JPH0945136A - 多層メッキのリード線とリードフレーム - Google Patents

多層メッキのリード線とリードフレーム

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JPH0945136A JP21116595A JP21116595A JPH0945136A JP H0945136 A JPH0945136 A JP H0945136A JP 21116595 A JP21116595 A JP 21116595A JP 21116595 A JP21116595 A JP 21116595A JP H0945136 A JPH0945136 A JP H0945136A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リード線において、有毒な鉛を含有せず、し
かも所定のSn系合金のメッキ層を形成する。 【解決手段】 金属素線上に、厚さ3〜8μmである錫
メッキの下地層と、厚さ1〜5μmであるアンチモン,
インジウム又はビスマスメッキの表面層とを形成し、全
体のメッキ厚さが10μm以上である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有毒な鉛を含有せず、
しかも所定のSn系合金のメッキ層を形成できる多層メ
ッキのリード線とリードフレームに関する。
【0002】
【従来の技術】現在のリードフレームは、後でプリント
基板に半田付けするために表面に半田(錫−鉛合金)メ
ッキやニッケルメッキを施している。また、現在のリー
ド線でも、プリント基板に容易に接合できるように、金
属素線上に半田メッキを施している。この半田メッキに
含まれる鉛は有毒であり、急性の鉛中毒では激烈な胃腸
炎の症状を呈し、ショックを起こして死亡することもあ
る。この鉛中毒は、活字・鉛管などの鉛をあつかう作業
者に多く発生し、慢性では貧血、鉛疝痛、歯ぐきの変
色、便秘、神経麻痺などを起こし、小児では脳炎様の症
状を呈する。
【0003】 このため、子供用の文房具や玩具に鉛を
使用することは既に禁止されつつあり、ヨーロッパ諸国
では、環境保全の面から人が接触する可能性があるすべ
ての商品から鉛を追放することが提案されている。電気
業界においても、鉛による環境汚染の問題を重要視し、
電子機器およびその部品から鉛を完全に除去することが
急務の課題となっている。
【0004】 リード線やリードフレームは、素材表面
に半田メッキを施したものが主流であり、特に半光沢又
は光沢の半田メッキはプレッシャークッカーテストや恒
温恒湿の加熱試験などの加速劣化試験後において半田濡
れ速度および半田付け性が優れている。このような半田
メッキをリード線やリードフレームに使用できないなら
ば、製造コストおよびメッキ性能の点から半田メッキと
最も類似する錫メッキに代替される可能性が高い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】錫メッキだけをリード
線やリードフレームの表面に施すと、メッキ加工後にお
いて髭状単結晶のウィスカーが発生して成長する可能性
がある。このウィスカーは、環境温度50〜100℃で
メッキ厚を大きくするほど長くなる傾向があり、銅合金
との溶接不良を起こしたり、電子部品における短絡事故
の原因となる。錫メッキにおけるウィスカー発生を防止
するには、錫メッキ層を極端に薄くすればよい反面、こ
れでは所定の半田付け性を到底維持できない。
【0006】 リード線やリードフレームの表面メッキ
金属を金や銀にすると、他の金属に比べて欠陥は少ない
けれども、金は他の金属に比べて非常に高価であり、一
方、銀は比較的安価であっても、硫化によって表面の劣
化をまねきやすく、マイグレーションを起こして短絡事
故を発生するおそれもある。
【0007】 本発明は、リード線及びリードフレーム
に関する前記の問題点を改善するために提案されたもの
であり、素材表面に錫メッキを介してアンチモン,イン
ジウム又はビスマスをメッキすることにより、有毒な鉛
を全く含有しない多層メッキのリード線を提供すること
を目的としている。本発明の他の目的は、メッキ後の拡
散作用で所定のSn系合金のメッキ層を形成する多層メ
ッキのリードフレームを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るリード線1は、図1に示すように2層
メッキであり、金属素線2上に、まず厚さ3〜8μmで
あるSnメッキの下地層3を形成し、ついで厚さ1〜5
μmであるSb,In又はBiメッキの表面層5を形成
する。Snメッキの下地層3において、リード線1の接
合効果を発揮できる最低のメッキ厚が3μmであり、厚
みが8μmを超えるとウィスカーが発生する可能性が高
くなる。Sb,In又はBiメッキの表面層5は、拡散
