JPH11350190A - 電気・電子部品用材料とその製造方法、その材料を用いた電気・電子部品 - Google Patents

電気・電子部品用材料とその製造方法、その材料を用いた電気・電子部品

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JPH11350190A
JPH11350190A JP15506098A JP15506098A JPH11350190A JP H11350190 A JPH11350190 A JP H11350190A JP 15506098 A JP15506098 A JP 15506098A JP 15506098 A JP15506098 A JP 15506098A JP H11350190 A JPH11350190 A JP H11350190A
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electric
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plating bath
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Toshio Tani
俊夫 谷
Morimasa Tanimoto
守正 谷本
Hitoshi Tanaka
仁志 田中
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐熱性に優れ、はんだと接合したときにその
接合部における接合強度の劣化が少なく、また表面酸化
も起こしづらい電気・電子部品用材料、とりわけリード
材料やコンタクト材料として有用な材料とその製造方
法、その材料を用いた電気・電子部品を提供する。 【解決手段】 この材料は、少なくとも表面がCuまた
はCu合金から成る基体1の表面に、Cu3Sn(ε
相)層2aとCu6Sn5(η’相)層2bとがこの順序
で積層されて成る中間層2を介して、いずれもAg3
n(ε相)化合物を含有する厚み0.5〜20μmのS
n層または含Sn合金層から成る表面層が形成されてお
り、この材料は、いずれもAgイオンを0.2〜100
00ppm含有するSnめっき浴またはSn合金めっき浴
の中で、少なくとも表面がCuまたはCu合金から成る
基体に電気めっきを行って製造される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電気・電子機器部品
用材料とその製造方法、およびその材料を用いた電気・
電子部品に関し、更に詳しくは、各種半導体装置用のリ
ード材料や、端子,コネクタ,スイッチなどのコンタク
ト材料として用いて好適な材料とそれを製造する方法、
並びにその材料を用いた電気・電子部品に関する。
【0002】
【従来の技術】各種の電気・電子機器に組み込まれる部
品の材料としては、従来から、CuまたはCu合金が広
く用いられている。すなわち、その用途は個別半導体や
ICパッケージのリード線やリードピン、またはリード
フレームなどのリード材料を代表例とし、更にはソケッ
ト類やコネクタ,スイッチの端子や接点ばねなどのコン
タクト材料にも及んでいる。これらの用途は、Cuまた
はCu合金が、導電性,熱伝導性が優れているととも
に、機械的な強度や加工性の点でも優れ、また経済的に
も有利であるという性質を利用したものである。
【0003】とりわけ、半導体パッケージのリード材料
に関しては、各種合金設計のCu合金が開発されてい
る。そして、それらは、端子や接点ばねなどのコンタク
ト材料の分野でも応用されるようになっている。
【0004】上記したリード材料としては、従来から、
コバール合金や42アロイに代表されるFe−Ni系合
金,Fe−C系合金などのFe系材料も使用されてい
る。このFe系材料は、前記したCu合金に比べると、
熱伝導性や導電性は劣るものの、機械的な強度が高く、
また熱膨張率がSiチップやパッケージの封止樹脂のそ
れに近似しているので、その表面に厚み数十μm程度の
Cuめっきを施して導電性とはんだ濡れ性を高めた状態
にしてダイオードやコンデンサなどのリード線として用
いられている。
【0005】また、従来、Cu系材料はその機械的な強
度の点で問題を有していたが、最近では強度特性も向上
したCu合金が開発されている。例えば、NiとSiを
少量含有せしめて、それらをNi2Siなどの形態で析
出させた析出強化型のCu合金が知られている。そし
て、このCu合金は、スタンピング性や応力緩和特性が
優れているので、リード材料の外に,端子やコネクタの
コンタクト材料としても使用されはじめている。
【0006】そして、上記した部品材料の場合、その表
面には、めっきに代表される表面処理を施すことにより
材料機能の信頼性を高めて実使用するということが行わ
