KR20180066268A

KR20180066268A - 도금용 땜납 합금 및 전자부품

Info

Publication number: KR20180066268A
Application number: KR1020187015848A
Authority: KR
Inventors: 카이치 츠루타; 오사무 무네카타; 히로유키 이와모토; 아츠시 이케다; 히로유키 모리우치; 신이치 카야마; 요시히로 타도코로
Original assignee: 센주긴조쿠고교 가부시키가이샤; 다이이치 덴시 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2018-06-18
Also published as: JPWO2016098669A1; KR20170075800A; WO2016098669A1; JP6379217B2; US20170348805A1; EP3235588A1; EP3235588A4; CN107000131A; EP3235588B1; CN107000131B; TWI647317B; TW201629239A; ES2764394T3

Abstract

본 발명은 외부응력형 위스커의 발생을 억제할 수 있는 도금용 땜납 합금 및 전자부품을 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명의 도금용 땜납 합금은 Sn과 Ni를 함유하고, Ni의 함유량이 0.06질량%이상 5.0질량%이하이며, 잔부가 Sn으로 이루어지고, 기계적 접합에 의해 도통하는 전기적 접점에 사용하는 도금용 땜납 합금이다.

Description

도금용 땜납 합금 및 전자부품{SOLDER ALLOY FOR PLATING AND ELECTRONIC COMPONENT}

본 발명은 기계적 접합에 의해 도통하는 전기적 접점에 사용하는 도금용 땜납 합금, 특히 감합형 접속단자에 사용하는 도금용 땜납 합금 및 전자부품에 관한 것이다.

종래, 배선재, 특히 구리나 동합금의 표면에는 배선재의 산화를 방지하기 위해서, 주석(Sn), 은(Ag), 금(Au)이나 니켈(Ni)의 도금이 실시된다. 그 중에서도, Sn은 비용이 저렴하고, 유연하기 때문에 감합(접촉)의 압력으로 용이하게 변형해서 접촉 면적이 증가하여, 접촉저항이 낮게 억제되는 점에서 배선재의 표면에 Sn 도금을 실시한 것이 널리 일반적으로 사용되고 있다.

이 Sn 도금용 합금으로서, 최근에는 환경면에서의 대응의 관점으로부터, Pb 프리재(비납재), 논할로겐재의 사용이 요구되고 있고, 배선재에 사용되는 각종 재료에 대해서도 Pb 프리화, 논할로겐화가 요구되고 있다.

그리고, Sn 도금의 Pb 프리화에 따라 특히 Sn 또는 Sn계 합금도금에 있어서는 Sn의 침상 결정인 위스커가 도금으로부터 발생하고, 인접하는 배선재간이 단락되는 문제점이 알려져 있다.

또한 이 위스커의 문제는 기계적 접합(예를 들면 감합, 압박, 삽입, 코킹 등)에 의해 외부응력이 가해지는 개소(전기적 접점)에 있어서는 리플로우 처리를 실시해도 위스커의 발생을 억제할 수 없는 것이 명백해졌다.

본 명세서에 있어서는 기계적 접합에 따른 외부응력에 기인해서 전기적 접점에 발생하는 위스커를 「외부 응력형 위스커」라고도 한다.

또, 외부 응력형 위스커와 발생 원인이 다른 위스커로서는 Sn 도금중의 금속간 화합물의 성장에 따른 체적팽창에 기인하는 「내부 응력형 위스커(자연발생형 위스커)」, 기재와 Sn 도금 사이의 열팽창차에 따른 압축응력에 기인하는 「온도 사이클형 위스커」, 고온고습 환경에서의 Sn의 산화나 부식에 따른 압축응력에 기인하는 「산화·부식형 위스커」가 알려져 있다.

이러한 외부 응력형 위스커의 문제를 해결하는 땜납 합금으로서, 특허문헌 1에는 「Ag를 0.1∼5wt%, Cu를 0.1∼5wt%, 제 1 첨가성분으로서 Sb, Bi, Cd, In, Ag, Au, Ni, Ti, Zr, Hf로부터 선택되는 적어도 1종의 원소 및 제 2 첨가성분으로서 Ge, Zn, P, K, Cr, Mn, Na, V, Si, Al, Li, Mg, Ca로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 각각 10wt%이하 포함하고, 잔부가 Sn인 것을 특징으로 하는 Pb 프리 땜납 합금.」이 기재되어 있다([청구항 10]).

