JPH11279789A - 錫−ビスマスはんだ合金めっき層の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 錫−ビスマスはんだ合金めっき層を形成する
際に、キレート剤などを含む合金めっき浴の使用を避
け、かつ品質が優れためっき層を形成する。 【解決手段】 被めっき物に、まず第１層のビスマス層
をめっきし、次にこのビスマス層の上に第２層の錫層を
第１層のビスマスめっきの厚みの１．５倍以上の厚みで
めっきし、続いて第１および第２層のめっきをリフロー
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は錫−ビスマスはんだ
合金めっき層の形成方法に関するものであり、より詳し
く述べるならばコネクタ、リードなどの被めっき物上に
形成しためっき層上に導線、回路基板などを接合するた
めのはんだ合金めっき層の形成方法に関するものであ
る。

【０００１】

【従来の技術】これまでに工業的に生産されてきた錫−
鉛はんだ合金めっき材は、はんだ付け性、耐食性などが
良好なために、コネクタやリード材などの電子部品の接
合に広く利用されてきた。しかしながら、近年鉛の有害
性が指摘されるようになり、鉛の使用を規制しようとす
る動きが世界的に生じている。例えば、屋外に廃棄され
た電子機器類が酸性雨にさらされると、機器内部に使用
されているはんだ（錫−鉛合金）やはんだめっきが腐食
されて鉛が溶けだし、これが原因で地下水や河川が汚染
されるという問題がある。環境汚染を防止するには、鉛
を含有しない物質を使用することが最善であり、従来の
錫−鉛はんだ合金めっき層に代わる鉛を含有しないめっ
きを開発する必要がある。

【０００２】鉛を含有しない、いわゆる鉛フリーめっき
としては錫−銀合金、錫−亜鉛合金、錫−インジウム合
金、錫−ビスマス合金めっき層などの幾つかの合金めっ
きが検討されている。それらのなかでも、錫−ビスマス
合金めっきは低コスト、融点が低いなどの利点があり、
鉛フリーはんだめっきとして有望視されている。

【０００３】錫−ビスマスはんだ合金めっき層の形成方
法としては、例えば、錫−ビスマス合金めっき液を使用
してめっきする方法が挙げられる。この方法では、ビス
マスイオンと錫イオンの電位差が大きいのでめっきが難
しく、めっき液にコストの高い錯化剤（キレート剤）を
大量に添加しなければならない。さらに、ビスマスと錫
の電位差のために錫−ビスマス合金アノードが使用でき
ず、そのためにビスマスまたは錫塩をめっき浴に連続的
に補給しなければならなかった。一方、錫−ビスマスは
んだ合金めっき層では、光沢のあるめっき外観を得るこ
とが難しいという問題がある。無光沢のめっきでは、め
っき表面からの粉の脱落が多く、めっき材のプレス加工
の際などに問題となる。さらに、従来の錫−ビスマス合
金めっきでは、加熱しあるいは長時間放置するとはんだ
付け性が劣化するという問題があた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点に鑑みてなされたもので、外観が良好な錫−
ビスマスはんだ合金めっき層を簡易に形成する方法を提
供することを目的としたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明者が研究を行った結果、以下に示すめっき方法
を発明するに至った。すなわち本発明は、（１）錫−ビ
スマスはんだ合金めっき層の形成方法であって、下地め
っきを施しまたは下地めっきを施さない被めっき物に、
まず第１層のビスマス層をめっきし、次にこのビスマス
層の上に第２層の錫層を第１層のビスマスめっきの厚み
の１．５倍以上の厚みでめっきし、続いて第１及び第２
層のめっきをリフローすることを特徴とする錫−ビスマ
スはんだ合金めっき層の形成方法、及び（２）被めっき
物の温度を３００℃以下としてリフローを行い、かつ錫
めっき層が溶融を開始して５秒以内に被めっき物を急冷
する（１）に記載の錫−ビスマスはんだ合金めっき層の
形成方法である。以下本発明につき詳しく説明する。