れている。
【0007】例えば、はんだ付けによってプリント基板
に部品を実装するときに用いるリード材料の場合、その
表面にSnめっきまたはSn合金めっきを施してはんだ
付け性を高めるという処置が採られている。具体的に
は、半導体パッケージを組み立てたのちリードフレーム
のアウターリード部に例えばSn−Pb合金を用いて外
装はんだめっきを施したり、個別半導体やコンデンサの
リード線にも予めSnめっきやSn−Pb合金めっきを
施し、更に加熱してリフロー処理を行うこともある。
【0008】更には、CuまたはCu合金から成る材料
の場合、その表面にSnまたはSn合金のめっきを施す
と、得られた材料は前記した特性の外に耐食性,耐摩耗
性も優れ、しかも経済的に有利であるということから、
リード材料の外に各種端子やコネクタなどの材料として
も多用されている。そして、表面光沢が必要とされる用
途分野では、SnまたはSn合金の光沢めっきを施した
ものや、更にはリフロー処理を施したものが使用され、
とくにリフロー処理を施したものは、耐ウイスカー性や
耐熱性も優れているので、厳しい温度環境で使用される
部品の材料として賞用されはじめている。
【0009】例えば、電装品が広く搭載されるようにな
ってきている自動車関連の分野では、組み込まれる端子
やコネクタなどのコンタクト材料は、エンジンルーム内
をはじめとして、温度100〜170℃程度の高温環境
に曝されることになる。従来、このような分野では、黄
銅やリン青銅の基体の表面にSnめっきやはんだなどの
Sn合金めっきを施した材料が主として使用されてきて
いるが、厳しい使用環境に対しては必ずしも満足すべき
性能ではないということで、強度特性の向上と応力緩和
特性の改善を目的として前記したNiとSiを含有する
Cu合金にSnめっきを施したのちリフロー処理を行っ
た材料が使用されはじめている。
【0010】ところで、CuまたはCu合金の表面にS
nめっきを施した材料の場合には次のような問題があ
る。
【0011】まず、形成されたSnめっき層にはSnの
ウイスカーが発生しやすく、部品実装したときに短絡事
故を引き起こすことの可能性があるということである。
また、Snの融点は232℃であるため、例えばその材
料部品を回路基板にはんだ付けして実装する場合、基板
材料(樹脂)はそれ以上の耐熱性を備えることが必要に
なると同時に、Snそれ自体が酸化されてはんだ付け性
の劣化が起こりやすくなるということである。
【0012】また、コンデンサ用リード線の場合は、溶
接対象の例えばアルミ線との溶接部の肉盛りを行うた
め、めっき層の厚みを厚肉化しているが、そのようなリ
ード線に前記リフロー処理を行うと、処理後に凝固して
形成されたSnめっき層の偏肉が大きくなるという問題
がある。
【0013】上記したウイスカーの発生という問題はリ
フロー処理を施すことによって略防止することができ、
まためっき層の材料としてSn合金を用いればかなり抑
制することが可能である。このようなSn合金の代表例
ははんだ(Sn−Pb合金)であり、従来から広く用い
られている。
【0014】しかしながら、はんだに含まれているPb
は人体に悪影響を与える虞があるとのことから、今後
は、その優れた性質を備えているにもかかわらず使用が
敬遠されようとしている。そして、Pbを含有しないS
n合金、具体的には、Sn−Ag系,Sn−Bi系,S
n−In系,Sn−Zn系のものへの移行が検討されて
いる。
【0015】しかしながら、これらのSn合金でめっき
層を形成した材料には次のような問題がある。
【0016】まず、これら合金の融点が比較的高温であ
ったり、低温であったりする点であり、あるいは、例え
ば半導体パッケージの組み立て時における加熱工程の熱
で、基体表面の構成材料であるCuなどがこのSn合金
めっき層の表層部に熱拡散してきて、当該Sn合金めっ
き層のはんだ付け性が劣化するという問題である。
【0017】更には、例えば前記したコンデンサリード
の場合、アルミ線と溶接する際に、溶接部の温度は瞬間
的には2000℃近辺の温度になるため、当該溶接部の
近傍では、Sn合金めっき層内のZn,Bi,Inなど
の元素が瞬時にして気化し、その結果、溶接部にはブロ
ーホールが発生し、その溶接強度が低下するという問題
も発生する。しかも、溶接部では、基体表面からCuな
どが熱拡散してリード材の表面にCu−Sn系化合物層
などが形成されることにより、表面の変色とはんだ付け
性の劣化も起こり得る。
【0018】なお、Pbを含まないSn合金として例示
した前記合金のうち、Sn−Ag系,Sn−In系のも
のは上記の問題に加えて高価であるという問題がある。
【0019】そして、Sn−Bi系のものは、耐熱性に
劣り、基体表面へのBiの熱拡散を起こしやすく、また
曲げ加工性にも劣るのでめっき層にクラッドが発生しや
