. Good solderability This is because sufficient Cu atoms are diffused to obtain the desired effect of the present invention toward the grain boundary 3g and the grain interior 3c of the outermost Sn plating layer 3OL. Thereby, it is alloyed with Sn at the grain boundary 3g and the interface 34o of the outermost Sn plating layer 3OL to form the Sn-Cu alloy phase 6, and the outermost Sn plating layer 3OL can be divided at the crystal grain level. As a result, the movement and concentration of Sn atoms can be suppressed and the generation of whiskers can be prevented.

最外Snめっき層3OLが0.2μm未満であると、最外Snめっき層3OLの表面までCu原子が過剰に拡散しすぎるため、表層のSn−Cu合金相6の形成割合が過剰に高くなってしまう。そのため、半田付け性が悪くなる。最外Snめっき層3OLは、0.3μm以上とするのがより好ましく、0.4μm以上とするのがさらに好ましい。   When the outermost Sn plating layer 3OL is less than 0.2 μm, Cu atoms are excessively diffused to the surface of the outermost Sn plating layer 3OL, so that the formation ratio of the surface Sn—Cu alloy phase 6 becomes excessively high. End up. For this reason, the solderability is deteriorated. The outermost Sn plating layer 3OL is more preferably 0.3 μm or more, and further preferably 0.4 μm or more.

一方、最外Snめっき層3OLが1.5μmを超えると、最外Snめっき層3OLの表面までCu原子が拡散しにくくなるため、最外Snめっき層3OLを結晶粒レベルで十分に分断することができなくなり、ウイスカが発生しやすくなる。つまり、最外Snめっき層3OLを結晶粒レベルで十分に分断することができないと、Sn−Cu合金相6が形成される際に誘起される圧縮応力によって、Sn原子の拡散が活発化するため、却ってウイスカが発生しやすくなる。最外Snめっき層3OLは、1.2μm以下とするのがより好ましく、1μm以下とするのがさらに好ましい。   On the other hand, if the outermost Sn plating layer 3OL exceeds 1.5 μm, Cu atoms hardly diffuse to the surface of the outermost Sn plating layer 3OL, so that the outermost Sn plating layer 3OL is sufficiently divided at the crystal grain level. Will not be able to occur, and whiskers are likely to occur. That is, if the outermost Sn plating layer 3OL cannot be sufficiently divided at the crystal grain level, the diffusion of Sn atoms is activated by the compressive stress induced when the Sn—Cu alloy phase 6 is formed. However, whiskers are more likely to occur. The outermost Sn plating layer 3OL is more preferably 1.2 μm or less, and further preferably 1 μm or less.

なお、図2に示すように、中間Snめっき層3ILの層厚は、めっき膜層5を2膜層以上積層した場合においても、前記したのと同様の理由により、各中間Snめっき層3ILの層厚がそれぞれ0.5μm以上3μm以下の層厚で積層させるのが好ましい。   As shown in FIG. 2, the intermediate Sn plating layer 3IL has a thickness of each intermediate Sn plating layer 3IL for the same reason as described above even when two or more plating film layers 5 are stacked. The layers are preferably laminated with a layer thickness of 0.5 μm or more and 3 μm or less.

中間Snめっき層3ILの層厚、Cuめっき層4の層厚、および最外Snめっき層3OLの層厚の合計を3μm以上とするのは、曲げ加工などによって全てのめっき(中間Snめっき層3IL、Cuめっき層4、および最外Snめっき層3OL)が削り取られるのを防ぐためである。なお、中間Snめっき層3ILの層厚、Cuめっき層4の層厚、および最外Snめっき層3OLの層厚の合計は、5μm以上とするのがより好ましい。   The total thickness of the intermediate Sn plating layer 3IL, the Cu plating layer 4 and the outermost Sn plating layer 3OL is set to 3 μm or more because all plating (intermediate Sn plating layer 3IL) is performed by bending or the like. , Cu plating layer 4 and outermost Sn plating layer 3OL) are prevented from being scraped off. The total thickness of the intermediate Sn plating layer 3IL, the Cu plating layer 4, and the outermost Sn plating layer 3OL is more preferably 5 μm or more.

本発明のSnめっき銅基板1においては、Cuめっき層4およびSn−Cu合金相6のうち少なくとも一方には、Cu原子が拡散してなるカーケンダルボイドKが形成されており、このカーケンダルボイドKよりも上方に形成された最外Snめっき層3OLの結晶粒の大きさの平均が5μm以下であるのが好ましい。   In the Sn-plated copper substrate 1 of the present invention, at least one of the Cu plating layer 4 and the Sn—Cu alloy phase 6 is formed with a Kirkendall void K formed by diffusion of Cu atoms. The average grain size of the outermost Sn plating layer 3OL formed above K is preferably 5 μm or less.

ここで、カーケンダルボイドKとは、拡散係数の異なる種類の金属層同士が接している拡散対が形成されたとき、拡散の速い金属層に生じる空洞をいう。なお、このカーケンダルボイドKは、後述するように、Snめっき層3(中間Snめっき層3ILおよび最外Snめっき層3OL)およびCuめっき層4の層厚を適切に制御することによって形成される。なお、カーケンダルボイドKが形成されているということは、Cuめっき層4のCu原子が十分にSnめっき層3(特に、最外Snめっき層3OL)の粒界3gおよび粒内3cに拡散してSn−Cu合金相6を形成していることを意味しており、ウイスカの発生をより確実に抑制することができると考えられるためである。なお、カーケンダルボイドKは、Cuめっき層4を2層以上積層した場合は、すべてのCuめっき層4に形成されると好ましい。各Snめっき層3が結晶粒レベルで分断され得るからである。   Here, Kirkendall void K refers to a cavity formed in a metal layer that diffuses quickly when a diffusion pair in which metal layers of different types of diffusion coefficients are in contact with each other is formed. The Kirkendall void K is formed by appropriately controlling the layer thickness of the Sn plating layer 3 (intermediate Sn plating layer 3IL and outermost Sn plating layer 3OL) and the Cu plating layer 4, as will be described later. . Note that the Kirkendall void K is formed because Cu atoms in the Cu plating layer 4 are sufficiently diffused into the grain boundaries 3g and the intragranular 3c of the Sn plating layer 3 (particularly, the outermost Sn plating layer 3OL). This is because it is considered that the Sn—Cu alloy phase 6 is formed, and the generation of whiskers can be more reliably suppressed. The Kirkendall void K is preferably formed on all the Cu plating layers 4 when two or more Cu plating layers 4 are laminated. This is because each Sn plating layer 3 can be divided at the crystal grain level.

また、カーケンダルボイドKが形成されていると、このカーケンダルボイドKの位置から元のCuめっき層4の位置がわかり、これよりも上方の最外Snめっき層3OLや中間Snめっき層3IL、およびこれよりも下方の中間Snめっき層3ILのおおよその層厚もわかる。すなわち、カーケンダルボイドKを連ねる線を引くと、その上の部分が大よそその上方の最外Snめっき層3OLまたは中間Snめっき層3ILであり、下の部分が大よそその下方の中間Snめっき層3ILであるといえる。Cu原子がCuめっき層4を上下で挟むSnめっき層3に均等に拡散しているとすれば、カーケンダルボイドKは元のCuめっき層4の中央にできると考えられるため、例えば、カーケンダルボイドKより上方の最外Snめっき層3OLの層厚からCuめっき層4の層厚の半分の層厚を引けば元のSnめっき層3の層厚がわかる。これは、カーケンダルボイドKより下方のSnめっき層3の層厚も同様である。   Further, when the Kirkendall void K is formed, the position of the original Cu plating layer 4 is known from the position of the Kirkendall void K, and the outermost Sn plating layer 3OL and the intermediate Sn plating layer 3IL, Also, the approximate layer thickness of the intermediate Sn plating layer 3IL below this can be seen. That is, when a line connecting the Kirkendall voids K is drawn, the upper part is the outermost Sn plating layer 3OL or the intermediate Sn plating layer 3IL above it, and the lower part is the intermediate Sn plating below it. It can be said that it is layer 3IL. If Cu atoms are evenly diffused in the Sn plating layer 3 sandwiching the Cu plating layer 4 at the top and bottom, it is considered that the Kirkendall void K can be formed at the center of the original Cu plating layer 4. By subtracting half the thickness of the Cu plating layer 4 from the thickness of the outermost Sn plating layer 3OL above the void K, the layer thickness of the original Sn plating layer 3 can be obtained. The same applies to the thickness of the Sn plating layer 3 below the Kirkendall void K.

最外Snめっき層3OLの結晶粒の大きさの平均は、例えば、FIB(Focused Ion Beam)装置によって撮影した画像を用いて、Sn−Cu合金相6によって分断されている最外Snめっき層3OLの複数(例えば、7つなど)の結晶粒について、Sn−Cu合金相6と最外Snめっき層3OLの境界とめっき表面の線が交わる点と点の間の長さを測定し、その平均値を結晶粒の大きさとして算出することで求めることができる。
このようにして求められた最外Snめっき層3OLの結晶粒の大きさの平均が5μmよりも大きいと、最外Snめっき層3OLが結晶粒レベルで十分分断されていないために、ウイスカが発生しやすくなる。最外Snめっき層3OLの結晶粒の大きさの平均は、3μm以下であるのがより好ましい。
The average of the crystal grain size of the outermost Sn plating layer 3OL is, for example, the outermost Sn plating layer 3OL divided by the Sn—Cu alloy phase 6 using an image taken by a FIB (Focused Ion Beam) apparatus. For a plurality of (for example, seven) crystal grains, the length between the points where the boundary between the Sn—Cu alloy phase 6 and the outermost Sn plating layer 3OL and the line on the plating surface intersect is measured, and the average It can be obtained by calculating the value as the size of the crystal grain.
If the average grain size of the outermost Sn plating layer 3OL obtained in this way is larger than 5 μm, the outermost Sn plating layer 3OL is not sufficiently divided at the crystal grain level, so whiskers are generated. It becomes easy to do. The average of the crystal grain size of the outermost Sn plating layer 3OL is more preferably 3 μm or less.

また、本発明のSnめっき銅基板1においては、最外Snめっき層3OL直下のCuめっき層4に形成されたカーケンダルボイドKを結んでなる線よりも上方の縦断面積に占める、Sn−Cu合金相6およびCuめっき層4の断面積比率が30%以上90%以下であるのが好ましい。ここで、カーケンダルボイドKを結んでなる線とは、Snめっき銅基板1の板厚方向の断面において、同じCuめっき層4中に形成されるカーケンダルボイドK全体を、板幅方向に連続的に繋げて想定される線をいう。   In addition, in the Sn plated copper substrate 1 of the present invention, Sn—Cu occupies a vertical cross-sectional area above the line formed by connecting the Kirkendall void K formed on the Cu plated layer 4 immediately below the outermost Sn plated layer 3OL. The cross-sectional area ratio of the alloy phase 6 and the Cu plating layer 4 is preferably 30% or more and 90% or less. Here, the line formed by connecting the Kirkendall void K means that the entire Kirkendall void K formed in the same Cu plating layer 4 is continuous in the plate width direction in the cross section in the plate thickness direction of the Sn plated copper substrate 1. A line that is assumed to be connected.

かかるカーケンダルボイドKよりも上方の縦断面積に占めるSn−Cu合金相6およびCuめっき層4の断面積比率が90%を超えると、最外Snめっき層3OLの表層に存在するSn−Cu合金相6の形成割合が多くなるので、半田付け性が悪くなる。
一方、カーケンダルボイドKよりも上方の縦断面積に占めるSn−Cu合金相6およびCuめっき層4の断面積比率が30%未満であると、最外Snめっき層3OLが結晶粒レベルで十分分断されていないために、ウイスカが発生しやすくなる。
When the cross-sectional area ratio of the Sn—Cu alloy phase 6 and the Cu plating layer 4 occupying the longitudinal cross-sectional area above the Kirkendall void K exceeds 90%, the Sn—Cu alloy existing in the surface layer of the outermost Sn plating layer 3OL Since the formation ratio of the phase 6 is increased, the solderability is deteriorated.
On the other hand, when the cross-sectional area ratio of the Sn—Cu alloy phase 6 and the Cu plating layer 4 occupying the vertical cross-sectional area above the Kirkendall void K is less than 30%, the outermost Sn plating layer 3OL is sufficiently divided at the crystal grain level. Since this is not done, whiskers are likely to occur.