또한 특허문헌 2에는 「Ag를 0.1wt%이상 3.5wt%이하, Cu를 0.1wt%이상 3.5wt%이하, Zn을 0.002wt%이상 0.5wt%이하 포함하고, 잔부가 Sn인 것을 특징으로 하는 Pb 프리 땜납 합금.」이나, 「또한, 산화 억제 원소로서 P, Ge, K, Cr, Mn, Na, V, Si, Ti, Al, Li, Mg, Ca, Zr 중 적어도 1종이상을 첨가해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 Pb 프리 땜납 합금.」이 기재되어 있다([청구항 10] [청구항 11]).

일본 특허공개 2008-031550호 공보 일본 특허공개 2011-192652호 공보

본 발명자들은 특허문헌 1 및 2에 기재된 Pb 프리 땜납 합금에 대해서 검토한 결과, 첨가 금속의 종류나 조합에 따라서는 외부 응력형 위스커의 발생을 충분히 억제할 수 없는 것을 알 수 있었다.

그래서, 본 발명은 외부 응력형 위스커의 발생을 억제할 수 있는 도금용 땜납 합금 및 전자부품을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, Sn에, Ni 및/또는 Co를 특정량 함유시킴으로써, 외부 응력형 위스커의 발생을 억제할 수 있는 것을 찾아내어 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명자들은 이하의 구성에 의해 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 찾아냈다.

[1]Sn과 Ni를 함유하고,

Ni의 함유량이 0.06질량%이상 1.00질량%이하이며,

잔부가 Sn으로 이루어지고, 기계적 접합에 의해 도통하는 전기적 접점에 사용하는 도금용 땜납 합금.

[2]Sn과 Co를 함유하고,

Co의 함유량이 0.01질량%이상 1.00질량%이하이며,

[3]Sn과, Ni 및 Co를 함유하고,

Ni 및 Co의 합계의 함유량이 9.5질량%미만이며,

Ni 및 Co의 함유량이 모두 0질량%초과이며, 또한, Ni의 함유량이 0.03질량%이상인 요건, 및, Co의 함유량이 0.010질량%이상인 요건 중 적어도 한쪽의 요건을 만족시키고,

[4]감합형 접속단자에 사용하는 [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 도금용 땜납 합금.

[5]금속기재와, 상기 금속기재의 접합 영역에 형성되는 도금 피막을 갖고,

상기 도금 피막이 Sn과 Ni를 함유하고,

Ni의 함유량이 0.06질량%이상 1.00질량%이하이며,

잔부가 Sn으로 이루어지는 도금 피막인 전자부품.

[6]금속기재와, 상기 금속기재의 접합 영역에 형성되는 도금 피막을 갖고,

상기 도금 피막이 Sn과 Co를 함유하고,

Co의 함유량이 0.01질량%이상 1.00질량%이하이며,

잔부가 Sn으로 이루어지는 도금 피막인 전자부품.

[7]금속기재와, 상기 금속기재의 접합 영역에 형성되는 도금 피막을 갖고,

상기 도금 피막이 Sn과, Ni 및 Co를 함유하고,

Ni 및 Co의 합계의 함유량이 9.5질량%미만이며,

잔부가 Sn으로 이루어지는 도금 피막인 전자부품.

이하에 나타내듯이, 본 발명에 의하면, 외부 응력형 위스커의 발생을 억제할 수 있는 도금용 땜납 합금 및 전자부품을 제공할 수 있다.

도 1(A)는 실시예 5에서 조제한 땜납 합금(Sn-0.4Ni)을 사용한 도금 피막의 압흔 주변부에 있어서의 주사형 전자현미경(SEM) 사진이며, 도 1(B)는 도 1(A)의 흰 선으로 나타내어지는 개소의 단면을 화살표 B방향으로부터 관찰한 단면도의 SEM 사진이며, 도 1(C)는 도 1(A)의 흰 선으로 나타내어지는 개소의 단면을 화살표 C방향으로부터 관찰한 단면도 SEM 사진이며, 도 1(D)는 도 1(B)의 흰 선으로 둘러싸여지는 범위의 확대 사진이며, 도 1(E)은 도 1(C)의 흰 선으로 둘러싸여지는 범위의 확대 사진이다.
도 2(A)는 실시예 15에서 조제한 땜납 합금(Sn-0.3Co)을 사용한 도금 피막의 압흔 주변부에 있어서의 주사형 전자현미경(SEM) 사진이며, 도 2(B)는 도2 (A)의 흰 선으로 나타내어지는 개소의 단면을 화살표 B방향으로부터 관찰한 단면도의 SEM 사진이며, 도 2(C)는 도 2(A)의 흰 선으로 나타내어지는 개소의 단면을 화살표 C방향으로부터 관찰한 단면도 SEM 사진이며, 도 2(D)는 도 2(B)의 흰 선으로 둘러싸여지는 범위의 확대 사진이다.
도 3은 Sn 및 Ni를 함유하는 땜납 합금에 대해서 Ni의 함유량과 제로 크로스 타임의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 Sn 및 Co를 함유하는 땜납 합금에 대해서 Co의 함유량과 제로 크로스 타임의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5(A) 및 (B)는 각각 Sn, Ni 및 Co를 함유하는 땜납 합금에 대해서 Ni 및 Co의 함유량과 제로 크로스 타임의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하에, 본 발명의 도금용 땜납 합금 및 전자부품에 대해서 설명한다.

