JP5516501B2 - 電子部品 - Google Patents
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Description
コネクタ用端子、半導体集積回路用のリードフレームなどにおいて、Niめっきなどによって形成された下地層上に、はんだ付き性の良好な材料によって皮膜が形成される。ここで、近年の環境保護の観点から、はんだ付き性の良好な皮膜として、従来施されていたSn−Pbはんだめっきに代わって、Pbを含まないSnめっきによって皮膜が形成されている。このように、Snめっき皮膜が形成されると、皮膜にウィスカと呼ばれるSnのひげ状結晶が発生しやすくなる。ウィスカが発生して成長すると、隣接する電極間で短絡を起こすことがある。また、ウィスカが、皮膜から脱離して飛散すると、飛散したウィスカは、装置内外で短絡を引き起こす原因になる。
特許文献1に開示されている技術では、このようなウィスカの発生を抑制することができる皮膜を有する部材を提供することを目的として、特に、Snを主成分とする皮膜を形成した後、熱処理を行うことによって、下地層のNi原子をSnの結晶粒界に拡散し、SnとNiなどの第1の金属との金属間化合物を形成している。この金属間化合物は、面状に広がった薄片状(フレーク状)になって、Snの結晶粒界および下地層と皮膜との間に形成される。
このような電子部品において、金属間化合物層は、Niめっき皮膜の表面の95面積%以上を覆うように形成されていることが好ましい。
このように、Niめっき皮膜からSnめっき皮膜へのNi拡散を防止して、Sn結晶粒界に形成されたフレーク状のSn/Ni合金粒子の成長を止めるには、Ni3Sn4からなる金属間化合物層がNi皮膜の表面の95面積%以上を覆うことが好ましい。
実験例では、以下に示す実施例1、比較例1および比較例2の積層セラミックコンデンサを製造し、それらの積層セラミックコンデンサについて皮膜中のウィスカおよび端子電極のはんだ濡れ性を評価した。
実施例1では、上述の方法で図1に示す積層セラミックコンデンサ10を製造した。この場合、積層セラミックコンデンサ10の外形寸法を長さ2.0mm、幅1.25mm、高さ1.25mmとした。また、セラミック層14(誘電体セラミック)として、チタン酸バリウム系誘電体セラミックを用いた。さらに、内部電極16a、16bの材料としてNiを用いた。さらに、外部電極20a、20bの材料としてCuを用いた。
(1)めっき浴について
・第1のめっき皮膜を形成するためのめっき浴:一般にワット浴と呼ばれるNiめっき浴を用いた。
・第2のめっき皮膜を形成するためのめっき浴:金属塩として硫酸錫、錯化剤としてクエン酸、光沢剤として4級アンモニウム塩またはアルキルベタインを含む界面活性剤のいずれかまたは双方、を添加した弱酸性のSnめっき浴(クエン酸系弱酸性浴)を用いた。
(2)電流密度および通電時間について
・第1のめっき皮膜:電流密度Dk=2.0[A/dm2]によって皮膜が厚さ5μmに形成できるように通電時間を制御した。
・第2のめっき皮膜:電流密度Dk=1.0[A/dm2]によって皮膜が厚さ5μmに形成できるように通電時間を制御した。
第2のめっき皮膜24a、24bを形成した後、空気中において80℃で15分間乾燥した。
(3)めっき工法について
・第1のめっき皮膜および第2のめっき皮膜を形成するためのめっき工法:ドラム容積300cc、直径70mmの回転バレルを用いて行った。ここで、メディアとして、直径0.7mmのボール(材質Sn)を40ml、撹拌玉として、直径8.0mmのナイロン被覆鉄球を使用し、チップチャージ量20ml、バレル回転速度20rpmでめっき皮膜の形成を行った。
また、第2のめっき皮膜24a、24bにフレーク状のNi/Sn合金粒子を形成した後に、160℃で30分間熱処理を行い、第1のめっき皮膜22a、22bと第2のめっき皮膜24a、24bとの界面に、Ni3Sn4からなる金属間化合物層26aおよび26bを形成した。