なお、カーケンダルボイドKよりも上方の縦断面積に占めるSn−Cu合金相6およびCuめっき層4の断面積比率の上限は、80%以下であるのがより好ましく、70%以下であるのがさらに好ましい。また、カーケンダルボイドKよりも上方の縦断面積に占めるSn−Cu合金相6およびCuめっき層4の断面積比率の下限は、35%以上であるのがより好ましく、40%以上であるのがさらに好ましい。   In addition, the upper limit of the cross-sectional area ratio of the Sn—Cu alloy phase 6 and the Cu plating layer 4 in the vertical cross-sectional area above the Kirkendall void K is more preferably 80% or less, and 70% or less. Further preferred. Further, the lower limit of the cross-sectional area ratio of the Sn—Cu alloy phase 6 and the Cu plating layer 4 occupying the vertical cross-sectional area above the Kirkendall void K is more preferably 35% or more, and more preferably 40% or more. Further preferred.

また、本発明においては、最外Snめっき層3OL直下のCuめっき層4に形成されたカーケンダルボイドKを結んでなる線から下方のCuめっき層4および中間Snめっき層3ILの層厚の合計が2μm以上あり、かつ、中間層となる各Snめっき層(各中間Snめっき層3IL)の層厚が0.5μm以上3μm以下であり、最外Snめっき層3OL直下のCuめっき層4に形成されたカーケンダルボイドKを結んでなる線から上方のCuめっき層4および最外Snめっき層3OLの層厚の合計が0.2μm以上1.5μm以下であるのが好ましい。   In the present invention, the total thickness of the lower Cu plating layer 4 and the intermediate Sn plating layer 3IL from the line connecting the Kirkendall voids K formed on the Cu plating layer 4 immediately below the outermost Sn plating layer 3OL. Is 2 μm or more, and the thickness of each Sn plating layer (each intermediate Sn plating layer 3IL) as an intermediate layer is 0.5 μm or more and 3 μm or less, and is formed on the Cu plating layer 4 immediately below the outermost Sn plating layer 3OL. It is preferable that the total thickness of the Cu plating layer 4 and the outermost Sn plating layer 3OL above the line formed by connecting the Kirkendall void K is 0.2 μm or more and 1.5 μm or less.

最外Snめっき層3OL直下のCuめっき層4に形成されたカーケンダルボイドKを結んでなる線から下方のCuめっき層4および中間Snめっき層3ILの層厚の合計が2μm未満であると、曲げ加工などした場合に、最外Snめっき層3OLやCuめっき層4などが削り取られて金属基板2が露出し、半田付け性や耐食性を損なうおそれがある。最外Snめっき層3OL直下のCuめっき層4に形成されたカーケンダルボイドKを結んでなる線から下方のCuめっき層4およびSnめっき層3の層厚の合計は、3μm以上とするのがより好ましく、5μm以上とするのがさらに好ましい。   When the total layer thickness of the lower Cu plating layer 4 and the intermediate Sn plating layer 3IL from the line formed by connecting the Kirkendall void K formed on the Cu plating layer 4 immediately below the outermost Sn plating layer 3OL is less than 2 μm, When bending is performed, the outermost Sn plating layer 3OL, the Cu plating layer 4 and the like are scraped off to expose the metal substrate 2, which may impair solderability and corrosion resistance. The total thickness of the Cu plating layer 4 and the Sn plating layer 3 below the line connecting the Kirkendall voids K formed on the Cu plating layer 4 immediately below the outermost Sn plating layer 3OL is 3 μm or more. More preferably, it is more preferably 5 μm or more.

また、最外Snめっき層3OL直下のCuめっき層4に形成されたカーケンダルボイドKを結んでなる線から上方のCuめっき層4および最外Snめっき層3OLの層厚の合計が0.2μm未満であると、特に、最外Snめっき層3OLが殆ど全てSn−Cu合金になってしまうため、ウイスカは発生しないものの、半田付け性が悪くなる。カーケンダルボイドKを結んでなる線から上方のCuめっき層4および最外Snめっき層3OLの層厚の合計は、0.3μm以上とするのがより好ましく、0.4μm以上とするのがさらに好ましい。   Further, the total thickness of the upper Cu plating layer 4 and the outermost Sn plating layer 3OL from the line connecting the Kirkendall void K formed on the Cu plating layer 4 immediately below the outermost Sn plating layer 3OL is 0.2 μm. If it is less than this, since the outermost Sn plating layer 3OL is almost entirely made of a Sn—Cu alloy, whisker is not generated but solderability is deteriorated. The total thickness of the Cu plating layer 4 and the outermost Sn plating layer 3OL above the line connecting the Kirkendall void K is more preferably 0.3 μm or more, and further preferably 0.4 μm or more. preferable.

一方、最外Snめっき層3OL直下のCuめっき層4に形成されたカーケンダルボイドKを結んでなる線から上方のCuめっき層4および最外Snめっき層3OLの層厚の合計が1.5μmを超えると、Cu原子が最外Snめっき層3OLの粒界3gや粒内3cに拡散しても表面まで到達する割合が減り、最外Snめっき層3OLを結晶粒レベルで十分に分断できなくなるため、ウイスカが発生しやすくなる。また、最外Snめっき層3OLの結晶粒レベルでの分断が不十分であると、Sn−Cu合金相6が形成されることにより誘起される圧縮応力によって、Sn原子の拡散が活発化するため、却ってウイスカが発生しやすくなるおそれがある。最外Snめっき層3OL直下のCuめっき層4に形成されたカーケンダルボイドKを結んでなる線より上方のCuめっき層4および最外Snめっき層3OLの層厚の合計は、1.2μm以下とするのがより好ましく、1μm以下とするのがさらに好ましい。   On the other hand, the total thickness of the upper Cu plating layer 4 and the outermost Sn plating layer 3OL from the line connecting the Kirkendall voids K formed on the Cu plating layer 4 immediately below the outermost Sn plating layer 3OL is 1.5 μm. When the Cu content exceeds 3, the ratio of reaching the surface decreases even if Cu atoms diffuse into the grain boundaries 3g and the intragranular 3c of the outermost Sn plating layer 3OL, and the outermost Sn plating layer 3OL cannot be sufficiently divided at the crystal grain level. Therefore, it becomes easy to generate whiskers. In addition, when the outermost Sn plating layer 3OL is not sufficiently divided at the crystal grain level, Sn atoms are diffused more actively by the compressive stress induced by the formation of the Sn—Cu alloy phase 6. However, whiskers are likely to occur. The total thickness of the Cu plating layer 4 and the outermost Sn plating layer 3OL above the line connecting the Kirkendall voids K formed on the Cu plating layer 4 immediately below the outermost Sn plating layer 3OL is 1.2 μm or less. More preferably, it is more preferably 1 μm or less.

次に、図3を参照して、本発明に係るSnめっき銅基板の製造方法について説明する。なお、図3は、本発明のSnめっき銅基板の製造方法のフローを示す図である。
図3に示すように、本発明に係るSnめっき銅基板の製造方法は、積層工程S1と、合金相形成工程S2と、を含んでなる。
Next, with reference to FIG. 3, the manufacturing method of the Sn plating copper substrate based on this invention is demonstrated. In addition, FIG. 3 is a figure which shows the flow of the manufacturing method of the Sn plating copper substrate of this invention.
As shown in FIG. 3, the manufacturing method of the Sn plating copper substrate which concerns on this invention comprises lamination | stacking process S1 and alloy phase formation process S2.

なお、めっき膜層5の層厚を1.5μm以上とする臨界的意義、最外Snめっき層3OLの層厚を0.2μm以上1.5μm以下とする臨界的意義、および、0.2μm以上1.5μm以下の層厚の最外Snめっき層3OLをめっき膜層5との総厚が3μm以上とする臨界的意義など、各層厚を特定の範囲に規定した理由については、本発明のSnめっき銅基板の説明で述べたとおりであるので、その説明を省略する。
また、少なくとも、中間Snめっき層3ILおよび最外Snめっき層3OLの粒界3gおよび界面34i、34oのいずれかにSn−Cu合金相6を有することの意義、Cuめっき層4およびSn−Cu合金相6のうち少なくとも一方にカーケンダルボイドKを形成させると好適である点など、本発明のSnめっき銅基板の好適な実施態様やそのようにする理由等についても、本発明のSnめっき銅基板の説明で述べたとおりであるので、その説明を省略する。
In addition, the critical significance that the layer thickness of the plating film layer 5 is 1.5 μm or more, the critical significance that the layer thickness of the outermost Sn plating layer 3OL is 0.2 μm or more and 1.5 μm or less, and 0.2 μm or more The reason why each layer thickness is defined in a specific range, such as the critical significance of setting the outermost Sn plating layer 3OL having a layer thickness of 1.5 μm or less to a total thickness of 3 μm or more with respect to the plating film layer 5, is as follows. Since it is as described in the description of the plated copper substrate, the description thereof is omitted.
Further, at least the significance of having the Sn—Cu alloy phase 6 at the grain boundary 3g and the interfaces 34i, 34o of the intermediate Sn plating layer 3IL and the outermost Sn plating layer 3OL, the Cu plating layer 4 and the Sn—Cu alloy The preferred embodiment of the Sn-plated copper substrate of the present invention, such as the point that it is preferable to form Kirkendall void K on at least one of the phases 6, the reason for doing so, etc. Therefore, the description thereof is omitted.

リードフレームやコネクタ端子にSnめっき銅基板1を使用する場合、これらの部品は合金相形成工程S2後に曲げ加工等されることが多いため、めっき膜層5が薄すぎると加工治具と擦れた箇所のめっきの表層が削り取られて金属基板2が露出し、その部分の半田付け性や耐食性が著しく低下する。これを防止するため、本発明では、Snめっき層3の粒界3g、および当該Snめっき層3の粒内3cにCuを拡散させて合金化し、Snめっき層3の粒界3g、およびCuめっき層4や金属基板2とSnめっき層3との界面34o、34i、32で、Snめっき層3を結晶粒レベルで分断することにより、Sn原子の移動と集中を抑制してウイスカの発生の防止を図っている。ただし、Cu原子の粒界3gへの拡散距離は1〜2μm程度であるため、このような方法でSnめっき層3を分断するためには、前記したように、少なくとも最外Snめっき層3OLについては、その層厚を1〜2μm以下にしなければ、その表面までCu原子が拡散できないため、最外Snめっき層3OLを結晶粒レベルで分断することができない。つまり、最外Snめっき層3OLの層厚を厚くしすぎるとCu原子の拡散が十分に行われないのでウイスカの発生を防止することができない。   When the Sn-plated copper substrate 1 is used for a lead frame or a connector terminal, these parts are often bent after the alloy phase forming step S2, so that if the plated film layer 5 is too thin, it is rubbed with the processing jig. The plated surface layer of the portion is scraped off to expose the metal substrate 2, and the solderability and corrosion resistance of that portion are significantly reduced. In order to prevent this, in the present invention, Cu is diffused and alloyed in the grain boundaries 3g of the Sn plating layer 3 and in the grains 3c of the Sn plating layer 3, and the grain boundaries 3g of the Sn plating layer 3 and the Cu plating are formed. The Sn plating layer 3 is divided at the crystal grain level at the interfaces 34o, 34i, 32 between the layer 4 and the metal substrate 2 and the Sn plating layer 3, thereby suppressing the movement and concentration of Sn atoms and preventing the generation of whiskers. I am trying. However, since the diffusion distance of Cu atoms to the grain boundary 3g is about 1 to 2 μm, in order to divide the Sn plating layer 3 by such a method, as described above, at least the outermost Sn plating layer 3OL. Since the Cu atoms cannot be diffused to the surface unless the layer thickness is 1 to 2 μm or less, the outermost Sn plating layer 3OL cannot be divided at the crystal grain level. That is, if the outermost Sn plating layer 3OL is too thick, Cu atoms cannot be sufficiently diffused, so that whisker generation cannot be prevented.

