JPH04323396A - 電子部品用材料およびその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、表面金属として錫あ
るいは錫合金を有する電子部品用材料およびその製造方
法に関し、特に電子部品用材料のはんだ付け性の改善に
関する。

【０００２】

【従来の技術】コンデンサ、抵抗、フィルタ等のリード
、あるいはコネクタ、スイッチ、リレー等の接触子、ま
たはトランジスタ、集積回路等のリードフレームなどの
電子部品に用いられる金属材料は、はんだ付けを行って
印刷回路あるいは導線と電気的な接続を取ることが多く
、そのためにこれら電子部品用材料には、表面金属層と
してはんだ付け性の良い錫あるいは錫合金層を有するこ
とが多い。ここで錫合金とは、錫−鉛合金、いわゆるは
んだが一般的である。これらの電子部品用材料は、母材
として一部鉄合金が用いられているが、多くは電気伝導
性の良い銅合金が用いられており、表面金属として錫あ
るいは錫合金めっきが施されている。しかしながら、母
材である銅合金上に直接錫あるいは錫合金めっきを施し
たのでは、耐熱信頼性に劣るとされており、母材である
銅合金上に下地金属として銅あるいはニッケルなどの下
地めっきを施した後、錫あるいは錫合金めっきが施され
ることが多々ある。

【０００３】このような電子部品用材料の製造方法は、
母材である金属材料の板材あるいは条材を、プレス加工
あるいはエッチング加工により所定形状に抜き加工を施
す前か、もしくは施した後に、電解脱脂、酸洗等の前処
理を施した後、銅あるいはニッケルなどから選ばれた下
地めっきを施し、続いて錫あるいは錫合金めっきが施さ
れる。これらのめっきプロセスは既に周知のものであり
、銅めっき浴としては硫酸浴やシアン化浴、ニッケルめ
っき浴としてはワット浴やスルファミン酸浴、錫あるい
は錫合金めっき浴としてはホウフッ化浴やアルカノール
スルフォン酸浴などがよく用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
電子部品用材料では、錫あるいは錫合金めっきの下地金
属として銅あるいはニッケルなどの下地めっきが施され
ることが多い。銅あるいはニッケルなどの下地金属は、
加熱環境下あるいは長期間の使用状況下において、母材
である銅合金と表面金属である錫あるいは錫合金の直接
的な拡散の障壁として作用する。すなわち、銅合金と錫
あるいは錫合金が直接接する界面が存在すると、銅と錫
の相互拡散が生じ、その際上記界面にカーケンダルボイ
ドや、銅合金中に微量含まれるりんの濃化層が形成され
、これらが表面金属である錫あるいは錫合金層の密着性
を損なうので、銅あるいはニッケルなどの下地金属を採
用することによって、拡散の障壁として作用させること
により、耐熱信頼性の向上が図られている。

【０００５】しかし、下地金属として銅めっきを施した
場合では、母材金属と表面金属の直接的な拡散は当面避
けられるものの、下地金属の銅と表面金属の錫あるいは
錫合金の拡散が起こって、下地めっきを施さない時に起
こる拡散層と同様の拡散層が形成されるので、耐熱信頼
性は比較的良いという程度に留まっている。その点、下
地金属としてニッケルめっきを施した場合では、完全な
拡散の障壁として作用するので、耐熱信頼性は優れたも
のになる。

【０００６】ところが、電子部品用材料としては、上記
のような耐熱信頼性だけではなく、良好なはんだ付け性
をも満足することが一般的に要求される。その観点に立
ってみると、下地金属がニッケルである場合、表面金属
がはんだ付け性の良い錫あるいは錫合金であっても、は
んだ付け性を損なうことがあり、かつその原因が明確に
認識されていなかったため、はんだ付け性の良い銅下地
を選択し、ニッケル下地を敬遠する傾向があった。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、優れた耐熱信頼性を維持し
ながら、良好なはんだ付け性をも満足する電子部品用材
料を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明による電子部品
用材料は、母材である金属材料上にニッケルよりなる下
地金属層を有し、その上に錫−ニッケル合金よりなる中
間金属層を有し、さらにその上に錫あるいは錫合金より
なる表面金属層を有するものである。

【０００９】この発明による電子部品用材料の製造方法
は、母材である金属材料上にニッケル下地めっきを施し
、その上に錫あるいは錫合金めっきを施した後、材料温
度が錫あるいは錫合金の融点よりも低い温度で熱処理を
行う方法である。