또, 본 명세서에 있어서 「∼」 을 이용하여 나타내어지는 수치범위는 「∼」의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미하고, 함유량의 %표기는 질량%를 의미한다.

〔도금용 땜납 합금〕

본 발명의 제 1 형태에 따른 도금용 땜납 합금은 Sn과 Ni를 함유하고, Ni의 함유량이 0.06질량%이상 5.0질량%이하이며, 잔부가 Sn으로 이루어지고, 기계적 접합에 의해 도통하는 전기적 접점에 사용하는 도금용 땜납 합금이다.

또한 본 발명의 제 2 형태에 따른 도금용 땜납 합금은 Sn과 Co를 함유하고, Co의 함유량이 0.01질량%이상 8질량%미만이며, 잔부가 Sn으로 이루어지고, 기계적 접합에 의해 도통하는 전기적 접점에 사용하는 도금용 땜납 합금이다.

또한 본 발명의 제 3 형태에 따른 도금용 땜납 합금은 Sn과, Ni 및 Co를 함유하고, Ni 및 Co의 합계의 함유량이 9.5질량%미만이며, Ni 및 Co의 함유량이 모두 0질량%초과이며, 또한, Ni의 함유량이 0.03질량%이상인 요건, 및, Co의 함유량이 0.010질량%이상인 요건 중 적어도 한쪽의 요건을 만족시키고, 잔부가 Sn으로 이루어지고, 기계적 접합에 의해 도통하는 전기적 접점에 사용하는 도금용 땜납 합금이다.

본 발명의 제 1 형태로부터 제 3 형태에 따른 땜납 합금(이하, 이들을 통합해서 「본 발명의 땜납 합금」이라고도 한다.)은 상술한 바와 같이, Sn에, Ni및/또는 Co를 특정량 함유시킴으로써, 외부 응력형 위스커의 발생이 억제된다.

이것은 상세하게는 밝혀지지 않지만, 대략 이하와 같다고 추측된다.

우선, 본 발명자들은 외부 응력형 위스커가 발생하는 원인이 외부로부터의 기계적 응력에 의해 도금 피막을 구성하는 Sn 원자의 확산이 발생하고, 그 후에 Sn 원자가 재결정화함으로써, 수염형상 결정의 위스커가 발생한다고 추측했다.

그리고, Sn에, Ni 및/또는 Co를 특정량 함유시킴으로써, 도금 피막 내부에 Sn-Ni 화합물, Sn-Co 화합물, Sn-Ni-Co 화합물이 존재함으로써, Sn 원자의 확산이 억제되고, 그 결과, 위스커의 성장이나 발생 자체를 억제할 수 있었기 때문이라고 생각된다.

이것은 후술하는 실시예에서 조제한 땜납 합금을 사용한 도금 피막의 단면도의 결과로부터도 추찰할 수 있다.

또한 본 발명자들은 Ni를 특정 소량 함유하는 땜납 합금을 사용한 Sn 도금에서는 상술한 내부 응력형 위스커를 억제할 수 없는 것을 지견하고 있고, 이 지견을 고려하면, 본 발명의 땜납 합금에 의해 외부 응력형 위스커의 발생이 억제되는 효과는 극히 의외인 효과라고 할 수 있다.

이하에, 본 발명의 땜납 합금의 합금 조성에 대해서 상세하게 설명한다.

<Ni(제 1 형태)>

본 발명의 제 1 형태에 있어서는 Ni의 함유량은 0.06%이상 5.0%이하이다.