すく、更には、はんだ付け後に形成された接合部ではそ
の接合強度が経時的に低下するという問題がある。また
Sn−Zn系のものは、表面酸化を起こしやすく、大気
中におけるはんだ濡れ性が悪いということに加えて、Z
nは熱拡散を起こしやすいので、Sn−Bi系のものと
同じように、やはりはんだ付け後の接合部の接合強度は
経時的に低下する。このように、PbフリーのSn合金
にも多くの課題がある。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】ところで最近、電気・
電子機器の小型化,軽量化,多機能化の進展に伴い、そ
れらに組み込まれる回路基板への半導体素子の実装密度
も高まっている。この高密度実装化は不可避的に実装基
板からの放熱量を増大させ、また電気・電子機器の放熱
量を増加させることになる。
【0021】そのため、前記したリード材料やコンタク
ト材料などに対しては、従来にもましてその耐熱性を高
めることが必要とされるようになっている。しかしなが
ら、最近では、前記したように、CuまたはCu合金の
基体にSnまたはSn合金のめっきを施した材料は、上
記した要求に充分対処し得ていないという指摘がなされ
ている。
【0022】すなわち、リード材料の場合、部品実装後
における部品リードとはんだとの接合部の高温エージン
グ、または部品リードと実装基板の電極との間でヒート
サイクル状態において接合信頼性が低下するという問題
である。換言すれば、最近の高密度実装基板が組み込ま
れている電子機器では、放熱量と前記機器の温度上昇が
大きいので、前記したSnまたはSn合金めっきを施し
たリード材料では、充分な接合信頼性が得られないとい
うケースが多発している。
【0023】また、コンタクト材料の場合、高温環境下
で使用したときに、基体表面のCu成分と表面層のSn
成分との相互熱拡散による合金化やCu成分が表面層の
表層部に拡散して酸化することに基づく接触抵抗の上昇
が起こり、もって相手材との接続信頼性が低下するとい
う問題が指摘されている。
【0024】本発明は、CuまたはCu合金を基体と
し、その表面にSnまたはSn合金めっきが施されてい
る従来の材料における上記した問題を解決し、Pbの悪
影響が排除されていることは勿論のこと、はんだ付け性
に優れ、はんだ付け後に形成された接合部の接合強度が
高いと同時に、その接合強度の高温下における経時的な
低下も起こりづらいのでリード材料として好適であり、
また高温環境下で使用したときでも接触抵抗の上昇が抑
制され、相手材との間で接続信頼性の低下を招くことも
ないのでコンタクト材料としても好適な電気・電子部品
用材料とその製造方法、およびその材料を用いた電気・
電子部品の提供を目的とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、少なくとも表面がCuまた
はCu合金から成る基体の前記表面に、Cu3Sn(ε
相)層とCu6Sn5(η’相)層とがこの順序で積層さ
れて成る中間層を介して、いずれもCu含有量が0.1
〜3重量%である厚み1〜20μmのSn層またはSn
合金層から成る表面層が形成されていることを特徴とす
る電気・電子部品用材料が提供される。
【0026】好ましくは、前記Ag3Sn(ε相)化合
物の含有量が、Ag換算量にして0.5〜5重量%であ
り、また、前記表面層は、Ag3Sn(ε相)化合物を
含有する厚み0.5〜5μmの上層部とAg3Sn(ε
相)化合物を含有しない下層部とから成り、前記Sn層
またはSn合金層には、更に、Cuが0.1〜3重量%
含有されており、そしてまた、前記表面層がリフロー処
理された相である電気・電子部品用材料が提供される。
また、本発明においては、上記した材料を用いた電気・
電子部品が提供される。
【0027】更に、本発明においては、いずれもAgイ
オンを0.2〜10000ppm含有するSnめっき浴ま
たはSn合金めっき浴の中で、少なくとも表面がCuま
たはCu合金から成る基体に電気めっきを行うことを特
徴とする電気・電子部品用材料の製造方法(以下、第1
の製造方法という)が提供され、更には、a:Snめっ
き浴またはSn合金めっき浴、b:いずれもAgイオン
を0.2〜10000ppm含有するSnめっき浴または
Sn合金めっき浴、c:Agめっき浴の2種以上を用い
て、少なくとも表面がCuまたはCu合金から成る基体
に複層電気めっきを行うことを特徴とする電気・電子部
品用材料の製造方法(以下、第2の製造方法という)が
提供される。
【0028】好ましくは、前記Snめっき浴もしくは前
記Sn合金めっき浴、またはAgめっき浴の一部または
全部には、更に、Cuイオンが0.2〜50ppm含有され
ており、また電気めっき後には加熱処理またはフロー処
理が施される電気・電子部品用材料の製造方法が提供さ
