JPH02145794A - 耐熱剥離性に優れたリフロー錫またははんだめっき銅または銅合金材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、耐熱剥離性に優れたリフロー錫またははんだ
めっき銅または銅合金材に関する。

［従来の技術〕 一般に、端子、コネクター、スイッチ、開閉器等の電子
・電気接続部品には、良好な導電性とばね性、加工性を
有する黄銅やリン青銅等の銅合金が多く使用されている
。

これらの銅合金はそれ自体良好な耐食性を有することか
ら、圧延加工上りのままでも使用されることはあるが、
端子、コネクター　スイッチ、開閉器等の電気接続部品
に使用される場合は、はんだ付性や電気接点としての特
性を向上させる目的で錫またははんだめっき層を被覆す
ることが多い。錫またははんだめっき層の被覆は、通常
０．２〜５μｍの厚さの銅下地め−）ｔ！を施した上に
０．５〜３μｍの厚さで施されるが、この錫またははん
だめっき層には、めっき応力の除去ならびに平滑化のた
めに短時間加熱して表面の錫まらははんだめっき層を溶
融するリフロー処理が施される。

ここで、銅下地めっきを施すのは、次の理由による。す
なわち、最近の端子、コネクタースイッチ等の電子部品
は小型化、高密度化が進められ、それに伴って母材に錫
や鉄、シリコン、ニッケルおよびリン等を添加した高強
度の銅合金が多用されてきている。これらの合金にリフ
ロー錫めっきやはんだめっきを下地めっきなしで直接施
して使用すると、母材の添加成分がリフロー錫めっきや
はんだめつぎ層に拡散し、変色を発生したり′ｊよんだ
（＝ｊ性を低下させたりするので、銅下地めっきを施し
て母材への添加成分の拡散を防止する。

しかし、かかる銅下地めっきの上にリフロー処理した錫
またははんだめっきを被覆した銅合金を用いた電子部品
を、端子、コネクタ等として電子機器に組込み、長時間
継続使用すると、使用環境や電子機器の発熱および振動
等により母材である銅合金からリフロー処理した錫また
ははんだめっき層が剥離することがある。

このような剥離現象が発生すると回路障害を引起こし、
電子機器の信頼性を著しく低下させる。

母材が黄銅の場合は、この剥離現象が生じにくいが、り
ん青銅のように錫を含有する銅合金あるいは純銅や鉄、
シリコン、ニッケルおよびリン等を含有する銅合金で特
に銅下地めっきを施した場合に発生しやすい。

そこで、熱剥離の防止法として、錫またははんだめっき
を行う前に、ニッケルめっきを行う方法、青化銅俗によ
る銅めっきを行う方法（特開昭５９−９３８９８号）、
および亜鉛または亜鉛合金めっきにより下地層を形成す
る方法（特開昭６０−１６９５８９号）などが提案され
ている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記ニッケルめっきを施す方法はリフロ
ー錫またははんだめっき層の母材からのりす餌を防止す
ることはできるが、加工性を低下させるため好ましくな
く、また青化銅浴中での銅めっき法は剥離を防止するに
は不十分で、かつ青化物使用による公害対策が必要とな
る。さらに亜鉛または亜鉛合金めっき法は剥離防止効果
を充分有しているが、亜鉛がリフロー錫またははんだめ
っき層に拡散し、外観不良やはんだ付不良を生じやすい
という問題がある。

本発明は、上記問題点を解決し、耐熱剥離性およびはん
だ付は性に優れ、変色の発生しないリフロー錫またはは
んだめっき銅または銅合金材を提供することを目的とす
るものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、銅または銅合金よりなる基体の表面上に、０
．１〜５μｍの厚さの亜鉛または亜鉛合金めっき層を設
け、該亜鉛または亜鉛合金めっき層上に、０．２〜５μ
ｍの厚さの銅めっき層を設け、語調めっき層の上に錫ま
たははんだめっき層を設け、リフロー処理したことを特
徴とする耐熱！ｌｌｌ１ｌＩｌ性に１優れたリフロー錫
またははんだめっき銅または銅合金材に要旨が存在する
。