本発明では、これを加味して、以下のような条件で積層工程S1を行う。
〔積層工程〕
積層工程S1は、純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板2上に、中間Snめっき層3ILと、Cuめっき層4とを、この順に積層してなるめっき膜層5を1.5μm以上の層厚となるように少なくとも1膜層以上積層し、さらにこのめっき膜層5上に、0.2μm以上1.5μm以下の層厚の最外Snめっき層3OLを、前記しためっき膜層5との総厚が3μm以上となるように積層する。
これにより、最外Snめっき層3OLがSn−Cu合金相6によって、後記するように結晶粒レベルで分断される前の状態のSnめっき銅基板1’(図1および図2参照)を得ることができる。
In the present invention, in consideration of this, the lamination step S1 is performed under the following conditions.
[Lamination process]
The lamination step S1 is a plating formed by laminating an intermediate Sn plating layer 3IL and a Cu plating layer 4 in this order on a metal substrate 2 which is a pure copper plate, a copper alloy plate, or a copper-plated metal plate. At least one film layer is laminated so that the film thickness 5 is 1.5 μm or more, and the outermost Sn plating layer 3OL having a layer thickness of 0.2 μm or more and 1.5 μm or less is further formed on the plating film layer 5. Are laminated so that the total thickness with the plating film layer 5 is 3 μm or more.
As a result, the Sn-plated copper substrate 1 ′ (see FIGS. 1 and 2) in a state before the outermost Sn plating layer 3 OL is divided by the Sn—Cu alloy phase 6 at the crystal grain level as described later is obtained. Can do.

なお、Snめっき層3(中間Snめっき層3ILおよび最外Snめっき層3OL)の層厚は、予め金属基板に対して種々の時間でSnめっきを行い、金属基板に形成したSnめっき層の付着量とめっき面積から単位面積当たりのめっき付着量を求め、この値でSnの理論密度を除することによって、Snめっき層の形成速度を求め、この形成速度を基に所定の層厚をめっきするのに必要なめっき時間を割り出すことで、Snめっき層3の層厚の制御を行うことができる。これは、Cuめっき層4の層厚の制御も同様である。   The thickness of the Sn plating layer 3 (intermediate Sn plating layer 3IL and outermost Sn plating layer 3OL) is such that Sn plating is performed on the metal substrate in advance for various times, and the Sn plating layer formed on the metal substrate is attached. The plating adhesion amount per unit area is obtained from the amount and the plating area, and by dividing the theoretical density of Sn by this value, the formation rate of the Sn plating layer is obtained, and a predetermined layer thickness is plated based on this formation rate. By determining the plating time necessary for this, the layer thickness of the Sn plating layer 3 can be controlled. The same applies to the control of the layer thickness of the Cu plating layer 4.

なお、この積層工程S1において、最外Snめっき層3OLの直下に形成されるCuめっき層4の層厚は0.05μm以上1μm以下に積層するのが好ましい。最外Snめっき層3OLの直下のCuめっき層4をこのような範囲で積層すると、最外Snめっき層3OLの粒界3gおよび粒内3cにCu原子を適度に拡散させることができる。そのため、最外Snめっき層3OLを結晶粒レベルで分断することが可能となる。   In addition, in this lamination process S1, it is preferable to laminate | stack the layer thickness of Cu plating layer 4 formed directly under outermost Sn plating layer 3OL at 0.05 micrometer or more and 1 micrometer or less. When the Cu plating layer 4 immediately below the outermost Sn plating layer 3OL is laminated in such a range, Cu atoms can be appropriately diffused in the grain boundaries 3g and the inner grains 3c of the outermost Sn plating layer 3OL. Therefore, the outermost Sn plating layer 3OL can be divided at the crystal grain level.

最外Snめっき層3OLの直下に形成されるCuめっき層4の層厚が0.05μm未満であると、その層厚が薄すぎるため、最外Snめっき層3OLの粒界3gおよび粒内3cに拡散するCu原子が不足し、最外Snめっき層3OLを結晶粒レベルで分断することができない。したがって、ウイスカが発生しやすくなる。最外Snめっき層3OLの直下に形成されるCuめっき層4の層厚は、0.1μm以上とするのがより好ましい。   When the layer thickness of the Cu plating layer 4 formed immediately below the outermost Sn plating layer 3OL is less than 0.05 μm, the layer thickness is too thin, so that the grain boundary 3g and the intragranular 3c of the outermost Sn plating layer 3OL. Cu atoms diffused into the surface are insufficient, and the outermost Sn plating layer 3OL cannot be divided at the crystal grain level. Therefore, it becomes easy to generate whiskers. The layer thickness of the Cu plating layer 4 formed immediately below the outermost Sn plating layer 3OL is more preferably 0.1 μm or more.

他方、最外Snめっき層3OLの直下に形成されるCuめっき層4の層厚が1μmを超えると、その層厚が厚すぎるため、最外Snめっき層3OLの粒界3gおよび粒内3cにCu原子が拡散しすぎてしまう。そのため、最外Snめっき層3OLの表層にSn−Cu合金相6が多く形成されることとなり、半田付け性が悪くなる。最外Snめっき層3OLの直下に形成されるCuめっき層4の層厚は、0.6μm以下とするのがより好ましい。   On the other hand, when the layer thickness of the Cu plating layer 4 formed immediately below the outermost Sn plating layer 3OL exceeds 1 μm, the layer thickness is too thick, so that the grain boundary 3g and the intragranular 3c of the outermost Sn plating layer 3OL Cu atoms diffuse too much. Therefore, many Sn—Cu alloy phases 6 are formed on the surface layer of the outermost Sn plating layer 3OL, and solderability is deteriorated. The layer thickness of the Cu plating layer 4 formed immediately below the outermost Sn plating layer 3OL is more preferably 0.6 μm or less.

この積層工程S1において、めっき膜層5を構成する各中間Snめっき層3ILの層厚を0.5μm以上3μm以下で積層するのが好ましい。各中間Snめっき層3ILの層厚をこの範囲とするのは、その界面34iおよび粒界3gにSn−Cu合金相6を形成させることによって中間Snめっき層3ILを結晶粒レベルで分断させて、Sn原子の移動と集中を抑制できるからである。これによって、曲げ加工などによって表面のSnめっき層3が削り取られて中間Snめっき層3ILが表面に露出しても、露出した中間Snめっき層3ILはCu−Sn合金相6で当該中間Snめっき層3ILが分断されているために、曲げ部からウイスカが発生するおそれがない。   In this laminating step S1, it is preferable to laminate the intermediate Sn plating layer 3IL constituting the plating film layer 5 so that the layer thickness is not less than 0.5 μm and not more than 3 μm. The reason why the thickness of each intermediate Sn plating layer 3IL is within this range is that the intermediate Sn plating layer 3IL is divided at the crystal grain level by forming the Sn—Cu alloy phase 6 at the interface 34i and the grain boundary 3g, This is because the movement and concentration of Sn atoms can be suppressed. Thus, even if the Sn plating layer 3 on the surface is scraped off by bending or the like and the intermediate Sn plating layer 3IL is exposed on the surface, the exposed intermediate Sn plating layer 3IL is the Cu-Sn alloy phase 6 and the intermediate Sn plating layer Since 3IL is divided, there is no possibility that whiskers are generated from the bent portion.

中間Snめっき層3ILの層厚が0.5μm未満であると、Cuめっき層4の層厚にもよるが、Cu原子の拡散により、中間Snめっき層3IL全体がSn−Cu合金相6となってしまうおそれがある。このような状態で、曲げ加工時に表面から中間Snめっき層3ILの中間の位置まで削り取られてしまうと、Sn−Cu合金相6のみが表面に露出することになり、半田付け性が悪くなることがある。中間Snめっき層3ILの層厚は、1μm以上とするのがより好ましい。
一方、中間Snめっき層3ILの層厚が3μmよりも厚いと、Cu原子の拡散によって中間Snめっき層3ILを結晶粒レベルで十分に分断することができなくなるおそれがある。つまり、曲げ加工時に表面から中間Snめっき層3ILの中間の位置まで削り取られて、かかる中間Snめっき層3ILが露出するとウイスカが発生しやすくなる場合がある。中間Snめっき層3ILの層厚は、2.5μm以下とするのがより好ましい。
If the thickness of the intermediate Sn plating layer 3IL is less than 0.5 μm, depending on the thickness of the Cu plating layer 4, the entire intermediate Sn plating layer 3IL becomes the Sn—Cu alloy phase 6 due to the diffusion of Cu atoms. There is a risk that. In such a state, if the surface is scraped off from the surface to the middle position of the intermediate Sn plating layer 3IL during bending, only the Sn—Cu alloy phase 6 is exposed to the surface, resulting in poor solderability. There is. The layer thickness of the intermediate Sn plating layer 3IL is more preferably 1 μm or more.
On the other hand, if the thickness of the intermediate Sn plating layer 3IL is larger than 3 μm, there is a possibility that the intermediate Sn plating layer 3IL cannot be sufficiently divided at the crystal grain level due to diffusion of Cu atoms. That is, when the intermediate Sn plating layer 3IL is scraped off from the surface to the middle position of the intermediate Sn plating layer 3IL during bending and the intermediate Sn plating layer 3IL is exposed, whiskers are likely to occur. The thickness of the intermediate Sn plating layer 3IL is more preferably 2.5 μm or less.

また、積層工程S1において、各中間Snめっき層3ILの層厚を0.5μm以上3μm以下で積層する場合は、中間Snめっき層3ILの間、および、中間Snめっき層3ILと最外Snめっき層3OLとの間に挟まれた各Cuめっき層4の層厚を、それぞれのCuめっき層4を挟む中間Snめっき層3ILのうちいずれか厚い層厚を有する中間Snめっき層3ILの1/10以上1μm以下の層厚で積層させるのが好ましい。   In addition, in the stacking step S1, when the thickness of each intermediate Sn plating layer 3IL is stacked at 0.5 μm or more and 3 μm or less, between the intermediate Sn plating layer 3IL and between the intermediate Sn plating layer 3IL and the outermost Sn plating layer The thickness of each Cu plating layer 4 sandwiched between 3OLs is 1/10 or more of the intermediate Sn plating layer 3IL having a thicker thickness among the intermediate Sn plating layers 3IL sandwiching each Cu plating layer 4 It is preferable to laminate with a layer thickness of 1 μm or less.

Cuめっき層4の層厚が、当該Cuめっき層4を挟む中間Snめっき層3ILのうちいずれか厚い方の層厚の1/10未満であると、拡散するCu原子の量が少ないために、Cu原子が中間Snめっき層3ILの粒界3gおよび粒内3cに十分に拡散できず、中間Snめっき層3ILを結晶粒レベルで分断することができない。Cuめっき層4の層厚は、当該Cuめっき層4を挟む中間Snめっき層3ILのうちいずれか厚い方の層厚を有する中間Snめっき層3ILの層厚の1/5以上とするのがより好ましい。   When the layer thickness of the Cu plating layer 4 is less than 1/10 of the thicker one of the intermediate Sn plating layers 3IL sandwiching the Cu plating layer 4, the amount of Cu atoms to diffuse is small. Cu atoms cannot sufficiently diffuse into the grain boundary 3g and the intragranular 3c of the intermediate Sn plating layer 3IL, and the intermediate Sn plating layer 3IL cannot be divided at the crystal grain level. The layer thickness of the Cu plating layer 4 is more preferably 1/5 or more of the thickness of the intermediate Sn plating layer 3IL having the thicker one of the intermediate Sn plating layers 3IL sandwiching the Cu plating layer 4. preferable.

一方、この場合において、中間Snめっき層3ILに挟まれたCuめっき層4の層厚が1μmを超えると、Sn−Cu合金相6が形成されすぎるために、曲げ加工された部分の半田付け性が低下する。Cuめっき層4の層厚は、0.8μm以下とするのがより好ましい。   On the other hand, in this case, if the thickness of the Cu plating layer 4 sandwiched between the intermediate Sn plating layer 3IL exceeds 1 μm, the Sn—Cu alloy phase 6 is formed too much, so the solderability of the bent portion is increased. Decreases. The layer thickness of the Cu plating layer 4 is more preferably 0.8 μm or less.