れる。
【0029】
【発明の実施の形態】図1は本発明の材料Aを示す断面
図である。この材料Aは、基体1の表面に、Cu3Sn
(ε相)から成る層2aとCu6Sn5(η’相)から成
る層2bとがこの順序で積層されている中間層2を介し
て、後述するSn層またはSn合金層が表面層3として
形成された層構造になっている。
【0030】ここで、材料Aにおける基体1としては、
少なくともその表面がCuまたはCu合金で形成されて
いるものであれば何であってもよい。例えば、Cuまた
はCu合金材そのものや、炭素鋼,Fe−Ni系合金、
Fe−Ni−Co系合金,ステンレス鋼などのFe系材
料を芯材とし、その表面をCuまたはCu合金で被覆し
たものなどをあげることができる。後者の基体の場合、
目的とする部品の用途に求められる機械的な強度や導電
性との関係を勘案して芯材とその表面に形成するCuま
たはCu合金、とりわけCu合金の種類は適宜に選定さ
れる。
【0031】また、基体1の形状も、部品としての用途
目的や後述する表面層形成方法に対応して、線状,板
状、条など適宜に選定される。
【0032】材料Aは、上記した基体1の表面に中間層
2が形成され、更にその上に表面層3が形成された材料
である。
【0033】この表面層3は、Ag3Sn(ε相)化合
物を含有するSn層またはSn合金層で構成されてい
る。
【0034】上記したAg3Sn(ε相)化合物は、S
n層またはSn合金層内で非常に安定な状態にあり、少
なくとも室温付近の温度レベルでは表面層内を拡散移動
することはない。そしてこのAg3Sn(ε相)化合物
は、Sn層またはSn合金層のクリープ特性を含む耐熱
性を向上せしめ、また同時に、表面層3の主成分である
Snと基体表面の主成分であるCuや表面層の他の元素
との間における相互拡散速度を低下せしめて両者の合金
化を抑制する機能を発揮するものと考えられる。
【0035】そのため、この材料Aをリード材料として
使用した場合、例えばプリント基板にはんだを用いて接
合したときに、Ag3Sn(ε相)化合物を含有しない
Sn層またはSn合金層で表面層が形成されているリー
ド材料の場合に比べてはんだ接合部における接合強度は
高くなり、また接合部における接合強度の経時低下は小
さくなって接合信頼性は向上する。
【0036】また、この材料Aをコンタクト材料として
使用した場合、表面層3の耐熱性が向上しており、ま
た、基体表面から表面層の表層部に向かうCuの熱拡散
も抑制された状態になっているので、表面層3の表面酸
化も起こりづらくなって接触抵抗の上昇は抑制され、相
手材との接続信頼性の低下という問題も発生しにくい。
【0037】表面層3に含有されているAg3Sn(ε
相)化合物の上記した働きは、その含有量が、Ag換算
量にして0.5重量%以上から有効に発揮される。そし
て、含有量が増量すればするほど表面層3の耐熱性は向
上していくが、Sn−Ag系合金における共晶組成であ
るSn−3.5%AgのAg量に相当する含有量を超え
ると、表面層3を構成するSn層やSn合金層の液相線
は急激に上昇してしまう。そのため、Ag3Sn(ε
相)化合物の含有量は、表面層3がSnの融点(232
℃)を超えない程度の耐熱性を付与する含有量であるこ
とが好ましく、具体的には、Ag3Sn(ε相)化合物
の含有量の上限は、Ag換算量にして5重量%程度に設
定される。このときには、材料の曲げ加工性も良好であ
り、それほどコスト高にもならず、材料素材としては工
業的にバランスがとれているからである。
【0038】また、表面層3を構成するSn層またはS
n合金層には、更に、Cuを0.1〜3重量%含有せし
めると、表面層3のクリープ特性を含む耐熱特性はなお
一層向上し、またその表面層3の主成分であるSnと基
体1の表面成分であるCuや表面層の他の元素との間に
おける相互拡散速度がなお一層低下して両者の合金化が
抑制されるため、リード材料として用いた場合には、は
んだ接合部における接合信頼性は更に向上し、またコン
タクト材料として用いた場合には、接触抵抗の上昇はな
お一層起こりづらくなって相手材との接続信頼性は更に
向上する。
【0039】しかしながら、Cu含有量が0.1重量%
より少なくなると、上記した効果は発現しなくなり、ま
た3重量%より多くなると、表面層3の構成材料の液相
線が過度に高くなり、例えば、均一リフロー性の低下を
はじめ、表面層3ではCu酸化の進展に基づくはんだ濡
れ性の低下や耐食性の低下が起こりやすくなる。
【0040】なお、上記した表面層3におけるAg3
n(ε相)化合物のAgとしての含有量やCuの含有量
は、電子線マイクロアナライザのZAF補正法によって
定量分析することができ、Ag3SnやCu3Sn,Cu
6Sn5の化合物の存在はX線回析法によって知ることが
できる。
【0041】この表面層3がSn合金層で形成される場