여기에서, Ni는 위스커의 발생 억제 및 균열이나 크랙의 발생에 영향을 주는 원소이며, Ni의 함유량이 0.06% 미만이면 위스커의 발생을 억제하는 효과가 발현되지 않는다.

본 발명에 있어서는 Ni의 함유량은 도금 피막을 용융 도금에 의해 형성하는 경우에 있어서의 전자부품의 내열성의 관점이나, 도금 피막을 전기 도금에 의해 형성하는 경우에 있어서의 도금 피막의 외관의 관점 등으로부터 5.0%미만인 것이 바람직하다.

또한 Ni의 함유량은 도금 피막을 용융 도금에 의해 형성하는 경우에 있어서의 젖음성의 관점으로부터 0.6%이하인 것이 바람직하고, 위스커의 발생을 보다 억제할 수 있는 관점으로부터 0.40%이상인 것이 보다 바람직하다.

<Co(제 2 형태)>

본 발명의 제 2 형태에 있어서는 Co의 함유량은 0.01%이상 8%미만이다.

여기에서, Co는 위스커의 발생 억제 및 균열이나 크랙의 발생에 영향을 주는 원소이며, Co의 함유량이 0.01% 미만이면 위스커의 발생을 억제하는 효과가 발현되지 않고, 8%이상이면 외부응력에 의해 도금 피막 표면에 균열이나 크랙이 생기게 된다.

본 발명에 있어서는 Co의 함유량은 도금 피막을 용융 도금에 의해 형성하는 경우에 있어서의 젖음성의 관점으로부터 0.4%이하인 것이 바람직하고, 위스커의 발생을 보다 억제할 수 있는 관점으로부터 0.1%초과인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 제 3 형태에 있어서는 Ni 및 Co의 함유량의 합계는 9.5%미만이다.

여기에서, Ni 및 Co를 함유하는 제 3 형태에 있어서는 Ni 및 Co의 함유량이 모두 0%초과이며, 또한, Ni의 함유량이 0.03%이상인 요건, 및, Co의 함유량이 0.010%이상인 요건 중 적어도 한쪽의 요건을 만족시킨다.

그리고, Ni의 함유량이 0.03%이상인 요건을 만족시킬 경우, Co의 함유량은 도금 피막을 용융 도금에 의해 형성하는 경우에 있어서의 젖음성의 관점으로부터 0.4%이하인 것이 바람직하다.

한편, Co의 함유량이 0.010%이상인 요건을 만족시킬 경우, Ni의 함유량은 도금 피막을 용융 도금에 의해 형성하는 경우에 있어서의 젖음성의 관점으로부터 0.6%이하인 것이 바람직하다.

또한 Ni의 함유량이 0.03%이상인 요건, 및, Co의 함유량이 0.010%이상인 요건을 모두 만족시킬 경우, 도금 피막을 용융 도금에 의해 형성하는 경우에 있어서의 젖음성의 관점으로부터 Ni의 함유량은 0.6%이하인 것이 바람직하고, Co의 함유량은 0.4%이하인 것이 바람직하다.

또한 Ni 및 Co의 합계 함유량은 도금 피막을 용융 도금에 의해 형성하는 경우에 있어서의 젖음성의 관점으로부터 0.6%이하인 것이 바람직하고, 위스커의 발생을 보다 억제할 수 있는 관점으로부터 0.1%초과인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 땜납 합금은 외부 응력형 위스커의 발생을 충분히 억제할 수 있으므로, 기계적 접합에 의해 도통하는 전기적 접점으로서 감합형 접속단자에 적합하게 사용할 수 있다.

구체적으로는 커넥터의 커넥터 핀(금속단자)이나, 커넥터와 감합하는 플렉시블 플랫 케이블(FFC)의 단말 접속부(접합 영역)에 본 발명의 땜납 합금을 사용하는 것이 바람직하다.

이하에, 본 발명의 전자부품에 대해서 상세하게 설명한다.

〔전자부품〕

본 발명의 제 1 형태에 따른 전자부품은 금속기재와, 상기 금속기재의 접합 영역에 형성되는 도금 피막을 갖고, 상기 도금 피막이 Sn과 Ni를 함유하고, Ni의 함유량이 0.06질량%이상 5.0질량%이하이며, 잔부가 Sn으로 이루어지는 도금 피막인 전자부품이다.