〔合金相形成工程〕
次に、合金相形成工程S2は、少なくとも中間Snめっき層3ILおよび最外Snめっき層3OLの粒界3g、最外Snめっき層3OLとCuめっき層4との界面34o、および、中間Snめっき層3ILとCuめっき層4との界面34i、のいずれかにCuめっき層4および金属基板2の少なくとも一方に由来するCu原子を拡散させてSn−Cu合金相6を形成させる。これにより、少なくとも最外Snめっき層3OLはSn−Cu合金相6によって結晶粒レベルで分断され、本発明に係るSnめっき銅基板1を製造することができる。なお、合金相形成工程S2では、中間Snめっき層3ILと金属基板2との界面32に、Cuめっき層4および金属基板2の少なくとも一方に由来するCuを拡散させてなるSn−Cu合金相6を形成させるのが好ましい。
[Alloy phase formation process]
Next, the alloy phase formation step S2 includes at least the grain boundary 3g of the intermediate Sn plating layer 3IL and the outermost Sn plating layer 3OL, the interface 34o between the outermost Sn plating layer 3OL and the Cu plating layer 4, and the intermediate Sn plating layer. interface 34i between 3IL and Cu plating layer 4, either by diffusing Cu atoms derived from at least one of Cu plating layer 4 and the metal substrate 2 to form an Sn-Cu alloy phase 6 of. Thereby, at least the outermost Sn plating layer 3OL is divided at the crystal grain level by the Sn—Cu alloy phase 6, and the Sn plated copper substrate 1 according to the present invention can be manufactured. In the alloy phase forming step S2, the Sn-Cu alloy phase 6 is formed by diffusing Cu derived from at least one of the Cu plating layer 4 and the metal substrate 2 into the interface 32 between the intermediate Sn plating layer 3IL and the metal substrate 2. Is preferably formed.

Cu原子は、室温でSnめっき層3、特にその粒界3gを高速で拡散する。Snめっき層3の層厚にもよるが、Cu原子は、例えば、Snめっき層3の層厚が0.5μm程度であれば1日で粒界3gを拡散する。合金相形成工程S2の温度条件を高くすれば粒界3gへの拡散が促進され、Sn−Cu合金相6が早期に形成される。   Cu atoms diffuse through the Sn plating layer 3, particularly the grain boundary 3g, at high speed at room temperature. Although depending on the thickness of the Sn plating layer 3, Cu atoms diffuse through the grain boundaries 3 g in one day if the thickness of the Sn plating layer 3 is about 0.5 μm, for example. If the temperature condition of the alloy phase forming step S2 is increased, diffusion to the grain boundaries 3g is promoted, and the Sn—Cu alloy phase 6 is formed at an early stage.

しかし、合金相形成工程S2の温度条件を高くしすぎると、Snめっき層3中の粒界拡散と粒内拡散の速度が等しくなるため、Snめっき層3の粒界3gが先行して合金化することができず、Snめっき層3の粒内3cも粒界3gと同程度の速度で合金化することになる。そのため、Snめっき層3の粒界3gと、Snめっき層3の粒内3cとが、一様の厚さでSn−Cu合金相6となってしまい、Snめっき層3を結晶粒レベルで分断することができない。   However, if the temperature condition in the alloy phase forming step S2 is too high, the grain boundary diffusion in the Sn plating layer 3 and the intragranular diffusion rate become equal, so the grain boundary 3g of the Sn plating layer 3 precedes the alloying. Therefore, the intragranular 3c of the Sn plating layer 3 is alloyed at the same speed as the grain boundary 3g. Therefore, the grain boundary 3g of the Sn plating layer 3 and the intragranular 3c of the Sn plating layer 3 become the Sn—Cu alloy phase 6 with a uniform thickness, and the Sn plating layer 3 is divided at the crystal grain level. Can not do it.

つまり、Cu原子の粒内3cへの拡散が必要以上に促進される結果、拡散に寄与するCu原子の量が比較的少ない場合は、Cu原子がSnめっき層3の表面まで拡散することができず、ウイスカの発生を抑制することができない。他方、拡散に寄与するCu原子の量が比較的多い場合は、Snめっき層3すべてがSn−Cu合金相6となってしまい、半田付け性が悪くなる。
したがって、合金相形成工程S2の温度条件は、Snめっき層3の粒界3gと粒内3cにおけるCu原子の拡散速度に差が出る温度に制御するのが好ましい。例えば、合金相形成工程S2の温度条件は、160℃以下とするのが好ましく、140℃以下とするのがより好ましく、130℃以下とするのがさらに好ましい。
なお、拡散に寄与するCu原子の量はCuめっき層4の層厚で決まるため、Cuめっき層4の層厚は、前記した特定の範囲で制御するのが好ましい。
That is, as a result of the diffusion of Cu atoms into the grains 3c being promoted more than necessary, Cu atoms can diffuse to the surface of the Sn plating layer 3 when the amount of Cu atoms contributing to the diffusion is relatively small. Therefore, the occurrence of whiskers cannot be suppressed. On the other hand, when the amount of Cu atoms contributing to diffusion is relatively large, all of the Sn plating layer 3 becomes the Sn—Cu alloy phase 6 and solderability is deteriorated.
Therefore, the temperature condition of the alloy phase forming step S2 is preferably controlled to a temperature at which a difference in the diffusion rate of Cu atoms in the grain boundary 3g and the intragranular 3c of the Sn plating layer 3 occurs. For example, the temperature condition of the alloy phase forming step S2 is preferably 160 ° C. or less, more preferably 140 ° C. or less, and further preferably 130 ° C. or less.
Since the amount of Cu atoms contributing to diffusion is determined by the thickness of the Cu plating layer 4, the layer thickness of the Cu plating layer 4 is preferably controlled within the specific range described above.

また、合金相形成工程S2によって、Cuめっき層4およびSn−Cu合金相6の少なくとも一方には、Cu原子が拡散してなるカーケンダルボイドKが形成されるのが好ましい。なお、カーケンダルボイドKは、合金相形成工程S1を実施したCuめっき層4中に形成される。なお、Cuめっき層4の層厚が薄い場合や合金相形成温度条件によっては、Cuめっき層4全体がSn−Cu合金相6となることがある。この場合は、結果としてカーケンダルボイドKは当然Sn−Cu合金相中に形成される。Cuめっき層4を2層以上積層した場合は、すべてのCuめっき層4にこれが形成され得る。   Further, it is preferable that a Kirkendall void K formed by diffusion of Cu atoms is formed in at least one of the Cu plating layer 4 and the Sn—Cu alloy phase 6 by the alloy phase forming step S2. The Kirkendall void K is formed in the Cu plating layer 4 subjected to the alloy phase forming step S1. In addition, when the layer thickness of the Cu plating layer 4 is thin or depending on the alloy phase formation temperature condition, the entire Cu plating layer 4 may become the Sn—Cu alloy phase 6. In this case, as a result, Kirkendall void K is naturally formed in the Sn—Cu alloy phase. When two or more Cu plating layers 4 are laminated, this can be formed on all the Cu plating layers 4.

なお、カーケンダルボイドKは、前記した積層工程S1において、Snめっき層3(中間Snめっき層3ILおよび最外Snめっき層3OL)およびCuめっき層4の各層厚を、それぞれ前記した範囲で積層すると好適に形成させることができる。すなわち、Snめっき層3およびCuめっき層4の各層厚を適切に制御することにより、Cuめっき層4のCu原子をSnめっき層3の粒界3gおよび粒内3cに適切に拡散させることが可能となるため、カーケンダルボイドKを形成させることができる。   Kirkendall void K is formed by laminating the thicknesses of the Sn plating layer 3 (intermediate Sn plating layer 3IL and outermost Sn plating layer 3OL) and the Cu plating layer 4 in the above-described range in the above-described lamination step S1. It can form suitably. That is, by appropriately controlling the thicknesses of the Sn plating layer 3 and the Cu plating layer 4, Cu atoms of the Cu plating layer 4 can be appropriately diffused into the grain boundaries 3g and the intragranular 3c of the Sn plating layer 3. Therefore, Kirkendall void K can be formed.

次に、本発明のリードフレームおよびコネクタ端子について図4および図5を参照して説明する。なお、図4は、本発明のリードフレームの一例を示す構成図である。図5は、本発明のコネクタ端子の一例を示す一部断面図であって、(a)は、雄端子と雌端子を嵌合する前の状態を示す図であり、(b)は、雄端子と雌端子を嵌合した後の状態を示す図である。   Next, the lead frame and connector terminal of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a configuration diagram showing an example of the lead frame of the present invention. FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing an example of the connector terminal of the present invention. FIG. 5 (a) is a view showing a state before the male terminal and the female terminal are fitted, and FIG. It is a figure which shows the state after fitting a terminal and a female terminal.

図4に示すように、本発明のリードフレーム100は、例えば、1つ以上のボンディングパッド101と、これと連続する複数のリード部分102と、を有する一般的なリードフレームとして形成することができる。
かかるリードフレーム100は、例えば、前記したSnめっき銅基板1を帯状に形成して、かつ、複数のリード部分102およびボンディングパッド101を所定の形状の精密金型などを使用して打ち抜き処理(スタンピング処理)やエッチング処理により形成することで製造することができる。また、前記した本発明のSnめっき銅基板1に用いる金属基板2は、予め前記した複数のリード部分102および前記したボンディングパッド101を形成しておき、これにめっき層膜5、最外Snめっき層3OL、Sn−Cu合金相6を形成してもよい。この場合は、打ち抜きやエッチングによって形成される金属基板2の端面もめっき層膜5、最外Snめっき層3OL、Sn−Cu合金相6で覆われるため、金属基板2の耐食性や端面での半田付け性が良好となる。さらに、金属基板2表面と端面が成すエッジ部やコーナー部では、めっきの残留圧縮応力が発生しやすく、従来のようにSnめっきのみであるとウイスカが発生し易いが、本発明のように中間Snめっき層3ILと、Cuめっき層4と、最外Snめっき層3OLと、を有し、さらにSn−Cu合金相6を形成したリードフレーム100においては、そのような心配がない。したがって、本発明のリードフレーム100は、必要によりプレス曲げ加工等を行い、リード部分102を折り曲げたりしてもよい。
なお、前記した打ち抜き処理やエッチング処理、プレス曲げ加工等は、一般的に用いられる手法によって行うことができる。
As shown in FIG. 4, the lead frame 100 of the present invention can be formed as a general lead frame having, for example, one or more bonding pads 101 and a plurality of lead portions 102 continuous therewith. .
In the lead frame 100, for example, the above-described Sn-plated copper substrate 1 is formed in a strip shape, and a plurality of lead portions 102 and bonding pads 101 are punched using a precision mold having a predetermined shape (stamping). It can be manufactured by forming by a process) or an etching process. Further, the metal substrate 2 used for the Sn-plated copper substrate 1 of the present invention described above is formed with the plurality of lead portions 102 and the bonding pads 101 described above in advance, and the plating layer film 5 and the outermost Sn plating. The layer 3OL and the Sn—Cu alloy phase 6 may be formed. In this case, since the end surface of the metal substrate 2 formed by punching or etching is also covered with the plating layer film 5, the outermost Sn plating layer 3OL, and the Sn-Cu alloy phase 6, the corrosion resistance of the metal substrate 2 and the solder at the end surface Adhesiveness is improved. Furthermore, in the edge portion and the corner portion formed by the surface of the metal substrate 2 and the corner portion, the residual compressive stress of plating is likely to occur, and whisker is likely to occur when only Sn plating is used as in the prior art. In the lead frame 100 having the Sn plating layer 3IL, the Cu plating layer 4, and the outermost Sn plating layer 3OL and further forming the Sn—Cu alloy phase 6, there is no such concern. Therefore, the lead frame 100 of the present invention may be subjected to press bending or the like as necessary to bend the lead portion 102.
The punching process, etching process, press bending process, and the like described above can be performed by a generally used technique.

