JPH0770667B2 - リードフレーム材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ニッケル合金めっきリードフレーム材料に係
り、より詳細には、例えば、パワーICなどに用いられる
ニッケルまたはニッケル合金めっきを施した電子部品、
特に、はんだ付性を必要とするリードフレーム材料に関
する。

［従来の技術］ 従来、ニッケルめっき材料は、はんだ付性が劣るため、
はんだ付性を有する部分にスポット銀めっきや錫めっき
を行ったものが多い。

また、ニッケルめっき材料に直接はんだ付けする場合に
は、フラックスを用いて行っていた。フラックスを用い
ないではんだ付性を良くするために、ニッケル−ホウ素
合金めっき、ニッケル−リン合金めっきやニッケル−コ
バルト合金めっきなどが開発されている。これらの合金
めっき皮膜は、還元性が高くはんだ付性に優れている。

また、銅や鉄鋼の金属表面に、変色防止や防錆の目的で
有機皮膜を付着させることは、すでに一般化している。
しかし、ニッケル−リン合金めっきやニッケル−コバル
ト合金の防錆処理については研究されていない。これ
は、ニッケルが銅に比べて酸化しにくく、顕著な変色を
起こさないためである。さらにリードフレーム材料は加
工・半導体のボンディングなどの後工程があるため、ベ
ンゾトリアゾールなどの防錆処理は行われていなかっ
た。

しかし、はんだ付性を良くするためにスポット銀めっき
や錫めっきをするとコストが高くなり、経済性の面等か
ら好ましくない。

さらに、フラックスを用いるとはんだ付け後に、フラッ
クスの除去洗浄をしなければならない。これは、製造工
程が多くなるだけでなく、製品の品質、信頼性にも悪影
響をおよぼしていた。

また、ニッケル−リン合金めっきやニッケル−コバルト
合金をめっきした材料でも長期保存後には、はんだ付性
が悪くなるという問題を生じていた。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、従来の技術がもつ、以上のような問題点を解
消させ、はんだ付性を向上し、長期保存しても安定した
品質を発揮するニッケルおよびニッケル合金めっきリー
ドフレーム材料を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のリードフレーム材料は、銅または銅合金に施し
たニッケルまたはニッケル合金めっきにおける該めっき
の表面酸化状態が、Ｘ線光電子分析値の酸素ピーク強度
とニッケルピーク強度との比（O1s）／（Ni2p）（括弧
内は各元素のESCAのピーク強度を示す。以下同じ）とし
て１以下であり、前記めっき表面に、有機溶剤洗浄によ
って除去できるか、または300℃以下の温度で分解する
性質を持つ有機皮膜を有していることを特徴とする。

なお、前記有機皮膜の厚さは、0.01μｍ以上、0.1μｍ
以下とすることが好ましい。

また、有機皮膜の表面張力は、プレス油との接触角で20
゜以下とすることが好ましい。

［作用］ 発明者は、ニッケルおよびニッケル合金めっき材料のは
んだ付性について鋭意研究を行った結果、ニッケルおよ
びニッケル合金めっき表面の酸化とはんだ付性との間に
おける相関関係を見出し本発明に至ったものである。

すなわち、酸化状態はＸ線光電子分析（ESCA分析）によ
ってニッケルまたはニッケル合金めっき表面の（Ni2
p）、（Co2p）、（O1s）などを測定し、ニッケル酸化物
と金属とのピークの強度比、または酸素ピーク強度とニ
ッケルピーク強度との比（O1s）／（Ni2p）を求めた場
合、この値において、（Ni酸化物）／（Ni金属）≦１お
よび（O1s）／（Ni2p）≦１のニッケルまたはニッケル
合金めっきは良好なはんだ付性を示すことが判明した。

しかし、経済的に上記条件に表面状態を維持することは
困難であり、そのための手段につき本発明者は鋭意検討
を重ね、めっき表面に有機皮膜を形成してはどうかとの
着想を得た。ただ、従来、リードフレーム材料に有機皮
膜を形成した技術は存在していなかった。

従来有機皮膜を付与したリードフレーム材料が存在して
いなかった理由は、リードフレーム材料にはスタンピン
グ・ボンディングなどの後工程が有り、後工程への有機
皮膜の影響が十分に研究されていなかったためにあると
考えられる。

しかし、上記常識に反し、有機皮膜の付与を行った場合
について詳細な検討を行ったところ、（O1s）／（Ni2
p）≦１の場合には、酸化防止皮膜が有機洗浄によって
除去できるか、または300℃以下の温度で分解する性質
を持つ有機皮膜を付与すれば、半導体チップを付けたと
きにもはんだ層中に皮膜が残らず、ボンディングに悪影
響を与えないことを見い出した。