作用で所定の合金を形成する最低のメッキ厚が1μmで
あり、5μmを超えても接合効果の増大が少ない。ま
た、全体のメッキ厚さが10μm以上になると、一般に
リード線1の接合効果を十分に発揮できることになる。
【0009】 図2に示すリード線1は、3層メッキの
場合には金属素線2,下地層3及びSb,In又はBi
メッキの中間層4上に、さらに厚さ1μm以下であるS
nメッキの表面層5を形成している。表面層5における
Snメッキは、比較的硬い光沢又は半光沢メッキである
と好ましく、その厚みが1μmを超えるとウィスカー発
生の可能性が高くなる。
【0010】 本発明において、金属素線2は、例えば
銅線,銅覆鋼線(CP又はEF線),ニッケル線,鉄
線,アルミニウム線又はこれらの合金線であり、鉄又は
その合金には炭素鋼,ステンレス鋼などを含み、銅合金
としてはリン青銅,黄銅(真鍮)などが例示できる。ま
た、金属素線2には、銅,ニッケルなどのメッキ層をあ
らかじめ薄く形成しておいてもよい。
【0011】 図3に例示するリードフレーム6は、フ
レーム素材表面に、厚さ3〜8μmであるSnメッキ層
を形成し、ついで厚さ1〜5μmであるSb,In又は
Biの中間メッキ層を形成している。図示しないけれど
も、本発明は、リードフレーム6の代わりに電子部品ケ
ースについて実施してもよい。この場合、用いるフレー
ム素材については、主としてCu又はCu−0.3%S
nなどのCu合金、42%Ni−FeなどのFe合金で
あり、ケース素材については前記の金属素線2と同様の
材料が適用可能である。
【0012】 金属素線2などの素材として鋼材を使用
する場合には、該鋼材の前処理が必要であり、少なくと
も鋼材を陽極としてアルカリ電解脱脂洗浄と酸電解洗浄
とを行い、さらに該鋼線を陰極としてアルカリ電解脱脂
洗浄した後に酸浸漬洗浄する。各洗浄工程の終了後にそ
の都度水洗することを要する。鋼材を陰極とするアルカ
リ電解脱脂洗浄は、該鋼材を陽極とするアルカリ電解脱
脂又は酸電解洗浄と工程順を入れ替えてもよい。
【0013】
【作用】リード線1又はリードフレーム6において、メ
ッキ層3又は5中のSnは、常温でも多少拡散するけれ
ども、メッキ後に全体を熱処理することで効果的に拡散
し、メッキ層4のSb,In又はBiと所定の合金を形
成する。形成される合金はSn−Sb,Sn−In又は
Sn−Biであり、Sn−Sbは強度、耐高温クリープ
性が共晶半田よりも優れ、Sn−Inは強度、耐クリー
プ性に問題なく、Sn−Biは耐疲労性に優れ且つ金素
材への拡散が少ない。
【0014】 リード線1又はリードフレーム6は、2
層メッキではSnメッキの下地層3の上にSb,In又
はBiメッキの表面層5を形成することにより、Snメ
ッキにおけるウィスカーの発生を未然に防止している。
また、Snメッキの表面層5をSb,In又はBiメッ
キの中間層4上に形成する3層の場合でも、該表面層の
の厚さは1μm以下であり、非常に薄いのでウィスカー
の影響は少ない。
【0015】
【実施例】次に、本発明を実施例に基づいて説明する。 実施例1 図1に示すように、前処理した直径0.5mmの銅被覆
鋼線2を下記の浴組成の電気メッキ浴に浸漬し、約10
A/dm2の電流密度によって厚さ8μmのSnメッキ
層3を形成する。
【0016】 ホウフッ化第一錫 180g/l ホウフッ化水素酸 90g/l 半光沢剤(品名:513Y) 10ml/l 分散剤(品名:514H) 10g/l
【0017】 次にSnメッキ層3を形成した銅被覆鋼
線2を、下記の電気メッキ浴条件のSbメッキ液に浸漬
する。Snメッキ層3を形成した銅被覆鋼線2の走行に
よって、厚さ2μmのSbメッキ層4を形成する。
【0018】 ホウフッ化アンチモン 150g/l ホウフッ化水素酸 190g/l 分散剤 30ml/l
【0019】実施例2〜5 実施例1で用いた銅被覆鋼線2について、実質的に実施
例1と同様に処理して各種の厚みのSnメッキ層3及び
Sbメッキ層4を形成する。得たリード線1の融点を測
定すると下記の表1のようになり、Snメッキ層3又は
Sbメッキ層4の厚みを変更することにより、リード線
1の用途に応じてその融点を容易に調整できる。
【0020】
【表1】
【0021】実施例6 前処理した直径0.5mmの銅線2を下記の浴組成の電
気メッキ浴に浸漬し、液温15〜20℃及び20〜25
A/dm2の電流密度によって厚さ8μmのSnメッキ
層3を形成する。 アルカノールスルホン酸第一錫 210g/l 遊離酸 60g/l 光沢剤及び分散剤 30ml/l
【0022】 次にSnメッキ層3を形成した銅線2
を、下記の電気メッキ浴条件のInメッキ液に浸漬し、
液温18〜30℃,pH1.5〜2.0,陰極電流密度2
A/dm2,によって、厚さ2μmのInメッキ層4を形
成する。
【0023】 ホウフッ化インジウム 100〜110g/l ホウ酸 22〜30g/l ホウフッ化アンモニウム 40〜50g/l