合、母相であるSn合金としては、前記したSn−Bi
系,Sn−In系,Sn−Zn系などを用いることがで
きる。その場合、Sn−Zn系は低価格ではあるが、Z
nの拡散速度は大きく、はんだ接合部における接合強度
の経時低下が大きくなるので高い接合信頼性が得にくい
ということや、また耐食性も劣るという点で難があり、
Sn−In系は高価であり、用途は限定されてしまうと
いう問題がある。このようなことから、Sn合金層の母
相であるSn合金としては、Sn−Bi系であることが
好ましい。
【0042】Sn−Bi系を採用する場合、Bi含有量
は1〜10重量%であるものが好ましい。1重量%より
少ない場合は、融点はあまり低下せず、また10重量%
より多くなると、融点が低くなりすぎることと、皮膜が
脆くなり、かつ曲げ加工性にも劣るようになるからであ
る。
【0043】なお、Ag,Biの含有量が概ね20重量
%以下であるSn合金であれば、例えばコンデンサリー
ドに用いたときに、アルミ線との溶接時においてもブロ
ーホールの発生を防止することができる。
【0044】この表面層3の厚みは0.5〜20μmに
設定される。この厚みが0.5μmより薄くなると耐熱
性が低くなり、例えば加熱処理やリフロー処理したとき
に、基体1の表面成分であるCuとの間で相互拡散に基
づく合金化が進行してはんだ濡れ性の低下傾向が発現
し、また20μmより厚くしても、前記した各種効果の
発現は飽和に達し、徒に製造コストの上昇を招くだけに
なるからである。
【0045】この表面層3と基体1の表面の間に介在す
る中間層2は、両者間における密着性を確保するという
働きをする。
【0046】この中間層2は、基体1側に位置するCu
3Sn(ε相)層2aと表面層3側に位置するCu6Sn
5(η’相)層2bとの積層構造になっている。
【0047】これらの層は、基体表面の主成分であるC
uと表面層の主成分であるSnとの相互拡散によって形
成される層であり、例えば、基体表面に表面層をめっき
形成した直後から、またはリフロー処理のような熱処理
を施すことによって容易に形成することができる。
【0048】これらの層は、基体表面側ではCuリッチ
の相になって基体表面との密着性の確保に寄与し、また
表面層側ではSnリッチな相になって表面層との密着性
の確保に寄与し、両層2a,2bの界面では2つの相が
混在する状態になることにより、全体で基体表面と表面
層との密着性を確保しているのである。この層2a,2
bの厚みは極めて薄く、表面層3の厚みが最大の20μ
mであったとした場合には、通常、Cu3Sn層2aは
0.01〜0.5μm,Cu6Sn5層2bは0.3〜5
μm程度である。ただし、更に熱処理を加えた場合には
この限りではない。
【0049】この材料Aは第1の製造方法で製造され
る。
【0050】すなわち、第1の製造方法においては、A
gイオンを0.2〜10000ppm含有するSnめっき
浴、またはAgイオンを0.2〜10000ppm含有す
るSn合金めっき浴に前記した基体を浸漬し、電気めっ
きを行えばよい。
【0051】一般に、Agの析出電位はSnのそれより
も貴であるので、めっき浴におけるAgイオンの含有量
が少ないにもかかわらず、基体表面に電析しためっき層
においては、Agが数%程度のAg共析Snめっき層に
なる。このめっき層におけるAg3Sn(ε相)の生成
量を前記した0.5〜5重量%(Ag換算量)の範囲内
におさめるためには、用いるめっき浴におけるAg濃度
を0.2〜10000ppmにすることが必要になる。
【0052】このとき、めっき浴に更にCuイオンを含
有せしめると、このCuが基体表面に電折しためっき層
(Ag−Sn合金層)に共折し、Ag−Sn合金だけの
場合よりも耐熱性が一層優れためっき層になる。このめ
っき層におけるCu含有量を、前記したように、0.1
〜3重量%の範囲に制御するためには、用いるめっき浴
におけるCuイオンの濃度を0.2〜50ppmに制御する
ことが必要になる。
【0053】このようにして製造された材料Aに対して
加熱処理またはリフロー処理を施すと、例えば表面層が
Snを主体とする層で形成される場合に発生することも
あるウイスカーの存在を解消することができるだけでは
なく、表面層3と基体1の表面間におけるSnとCuの
拡散速度が低下して、はんだ接合部における接合信頼性
を高め、また接触抵抗の上昇を更に有効に抑制すること
ができるので好適である。
【0054】図2は本発明の別の材料Bを示す断面図で
ある。
【0055】この材料Bは、表面層3’が前記した材料
Aの場合と異なり、表面層がSn層やSn合金層単独で
構成されているのではなく、厚み方向に、次に説明する
ような各種の層が積層している層構造になっている材料
である。その層構造において、前記各種の層の界面は、
判然としている場合もあり、また界面が各層の成分の相