또한 본 발명의 제 2 형태에 따른 전자부품은 금속기재와, 상기 금속기재의 접합 영역에 형성되는 도금 피막을 갖고, 상기 도금 피막이 Sn과 Co를 함유하고, Co의 함유량이 0.01질량%이상 8질량%미만이며, 잔부가 Sn으로 이루어지는 도금 피막인 전자부품이다.

또한 본 발명의 제 3 형태에 따른 전자부품은 금속기재와, 상기 금속기재의 접합 영역에 형성되는 도금 피막을 갖고, 상기 도금 피막이 Sn과, Ni 및 Co를 함유하고, Ni 및 Co의 합계의 함유량이 9.5질량%미만 이하이며, Ni 및 Co의 함유량이 모두 0질량%초과이며, 또한, Ni의 함유량이 0.03질량%이상인 요건, 및, Co의 함유량이 0.010질량%이상인 요건 중 적어도 한쪽의 요건을 만족시키고, 잔부가 Sn으로 이루어지는 도금 피막인 전자부품이다.

본 발명의 제 1 형태로부터 제 3 형태에 따른 전자부품(이하, 이들을 통합해서 「본 발명의 전자부품」이라고도 한다.)은 상술한 바와 같이, Sn에 Ni 및/또는 Co를 특정량 함유한 도금 피막을 가짐으로써 도금 피막 표면의 외부 응력형 위스커의 발생이 억제된다.

여기에서, 외부 응력형 위스커의 발생이 억제되는 이유는 상술한 본 발명의 땜납 합금과 같다고 여겨지기 때문에 기재를 생략한다.

이하에, 본 발명의 전자부품의 구성에 대해서 상세하게 설명한다.

<금속기재>

본 발명의 전자부품이 갖는 금속기재는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 상술한 플렉시블 플랫 케이블(FFC)의 단말 접속부(접합영역)를 구성하는 금속기재나, 전극을 구성하는 금속기재를 바람직하게 들 수 있다.

상기 금속기재로서는 구체적으로는 예를 들면 Cu기재, Ni기재, Au기재 등을 들 수 있고, 본 발명의 땜납 합금을 사용한 도금 피막을 형성하기 쉬운 이유로부터 Cu기재인 것이 바람직하고, Cu기재를 심재로 해서 표면에 Ni도금을 실시한 기재인 것이 보다 바람직하다.

또한 상기 금속기재의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 전자부품의 강도확보 및 박형화의 관점으로부터 0.05∼0.5mm로 하는 것이 바람직하다.

<도금 피막>

본 발명의 전자부품이 갖는 도금 피막은 상기 금속기재의 접합 영역에 형성되는 도금 피막이며, Sn과, 이하에 상세하게 설명하는 제 1 형태로부터 제 3 형태에 나타내는 각 원소를 갖는 도금 피막이다.

(Ni(제 1 형태))

(Co(제 2 형태))

(Ni 및 Co(제 3 형태))

여기에서, 도금 피막의 형성(도금) 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 본 발명의 땜납 합금을 조제한 후, 조제한 땜납 합금을 분류 납땜조 등에서 용융시켜서 도금을 행하는 용융 도금법; 형성되는 도금 피막이 상술한 제 1 형태로부터 제 3 형태에 나타내는 조성 범위가 되도록 1종 또는 2종이상의 도금액을 이용하여 전기 도금 장치로 도금을 행하는 전기(전해) 도금법; 등의 종래 공지의 도금 방법 으로 형성할 수 있다.

본 발명의 전자부품은 본 발명의 땜납 합금을 이용하여 용융 도금법에 의해 도금 피막을 형성하는 경우 외에, 전자부품에 형성하는 도금 피막이 상술한 제 1 형태로부터 제 3 형태에 나타내는 조성 범위가 되도록 도금을 하는 전기 도금법에 의해 도금 피막을 형성한 경우이어도 외부 응력형 위스커의 발생을 억제할 수 있다.

도금 피막의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 용융 도금법에서는 10∼30㎛로 하는 것이 바람직하고, 전기 도금법에서는 1∼5㎛로 하는 것이 바람직하다.

실시예

이하, 실시예를 이용하여 본 발명의 땜납 합금에 대해서 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

〔용융 도금〕

하기 표 1∼표 4에 나타내는 합금조성을 갖는 땜납 합금을 이용하여, Ni 도금 Cu판(사이즈:30mm×30mm×0.3mm, Ni 도금후:3㎛)에 대하여 용융 도금을 실시하고, 도금 피막(두께:10㎛)을 형성했다. 또, 용융 도금후, 이소프로필알콜(IPA)로 1분간 헹구고, 아세톤으로 5분간 초음파 세정을 행하여 플럭스 잔사를 제거했다.