【００１０】この発明は、ニッケル下地めっき上の錫お
よび錫合金めっきにおけるはんだ付け不良を種々研究の
結果、得られた知見に基づいてなされたものである。ま
ず発明者らは、通常良好とされているめっきプロセス条
件範囲内で製作した複数の銅合金を母材としたニッケル
下地めっき上の錫および錫合金めっき材のはんだ付け性
を調べ、このうち幾つかがはんだ付け不良となることを
確認した。そこで、はんだ付け性が良好なものと不良の
ものの両者の断面の元素分布を、グロー放電分光分析（
以下ＧＤＳと略す）を行って調べた。図２ははんだ付け
性が良好な上記仕様の電子部品用材料のＧＤＳプロファ
イルチャートであり、図３ははんだ付け性不良を起こし
た上記仕様の電子部品用材料のＧＤＳプロファイルチャ
ートである。各図において、横軸は断面の深さに相当す
るスパッタリング時間、縦軸は元素濃度に相当する分光
強度であり、元素記号を付記した各曲線が対応する元素
の濃度分布を示す。

【００１１】図２と図３を比較すると、両者の相違点は
錫合金めっき（はんだめっき）中の水素および酸素濃度
だけであり、はんだ付け性が良好な材料に比べて、はん
だ付け性が悪い材料では両元素濃度が高いという知見を
得た。このことから、ニッケル下地めっき上の錫および
錫合金めっき材で間々起こるはんだ付けの不良要因は、
上記のような錫あるいは錫合金めっき中にある程度以上
水素および酸素が存在すると、はんだ付け時に表面金属
である錫あるいは錫合金めっき層が溶融する際、上記の
水素および酸素が下地金属であるニッケルを酸化させる
などの化学作用を及ぼすため、下地金属に対する溶融し
たはんだの濡れ性を劣化させ、はんだ付け不良を起こす
と考えられる。

【００１２】ところが、錫あるいは錫合金めっき中に水
素および酸素が存在する原因は、電解副生成物としてめ
っき層中に吸蔵されること、めっきに光沢性あるいは平
滑性を付与するためにめっき液中に添加される有機添加
剤の分解成分の共析などが考えられ、これらを支配する
因子は非常に多く、錫あるいは錫合金めっき中に存在す
る水素および酸素を一定濃度以下にコントロールするこ
とは実質上不可能である。そこで、ある程度錫あるいは
錫合金めっき中に水素および酸素が存在しても、はんだ
付け時に水素および酸素が化学作用を及ぼすことのない
錫−ニッケル合金層を中間金属層として形成するという
本発明に至った。

【００１３】

【作用】この発明の電子部品用材料は、母材である金属
材料上にニッケル下地めっきを施し、その上に錫あるい
は錫合金めっきを施した後、材料温度が錫あるいは錫合
金の融点より低い温度で熱処理を行うことにより製造さ
れる。

【００１４】こうして製造されるこの発明の電子部品用
材料では、下地金属層であるニッケルと表面金属層であ
る錫あるいは錫合金の間に、錫−ニッケル合金よりなる
中間金属層を有するので、ある程度錫あるいは錫合金層
中に水素および酸素が存在し、はんだ付け時に水素およ
び酸素が化学作用を及ぼすことのできる状態にあっても
、中間金属層である錫−ニッケル合金が安定な金属間化
合物であるため、酸化その他の化学反応を受け難く、は
んだ付け性を阻害するような反応生成物が生じないので
、中間金属層と溶融したはんだの濡れ性は良好に維持さ
れる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。 この発明の一実施例として、ＪＩＳで定めるＣ５２１０
Ｒ（ばね用りん青銅条）を母材とし、通常の電解脱脂お
よび酸洗後、下記のめっき浴からニッケル下地めっきを
施し、０．５μｍの下地金属層を形成した。 ニッケル下地めっき浴 　　　　硫酸ニッケル　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２４０ｇ
／ｌ　　　　塩化ニッケル　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
６０ｇ／ｌ　　　　ホウ酸　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　４０ｇ／ｌ　　　　温度　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　５０℃　　　　陰極電流密
度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　３Ａ／ｄｍ２