互拡散によって判然としていない場合もある。
【0056】このような層構造としては、例えば次のよ
うなものをあげることができる。
【0057】i)表面層3’の下層部3’bはAg3
n(ε相)化合物を含有しないSnまたはSn合金から
成り、上層部3’aはAg3Sn(ε相)化合物を含有
するSnまたはSn合金から成る層; ii)表面層3’の下層部3’bはAg3Sn(ε相)化
合物を含有するSnまたはSn合金から成り、上層部
3’aは、Ag3Sn(ε相)化合物を含有しないSn
またはSn合金から成る層;などである。
【0058】材料Bの場合、表面層3’が上記した層構
造i),ii)のいずれになっていても、表面層3’の全
体におけるAg3Sn(ε相)化合物の含有量は,Ag
換算量にして0.5〜5重量%であることが好ましい。
【0059】材料Bは、部品材料をはんだでプリント基
板に実装したときに、はんだ接合部における接合強度の
経時低下が材料Aの場合に比べると少なくなり、例えば
リード材料として用いた場合には接合信頼性が更に向上
する。また、Ag3Sn(ε相)化合物の働きにより、
基体表面のCu成分が表面層3’の表層部へ拡散して酸
化するという事態が抑制されるので、例えばコンタクト
材料として用いた場合には相手材との接続信頼性は一層
向上する。
【0060】また、表面層3’が層構造i),ii)にな
っていると、材料としての曲げ加工性は更に向上し、基
体1との剥離は一層起こりづらくなり、また製造コスト
を低減できるという点で有利である。
【0061】とくに、この材料Bの場合、加熱処理また
はリフロー処理を施したり、またアルミ線に溶接したと
きに、そのときの熱で上記した層構造が融合してAg
や、例えばBiのような他の元素などが希釈された状態
になるので、はんだ接合時にはその接合部の強度低下は
抑制され、例えば断線防止という点で好適である。
【0062】この表面層3’は、第2の製造方法によっ
て基体表面に形成することができる。それを以下に説明
する。例えば、前記したi)の層構造を製造する場合に
は、Agイオンを含有しないSnめっき浴またはSn合
金めっき浴に基体を浸漬して電気めっきを行って、基体
の表面に、Ag3Sn(ε相)化合物を含有しないSn
めっき層またはSn合金めっき層を形成する。ついで、
Agイオンを含有するSnめっき浴またはSn合金めっ
き浴、あるいはAgめっき浴を用いて電気めっきを行
い、Ag3Sn(ε相)化合物を含有するSnめっき層
またはSn合金めっき層を形成し、ここに、目的とする
表面層3’が得られる。
【0063】そして、全体の電気めっきが終了したのち
に、得られた材料に加熱処理やリフロー処理を施すと、
各めっき層間では合金の各成分が相互拡散して、より密
着性の高い表面層3’に転化する。
【0064】ii)の層構造を製造する場合には、i)の
層構造の場合とは逆に、Agイオンを含有するSnめっ
き浴またはSn合金めっき浴、あるいはAgめっき浴で
下層部3’bを形成し、ついでその上に、Agイオンを
含有しないSnめっき浴またはSn合金めっき浴で上層
部3’aを形成すればよい。そして、全体に加熱処理や
リフロー処理を施して各めっき層間で合金成分の相互拡
散を行わせることにより、目的とする表面層3’を形成
すればよい。
【0065】上記したi)の層構造の場合、Snまたは
Sn合金層に貴なAgを含有するめっきを施すので、A
gの置換析出による表面ムラに基づく変色が起こりやす
い。このようなことを考えると、層構造としてはii)の
層構造になっていることが好ましい。
【0066】
【実施例】実施例1〜14,比較例1〜7 厚み0.35mmのタフピッチ銅板を、カソード脱脂槽,
酸洗槽,めっき槽に順次走行せしめて、第1の製造方法
により、表1、表2で示しためっき層が表面層3として
形成されている材料Aの層構造を有する材料を製造し
た。
【0067】なお、Agめっき浴としては、ダインシル
バーAG−PL30(商品名、大和化成(株)製)を用
い、Sn−Agめっき浴としては、エバソルダ浴(商品
名、荏原ユージライト(株)製)を用いた。また、Cu
イオンを含有せしめてめっきする事例も行った。
【0068】各材料の一部については表1で示した条件
の加熱処理またはリフロー処理を行った。また、表面層
3に対しては、アノード溶解法を適用し、そのときの溶
解電位と溶解電気量からそれぞれの厚みを実測した。な
お、表面層の組成は、電子線マイクロアナライザのZA
F補正法で定量分析した。そして、X線回折法により、
タフピッチ銅と表面層との界面におけるCu3Sn(ε
相)層とCu6Sn5(η’相)層の有無を観察した。
【0069】得られた材料を25mm角に切り出し、その
試片に、直径3mmの銅被覆鋼線をはんだで接合した。は
んだとしては、Sn−37%Pbの共晶はんだと、Sn