［作用］ 以下に、本発明の作用を本発明をなすに際して得た知見
とともに説明する。

本発明者は、熱剥離の生じる原因を鋭意探究したところ
、錫またははんだを被覆した銅または銅合金材において
は、当該銅合金材が１５０℃前後の温度環境の下で長時
間保持されると、母材側から６相（ｃｕ３ｓｎ）、ｎ相
（Ｃｕａ　Ｓｎｓ　）の金属間化合物を形成し、この形
成の状態によってε相下層の母材近傍付近にボイドが発
生することを発見した。そしてこのボイドが成長すると
熱あるいは振動等の応力が作用してクラックを発生し剥
離に至ることが判明した。このような剥離現象は錫また
ははんだ被覆層の下層に銅めっきを設けた場合に著しく
、これはバルクの銅または銅合金と錫との拡散対よりも
、めっき銅と錫との拡散対の場合の方が、錫めっきへの
Ｃｕの拡散速度が著しく大きくなることによると考えら
れる。したがって、剥離防止のためには熱影響を受けて
形成されるε相等の金属間化合物の生成を抑制し、母材
近傍のボイドの発生を抑えることが必要であると考えら
れる。

そこで、本発明者は、金属間化合物の生成を抑制する手
段を鋭意探究したところ、銅または銅合金基体に、亜鉛
または亜鉛合金めっき層を設けた後に銅めっき層を設け
、その上に錫またははんだめっき層を設けた後にリフロ
ー処理することによってε相等の金属間化合物の生成を
抑制することができ、ボイドの発生を減少させることに
成功した。この結果、密着性が良好となり、剥離が生じ
なくなったのである。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明では、まず、銅または銅合金基体の表面に下地層
として厚さ０．１〜０，５μｍの亜鉛または亜鉛合金め
っき層を設ける。その方法は、銅または銅合金基体を常
法によってアルカリ脱脂−水洗→電解脱脂−水洗−酸処
理→水洗と所定の前処理を施した後、例えば、温度２０
〜３５℃、電流密度１〜２Ａ／ｄゴ、時間２５〜３００
秒の条件下で亜鉛または亜鉛合金めっきを行えばよい。

該めっきには、例えば、Ｚｎ、Ｃｕ−Ｚｎ。

Ｎｉ−Ｚｎ、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ、Ｚｎ−ＣｄおよびＦｅ
−Ｚｎ系等が用いられるが、特にＣｕ−Ｚｎ系が好適に
用いられる。

亜鉛または亜鉛合金めっき層の厚さを０．１〜５μｍに
限定した理由は、０．１μｍ未満ではε相の生成を抑制
する効果が不十分となり、ボイドを発生してしまうから
であり、また上限を５μｍとしたのは、５μｍを超えて
もε相の抑制効果が変わらず、めっき厚を必要以上に厚
くすることはコスト面でも不経済であると同時にはんだ
付不良を生じやすくなるという問題を生じるからである
。

次に、前記亜鉛または亜鉛合金めっき層の上に厚さ０．
２〜５μｍの銅めっき層を設ける。めっき条件は、例え
ば、温度２０〜３０℃、電流密度２〜３Ａ／ｄ、ｒｎ’
、時間２０〜７００秒とすればよい。また、光沢、無光
沢銅めっきいずれでも良く、めっき浴はシアン化銅浴、
ビロリン酸銅浴、硫酸銅浴、および硼弗化銅浴等が好ま
しいが、特に限定されない。

銅めっき層の厚みを０２〜５μｍに限定した理由は、０
．２μｍ未満では錫またははんだめっき層をリフロー処
理する場合、下層の亜鉛または亜鉛合金めっき層から亜
鉛が錫またははんだめっき層に急速に拡散して溶融平滑
化を妨げて光沢やめっき厚みを不均一にしたりするから
である。

方、」−限を５μｍとしたのは、５μｍを超えるとε相
の生成を抑制する亜鉛の効果が失われ、剥離を防止でき
なくなるからである。

最後に最上層に錫またははんだめっきを施した後、短時
間加熱して表面の錫またははんだめっぎ層の応力除去と
平滑化のためリフロー処理を施す。錫またはばんだめっ
ぎの条件は、例えば、温度１０〜２０℃、電流密度２〜
２５Ａ、／ｄｒｎ”で行えばよい、ｙＪみは０．５〜３
μｍが好ましい。

めっき浴は、錫めっきでは硫酸浴、硼弗化浴、フェノー
ルスルホン酸浴やアルカノールスルホン酸等の有機酸浴
、はんだめっきでは、硼弗化浴、フェノールジスルホン
酸Ｙ谷やアルカノールスルホン酸等の有機酸浴のいずれ
でを用いてもよく、特にめっき浴や条件に限定されない
。

リフロー処理については大気または不活性雰囲気中にお
いて、例えば、２４０〜３００℃で短時間加熱して溶融
平滑化後水冷する常法のリフロー処理を施せばよく、特
に方法、条件には限定されない。