용융 도금에 사용한 사용 장치, 도금조건에 대해서는 이하에 나타내는 바와 같다.

<사용 장치>

Solder Checker SAT-5200(레스카제)

<도금조건>

·침지속도:5mm/s

·침지깊이:20mm

·침지시간:7초

·땜납조 온도:250℃∼400℃

·사용 플럭스:ES-1090(센쥬긴조쿠고교제)

〔전기 도금〕

Ni 도금 Cu판(사이즈:30mm×30mm×0.3mm, Ni 도금후:3㎛)과, 양극으로서 사용하는 카본판을 하기 표 1∼표 4에 나타내는 합금조성을 갖는 도금 피막이 되도록 조제한 도금액이 넣어진 비이커내에 침지하고, 전류를 가함으로써 전기 도금을 실시하고, 도금 피막(두께:5㎛)을 형성했다.

도금액의 원료나 배합, 도금시의 전류밀도, 비이커내의 욕온, 전류를 흘린 시간(도금 시간)에 대해서는 종래의 공지의 방법에 의해, 각 참고예, 각 실시예 및 각 비교예마다 적절히 조정을 행했다.

<최대 위스커 길이>

도금 피막을 형성한 Ni 도금 Cu판에 대해서 JEITA RC-5241로 규정되는 「전자기기용 커넥터의 위스커 시험 방법」에 준거한 구압자법에 의해, 외부응력 위스커의 길이를 측정했다. 또, 측정은 같은 샘플의 임의의 3개소에서 행하고, 위스커 길이가 최대가 되는 것을 측정했다. 또한 비교예 2, 5∼8, 12 및 13에서 형성한 도금 피막에 대해서는 도금 피막중에 존재하는 다량의 Ni나 Co에 기인해서 구압자법에 의해, 균열이 생겼기 때문에, 위스커길이의 측정은 행하지 않았다.

시험에 사용한 시험 장치·조건, 위스커 길이의 측정 장치·조건에 대해서는 이하에 나타내는 바와 같다.

또한 측정의 결과, 최대 위스커 길이가 30㎛이하인 것을 외부 응력형 위스커의 발생을 억제하고 있는 것으로서 「○」라고 평가하고, 최대 위스커 길이가 30㎛초과인 것을 외부 응력형 위스커의 발생을 억제할 수 없는 것으로서 「×」라고 평가했다.

최대 위스커의 측정값 및 평가 결과를 하기 표 1∼표 4에 나타낸다.

(시험 장치)

JEITA RC-5241의 「4.4 하중 시험기」에 정해진 사양을 만족하는 하중 시험기(지르코니아 구압자의 직경:1mm)

(시험 조건)

·하중:300g

·시험 기간:10일간(240시간)

(측정 장치·조건)

·FE-SEM:Quanta FEG250(FEI제)

·가속 전압:10kV

구압자법에 의해 위스커 시험에 제공한 샘플 중, 실시예 5에서 조제한 땜납 합금(Sn-0.4Ni)을 사용한 도금 피막의 압흔 주변부에 있어서의 단면을 집속 이온빔(FIB)으로 잘라냈다. 도금 피막에 있어서의 압흔 주변부의 표면이나, 압흔 주변부의 단면을 SMI3050SE(히타치 하이테크 사이언스제)의 주사형 전자현미경(SEM)으로 촬영한 것을 도 1에 나타낸다.

마찬가지로, 실시예 15에서 조제한 땜납 합금(Sn-0.3Co)을 사용한 도금 피막의 압흔 주변부의 표면 및 압흔 주변부의 단면을 주사형 전자현미경(SEM)으로 촬영한 것을 도 2에 나타낸다.

도 1 및 도 2에 나타내는 도금 피막의 단면도로부터 알 수 있는 바와 같이, 도금 피막의 내부에 침상의 결정(파선으로 둘러싸는 부분)이 확인되고, 이 결정을 에너지 분산형 X선 분석(EDS)에 의해 분석한 결과, 도금 피막(Sn-0.4Ni)부터는 Sn 및 Ni가 검출되고, 도금 피막(Sn-0.3Co)부터는 Sn 및 Co가 검출되었다.