従って、本発明では、めっきの表面状態を（O1s）／（N
i2p）≦１とし、さらに経時的にこの状態を保存するた
めめっき表面に有機皮膜を形成している。なお、めっき
形成と有機皮膜形成との間の時間が長いとめっきの酸化
が進行しやすいためめっき直後に有機皮膜の形成を行
う。

また、めっき条件（例えばめっき浴温度）、水洗条件
（水洗条件は残存イオン量に関係し、残存イオン量はめ
っき酸化速度に完成する）等によっては、めっき直後で
あっても酸化が進行する場合もある。それを防止するた
めこれらの条件を適正な範囲に制御することが好まし
い。

さらに、有機皮膜の形成処理後の乾燥条件によっては、
めっきの酸化が進行する場合もあるため、これを防止す
るために、乾燥条件としては、ブロアー乾燥、露点:20
℃以下、乾燥温度:80℃以下とすることが好ましい。

なお、有機溶剤洗浄によって除去できるか、または300
℃以下の温度で分解する性質を持つ有機皮膜の材料とし
ては、例えば、ジシクロヘキシルアミンオレイン酸塩を
用いればよい。もちろんこれに限定されるものではな
い。

なお、スタンピングに悪影響を与えないためには有機皮
膜は薄い方が望ましい。しかし、有機皮膜が薄すぎると
酸化防止効果が低下することもある。従って、有機皮膜
の厚さは0.01μｍ以上とすることが好ましい。

一方、有機皮膜が厚すぎると除去するために時間がかか
るため、有機皮膜の厚さは0.1μｍ以下であることが望
ましい。また、有機皮膜の厚さを0.1μｍ以下とした場
合には、初期はんだ付け性試験において円形のはんだハ
ジキの発生は全く認められなくなるので、この点からも
0.1μｍ以下とすることが好ましい。

なお、有機皮膜の厚さはＸ線光電子分析（ESCA分析）に
よっても評価できる。ESCA分析によって（Ni2p）、（C1
s）、（N1s）、（O1s）を測定し、炭素ピーク強度とニ
ッケルピーク強度の比（C1s）／（Ni2p）を求めればよ
い。また、窒素を含有する有機皮膜では窒素ピーク強度
とニッケルピーク強度の比（N1s）／（Ni2p）で皮膜の
厚さを評価しても良い。この値において（C1s）／（Ni2
p）は0.4以上1.4以下であることが望ましい。（ただし
（C1s）／（Ni2p）のブランクは0.3である）。

また、プレス油との馴染み性をよくするため表面張力が
低いものが望ましい。鋭意研究の結果、ニッケル合金表
面の有機皮膜とプレス油との接触角は20゜以下にするこ
とが好ましいことがわかった。

［実施例］ （実施例１） 脱酸銅に対し、常法により脱脂洗浄・酸洗浄を順次行っ
た。

その後直ぐに、ニッケル−コバルト合金めっきを1.5μ
ｍ厚に施し、純水にて洗浄した。

洗浄後直ぐに酸化防止処理（有機皮膜の被覆）を行い、
さらに水洗した後、乾燥し、第１図に示す層構造のリー
ドフレーム材料の試料を作成した。

以下にその条件の詳細を述べる。

＜めっき＞ ・基本浴組成 硫酸ニッケル 240g/ 塩化ニッケル 40g/ 硫酸コバルト 2g/ ホウ酸 35g/ 市販光沢剤 ＃610 5ml/ ＃63 10ml/ （荏原ユージライト社製） ・めっき条件 電流密度 3A/dm² 温度 45℃ 撹拌あり ＜酸化防止処理＞ ・基本液組成 ジシクロヘキシルアミンオレイン酸塩 0.15％ ノニオン系界面活性剤 0.05％ 水 99.8％ ・処理条件 スプレー散布 ・処理時間 ５秒 ・乾燥 ブロアー、温度70℃、露点10℃ 上記方法によって作成した試料につき、酸化防止処理直
後と、下記の経時促進処理後に表面酸化状態・はんだ付
け性を調査した。

＜経時促進試験法＞ 温度:25℃ 湿度:90％ 保持：デシケータ中に垂直に吊るして保持 保持時間:2時間 なお、表面酸化状態は、ESCAにより測定し、はんだ付け
性は下記の条件にて測定した。