なお、基体の形状としては、線状、板状等があげられる
が特に限定されない。

［実施例コ 次に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。

りん青銅（ＪＩＳＣ５１０１，Ｃｕ−４．９％Ｓｎ−０
．７％Ｐ）を供試材として厚さ０．２５ｍｍｘ幅３０ｍ
ｍＸ長さ５０ｍｍの試験片を作製し、これを常法によっ
てアルカリ脱脂−水洗一電解脱脂一水洗一酸処理→水洗
の前処理を施した後、第１表に示す条件で順次めっき処
理を行い、第２表のめっき試料を得た。

めっき試料のＮｏ．１〜Ｎｏ．１２は本発明の実施例で
あり、Ｎｏ．ｔ３〜１９は比較例、Ｎｏ．２０．Ｎｏ．
２１は従来例である。

これらの試料についてリフロー処理後に外観検査及び耐
熱￥１」雌性試験、はんだ付性試験を実施した。この結
果を第２表に示す。

上記試験条件を次に示す。

（１）耐熱剥離性試験 大気中１５０℃において、１２５Ｈｒ。

２５０Ｈｒ、５００Ｈｒ加熱処理後、曲げ半径１ｍｍで
９０°曲げ戻しを２回繰返した後のめフき層の剥離状況
を２０倍の実体顕微鏡で観察した。

評価は次の通りである。

Ｏ：めっき層の剥離なし △：めっき層剥離わずか ×：めっき層の剥離大 （２）はんだ付性試験 各々めっき直後およびめっき後、温度４０℃、湿度９５
％ＲＨ中：ｒ：９６　Ｈｒ暴露試験を行った後、はんだ
付試験（非活性ロジンフラックスを塗布した試料を２３
０℃に加熱した６０％５ｎ−４０％Ｐｂのはんだ洛中に
５秒間浸漬）を行い、そのぬれ性をぬれ面積で評価した
。

評価は次の通りである。

○：ぬれ面積９５％以上 △：ぬれ面積９５％未満 ×：ぬれ面積９０％未満 （３）リフロー後の外観 加熱熔融後水冷した後のめっき表面を目視検査した。

評価は次の通りである。

○：鏡面光沢、平滑化良好 △：光沢むられずか発生 ×：光沢が不均一で、平滑化不良 実施例（Ｎｏ、１〜Ｎｏ、１２）のうち、Ｎｏ、１〜Ｎ
ｏ、９はリフロー錫めっきの例、Ｎｏ、１０　ＮＮｏ、
１２はリフローはんだめっきの例を示している。

さらにＮｏ、１〜Ｎ０１３は亜鉛めっきの厚み変化を、
Ｎｏ、４〜６は亜鉛合金めっきの厚み変化を、ＮＯ６７
〜Ｎｏ、９は銅めっきの厚みを各各変化した場合のリフ
ロー錫めっきの例を示し、Ｎｏ、１０〜Ｎｏ、１２は亜
鉛および亜鉛合金めっきの厚みを変化させた場合のリフ
ローはんだめっきの例を示したものである。

この結果から、本発明範囲内であれば銅下地めっきを施
しても耐熱剥離性、はんだ付性は良好であり、明らかに
改善効果が認められた。

一方、本発明範囲からはずれた比較例（Ｎｏ４１３〜Ｎ
ｏ、１９）においては、耐熱剥離性もしくははんだ付性
のいずれかに不良を生じ、また、従来例（Ｎｏ、２０．
Ｎｏ、２１）については錫またははんだめっき層が短時
間に剥離した。

［発明の効果］ 本発明は、前記のごとく、電子部品材のリフロー錫また
ははんだめっきした銅または銅合金材において生じる熱
！１Ｊｒｌｉ現象を防止し、かつはんだ付性を低下させ
ない優れた効果を有し、かかる本願発明により端子、コ
ネクター等の電子部品材の信頼性を向上させることが可
能となった。

第１表　めっぎ条件

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 銅または銅合金よりなる基体の表面上に、 ０．１〜５μｍの厚さの亜鉛または亜鉛合金めっき層を
   設け、該亜鉛または亜鉛合金めっき層上に、０．２〜５
   μｍの厚さの銅めっき層を設け、該銅めっき層の上に錫
   またははんだめっき層を設け、リフロー処理したことを
   特徴とする耐熱剥離性に優れたリフロー錫またははんだ
   めっき銅または銅合金材。