【０００６】本発明の特徴は、ビスマスと錫を重ねてめ
っきし、次にめっきをリフロー（加熱、溶融処理）する
方法により、錫−ビスマスはんだ合金めっき層を得ると
ころにある。この方法により得られる錫−ビスマスはん
だ合金の組成は好ましくは、Ｂｉ３０重量％以下、残部
Ｓｎであり、より好ましくはＢｉ＝５〜２０重量％、残
部Ｓｎである。この組成のはんだの融点は２００〜２３
０℃である。

【０００７】被めっき物は、金属条、プレス加工したコ
ネクタ、リードフレームなどに、銅めっきやニッケルめ
っきの下地めっき施したもの、あるいは下地めっきを施
さないものである。本発明での第１層のビスマスめっき
はメタスルホン浴などの公知のめっき液であって、アル
デヒドなどの光沢剤を含有しないめっき液を使用して、
被めっき物の上にめっき層を形成することができる。め
っき層は後の工程においてリフローされるが、光沢剤を
使用するとリフロー後のめっき外観が悪くなるからであ
る。ビスマスめっきの厚みについての制限はないが、め
っき外観、コスト等を考慮すると、２μｍ以下が好まし
い。次に、ビスマスめっき層の上に第２層の錫めっき層
を形成する。錫めっき液は硫酸浴、メタスルホン浴など
の公知のめっき液のなかで、アルデヒドなどの光沢剤を
含有しないメタスルホン液が使用することが好ましい。

【０００８】第１層と第２層の関係については、第１層
がビスマスで第２層が錫でなければならない。この理由
は、第２層をビスマスにすると、リフロー後めっき表層
においてビスマス濃度が高くなり、結果として錫−ビス
マス合金のはんだ付け性が悪くなるからである。これに
対し、第２層をはんだ付け性の良い錫めっきにすると、
リフロー後のめっき表層において錫濃度が高くなるので
錫−ビスマス合金のはんだ付け性は良好になる。本発明
での錫めっきの厚みは、ビスマスめっき厚みの１．５倍
にする必要がある。これは、錫めっきの厚みがビスマス
めっきの１．５倍以下では、めっき皮膜Ｉのビスマス濃
度が高くなり、錫−ビスマス合金のはんだ付け性が悪く
なるからである。リフロー後のめっき層の厚みは０．８
〜１．５μｍであることが好ましい。

【０００９】リフローは、めっき材を大気または還元雰
囲気中にて加熱してめっき皮膜を溶融させ、次にめっき
材を急冷して行う。リフローと急冷により均一組成の錫
−ビスマス合金が生成される。急冷は加熱炉から取り出
されためっき材のめっき面もしくは反対面に空気、水な
どを吹きつける、水中に浸漬するなどの手段により自然
冷却より速い冷却速度を実現することにより行う。リフ
ローは、めっき材を連続的に加熱炉内に入れて行う方法
が一般的であるが、このときの被めっき物の温度と、錫
めっき皮膜の溶融開始から急冷するまでの時間とを適正
な範囲に設定することにより、外観良好で平滑な光沢め
っき層を得ることができる。また、リフローの温度管理
はあらかじめ加熱炉の温度を設定し、次に炉中の被めっ
き物の温度を熱電対を使用して測定し、このデータをも
とに、加熱炉の温度を最適な値に設定する。またリフロ
ーのための加熱方法は例えば熱風循環炉中に条などの被
めっき物を連続的に入れて行なう。このような温度管理
及び加熱方法にリフロープロセスを制御することを前提
とすると、被めっき物の温度が３００℃を越える場合に
はめっきが外観が光沢にならず白く曇ったり、あるいは
クレーター状のめっき濡れ不良（はじき）が発生する。
同様に、第２層の比較的低融点で最初に溶融される錫め
っきが溶融を開始してから急冷するまで時間が５秒を越
える場合は、めっきはじきが発生する。このようにリフ
ロー後のめっきにはじきが発生したものは、はんだ付け
性が著しく悪い。したがって、リフローする際の被めっ
き物の温度は３００℃以下でしかも錫めっき皮膜が溶融
を開始してから急冷を行うまでの時間を５秒以内にする
ことが好ましい。