＜はんだ付け性試験法＞ 試験片：ニッケル合金めっき銅板 50mm×50mm×0.30mmを使用した。

試験器：垂直浸漬型はんだ付け性試験機（（株）田葉井
製作所製） はんだ浴:Sn63/Pb37はんだ 浴温度:270℃ 浸漬時間:10秒 浸漬深さ:40mm 評価法：試験片のはんだ漏れ面積を測定した。

上記方法によって得られた試料は、酸化防止処理直後に
おいては（O1s）／（Ni2p）＜0.6であり、表面酸化が少
なく、さらに酸化防止皮膜を付着してあるため経時促進
試験２時間後も（O1s）／（Ni2p）＜0.7を保っていた。

そのためフラックスを使用しなくても良好なはんだ付性
をしめし、さらに長期保存しても安定した品質を発揮し
た。

試料の酸化防止皮膜は200℃付近で気化する特性があ
る。さらに、液濃度の制御・処理時間の適正化・後水洗
により皮膜を均一に薄く付けているためボンディング時
にはんだ層中に皮膜が残り不良となることもなかった。

なお、以上の試験における試験結果を以下の比較例のそ
れとともに表１に示す。

（比較例１） 実施例１と同様にニッケル合金めっきを行い、24時間放
置後に酸化防止処理を行った。

比較例１では、めっき直後において酸化防止処理を行わ
なかったため表面の酸化が進行し、酸化防止処理の効果
が発揮されなかった。また、はんだ付け性も低下した。

（比較例２） 実施例１と同様にニッケル合金めっき・酸化防止処理を
行った後、温度120℃、露点25℃で乾燥を行った。

比較例２では、乾燥条件が適正でなかったため表面の酸
化が進行し、（O1s）／（Ni2p）＞１であり、全くはん
だが付かなかった。

（比較例３） 温度60℃でめっきを行い、めっき後湯洗した。

他の条件は実施例１と同様に行った。

比較例３では、めっき条件が適正でなかったため表面の
酸化が進行し、（O1s）／（Ni2p）＞１であり、はんだ
付け性が低下する。

このように比較例１〜３では、（O1s）／（Ni2p）＞１
であり、表面の酸化が進みボンディング不良が発生し
た。

（比較例４） 実施例１と同様にニッケル合金めっきを行い、酸化防止
処理をしなかった。

比較例４は、酸化防止処理をしていないため表面酸化が
急速に進行し、（O1s）／（Ni2p）＞１であり、はんだ
付け性が低下した。経時促進試験後には全くはんだが付
かなかった。

（実施例２） 酸化防止処理は、液濃度を10倍に濃くし、処理時間10秒
で行った。他の条件は実施例１と同様に行った。

本例も、比較例に比べると良好なはんだ付け性を示し
た。

ただ、実施例２では、酸化防止皮膜が厚いため、実施例
１の場合に比べると酸化防止皮膜の除去に時間がかかっ
た。また、有機洗浄・予備加熱なしで直接はんだ付けし
た場合、実施例１と比べると、はんだ付け時にはんだが
完全には除去されず、若干の半田はじきが発生した。

（実施例３） 実施例３では、酸化防止処理の液濃度を実施例１の場合
の10分の１に薄くし、他の条件は実施例１と同様とし
た。

本例も比較例に比べて良好なはんだ付け性を示した。

ただ、実施例１と比べた場合には、（O1s）／（Ni2p）
は、実施例１の方が低く、また、はんだ付け性も実施例
１の方が優れていた。

［発明の効果］ 本発明のリードフレーム材料は、表面酸化が少なく、長
期保存後にも良好なはんだ付け性を示す特徴を持ってい
る。このため、ボンディング時にフラックスを使う必要
がなく製造工程を短くできるとともに、製品の品質・信
頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるリードフレーム材料の一例の断面
図である。 １……銅または銅合金素材、２……ニッケルまたはニッ
ケル合金めっき層、３……有機皮膜の酸化防止層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】銅または銅合金に施したニッケルまたはニ
   ッケル合金めっきにおける該めっきの表面酸化状態が、
   Ｘ線光電子分析値の酸素ピーク強度とニッケルピーク強
   度との比（O1s）／（Ni2p）として１以下であり、前記
   めっき表面に、有機溶剤洗浄によって除去できるか、ま
   たは300℃以下の温度で分解する性質を持つ有機皮膜を
   有していることを特徴とするニッケル合金めっきリード
   フレーム材料。
2. 【請求項２】前記有機皮膜の厚さが、0.01μｍ以上、0.
   1μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のニッ
   ケル合金めっきリードフレーム材料。
3. 【請求項３】前記有機皮膜の表面張力は、プレス油との
   接触角で20゜以下であることを特徴とする請求項１また
   は２に記載のニッケル合金めっきリードフレーム材料。