また、図5(a)に示すように、本発明のコネクタ端子200は、前記したSnめっき銅基板1を用いて圧延等して製造した適宜の板厚の薄板を、例えば、所定の形状の金型を使用したプレス曲げ加工等することにより、雌端子210および/または雄端子220として製造することができる。
例えば、雌端子210は、図5(a)に示すように、プレス曲げ加工等によって、少なくとも一部が対向する壁部211との距離を狭くした曲折部212を有する保持部213を備えるように製造されている。
また、例えば、雄端子220は、図5(a)に示すように、プレス曲げ加工等によって、コードが接続される基端部221から延び、前記した雌端子210の保持部213に嵌合される先端部222を備えるように製造されている。
なお、前記したように、雌端子210や雄端子220を製造する際にプレス曲げ加工等によりめっき膜層5の表層が削り取られたとしても、既に詳述しているように、本発明のSnめっき銅基板1を用いているので、ウイスカの発生を抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 5A, the connector terminal 200 of the present invention is a thin plate having an appropriate thickness, for example, having a predetermined shape, manufactured by rolling using the Sn-plated copper substrate 1 described above. By press bending using a die, the female terminal 210 and / or the male terminal 220 can be manufactured.
For example, as shown in FIG. 5A, the female terminal 210 is provided with a holding portion 213 having a bent portion 212 whose distance from at least a part of the facing wall portion 211 is reduced by press bending or the like. It is manufactured.
Further, for example, as shown in FIG. 5A, the male terminal 220 extends from the base end 221 to which the cord is connected by press bending or the like, and is fitted to the holding portion 213 of the female terminal 210 described above. It is manufactured to have a leading end 222.
As described above, even when the surface layer of the plating film layer 5 is scraped off by press bending or the like when the female terminal 210 or the male terminal 220 is manufactured, as already described in detail, the Sn of the present invention is used. Since the plated copper substrate 1 is used, the generation of whiskers can be suppressed.

そして、雌端子210と雄端子220とは、例えば、図5(b)に示すように、雌端子210の保持部213に、雄端子220の先端部222を挿入して嵌合させることにより接続することができる。
このとき、保持部213と先端部222が接触してめっき膜層5の表層が削り取られたとしても、本発明のSnめっき銅基板1を用いているので、ウイスカの発生を抑制することができる。
Then, the female terminal 210 and the male terminal 220 are connected, for example, by inserting and fitting the front end portion 222 of the male terminal 220 into the holding portion 213 of the female terminal 210 as shown in FIG. can do.
At this time, even if the holding portion 213 and the tip portion 222 come into contact with each other and the surface layer of the plating film layer 5 is scraped off, the generation of whiskers can be suppressed because the Sn-plated copper substrate 1 of the present invention is used. .

このようにして製造されたリードフレームやコネクタ端子は、金属基板2の表面に形成された最外Snめっき層3OLがSn−Cu合金相6によって平面方向および層厚方向に、結晶粒レベルで分断されているので、Sn原子が特定の箇所に集まりにくく、ウイスカの発生が防止される。したがって、短絡しにくいので、半導体などに好適に使用することができる。また、金属基板2の表面にSnめっき層3(最外Snめっき層3OL)が形成されているので、良好な半田付け性を有する。   In the lead frame and connector terminal thus manufactured, the outermost Sn plating layer 3OL formed on the surface of the metal substrate 2 is divided at the crystal grain level in the plane direction and the layer thickness direction by the Sn—Cu alloy phase 6. Therefore, Sn atoms are unlikely to gather at a specific location, and whisker generation is prevented. Therefore, since it is hard to short-circuit, it can be used suitably for a semiconductor etc. Further, since the Sn plating layer 3 (outermost Sn plating layer 3OL) is formed on the surface of the metal substrate 2, it has good solderability.

次に、本発明の効果を確認した実施例について説明する。
[実施例A]
実施例1〜9、比較例1〜5に係る銅板(以下、単に「実施例1〜9、比較例1〜5」などという。)をカソードとして、ユケン工業株式会社製の電解脱脂剤パクナF−1550を50g/Lで溶解した水溶液に浸漬して、以下の条件で電解脱脂を行った。
〔電解脱脂条件〕
アノード:ステンレス鋼
脱脂温度:50℃
電流密度:2A/dm
電解時間:30秒
Next, examples in which the effects of the present invention have been confirmed will be described.
[Example A]
Electrolytic degreasing agent Pakuna F made by Yuken Industry Co., Ltd., using the copper plates according to Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 (hereinafter simply referred to as “Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5”, etc.) as cathodes. -1550 was immersed in an aqueous solution dissolved at 50 g / L, and electrolytic degreasing was performed under the following conditions.
[Electrolytic degreasing conditions]
Anode: Stainless steel Degreasing temperature: 50 ° C
Current density: 2 A / dm 2
Electrolysis time: 30 seconds

実施例1〜9、比較例1〜5を電解脱脂して水洗した後、10質量%の硫酸水溶液に15秒間浸漬し、再度水洗し、石原薬品株式会社製の下記の組成のSnめっき液を用いて、下記の条件で銅板の表面に5μmの層厚の中間層となるSnめっき層(以下、「中間Snめっき層」という。)を形成した。
〔Snめっき液の組成〕
PF−TIN:200mL/L
PF−ACID:125mL/L
PF−05M:30mL
〔Snめっき条件〕
電流密度:10A/dm
めっき液温度:35℃
Examples 1-9 and Comparative Examples 1-5 were electrolytically degreased and washed with water, then immersed in a 10% by mass sulfuric acid aqueous solution for 15 seconds, washed again with water, and an Sn plating solution having the following composition made by Ishihara Pharmaceutical Co., Ltd. Using this, an Sn plating layer (hereinafter referred to as “intermediate Sn plating layer”) serving as an intermediate layer having a thickness of 5 μm was formed on the surface of the copper plate under the following conditions.
[Composition of Sn plating solution]
PF-TIN: 200mL / L
PF-ACID: 125 mL / L
PF-05M: 30mL
[Sn plating conditions]
Current density: 10 A / dm 2
Plating solution temperature: 35 ° C

なお、Snめっき層の層厚は、予め銅板に対して種々の時間でSnめっきを行い、銅板に形成したSnめっき層の付着量とめっき面積から単位面積当たりのめっき付着量を求め、この値でSnの理論密度を除することによって、Snめっき層の形成速度を求め、この形成速度を基に所定の層厚をめっきするのに必要なめっき時間を割り出すことで、Snめっき層の層厚の制御を行った。   In addition, the thickness of the Sn plating layer is obtained by performing Sn plating on the copper plate in advance for various times, and obtaining the plating adhesion amount per unit area from the adhesion amount and the plating area of the Sn plating layer formed on the copper plate. The thickness of the Sn plating layer is determined by calculating the formation rate of the Sn plating layer by dividing the theoretical density of Sn by the above, and determining the plating time required to plate a predetermined layer thickness based on this formation rate. Was controlled.

次に、中間Snめっき層を形成した実施例1〜9、比較例1〜4を水洗した後、下記の組成のCuめっき液(関東化学株式会社製鹿1級試薬)を用いて、下記の条件にて表1に示す層厚のCuめっき層を形成した。なお、Cuめっき層の層厚は、Snめっき層の層厚の制御と同様にして制御した。なお、比較例5に係る銅板については、比較のためにCuめっき層と、後記する最外層となるSnめっき層(以下、「最外Snめっき層」という。)の形成を行わなかった。
〔Cuめっき液の組成〕
CuCN:47.5g/L
KCN:10.5g/L
CO:54.2g/L
〔Cuめっき条件〕
電流密度:2A/dm
めっき温度:55℃
Next, after washing Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 4 in which an intermediate Sn plating layer was formed, a Cu plating solution having the following composition (Kanto Chemical Co., Ltd. deer grade 1 reagent) was used, and the following: Under the conditions, a Cu plating layer having a layer thickness shown in Table 1 was formed. Note that the layer thickness of the Cu plating layer was controlled in the same manner as the control of the thickness of the Sn plating layer. In addition, about the copper plate which concerns on the comparative example 5, formation of the Cu plating layer and the Sn plating layer used as the outermost layer mentioned later (henceforth "outermost Sn plating layer") was not performed for the comparison.
[Composition of Cu plating solution]
CuCN: 47.5 g / L
KCN: 10.5g / L
K 2 CO 3 : 54.2 g / L
[Cu plating conditions]
Current density: 2 A / dm 2
Plating temperature: 55 ° C

最後に、Cuめっき層を形成した実施例1〜9、比較例1〜4について、Cuめっき層の上に前記と同じ組成のSnめっき液を用いて、前記と同じ条件でSnめっきを行い、表1に示す層厚の最外Snめっき層を形成した。その後、室温(25℃)で24時間放置することにより、Sn−Cu合金相を形成させた。   Finally, for Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 4 in which a Cu plating layer was formed, Sn plating solution having the same composition as above was used on the Cu plating layer, and Sn plating was performed under the same conditions as described above. An outermost Sn plating layer having a layer thickness shown in Table 1 was formed. Then, the Sn—Cu alloy phase was formed by leaving it to stand at room temperature (25 ° C.) for 24 hours.

そして、Cuめっき層の層厚と最外Snめっき層の層厚の組み合わせを種々変更した実施例1〜9、比較例1〜4、および中間Snめっき層のみを形成した比較例5を用いて、それらの縦断面をFIB(Focused Ion Beam)装置で観察した。   And using Examples 1-9 which changed various combinations of layer thickness of Cu plating layer, and layer thickness of outermost Sn plating layer, Comparative Examples 1-4, and Comparative Example 5 which formed only an intermediate Sn plating layer These longitudinal sections were observed with a FIB (Focused Ion Beam) apparatus.

FIB装置での観察は、まず、最外Snめっき層の表面を保護するために、その表面にカーボン保護膜を層厚約2μmで成膜し、その後、FIB装置のチャンバー内にサンプル(実施例1〜9、比較例1〜5)を設置して真空引きした後、加速電圧30kV、ビーム径320nm、ビーム電流約3700pAのガリウムイオンをサンプルの表面(カーボン保護膜面)に垂直に照射して、サンプルの層厚方向に切断してめっきの断面を出し、さらに、この断面に平行に加速電圧30kV、ビーム径92nm、ビーム電流約1400pAのガリウムイオンを照射することによって断面の仕上げ加工を行った後に、加速電圧30kV、ビーム径7nm、ビーム電流約2pAのガリウムイオンをその断面に照射するときに当該断面から放出される二次電子による二次電子像(SIM像)を得、これを観察することで行った。   In the observation with the FIB apparatus, in order to protect the surface of the outermost Sn plating layer, a carbon protective film is formed on the surface with a layer thickness of about 2 μm, and then a sample (Example) is placed in the chamber of the FIB apparatus. 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5) were evacuated and then irradiated with gallium ions at an acceleration voltage of 30 kV, a beam diameter of 320 nm, and a beam current of about 3700 pA perpendicularly to the surface of the sample (carbon protective film surface). Then, the sample was cut in the layer thickness direction to obtain a cross-section of the plating, and the cross-section was finished by irradiating gallium ions with an acceleration voltage of 30 kV, a beam diameter of 92 nm, and a beam current of about 1400 pA in parallel with the cross-section. Later, when the cross section is irradiated with gallium ions having an acceleration voltage of 30 kV, a beam diameter of 7 nm, and a beam current of about 2 pA, the secondary emitted from the cross section Secondary electron image by child (SIM image) obtained was performed by observing this.

FIB装置によって撮影を行った、本発明の要件を満たす実施例1〜9のうち、実施例3のSIM像を図6に示す。なお、図6中のスケールバーは、1μmであることを示す。
図6に示すように、実施例3のSIM像では、金属基板である銅板の上に中間Snめっき層が積層され、その上にCuめっき層が積層され、さらにその上に最外Snめっき層が形成されていることが分かる。
そして、中間Snめっき層および最外Snめっき層には、その粒界および粒内(つまり、中間Snめっき層および最外Snめっき層の粒界、最外Snめっき層とCuめっき層との界面、中間Snめっき層とCuめっき層との界面、および、中間Snめっき層と銅板との界面)にSn−Cu合金相が形成され、Cuめっき層にはカーケンダルボイドが形成されていることも分かる。
FIG. 6 shows a SIM image of Example 3 out of Examples 1 to 9 that satisfy the requirements of the present invention, which was taken by the FIB apparatus. The scale bar in FIG. 6 indicates 1 μm.
As shown in FIG. 6, in the SIM image of Example 3, an intermediate Sn plating layer is laminated on a copper plate that is a metal substrate, a Cu plating layer is laminated thereon, and an outermost Sn plating layer is further formed thereon. It can be seen that is formed.
The intermediate Sn plating layer and the outermost Sn plating layer have grain boundaries and intra-grain boundaries (that is, the boundary between the intermediate Sn plating layer and the outermost Sn plating layer, and the interface between the outermost Sn plating layer and the Cu plating layer). The Sn—Cu alloy phase is formed at the interface between the intermediate Sn plating layer and the Cu plating layer, and the interface between the intermediate Sn plating layer and the copper plate), and the Kirkendall void is also formed in the Cu plating layer. I understand.