なお、各めっき処理後には、純水による洗浄を行った。
比較例1では、実施例1と同様にNiめっき皮膜(第1のめっき皮膜)およびSnめっき皮膜(第2のめっき皮膜)を形成したが、160℃で30分間の熱処理を行わなかった。したがって、第2のめっき皮膜中にフレーク状のNi/Sn合金粒子は形成されているが、第1のめっき皮膜22a、22bと第2のめっき皮膜24a、24bとの界面にNi3Sn4からなる金属間化合物層26aおよび26bが形成されていない。
比較例2では、実施例1と同様にNiめっき皮膜(第1のめっき皮膜)およびSnめっき皮膜(第2のめっき皮膜)を形成したが、40℃で200日間の熱処理を行わなかった。したがって、第2のめっき皮膜中にフレーク状のNi/Sn合金粒子が形成されず、第1のめっき皮膜22a、22bと第2のめっき皮膜24a、24bとの界面にNi3Sn4からなる金属間化合物層26aおよび26bが形成されている。
・試料数(n数):3ロット×6個/ロット=18個
・試験条件:最低温度として−55℃(+0/−10)、最高温度として85℃(+10/−0)、各温度で10分間保持し、気相式で、1500サイクルの熱衝撃を与える。
・観察方法:走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて1000倍の電子顕微鏡写真像で行う。
・判定基準:Class2(通信用インフラ機器、自動車用機器)を適用し、ウィスカ最大長さ(直線長さ)が45μm未満の場合をG(良)と判定し、45μm以上の場合をNG(不良)と判定した。
この試験において、ゼロクロスタイムの平均値が2秒以下の場合にG(良)とし、ゼロクロスタイムの平均値が2秒を超える場合にNG(不良)とした。そして、得られた結果を表1に示した。
一方、比較例1では、リフロー処理のない場合、ウィスカ最大長さが30μmで、リフロー処理を行った場合、ウィスカ最大長さが28μmと良好であったが、Ni3Sn4からなる金属間化合物層がないため、はんだ濡れ性は不良であった。なお、比較例1については、はんだ濡れ性が判定基準を超えたため評価は不良となったが、実際の使用において問題となる範囲ではなかった。
また、比較例2では、リフロー処理のない場合、ウィスカ最大長さが60μmで、リフロー処理を行った場合、ウィスカ最大長さが50μmと不良であった。しかしながら、第2のめっき皮膜中にフレーク状のNi/Sn合金粒子が形成されていないため、第2のめっき皮膜の表面にNi/Sn合金粒子が達することはなく、良好なはんだ濡れ性が得られた。
なお、第1のめっき皮膜22a、22bのそれぞれの厚さについては、下地の外部電極20a、20bを被覆できていれば、ウィスカへの影響はないことが確認されており、1μm以上の厚みであれば適用可能である。
また、第2のめっき皮膜24a、24bのそれぞれの厚さについては、ウィスカが最も伸び易い5μmを選定したが、1μm〜10μmの範囲においてウィスカを抑制することを適用できることが確認されている。
12 セラミック素子
14 セラミック層
16a、16b 内部電極
18a、18b 端子電極
20a、20b 外部電極
22a、22b 第1のめっき皮膜
24a、24b 第2のめっき皮膜
26a、26b 金属間化合物層
Claims (2)
- Niめっき皮膜、および前記Niめっき皮膜上に形成されたSnめっき皮膜を有する電子部品において、
前記Snめっき皮膜はSn多結晶構造を有し、Ni含有比が10〜20mol%でSn含有比が80〜90mol%であるNi/Sn合金粒子が前記Snめっき皮膜のSn結晶粒界に形成され、
前記Snめっき皮膜と前記Niめっき皮膜との界面にNi3Sn4からなる金属間化合物層が形成されていることを特徴とする、電子部品。 - 前記金属間化合物層は、前記Niめっき皮膜の表面の95面積%以上を覆うように形成されている、請求項1に記載の電子部品。
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