또, 본 예에서는 최대 위스커 길이가 30㎛이하인 합금을 실시예로서 취급하고, 최대 위스커 길이가 30㎛를 초과한 합금, 또는 최대 위스커 길이가 30㎛이하에서도 도금 자체에 균열이 발생해 버린 합금을 비교예로 했다.

표 1∼표 4에 나타내는 결과로부터 Ni 또는 Co의 함유량이 적은 합금은 참고예 1 및 2에서 조제한 합금을 사용한 경우와 비교해서 최대 위스커 길이를 억제할 수 없는 것을 알 수 있었다(비교예 1, 3 및 4).

또한 Ni 및 Co를 함유하고, Ni 또는 Co의 함유량이 적은 합금은 참고예 1 및 2에서 조제한 합금을 사용한 경우와 비교해서 최대 위스커 길이를 억제할 수 없는 것을 알 수 있었다(비교예 9∼11).

또한 참고예 3의 결과로부터 Ni 및 Co를 함유하지 않는 합금에서는 전기 도금에 의해서도 최대 위스커 길이를 억제할 수 없는 것을 알 수 없었다.

또한 Ni 및/또는 Co를 다량 함유하고 있는 합금에서는 위스커의 발생을 억제하고 있지만, 압흔을 따라 도금 자체에 균열이 발생해 버려, 감합 용도로서 사용하기에는 부적절한 것을 알 수 있었다(비교예 2, 5∼8, 12 및 13).

이에 대하여 Ni의 함유량, Co의 함유량, 및, Ni 및 Co를 함유하는 경우의 합계의 함유량이 소정의 범위에 있는 합금은 모두, 참고예 1에서 조제한 합금을 사용한 경우와 비교해서 최대 위스커 길이를 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다(실시예 1∼5, 13, 15 및 20∼24). 이 결과는 전기 도금에 의해 도금 피막을 형성한 경우에도 마찬가지로 확인할 수 있었다(실시예 6∼7, 14, 16 및 25∼29).

특히, 실시예 1∼5의 대비로부터 Ni의 함유량이 0.30질량%를 초과하면, 최대 위스커 길이가 10㎛가 되고, 종래, 내위스커성이 양호로 되었던 Sn-Pb 합금(참고예 2)보다 위스커의 발생을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.

마찬가지로, 실시예 11∼15의 대비로부터 Co의 함유량이 0.10질량%를 초과하면, 최대 위스커 길이가 10㎛가 되고, 종래, 내위스커성이 양호로 되었던 Sn-Pb 합금(참고예 2)보다 위스커의 발생을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.

또, 도금 피막을 형성하는 금속기재를 「Ni 도금을 실시하지 않는 Cu판」으로 변경한 결과, 실시예 1∼29와 동일한 경향이 있는 것을 알 수 있었다.

<젖음성>

Sn과, Ni 및/또는 Co를 함유하는 땜납 합금에 대해서 JIS Z 3198-4에서 규정된 웨팅 밸런스법에 의해, 제로 크로스 타임을 측정했다. 결과를 도 3∼5에 나타낸다.

도 3에 나타내는 결과로부터, Ni의 함유량이 0.6%이하이면 제로 크로스 타임이 짧고, 젖음성이 양호한 것을 알 수 있고, 마찬가지로, 도 4에 나타내는 결과로부터 Co의 함유량이 0.4%이하이면 제로 크로스 타임이 짧고, 젖음성이 양호한 것을 알 수 있었다. 또한 도 5에 나타내는 결과로부터 Ni 및 Co를 함유하는 경우이어도 Ni의 함유량이 0.6%이하이거나, Co의 함유량이 0.4%이하이면 젖음성이 양호한 것을 알 수 있었다.

또, 평가에 사용한 시험 장치, 시험 조건에 대해서는 이하에 나타내는 바와 같다.