さらに、図6のSIM像から、最外Snめっき層の結晶粒の大きさやその平均も分かる。例えば、図6中の(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)で示す最外Snめっき層の結晶粒の大きさは、(a)が1μm、(b)が1.3μm、(c)が0.4μm、(d)が3μm、(e)が0.5μm、(f)が0.9μm、(g)が3μmであり、その平均は1.4μmであった。
また、最外Snめっき層直下のCuめっき層に形成されたカーケンダルボイドを結んでなる線から下方のCuめっき層および中間Snめっき層の層厚の合計は、5〜7μmであり、かつ、中間Snめっき層の層厚は、0.5〜3μmであった。
Furthermore, from the SIM image of FIG. 6, the size of the crystal grains of the outermost Sn plating layer and the average thereof are also known. For example, the crystal grain size of the outermost Sn plating layer indicated by (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) in FIG. ) Is 1.3 μm, (c) is 0.4 μm, (d) is 3 μm, (e) is 0.5 μm, (f) is 0.9 μm, (g) is 3 μm, and the average is 1.4 μm. Met.
Further, the total thickness of the Cu plating layer and the intermediate Sn plating layer below the line formed by connecting the Kirkendall void formed on the Cu plating layer immediately below the outermost Sn plating layer is 5 to 7 μm, and The layer thickness of the intermediate Sn plating layer was 0.5 to 3 μm.

実施例1、2、4〜9についても実施例3と同様にSIM像を観察した結果、最外Snめっき層の分断された結晶粒の大きさと、最外Snめっき層直下のCuめっき層に形成されたカーケンダルボイドを結んでなる線よりも上方の縦断面積に占める、Sn−Cu合金相およびCuめっき層の断面積比率を求めた。中間Snめっき層の層厚、Cuめっき層の層厚、および最外Snめっき層の層厚とともに、最外Snめっき層の結晶粒の大きさ、およびSn−Cu合金相の縦断面積比率を表1に示す。なお、表1中、「−」は該当するめっき層を形成していないことを表わす。   As for Example 1, 2, and 4-9, as a result of observing a SIM image similarly to Example 3, as a result of dividing the crystal grain size of the outermost Sn plating layer and the Cu plating layer immediately below the outermost Sn plating layer, The cross-sectional area ratios of the Sn—Cu alloy phase and the Cu plating layer in the vertical cross-sectional area above the line formed by connecting the formed Kirkendall void were determined. The thickness of the intermediate Sn plating layer, the thickness of the Cu plating layer, and the thickness of the outermost Sn plating layer, as well as the crystal grain size of the outermost Sn plating layer and the longitudinal cross-sectional area ratio of the Sn-Cu alloy phase are shown. It is shown in 1. In Table 1, “-” indicates that the corresponding plating layer is not formed.

ここで、表1に示す、最外Snめっき層直下のCuめっき層に形成されたカーケンダルボイドを結んでなる線より上方のSnめっき層の層厚は、めっき付着量から予め予想したSnめっき層の層厚とほぼ一致していた。   Here, the layer thickness of the Sn plating layer above the line formed by connecting the Kirkendall void formed on the Cu plating layer immediately below the outermost Sn plating layer shown in Table 1 is the Sn plating predicted in advance from the plating adhesion amount. It almost coincided with the layer thickness.

次いで、この実施例1〜9、比較例1〜5について、半田付け性の評価を行うとともに、恒温恒湿試験および外部応力試験を行って、ウイスカの発生の有無を調べた。   Subsequently, about Examples 1-9 and Comparative Examples 1-5, while evaluating solderability, the constant temperature and humidity test and the external stress test were done, and the presence or absence of whisker generation | occurrence | production was investigated.

半田付け性は、メニスコグラフ法による半田濡れ性評価により評価した。メニスコグラフ法は、245℃で溶融したSn−3質量%Ag−0.5質量%Cuの半田液の液面に垂直に、実施例1〜9、比較例1〜5を10mm/秒の速度で挿入し、実施例1〜9、比較例1〜5の先端が液面から深さ8mmまで挿入したときに挿入速度を0にし、5秒後に実施例1〜9、比較例1〜5を半田液から引き上げて、その間に実施例1〜9、比較例1〜5に加わる半田液からの力の経時変化を測定することで、実施例1〜9、比較例1〜5を半田液に挿入してから初めて力が0になるまでの時間(ゼロクロスタイム(図7参照))で半田付け性の良否を評価するものである。本発明においては、ゼロクロスタイムが2秒以内の場合、半田付け性に問題はない(合格)と判断し、ゼロクロスタイムが2秒を超えた場合、半田付け性に問題あり(不合格)と判断した。なお、図7は、メニスコグラフ法による半田液への浸漬時間と濡れの力の関係を模式的に説明する説明図である。   Solderability was evaluated by solder wettability evaluation by meniscograph method. In the meniscograph method, Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 were carried out at a speed of 10 mm / second perpendicular to the solder surface of Sn-3 mass% Ag-0.5 mass% Cu melted at 245 ° C. When inserted, the insertion speed was set to 0 when the tips of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 were inserted from the liquid surface to a depth of 8 mm. After 5 seconds, Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 were soldered. Examples 1-9 and Comparative Examples 1-5 are inserted into the solder solution by measuring the change over time of the force from the solder solution applied to Examples 1-9 and Comparative Examples 1-5 in the meantime. The time until the force becomes zero for the first time (zero cross time (see FIG. 7)) is used to evaluate the solderability. In the present invention, if the zero cross time is within 2 seconds, it is determined that there is no problem in solderability (pass), and if the zero cross time exceeds 2 seconds, it is determined that there is a problem in solderability (fail). did. FIG. 7 is an explanatory view for schematically explaining the relationship between the immersion time in the solder solution by the meniscograph method and the wetting force.

恒温恒湿試験は、温度80℃、相対湿度85RH%の条件で200時間暴露した後、最外Snめっき層の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で500倍に拡大して0.04mmの領域を任意に5箇所観察した。そして、発生しているウイスカの本数を数えて合計し、この値を5倍することにより、1mm当たりのウイスカ発生本数とした。 Constant temperature and humidity test, the temperature 80 ° C., after exposure for 200 hours at a relative humidity of 85 RH% condition, the 0.04 mm 2 to expand the surface of the outermost Sn plating layer 500-fold with a scanning electron microscope (SEM) The region was observed arbitrarily at five locations. Then, the number of whiskers generated was counted and totaled, and this value was multiplied by 5 to obtain the number of whiskers generated per mm 2 .

外部応力試験は、直径2mmのアルミナボールを荷重60N(600g)でめっき表面に240時間押し付けた後、圧痕周辺を観察してウイスカの発生本数を調べた。   In the external stress test, an alumina ball having a diameter of 2 mm was pressed against the plating surface with a load of 60 N (600 g) for 240 hours, and then the area around the indentation was observed to examine the number of whiskers generated.

実施例1〜9、比較例1〜5の半田付け性(ゼロクロスタイム(秒))、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数(本/mm)および外部応力試験後のウイスカの発生本数(本)を表2に示す。 Solderability (zero cross time (seconds)) of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5, the number of whiskers generated after a constant temperature and humidity test (lines / mm 2 ), and the number of whiskers generated after an external stress test ( This is shown in Table 2.

表2に示すように、実施例1〜9は、半田付け性(ゼロクロスタイム)は全て2秒以内であり、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数も比較例5と比較してすこぶる低減されていることがわかる。   As shown in Table 2, in Examples 1 to 9, the solderability (zero cross time) is all within 2 seconds, and the number of whiskers generated after the constant temperature and humidity test and the number of whiskers generated after the external stress test are also shown. It can be seen that it is significantly reduced as compared with Comparative Example 5.

一方、比較例1は、Cuめっき層が薄すぎて最外Snめっき層を十分分断できなかったため、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。   On the other hand, in Comparative Example 1, the outermost Sn plating layer could not be sufficiently divided because the Cu plating layer was too thin, so that the number of whiskers generated after the constant temperature and humidity test and the number of whiskers generated after the external stress test were large. became.

また、比較例2は、Cuめっき層が厚すぎて最外Snめっき層の大半(Snめっき層の92%)がSn−Cu合金相となってしまったために、ゼロクロスタイムが2秒を超え、半田付け性が劣る結果となった。   In Comparative Example 2, since the Cu plating layer was too thick and most of the outermost Sn plating layer (92% of the Sn plating layer) became the Sn—Cu alloy phase, the zero cross time exceeded 2 seconds, The result was poor solderability.

比較例3は、最外Snめっき層が厚すぎたために、CuがSnめっき層の表面まで拡散できなかった。そのため、最外Snめっき層を結晶粒レベルで分断できず、Sn−Cu合金相が形成されることによって誘起される圧縮応力によりSn原子の拡散が活発化し、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。   In Comparative Example 3, since the outermost Sn plating layer was too thick, Cu could not diffuse to the surface of the Sn plating layer. Therefore, the outermost Sn plating layer cannot be divided at the grain level, and the diffusion of Sn atoms is activated by the compressive stress induced by the formation of the Sn—Cu alloy phase, and whisker is generated after the constant temperature and humidity test. The number and number of whiskers generated after the external stress test were large.

比較例4は、最外Snめっき層が薄すぎたため、最外Snめっき層が全て(100%)Sn−Cu合金相化してしまったため、ゼロクロスタイムが2秒を超え、半田付け性が劣る結果となった。   In Comparative Example 4, since the outermost Sn plating layer was too thin, all of the outermost Sn plating layer was (100%) Sn—Cu alloy phased, resulting in a zero cross time exceeding 2 seconds and poor solderability. It became.

比較例5は、Snめっき層のみであったので、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。   Since Comparative Example 5 was only the Sn plating layer, the number of whiskers generated after the constant temperature and humidity test and the number of whiskers generated after the external stress test were large.

次いで、この実施例3および比較例5について、前記した恒温恒湿試験を行った後、その表面を500倍の倍率で走査型顕微鏡(SEM)によって撮影し、SEM像を得た。図8(a)に、恒温恒湿試験後の実施例3の表面のSEM像を示す。また、図8(b)に、恒温恒湿試験後の比較例5の表面のSEM像を示す。図8(a)(b)中の右下に表すドット1区間は10μm(ドット10区間で100μm)を示す。   Next, the Example 3 and Comparative Example 5 were subjected to the constant temperature and humidity test described above, and then the surface was photographed with a scanning microscope (SEM) at a magnification of 500 times to obtain an SEM image. FIG. 8A shows an SEM image of the surface of Example 3 after the constant temperature and humidity test. Moreover, in FIG.8 (b), the SEM image of the surface of the comparative example 5 after a constant temperature and humidity test is shown. The dot 1 section shown in the lower right in FIGS. 8A and 8B indicates 10 μm (100 μm for 10 dots).

また、実施例3および比較例5について、前記した外部応力試験を行った後、その表面を500倍の倍率でSEMによって撮影し、SEM像を得た。図9(a)に、外部応力試験後の実施例3の表面のSEM像を示す。また、図9(b)に、外部応力試験後の比較例5の表面のSEM像を示す。図9(a)(b)中の右下に表すドット1区間は5μm(ドット10区間で50μm)を示す。   Moreover, about Example 3 and the comparative example 5, after performing the above-mentioned external stress test, the surface was image | photographed by SEM at 500-times multiplication factor, and the SEM image was obtained. FIG. 9A shows a SEM image of the surface of Example 3 after the external stress test. FIG. 9B shows an SEM image of the surface of Comparative Example 5 after the external stress test. The dot 1 section shown in the lower right in FIGS. 9A and 9B shows 5 μm (50 μm in the 10 dot section).

図8(a)および図9(a)に示すように、恒温恒湿試験後および外部応力試験後の実施例3の表面にはウイスカの発生は認められなかったが、図8(b)および図9(b)に示すように、恒温恒湿試験後および外部応力試験後の比較例5の表面にはウイスカが複数発生していることが分かる。   As shown in FIG. 8 (a) and FIG. 9 (a), whisker generation was not observed on the surface of Example 3 after the constant temperature and humidity test and after the external stress test. As shown in FIG. 9B, it can be seen that a plurality of whiskers are generated on the surface of Comparative Example 5 after the constant temperature and humidity test and after the external stress test.