【００１６】続いて、ニッケル下地めっき面を洗浄し、
下記のめっき浴を用いて９０％Ｓｎ−１０％Ｐｂ合金め
っき（はんだめっき）を施し、３μｍの表面金属層を形
成した。 はんだめっき浴 　　　　ホウフッ化第一錫　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２２０ｇ／ｌ
　　　　ホウフッ化鉛　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４０
ｇ／ｌ　　　　ホウフッ化水素酸　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２４０
ｇ／ｌ　　　　ＵＴＢ−Ｎｏ．１（石原薬品（株）製有
機添加剤）　　　　４０ｇ／ｌ　　　　ＵＴＢ−Ｎｏ．
２（石原薬品（株）製有機添加剤）　　　　６０ｇ／ｌ
　　　　ホルマリン　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１
０ｇ／ｌ　　　　温度　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　２０℃　　　　陰極電流密度　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　３Ａ／ｄｍ２

【００１７】その後、上記の下地金属層および表面金属
層を形成した銅合金材料に対し、材料温度が１９０℃と
なる熱処理を２０分間行い、下地金属層のニッケルと表
面金属層の錫を拡散させて、錫−ニッケル合金よりなる
中間金属層を形成した。この実施例の電子部品用材料を
ＧＤＳに供し、断面の元素分布を調べたところ、図１に
示すように、錫−ニッケル合金よりなる明確な中間金属
層が形成されていることを確認した。

【００１８】上記の実施例１に対する比較例として、熱
処理を２０分間行って中間金属層を形成する処理を行な
わない以外は、上記実施例と全く同じ仕様で、従来より
使用されている電子部品用材料を得た（比較例１）。

【００１９】また、上記実施例に対する別の比較例とし
て、同じＣ５２１０Ｒの母材にニッケル下地めっきでは
なく、下記のめっき浴から銅下地めっきを０．５μｍ施
し、実施例と同じはんだめっきを施して、従来より使用
されている電子部品用材料を得た（比較例２）。

【００２０】こうして得た実施例および比較例の電子部
品用材料に対し、ＭＩＬで定めるＨ５２フラックスを塗
布し、２６０℃の溶融したはんだ中に５秒間浸漬し、は
んだの濡れ面積を調べた。判定は、濡れ面積が１００％
のものを合格とし、それ以外のものを不合格とした。一
方、実施例および比較例の電子部品用材料に対し、１０
０℃の大気中で加熱を続け、２４時間毎に１８０°の密
着曲げを行い、下地ないし表面金属層の剥離の有無を調
べた。これらの評価試験結果は表１に示すように、本発
明の実施例の電子部品用材料が、比較例の従来の電子部
品用材料では困難であった、はんだ付け性と耐熱信頼性
の両方を満足する性能を有することが確認された。表１
中、Ｎはサンプル数を示す。

【００２１】

【００２２】ところで上記説明では、実施例としてＣ５
２１０Ｒ銅合金を母材とし、代表的なめっき浴を用いて
ニッケルおよび錫合金めっきを施した場合について述べ
たが、母材は上記銅合金に限定されるわけではなく、電
子部品用材料の母材として使用されているあらゆる金属
材料に適用できる。また、ニッケルおよび錫あるいは錫
合金めっきは、上記仕様に限定されない。熱処理は、材
料温度が表面金属層の融点よりも低温であることが肝要
であって、熱処理炉の雰囲気温度は必ずしも表面金属層
の融点よりも低温である必要はない。例えば、５００℃
の雰囲気温度であっても、極短時間ならば材料温度は融
点に達せず、本発明のような熱処理が可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の電子部
品用材料によれば、錫−ニッケル合金よりなる明確な中
間金属層を形成したので、この層がはんだ付け時の下地
金属層の酸化その他の化学反応を防ぎ、これにより良好
なはんだ付け性を実現するとともに、良好な耐熱信頼性
を維持できる。またこの発明の電子部品用材料の製造方
法によれば、上記のような優れた特性を有する電子部品
用材料を効率よく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例のＧＤＳプロファイルチャー
トである。

【図２】従来の電子部品用材料のＧＤＳプロファイルチ
ャートである。

【図３】従来の電子部品用材料のＧＤＳプロファイルチ
ャートである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　母材である金属材料上にニッケルより
   なる下地金属層を有し、この下地金属層の上に錫−ニッ
   ケル合金よりなる中間金属層を有し、この中間金属層の
   上に錫あるいは錫合金よりなる表面金属層を有すること
   を特徴とする電子部品用材料。
2. 【請求項２】　　母材である金属材料上にニッケル下地
   めっきを施し、その上に錫あるいは錫合金めっきを施し
   た後、材料温度が錫あるいは錫合金の融点よりも低い温
   度で熱処理を行うことを特徴とする電子部品用材料の製
   造方法。