(시험 장치)

Solder Checker SAT-5200(레스카제)

(시험 조건)

·침지속도:10mm/s

·침지깊이:2mm

·침지시간:5초

·땜납조 온도:250℃

·사용 플럭스:ES-1090(센쥬긴조쿠고교제)

·사용 Cu판:30mm×3mm

Claims

Sn과 Ni를 함유하고,
Ni의 함유량이 0.4질량%이상 0.6질량%이하이며,
잔부가 Sn으로 이루어지고, 외부 응력형 위스커 발생 억제를 위한 기계적 접합에 의해 도통하는 전기적 접점에 사용하는 도금용 땜납 합금.
제 1 항에 있어서,
Sn과 Ni은 침상의 결정 조직으로 분산되어 있는, 외부 응력형 위스커 발생 억제를 위한 기계적 접합에 의해 도통하는 전기적 접점에 사용하는 도금용 땜납 합금.
Sn과, Ni 및 Co를 함유하고,
Ni 및 Co의 합계의 함유량이 9.5질량%미만이며,
Ni 및 Co의 함유량이 모두 0질량%초과이며, 또한, Ni의 함유량이 0.03질량%이상인 요건, 및, Co의 함유량이 0.010질량%이상인 요건 중 적어도 한쪽의 요건을 만족시키고,
잔부가 Sn으로 이루어지고, 외부 응력형 위스커 발생 억제를 위한 기계적 접합에 의해 도통하는 전기적 접점에 사용하는 도금용 땜납 합금.
제 3 항에 있어서,
Ni의 함유량이 0.03질량%이상인 요건을 만족시키고, 용융 도금에 의해 형성하는 경우,
Co의 함유량은 0.4질량%이하인, 외부 응력형 위스커 발생 억제를 위한 기계적 접합에 의해 도통하는 전기적 접점에 사용하는 도금용 땜납 합금.
제 3 항에 있어서,
Co의 함유량이 0.010질량%이상인 요건을 만족시키고, 용융 도금에 의해 형성하는 경우,
Ni의 함유량은 0.6질량%이하인, 외부 응력형 위스커 발생 억제를 위한 기계적 접합에 의해 도통하는 전기적 접점에 사용하는 도금용 땜납 합금.
제 3 항에 있어서,
Ni의 함유량이 0.03질량%이상인 요건, Co의 함유량이 0.010질량%이상인 요건을 만족시키고, 용융 도금에 의해 형성하는 경우,
Ni의 함유량은 0.6질량%이하이며, Co의 함유량은 0.4질량%이하인, 외부 응력형 위스커 발생 억제를 위한 기계적 접합에 의해 도통하는 전기적 접점에 사용하는 도금용 땜납 합금.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
감합형 접속단자에 사용하는 도금용 땜납 합금.
금속기재와, 상기 금속기재의 접합 영역에 형성되는 도금 피막을 갖고,
상기 도금 피막이 Sn과 Ni를 함유하고,
Ni의 함유량이 0.4질량%이상 0.6질량%이하이며,
잔부가 Sn으로 이루어지고, 외부 응력형 위스커 발생 억제를 위한 도금 피막인 전자부품.
제 8 항에 있어서,
Sn과 Ni은 침상의 결정 조직으로 도금 피막 내에 분산되어 있는, 외부 응력형 위스커 발생 억제를 위한 도금 피막인 전자부품.
금속기재와, 상기 금속기재의 접합 영역에 형성되는 도금 피막을 갖고,
상기 도금 피막이 Sn과, Ni 및 Co를 함유하고,
Ni 및 Co의 합계의 함유량이 9.5질량%미만이며,
Ni 및 Co의 함유량이 모두 0질량%초과이며, 또한, Ni의 함유량이 0.03질량%이상인 요건, 및, Co의 함유량이 0.010질량%이상인 요건 중 적어도 한쪽의 요건을 만족시키고,
잔부가 Sn으로 이루어지고, 외부 응력형 위스커 발생 억제를 위한 도금 피막인 전자부품.
제 10 항에 있어서,
Ni의 함유량이 0.03질량%이상인 요건을 만족시키고, 상기 도금 피막을 용융 도금에 의해 형성하는 경우,
Co의 함유량은 0.4질량%이하인, 외부 응력형 위스커 발생 억제를 위한 도금 피막인 전자부품.
제 10 항에 있어서,
Co의 함유량이 0.010질량%이상인 요건을 만족시키고, 상기 도금 피막을 용융 도금에 의해 형성하는 경우,
Ni의 함유량은 0.6질량%이하인, 외부 응력형 위스커 발생 억제를 위한 도금 피막인 전자부품.
제 10 항에 있어서,
Ni의 함유량이 0.03질량%이상인 요건, Co의 함유량이 0.010질량%이상인 요건을 만족시키고, 상기 도금 피막을 용융 도금에 의해 형성하는 경우,
Ni의 함유량은 0.6질량%이하이며, Co의 함유량은 0.4질량%이하인, 외부 응력형 위스커 발생 억제를 위한 도금 피막인 전자부품.