[実施例B]
次に、実施例10〜17、比較例5〜9に係る銅板(以下、単に「実施例10〜17、比較例5〜9」などという。)を、[実施例A]と同じ条件で電解脱脂した後、[実施例A]で記載したSnめっき液およびSnめっき条件と、Cuめっき液およびCuめっき条件によって、下記表3に示すように、銅板側から第1層(中間Snめっき層)、第2層(Cuめっき層)、第3層(中間Snめっき層、または最外Snめっき層)、第4層(Cuめっき層)、第5層(最外Snめっき層)の順で、第3層まで、または第5層までを形成した実施例10〜17、比較例6〜9を作製した。なお、[実施例B]の比較例5は、[実施例A]の比較例5と同一のものである。
ここで、それぞれのめっき層の層厚は、[実施例A]と同様、Snめっき層やCuめっき層の形成速度を求め、その形成速度を基に所定の層厚を形成するのに必要なめっき時間を割り出し、それぞれのめっき層の層厚の制御を行った。
[Example B]
Next, the copper plates according to Examples 10 to 17 and Comparative Examples 5 to 9 (hereinafter simply referred to as “Examples 10 to 17 and Comparative Examples 5 to 9”, etc.) were electrolyzed under the same conditions as [Example A]. After degreasing, the first layer (intermediate Sn plating layer) from the copper plate side, as shown in Table 3 below, depending on the Sn plating solution and Sn plating conditions described in [Example A] and the Cu plating solution and Cu plating conditions , Second layer (Cu plating layer), third layer (intermediate Sn plating layer or outermost Sn plating layer), fourth layer (Cu plating layer), fifth layer (outermost Sn plating layer), Examples 10 to 17 and Comparative Examples 6 to 9 having up to the third layer or up to the fifth layer were produced. In addition, Comparative Example 5 of [Example B] is the same as Comparative Example 5 of [Example A].
Here, the thickness of each plating layer is the same as in [Example A], and the formation rate of the Sn plating layer and the Cu plating layer is obtained, and it is necessary to form a predetermined layer thickness based on the formation rate. The plating time was determined and the thickness of each plating layer was controlled.

そして、実施例10〜17、比較例5〜9の縦断面のSIM像をFIB装置によって撮影して観察した。FIB装置による撮影条件は、[実施例A]と同様である。
SIM像を観察して、それぞれのめっき層の層厚(μm)を測定し、実施例10〜17、比較例5〜9のそれぞれについて、その合計層厚(μm)を測定した。表3に、実施例10〜17、比較例5〜9のそれぞれのめっき層の層厚、および合計層厚(μm)を示す。なお、表3中、「−」は、該当するめっき層を形成していないことを表わす。
And the SIM image of the longitudinal section of Examples 10-17 and Comparative Examples 5-9 was image | photographed and observed with the FIB apparatus. The shooting conditions by the FIB apparatus are the same as those in [Example A].
The SIM image was observed, the layer thickness (μm) of each plating layer was measured, and the total layer thickness (μm) of each of Examples 10 to 17 and Comparative Examples 5 to 9 was measured. In Table 3, the layer thickness of each plating layer of Examples 10-17 and Comparative Examples 5-9, and a total layer thickness (micrometer) are shown. In Table 3, “-” indicates that the corresponding plating layer is not formed.

次に、この実施例10〜17、比較例5〜9について、半田付け性の評価を行うとともに、恒温恒湿試験および外部応力試験を行って、ウイスカの発生の有無を調べた。なお、半田付け性の評価、恒温恒湿試験、および外部応力試験は、[実施例A]と同じ条件で行った。また、これと併せて、実施例10〜17、比較例5〜9のSIM像を用いてその断面を観察し、Snめっき層の状況を確認した。
半田付け性の評価(ゼロクロスタイム(秒))、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数(本/mm)、および外部応力試験後のウイスカの発生本数(本)を、SIM像を用いて観察したSnめっき層の状況とともに、表4に示す。
Next, for Examples 10 to 17 and Comparative Examples 5 to 9, solderability was evaluated, and a constant temperature and humidity test and an external stress test were performed to examine whether or not whisker was generated. The solderability evaluation, the constant temperature and humidity test, and the external stress test were performed under the same conditions as in [Example A]. Moreover, the cross section was observed using the SIM image of Examples 10-17 and Comparative Examples 5-9 together with this, and the condition of Sn plating layer was confirmed.
Evaluation of solderability (zero cross time (seconds)), number of whiskers generated after constant temperature and humidity test (lines / mm 2 ), and number of whiskers generated after external stress test (lines) using SIM images It shows in Table 4 with the condition of the observed Sn plating layer.

表4に示すように、実施例10〜17は、半田付け性(ゼロクロスタイム)は全て2秒以内であり、恒温恒湿試験後のウイスカ発生本数および外部応力試験後のウイスカ発生本数も比較例5と比較してすこぶる低減され、Snめっき層も結晶粒レベルで十分に分断されていることがわかった。   As shown in Table 4, in Examples 10 to 17, the solderability (zero cross time) is all within 2 seconds, and the number of whisker generation after the constant temperature and humidity test and the number of whisker generation after the external stress test are also comparative examples. It was found that the Sn plating layer was sufficiently divided at the crystal grain level.

一方、比較例5は、[実施例A]でも述べたように、Cuめっき層を形成していない単層構造であったので、Snめっき層の結晶粒レベルでの分断が不十分となり、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。   On the other hand, as described in [Example A], Comparative Example 5 had a single layer structure in which the Cu plating layer was not formed. Therefore, the Sn plating layer was not sufficiently divided at the crystal grain level, and the constant temperature was maintained. The number of whiskers generated after the constant humidity test and the number of whiskers generated after the external stress test were large.

比較例6は、第3層(最外Snめっき層)が厚すぎるため、第3層(最外Snめっき層)は結晶粒レベルでの分断が不十分であった。そのため、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。   In Comparative Example 6, since the third layer (outermost Sn plating layer) was too thick, the third layer (outermost Sn plating layer) was insufficiently divided at the crystal grain level. Therefore, the number of whiskers generated after the constant temperature and humidity test and the number of whiskers generated after the external stress test were large.

また、比較例7は、第3層(最外Snめっき層)が薄すぎたため、第3層(最外Snめっき層)の全てがSn−Cu合金相化してしまった。そのため、ゼロクロスタイムが2秒を超え、半田付け性が劣る結果となった。   In Comparative Example 7, since the third layer (outermost Sn plating layer) was too thin, all of the third layer (outermost Sn plating layer) became Sn—Cu alloy phase. For this reason, the zero cross time exceeded 2 seconds, resulting in poor solderability.

比較例8は、第2層(Cuめっき層)が厚すぎたために、第3層(最外Snめっき層)も大半がSn−Cu合金相化してしまった。そのため、ゼロクロスタイムが2秒を超え、半田付け性が劣る結果となった。なお、第1層(Snめっき層)が全て合金化しているため、曲げ加工等した後の半田付け性も劣ることが予想される。   In Comparative Example 8, since the second layer (Cu plating layer) was too thick, most of the third layer (outermost Sn plating layer) was converted into a Sn—Cu alloy phase. For this reason, the zero cross time exceeded 2 seconds, resulting in poor solderability. In addition, since all the 1st layers (Sn plating layer) are alloyed, it is estimated that the solderability after bending etc. is also inferior.

比較例9は、第2層(Cuめっき層)が薄すぎたため、Sn−Cu合金相を十分に形成できなかった。そのため、第3層(最外Snめっき層)は結晶粒レベルでの分断が不十分となった。したがって、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。   In Comparative Example 9, since the second layer (Cu plating layer) was too thin, the Sn—Cu alloy phase could not be sufficiently formed. For this reason, the third layer (outermost Sn plating layer) is not sufficiently divided at the crystal grain level. Therefore, the number of whiskers generated after the constant temperature and humidity test and the number of whiskers generated after the external stress test were large.

次いで、この実施例10について、前記した恒温恒湿試験を行った後、その表面を500倍の倍率でSEMによって撮影し、SEM像を得た。図10(a)に、恒温恒湿試験後の実施例9の表面のSEM像を示す。また、比較のため、図10(b)に、[実施例A]で説明した恒温恒湿試験後の比較例5の表面のSEM像を示す。図10(a)(b)中の右下に表すドット1区間は10μm(ドット10区間で100μm)を示す。   Subsequently, after performing the above-described constant temperature and humidity test for Example 10, the surface was photographed with SEM at a magnification of 500 times to obtain an SEM image. FIG. 10A shows an SEM image of the surface of Example 9 after the constant temperature and humidity test. For comparison, FIG. 10B shows an SEM image of the surface of Comparative Example 5 after the constant temperature and humidity test described in [Example A]. The dot 1 section shown in the lower right in FIGS. 10A and 10B indicates 10 μm (the dot 10 section is 100 μm).

また、実施例10について、前記した外部応力試験を行った後、その表面を500倍の倍率でSEMによって撮影し、SEM像を得た。図11(a)に、外部応力試験後の実施例9の表面のSEM像を示す。また、比較のため、図11(b)に、[実施例A]で説明した外部応力試験後の比較例5の表面のSEM像を示す。図11(a)(b)中の右下に表すドット1区間は5μm(ドット10区間で50μm)を示す。   Moreover, about Example 10, after performing the above-mentioned external stress test, the surface was image | photographed by SEM with 500-times multiplication factor, and the SEM image was obtained. FIG. 11A shows an SEM image of the surface of Example 9 after the external stress test. For comparison, FIG. 11B shows an SEM image of the surface of Comparative Example 5 after the external stress test described in [Example A]. The dot 1 section shown in the lower right in FIGS. 11A and 11B shows 5 μm (50 μm in the 10 dot section).

図10(a)および図11(a)に示すように、恒温恒湿試験後および外部応力試験後の実施例9の表面にはウイスカの発生は認められなかった。   As shown in FIGS. 10 (a) and 11 (a), no whisker was observed on the surface of Example 9 after the constant temperature and humidity test and after the external stress test.

以上、本発明のSnめっき銅基板、Snめっき銅基板の製造方法、およびこれを用いたリードフレームおよびコネクタ端子について、発明を実施するための最良の形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。   The Sn-plated copper substrate of the present invention, the method for producing the Sn-plated copper substrate, and the lead frame and connector terminal using the Sn-plated copper substrate have been specifically described according to the best mode for carrying out the invention. The gist is not limited to these descriptions, and should be broadly interpreted based on the claims. Needless to say, various changes and modifications based on these descriptions are also included in the spirit of the present invention.

本発明のSnめっき銅基板の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the Sn plating copper substrate of this invention. 本発明のSnめっき銅基板の他の構成を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the other structure of the Sn plating copper substrate of this invention. 本発明のSnめっき銅基板の製造方法のフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of the manufacturing method of the Sn plating copper substrate of this invention. 本発明のリードフレームの一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the lead frame of this invention. 本発明のコネクタ端子の一例を示す一部断面図であって、(a)は、雄端子と雌端子を嵌合する前の状態を示す図であり、(b)は、雄端子と雌端子を嵌合した後の状態を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a fragmentary sectional view which shows an example of the connector terminal of this invention, Comprising: (a) is a figure which shows the state before fitting a male terminal and a female terminal, (b) is a male terminal and a female terminal. It is a figure which shows the state after having fitted. 実施例3のSIM像である。図6中のスケールバーは、1μmであることを示す。6 is a SIM image of Example 3. FIG. The scale bar in FIG. 6 indicates 1 μm. メニスコグラフ法による半田液への浸漬時間と濡れの力の関係を模式的に説明する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates typically the relationship between the immersion time and the wetting force in the soldering liquid by the meniscograph method. (a)は、恒温恒湿試験後の実施例3の表面のSEM像であり、(b)は、恒温恒湿試験後の比較例5の表面のSEM像である。図8(a)(b)中の右下に表すドット1区間は10μm(ドット10区間で100μm)を示す。(A) is the SEM image of the surface of Example 3 after a constant temperature and humidity test, (b) is the SEM image of the surface of the comparative example 5 after a constant temperature and humidity test. The dot 1 section shown in the lower right in FIGS. 8A and 8B indicates 10 μm (100 μm for 10 dots). (a)は、外部応力試験後の実施例3の表面のSEM像であり、(b)は、外部応力試験後の比較例5の表面のSEM像である。図9(a)(b)中の右下に表すドット1区間は5μm(ドット10区間で50μm)を示す。(A) is the SEM image of the surface of Example 3 after an external stress test, (b) is the SEM image of the surface of the comparative example 5 after an external stress test. The dot 1 section shown in the lower right in FIGS. 9A and 9B shows 5 μm (50 μm in the 10 dot section). (a)は、恒温恒湿試験後の実施例10の表面のSEM像であり、(b)は、[実施例A]で説明した恒温恒湿試験後の比較例5の表面のSEM像である。図10(a)(b)中の右下に表すドット1区間は10μm(ドット10区間で100μm)を示す。(A) is a SEM image of the surface of Example 10 after the constant temperature and humidity test, and (b) is a SEM image of the surface of Comparative Example 5 after the constant temperature and humidity test described in [Example A]. is there. The dot 1 section shown in the lower right in FIGS. 10A and 10B indicates 10 μm (the dot 10 section is 100 μm). (a)は、外部応力試験後の実施例10の表面のSEM像であり、(b)は、[実施例A]で説明した外部応力試験後の比較例5の表面のSEM像である。図11(a)(b)中の右下に表すドット1区間は5μm(ドット10区間で50μm)を示す。(A) is the SEM image of the surface of Example 10 after an external stress test, (b) is the SEM image of the surface of the comparative example 5 after the external stress test demonstrated in [Example A]. The dot 1 section shown in the lower right in FIGS. 11A and 11B shows 5 μm (50 μm in the 10 dot section).