【0024】実施例7 実施例6で厚さ8μmのSnメッキ層3を形成した銅線
2を、下記の電気メッキ浴条件のBiメッキ液に浸漬
し、液温25℃,電流密度2A/dm2によって、厚さ
2μmのBiメッキ層4を形成する。
【0025】 メタンスルホン酸ビスマス 100g/l 遊離酸 190g/l PEGNPE 10g/l
【0026】実施例8 実施例3で厚さ7μmのSnメッキ層3及び厚さ4μm
のSbメッキ層4を形成した銅被覆鋼線2を、所定の電
気メッキ浴条件のSnメッキ液に浸漬する。銅被覆鋼線
2の走行によって、厚さ1μmのSnメッキの表面層5
を形成する。
【0027】実施例9 実施例4で厚さ6μmのSnメッキ層3及び厚さ5μm
のSbメッキ層4を形成した銅被覆鋼線2を、所定の電
気メッキ浴条件のSnメッキ液に浸漬する。銅被覆鋼線
2の走行によって、厚さ1μmのSnメッキの表面層5
を形成する。
【0028】
【発明の効果】本発明に係るリード線又はリードフレー
ムでは、メッキ層中のSnが常温又はメッキ後の熱処理
で拡散することにより、所定のSn−Sb,Sn−In
又はSn−Bi合金を形成する。これらのSn系合金
は、市販のメッキ浴が存在しないために、電気メッキ法
によって製造するには各金属の多層構造とするのが容易
で効率的である。Sn系合金において、Sn−Sbは耐
高温クリープ性が共晶半田よりも優れ、Sn−Inは強
度、耐クリープ性に問題なく、Sn−Biは耐疲労性に
優れ且つ金素材への拡散が少ない。
【0029】 本発明のリード線とリードフレームは、
素材上にSn及びSb,In又はBiからなるメッキ層
を有するだけであり、有毒な鉛を全く含有していない。
このため、本発明のリード線又はリードフレームを製造
する際に、鉛による環境汚染の問題が生じることがな
く、これらを使用した電気製品を米国及びヨーロッパ諸
国へ輸出することも問題なく可能である。
【0030】 このリード線とリードフレームは、その
保管温度がたとえ50〜100℃に達しても、ウィスカ
ーを発生して銅合金と溶接不良を起こしたり、電子部品
において短絡事故を発生することはない。Snメッキ及
びSb,In又はBiメッキは、一般に電気メッキ法に
よって連続的に形成するので、メッキ時間が掛からずに
大量生産に向いている。また、表面にSnメッキを施し
たリード線又はリードフレームは、特に硬い光沢又は半
光沢メッキであると、これらの半田付け性及び滑り性が
良好になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のリード線を示す拡大断面図である。
【図2】 リード線の変形例を示す拡大断面図である。
【図3】 本発明のリードフレームを例示する部分平面
図である。
【符号の説明】 1 リード線 2 金属素線 3 下地層 4 中間層 5 表面層 6 リードフレーム

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属素線上に、まず厚さ3〜8μmであ
    る錫メッキの下地層を形成し、ついで厚さ1〜5μmで
    あるアンチモン,インジウム又はビスマスメッキの表面
    層を形成し、全体のメッキ厚さが10μm以上であるリ
    ード線。
  2. 【請求項2】 フレーム素材表面に、まず厚さ3〜8μ
    mである錫メッキの下地層を形成し、ついで厚さ1〜5
    μmであるアンチモン,インジウム又はビスマスメッキ
    の表面層を形成し、全体のメッキ厚さが10μm以上で
    あるリードフレーム。
  3. 【請求項3】 金属素線上に、厚さ3〜8μmである錫
    メッキの下地層と、厚さ1〜5μmであるアンチモン,
    インジウム又はビスマスメッキの中間層と、厚さ1μm
    以下である錫メッキの表面層とを順次形成し、全体のメ
    ッキ厚さが10μm以上であるリード線。
  4. 【請求項4】 フレーム素材表面に、厚さ3〜8μmで
    ある錫メッキの下地層と、厚さ1〜5μmであるアンチ
    モン,インジウム又はビスマスメッキの中間層と、厚さ
    1μm以下である錫メッキの表面層とを順次形成し、全
    体のメッキ厚さが10μm以上であるリードフレーム。
  5. 【請求項5】 メッキ済みのリード線を熱処理すること
    により、メッキ層中の錫を拡散させてアンチモン,イン
    ジウム又はビスマスとの合金を形成させる請求項1又は
    3に記載のリード線。
  6. 【請求項6】 メッキ済みのフレームを熱処理すること
    により、メッキ層中の錫を拡散させてアンチモン,イン
    ジウム又はビスマスとの合金を形成させる請求項2又は
    4に記載のリードフレーム。
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