−3.5%Agの共晶はんだの2種類をそれぞれ用い
た。また、はんだ接合部の大きさは直径6mmと一定にし
た。
【0070】ついで、室温下において、各試料と銅被覆
鋼線とのプル強度(T0)を測定した。そして、はんだ
接合材料を大気中において温度150℃で500時間の
エージングを行って劣化促進処理を施し、そのときの各
試料と銅被覆鋼線とのプル強度(T1)を測定し、(T0
−T1)×100/T0を算出してはんだ接合部における
接合強度の劣化率(%)とした。
【0071】以上の結果を一括して表1と表2に示し
た。
【0072】
【表1】
【0073】
【表2】
【0074】実施例15〜21 表3で示した第1のめっき浴と第2のめっき浴をこの順
序で用いて、第2の製造方法により、実施例1〜14で
用いたタフピッチ銅板の表面に表3で示した層構造のめ
っき層を形成した。そして、それら材料を用いて実施例
1〜14と同様にしてはんだ接合材を製造し、接合強度
の劣化率を算出した。その結果を表3に示した。
【0075】
【表3】
【0076】実施例22〜30,比較例8〜11 直径0.5mmの銅被覆鋼線とカソード脱脂槽,酸洗槽,
めっき槽に順次走行せしめて表4、表5で示した表面層
を形成した。なお、表4、表5中で示したSn−Biめ
っき浴としては、ソフトアロイLM(商品名、上村工業
(株)製)を用いた。
【0077】ついで、直径1.2mmのスルーホールの周
囲に外径3mmのCuパッドが形成されているプリント回
路基板の前記スルーホールに各リード線を挿入し、フラ
ックスを塗布したのち、温度250℃のディップ式はん
だ槽にプリント回路基板を3秒間浸漬してから引き上
げ、そのまま自然放冷した。
【0078】なお、はんだとしては、実施例1〜14と
同じ2種類のものを用いた。
【0079】この材料におけるCuパッドと銅被覆鋼線
との接合強度の劣化率を実施例1〜14と同様に算出し
た。その結果を表4、表5に示した。
【0080】
【表4】
【0081】
【表5】
【0082】実施例31 実施例7〜9,実施例17,21および比較例1,4,
5の計8種類の材料各10個につき、100g荷重を印
加した状態でAgプローブを用いた10mAの通電条件下
における接触抵抗を測定した。また、各材料を大気中に
おいて温度150℃で100時間保持する熱処理を施し
たのちの接触抵抗を同様にして測定した。その結果を平
均値で表6に示した。
【0083】
【表6】
【0084】実施例32 厚み0.4mmの黄銅板(Cu−30%Zn)に厚み0.3
μmの光沢Cuめっきを施した。
【0085】この黄銅板に、実施例1〜10,実施例1
5〜18,比較例6,7の各材料を製造したときと同様
の方法で表面層を形成した。
【0086】ついで、得られた各材料を、温度100
℃,相対湿度80%の大気中に100時間曝露したの
ち、大気中において温度50℃の恒温槽に2000時間
保持した。処理後の各材料の表面を顕微鏡で観察し、ウ
イスカーや隆起物発生の有無を調べた。結果を表7に示
した。表中、○印はウイスカーなどの発生なし、×印は
若干の発生有りを示す。
【0087】
【表7】
【0088】以上の結果から次のことが明らかである。
【0089】(1)表1における各実施例と比較例4〜
7を対比して明らかなように、表面層にAg3Sn(ε
相)化合物が含有されている材料は、はんだ接合部にお
ける接合強度の劣化率は小さく接合信頼性の高い材料に
なっている。
【0090】その場合、実施例1〜6で明らかなよう
に、表面層におけるAg3Sn(ε相)化合物の含有量
が多くなるほど接合強度の劣化率は小さくなっている。
また、同じ実施例の中でも、表面層の厚みが薄いもの
は、その接合強度の劣化率が傾向として大きくなってお
り、厚いものは接合強度の劣化率は小さくなっている。
しかし、この厚みを厚くしすぎると効果は飽和状態に達
し経済的にも不利になるので、表面層の厚みは0.5〜
20μmに設定すべきである。
【0091】また、実施例1と実施例12を対比して明
らかなように、表面層の厚みは同じであっても、実施例
12のように表面層にCuを含有せしめると、接合強度
の劣化率が大幅に小さくなる。すなわち、Cuを含有せ
しめることの有効性が明らかとなっている。しかしなが
ら、比較例3の場合のように、Cu含有量を3重量%以
上にすると、はんだ接合は不均一になってしまうため、
Cu含有量の上限は3重量%に規制することが好まし
い。
【0092】(2)表3、表4、表5から明らかなよう
に、基体表面にSn層とSn−Ag層から成る2層構造
のめっき層を表面層として形成した材料(実施例15,
16)も、接合強度の劣化率は小さくなっている。ま
た、基体表面に、Sn層とAg層との2層構造のめっき
層を形成すると、SnとAgが相互拡散して1層の表面
層となり、この場合も接合強度の劣化率は小さくなって