符号の説明Explanation of symbols

1 Snめっき銅基板
2 金属基板
3 Snめっき層
3IL 中間Snめっき層(中間層となるSnめっき層)
3OL 最外Snめっき層(最外層となるSnめっき層)
3g 粒界
3c 粒内
32、34i、34o 界面
4 Cuめっき層
5 めっき膜層
6 Sn−Cu合金相
S1 積層工程
S2 合金相形成工程
1 Sn plated copper substrate 2 Metal substrate 3 Sn plated layer 3IL Intermediate Sn plated layer (Sn plated layer to be an intermediate layer)
3OL Outermost Sn plating layer (Sn plating layer to be outermost layer)
3g Grain boundary 3c Intragranular 32, 34i, 34o Interface 4 Cu plating layer 5 Plating film layer 6 Sn-Cu alloy phase S1 laminating step S2 alloy phase forming step

Claims (14)

純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板上に、
中間層となるSnめっき層と、Cuめっき層とを、この順に積層してなるめっき膜層を1.5μm以上の層厚で少なくとも1膜層以上備えるとともに、このめっき膜層上に、0.2μm以上1.5μm以下の層厚の最外層となるSnめっき層を前記めっき膜層との総厚が3μm以上で備え、
少なくとも、前記中間層および前記最外層となる各Snめっき層の粒界、
前記最外層となるSnめっき層と前記Cuめっき層との界面、および、
前記中間層となるSnめっき層と前記Cuめっき層との界面
いずれかに前記Cuめっき層および前記金属基板の少なくとも一方に由来するCuを拡散させてなるSn−Cu合金相を有することを特徴とするSnめっき銅基板。
On a metal substrate, either a pure copper plate, a copper alloy plate, or a copper-plated metal plate,
At least one film layer having a layer thickness of 1.5 μm or more is provided with an Sn plating layer as an intermediate layer and a Cu plating layer in this order. An Sn plating layer that is an outermost layer having a layer thickness of 2 μm or more and 1.5 μm or less is provided with a total thickness of 3 μm or more with the plating film layer,
At least a grain boundary of each of the Sn plating layers to be the intermediate layer and the outermost layer,
An interface between the Sn plating layer as the outermost layer and the Cu plating layer; and
An interface between the Sn plating layer serving as the intermediate layer and the Cu plating layer ;
A Sn-plated copper substrate having a Sn—Cu alloy phase formed by diffusing Cu derived from at least one of the Cu plating layer and the metal substrate.
前記中間層となるSnめっき層と前記金属基板との界面に、前記Cuめっき層および前記金属基板の少なくとも一方に由来するCuを拡散させてなるSn−Cu合金相を有することを特徴とする請求項1に記載のSnめっき銅基板。  The Sn-Cu alloy phase formed by diffusing Cu derived from at least one of the Cu plating layer and the metal substrate at an interface between the Sn plating layer serving as the intermediate layer and the metal substrate. Item 10. An Sn-plated copper substrate according to Item 1. 前記Cuめっき層および前記Sn−Cu合金相のうち少なくとも一方には、前記Cuが拡散してなるカーケンダルボイドが形成されており、このカーケンダルボイドよりも上方に形成された前記最外層となるSnめっき層の結晶粒の大きさの平均が5μm以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のSnめっき銅基板。 At least one of the Cu plating layer and the Sn—Cu alloy phase is formed with a Kirkendall void formed by diffusion of Cu, and becomes the outermost layer formed above the Kirkendall void. The Sn-plated copper substrate according to claim 1 or 2 , wherein an average size of crystal grains of the Sn plating layer is 5 µm or less. 前記最外層となるSnめっき層直下のCuめっき層に形成された前記カーケンダルボイドを結んでなる線よりも上方の縦断面積に占める、前記Sn−Cu合金相および前記Cuめっき層の断面積比率が30%以上90%以下であることを特徴とする請求項に記載のSnめっき銅基板。 Cross-sectional area ratio of the Sn-Cu alloy phase and the Cu plating layer in the vertical cross-sectional area above the line formed by connecting the Kirkendall void formed on the Cu plating layer immediately below the Sn plating layer as the outermost layer The Sn-plated copper substrate according to claim 3 , wherein is 30% or more and 90% or less. 純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板上に、
中間層となるSnめっき層と、Cuめっき層とを、この順に積層してなるめっき膜層を1.5μm以上の層厚となるように少なくとも1膜層以上積層し、さらにこのめっき膜層上に、0.2μm以上1.5μm以下の層厚の最外層となるSnめっき層を前記めっき膜層との総厚が3μm以上となるように積層する積層工程と、
少なくとも、前記中間層および前記最外層となる各Snめっき層の粒界、
前記最外層となるSnめっき層と前記Cuめっき層との界面、および、
前記中間層となるSnめっき層と前記Cuめっき層との界面
いずれかに前記Cuめっき層および前記金属基板の少なくとも一方に由来するCuを拡散させてSn−Cu合金相を形成する合金相形成工程と、
を含むことを特徴とするSnめっき銅基板の製造方法。
On a metal substrate, either a pure copper plate, a copper alloy plate, or a copper-plated metal plate,
At least one film layer is formed by laminating an Sn plating layer as an intermediate layer and a Cu plating layer in this order so that the layer thickness is 1.5 μm or more. And a lamination step of laminating an Sn plating layer, which is an outermost layer having a thickness of 0.2 μm or more and 1.5 μm or less, so that the total thickness with the plating film layer is 3 μm or more,
At least a grain boundary of each of the Sn plating layers to be the intermediate layer and the outermost layer,
An interface between the Sn plating layer as the outermost layer and the Cu plating layer; and
An interface between the Sn plating layer serving as the intermediate layer and the Cu plating layer ;
An alloy phase forming step by diffusing Cu to form a Sn-Cu alloy phase derived from at least one of the Cu plating layer and the metal substrate in any one of
The manufacturing method of Sn plating copper substrate characterized by including.
前記積層工程において、
前記最外層となるSnめっき層の直下に形成されるCuめっき層の層厚を0.05μm以上1μm以下に積層することを特徴とする請求項に記載のSnめっき銅基板の製造方法。
In the lamination step,
The method for producing a Sn-plated copper substrate according to claim 5 , wherein a thickness of a Cu plating layer formed immediately below the Sn plating layer as the outermost layer is laminated to 0.05 µm or more and 1 µm or less.
前記積層工程において、前記めっき膜層を2膜層以上積層する場合は、
このめっき膜層を構成する前記中間層となる各Snめっき層を0.5μm以上3μm以下の層厚で積層させることを特徴とする請求項または請求項に記載のSnめっき銅基板の製造方法。
In the laminating step, when two or more film layers are laminated,
The Sn plated copper substrate according to claim 5 or 6 , wherein each of the Sn plated layers serving as the intermediate layer constituting the plated film layer is laminated with a layer thickness of 0.5 µm or more and 3 µm or less. Method.
前記積層工程において、前記めっき膜層を2膜層以上積層する場合は、
前記中間層となるSnめっき層の間、および、前記中間層となるSnめっき層と前記最外層となるSnめっき層との間に挟まれた各Cuめっき層の層厚を、それぞれのCuめっき層を挟むSnめっき層のうちいずれか厚い層厚を有するSnめっき層の1/10以上1μm以下の層厚で積層させることを特徴とする請求項に記載のSnめっき銅基板の製造方法。
In the laminating step, when two or more film layers are laminated,
The thickness of each Cu plating layer sandwiched between the Sn plating layer as the intermediate layer and between the Sn plating layer as the intermediate layer and the Sn plating layer as the outermost layer is set to each Cu plating 8. The method for producing a Sn-plated copper substrate according to claim 7 , wherein the Sn-plated copper substrate is laminated with a thickness of 1/10 to 1 [mu] m of the Sn-plated layer having a thicker thickness among the Sn-plated layers sandwiching the layers.
前記合金相形成工程によって、前記中間層となるSnめっき層と前記金属基板との界面に、前記Cuめっき層および前記金属基板の少なくとも一方に由来するCuを拡散させてなるSn−Cu合金相を形成することを特徴とする請求項5から請求項8のいずれか1項に記載のSnめっき銅基板の製造方法。  By the alloy phase forming step, an Sn—Cu alloy phase formed by diffusing Cu derived from at least one of the Cu plating layer and the metal substrate at the interface between the Sn plating layer serving as the intermediate layer and the metal substrate. It forms, The manufacturing method of the Sn plating copper substrate of any one of Claims 5-8 characterized by the above-mentioned. 前記合金相形成工程によって、前記Cuめっき層および前記Sn−Cu合金相の少なくとも一方には、前記Cuが拡散してなるカーケンダルボイドが形成されることを特徴とする請求項から請求項のいずれか1項に記載のSnめっき銅基板の製造方法。 By the alloy phase forming step, the at least one the of the Cu plating layer and the Sn-Cu alloy phase, claim from claim 5, characterized in that Kirkendall voids the Cu is diffused is formed 9 The manufacturing method of Sn plating copper substrate of any one of these. 請求項1から請求項のいずれか1項に記載のSnめっき銅基板を用いたリードフレームであって、
前記Snめっき銅基板を帯状に形成して、かつ、複数のリード部分およびこれと連続するボンディングパッドを、打ち抜きまたはエッチング処理により形成したことを特徴とするリードフレーム。
A lead frame using the Sn-plated copper substrate according to any one of claims 1 to 4 ,
A lead frame, wherein the Sn-plated copper substrate is formed in a strip shape, and a plurality of lead portions and a bonding pad continuous therewith are formed by punching or etching.
請求項1から請求項のいずれか1項に記載のSnめっき銅基板を用いて、複数のリード部分およびこれと連続するボンディングパッドを形成したリードフレームであって、
前記Snめっき銅基板に用いる前記金属基板は、予め前記複数のリード部分および前記ボンディングパッドが形成されていることを特徴とするリードフレーム。
A lead frame using the Sn-plated copper substrate according to any one of claims 1 to 4 , wherein a plurality of lead portions and a bonding pad continuous therewith are formed,
The lead frame in which the plurality of lead portions and the bonding pads are formed in advance on the metal substrate used for the Sn plated copper substrate.
前記リード部分がプレス曲げ加工されていることを特徴とする請求項11または請求項1に記載のリードフレーム。 The lead frame of claim 11 or claim 1 2 wherein the lead portion is characterized in that it is bent press. 請求項1から請求項のいずれか1項に記載のSnめっき銅基板を用いたコネクタ端子であって、
前記Snめっき銅基板を薄板に形成して、かつ、所定形状にプレス加工したことを特徴とするコネクタ端子。
A connector terminal using the Sn-plated copper substrate according to any one of claims 1 to 4 ,
A connector terminal, wherein the Sn-plated copper substrate is formed into a thin plate and pressed into a predetermined shape.
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