【００１０】

【作用】本発明方法では、第１層及び第２層のめっき
厚みを変えることにより、任意の合金皮膜組成を安定し
て得ることができる；第１層及び第２層はそれぞれ純
ビスマス及び純錫の電気めっきであり、合金めっきに比
較するとめっきが容易である；アノードとしてビスマ
スアノードまたは錫アノードが使用できるので、めっき
中にこれらの金属塩を浴に補給する必要がない；めっ
き液のコストは従来のはんだ合金電気めっき液に比較す
ると安く、液の調整や管理も簡単であるなどが挙げられ
る。

【００１１】

【実施例】次に本発明の効果を実施例に基づいて具体的
に説明する。厚み０．２ｍｍのりん青銅（ＪＩＳ Ｃ
５１９１）の板を脱脂、酸洗した後に、厚み０．５μｍ
の銅下地めっきを施し、続いて表１及び表２に示すめっ
き液とめっき条件で、ビスマス（第１層）及び錫めっき
（第２層）を行った。めっきを行うにあたり、第１層と
第２層のめっき時間をかえてめっき厚みの異なる試料を
作製した。さらに、リフローする際の被めっき物温度と
加熱時間（リフロー時間）を変えた試料も作製した。評
価に使用した錫−ビスマスはんだ合金めっき層製造条件
を表３に示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】

【表２】

【００１４】めっき試料の評価としては、めっき外観と
はんだ付け性の評価を行った。外観評価は目視で行い、
はんだ付け性評価は、ロジンエタノールフラックスを使
用してメニスコグラフ法で行った。耐熱剥離性は、めっ
き材を大気中１０５℃で１６８時間加熱し、試料を９０
度曲げた後再び水平に戻し、曲げた箇所を観察して剥離
の有無を確認した。評価結果を表３に示す。

【００１５】

【表３】 備考 めっき外観：◎−光沢外観，○：半光沢，×：無光沢またははじき発生 リフロー時間：錫めっきの溶融開始から急冷までの時間（秒） 加熱とはんだ付け性：◎：濡れ時間１〜２秒，○：濡れ時間，×：はんだ塗 れない。加熱：大気中にて１５５℃、１６時間加熱を行い、その前後ではんだ付 性を◎，○，×で評価した。 耐熱剥離性：◎−剥離なし，○：一部剥離，×：完全に剥離

【００１６】表３のリフロー時間の起算時点である錫め
っき層の溶融は目視により測定した。また、光沢は鏡面
状のものを光沢、すりガラス状のものを半光沢、これ以
外を無光沢と判定した。表３の実施例１、２は本発明の
内容に従って製造しためっき試料を評価した結果であ
り、いずれもめっき外観は良くはんだ付け性も良好であ
った。比較例３は第１層を錫（Ｓｎ）めっき、第２層を
ビスマス（Ｂｉ）めっきと本発明の逆のめっき構造にし
たものであるが、この場合にはめっき外観とはんだ付け
性が悪くなった。比較例４は錫のめっき厚みをビスマス
の１．５倍未満に設定したものが、この場合にははんだ
付け性が悪くなった。比較例５は被めっき物温度が３０
０℃をこえる場合であり、めっき外観とはんだ付け性が
悪い。比較例６は錫めっき溶融開始から急冷までの時間
が５秒をこえる場合であり、めっき外観とはんだ付け性
が悪い。耐熱剥離性は、実施例１、２ではめっき皮膜は
剥離しなかったが、比較例３〜６ではすべて剥離した。

【００１７】

【発明の効果】以上記述したように、本発明のめっき方
法によれば、外観とはんだ付け性が良好な錫−ビスマス
はんだ合金めっき層を簡易に得ることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 錫−ビスマスはんだ合金めっき層の形成
   方法において、下地めっきを施したまたは下地めっきを
   施さない被めっき物に、まず第１層のビスマス層をめっ
   きし、次にこのビスマス層の上に第２層の錫層を第１層
   のビスマスめっきの厚みの１．５倍以上の厚みでめっき
   し、続いて第１および第２層のめっきをリフローするこ
   とを特徴とする錫−ビスマスはんだ合金めっき層の形成
   方法。
2. 【請求項２】 被めっき物の温度を３００℃以下として
   リフローを行い、かつ前記錫めっき層が溶融を開始して
   ５秒以内に被めっき物を急冷することを特徴とする請求
   項１記載の錫−ビスマスはんだ合金めっき層の形成方
   法。