いる。また、めっき時にCuを含有せしめ、それにリフ
ロー処理を施しても1層構造の表面層が形成され、その
場合の接合強度の劣化率も小さくなっている。
【0093】(3)表6から明らかなように、表面層に
Ag3Sn(ε相)化合物が含有されている材料は、加
熱エージングを行っても、その接触抵抗は10mΩ未満
である。しかしながら、表面層にAg3Sn(ε相)化
合物が含有されていても、その厚みが0.4μmである
比較例1の材料の場合は、加熱劣化を起こしている。こ
のようなことから、表面層の厚みは0.5μm以上に設
定すべきことがわかる。
【0094】(4)表7から明らかなように、表面層の
形成方法が異なっていても、表面層に所定量のAg3
n(ε相)化合物が含有されている場合は、ウイスカー
ばかりではなく隆起物の発生も起こらず、高い耐ウイス
カー性を備えている。
【0095】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
材料は、Sn層またはSn合金層にPbを含まないので
環境に悪影響を及ぼすことはなく、また、はんだ付けし
たときの接合部における接合強度の劣化は小さく、耐熱
性に優れた材料になっている。したがって、この材料
は、各種の電気・電子部品用の材料とりわけ半導体装置
に用いるリード材料や、端子,コネクタ,スイッチなど
のコンタクト材料、およびそれらを用いた電気・電子部
品としてもその工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の材料Aの層構造を示す断面図である。
【図2】本発明の別の材料Bの層構造を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 基体 2 中間層 2a Cu3Sn(ε相)層 2b Cu6Sn5(η’相)層 3,3’ 表面層 3’a 表面層3の上層部 3’b 表面層3の下層部

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも表面がCuまたはCu合金か
    ら成る基体の前記表面に、Cu3Sn(ε相)層とCu6
    Sn5(η’相)層とがこの順序で積層されて成る中間
    層を介して、いずれもAg3Sn(ε相)化合物を含有
    する厚み0.5〜20μmのSn層またはSn合金層か
    ら成る表面層が形成されていることを特徴とする電気・
    電子部品用材料。
  2. 【請求項2】 前記Ag3Sn(ε相)化合物の含有量
    が、Ag換算量にして0.5〜5重量%である請求項1
    の電気・電子部品用材料。
  3. 【請求項3】 前記表面層は、Ag3Sn(ε相)化合
    物を含有する厚み0.5〜5μmの上層部とAg3Sn
    (ε相)化合物を含有しない下層部とから成る請求項1
    の電気・電子部品用材料。
  4. 【請求項4】 前記Sn層またはSn合金層には、更
    に、Cuが0.1〜3重量%含有されている請求項1の
    電気・電子部品用材料。
  5. 【請求項5】 前記表面層がリフロー処理された層であ
    る請求項1の電気・電子部品用材料。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかの電気・電子部
    品材料を用いたことを特徴とする電気・電子部品。
  7. 【請求項7】 いずれもAgイオンを0.2〜1000
    0ppm含有するSnめっき浴またはSn合金めっき浴の
    中で、少なくとも表面がCuまたはCu合金から成る基
    体に電気めっきを行うことを特徴とする電気・電子部品
    用材料の製造方法。
  8. 【請求項8】 a:Snめっき浴またはSn合金めっき
    浴、b:いずれもAgイオンを0.2〜10000ppm
    含有するSnめっき浴またはSn合金めっき浴、c:A
    gめっき浴の2種以上を用いて、少なくとも表面がCu
    またはCu合金から成る基体に複層電気めっきを行うこ
    とを特徴とする電気・電子部品用材料の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記Snめっき浴もしくは前記Sn合金
    めっき浴、またはAgめっき浴の一部または全部には、
    更に、Cuイオンが0.2〜50ppm含有されている請求
    項7または8の電気・電子部品用材料の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記電気めっきを施したのちの材料
    に、更に加熱処理またはリフロー処理を施す請求項8の
    電気・電子部品用材料の製造方法。
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