WO2016098669A1 - めっき用はんだ合金および電子部品 - Google Patents

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鶴田　加一
宗形　修
博之 岩本
篤史 池田
裕之 森内
慎一 賀山
義浩 田所
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千住金属工業株式会社
第一電子工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a solder alloy for plating used for electrical contacts that conduct by mechanical joining, and more particularly, to a solder alloy for plating used for fitting-type connection terminals and electronic components.
  • the surface of a wiring material is plated with tin (Sn), silver (Ag), gold (Au) or nickel (Ni) in order to prevent the wiring material from being oxidized.
  • Sn is inexpensive and soft, so it is easily deformed by the fitting (contact) pressure to increase the contact area and keep the contact resistance low, so the surface of the wiring material was Sn plated. Things are widely used in general.
  • this whisker suppresses the occurrence of whisker even if reflow treatment is applied at locations (electrical contacts) where external stress is applied by mechanical joining (for example, fitting, pressing, insertion, caulking, etc.). It has become clear that this is not possible.
  • a whisker generated at an electrical contact due to an external stress accompanying mechanical joining is also referred to as an “external stress type whisker”.
  • whisker whose generation cause is different from that of the external stress type whisker, “internal stress type whisker (naturally generated type whisker)” resulting from the volume expansion accompanying the growth of the intermetallic compound during Sn plating, base material and Sn plating "Temperature cycle type whisker” due to compressive stress due to thermal expansion difference between them and “Oxidation / corrosion type whisker” due to compressive stress due to oxidation and corrosion of Sn in a high temperature and high humidity environment are known .
  • Patent Document 1 discloses that “Ag is 0.1 to 5 wt%, Cu is 0.1 to 5 wt%, and Sb, Bi, At least one element selected from Cd, In, Ag, Au, Ni, Ti, Zr, and Hf, and Ge, Zn, P, K, Cr, Mn, Na, V, Si, Al, as the second additive component Pb-free solder alloy characterized in that it contains at least one element selected from Li, Mg, and Ca in an amount of 10 wt% or less, with the balance being Sn. ”[Claim 10].
  • Patent Document 2 states that “Ag is 0.1 wt% or more and 3.5 wt% or less, Cu is 0.1 wt% or more and 3.5 wt% or less, Zn is 0.002 wt% or more and 0.5 wt% or less, and the balance Pb-free solder alloy characterized in that is Sn. ”And“ Furthermore, P, Ge, K, Cr, Mn, Na, V, Si, Ti, Al, Li, Mg, Ca, Pb-free solder alloy characterized by adding at least one of Zr "([Claim 10] and [Claim 11]).
  • the inventors examined the Pb-free solder alloys described in Patent Documents 1 and 2, and found that the generation of external stress type whiskers could not be sufficiently suppressed depending on the type and combination of the added metals.
  • an object of the present invention is to provide a solder alloy for plating and an electronic component capable of suppressing the generation of external stress type whiskers.
  • the present inventors have found that the generation of external stress-type whiskers can be suppressed by adding a specific amount of Ni and / or Co to Sn. Was completed. That is, the present inventors have found that the above problem can be solved by the following configuration.
  • Ni content is 0.06 mass% or more and 5.0 mass% or less, A solder alloy for plating used for an electrical contact made conductive by mechanical joining, the balance being Sn.
  • Sn and Co containing Sn and Co; Co content is 0.01 mass% or more and less than 8 mass%, A solder alloy for plating used for an electrical contact made conductive by mechanical joining, the balance being Sn.
  • Sn, Ni and Co The total content of Ni and Co is less than 9.5% by mass; Ni and Co contents are both over 0% by mass, Ni content is 0.03% by mass or more, and Co content is 0.010% by mass or more.
  • a solder alloy for plating used for an electrical contact made conductive by mechanical joining the balance being Sn.
  • the plating film contains Sn and Co, Co content is 0.01 mass% or more and less than 8 mass%, An electronic component that is a plating film, the balance of which is Sn.
  • It has a metal substrate and a plating film formed in the joining region of the metal substrate, The plating film contains Sn, Ni and Co, The total content of Ni and Co is less than 9.5% by mass; Ni and Co contents are both over 0% by mass, Ni content is 0.03% by mass or more, and Co content is 0.010% by mass or more. Meet at least one of the requirements, An electronic component that is a plating film, the balance of which is Sn.
  • solder alloy for plating As described below, according to the present invention, it is possible to provide a solder alloy for plating and an electronic component that can suppress the generation of external stress type whiskers.
  • FIG. 1 (A) is a scanning electron microscope (SEM) photograph in the periphery of the indentation of the plating film using the solder alloy (Sn-0.4Ni) prepared in Example 5, and FIG. FIG. 1C is an SEM photograph of a cross-sectional view of a cross section of a portion represented by a white line in FIG. 1A observed from the direction of arrow B, and FIG. FIG. 1D is an enlarged photograph of a range surrounded by a white line in FIG. 1B, and FIG. 1E is a cross-sectional SEM photograph of FIG. It is an enlarged photograph of the range surrounded by the white line.
  • FIG. 2 (A) is a scanning electron microscope (SEM) photograph in the periphery of the indentation of the plating film using the solder alloy (Sn-0.3Co) prepared in Example 15, and FIG. FIG. 2A is an SEM photograph of a cross-sectional view of the cross section of the portion represented by the white line in FIG. 2A observed from the direction of arrow B, and FIG. FIG. 2D is an enlarged photograph of a range surrounded by a white line in FIG. 2B.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the Ni content and the zero cross time for a solder alloy containing Sn and Ni.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the Co content and the zero crossing time for a solder alloy containing Sn and Co.
  • FIGS. 5A and 5B are graphs showing the relationship between the content of Ni and Co and the zero cross time for solder alloys containing Sn, Ni, and Co, respectively.
  • a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value, and the percentage notation of the content is mass. Means%.
  • solder alloy for plating contains Sn and Ni, the Ni content is 0.06% by mass or more and 5.0% by mass or less, and the balance is Sn. It is a solder alloy for plating used for electrical contacts that conduct by mechanical joining. Moreover, the solder alloy for plating according to the second aspect of the present invention contains Sn and Co, the Co content is 0.01 mass% or more and less than 8 mass%, and the balance is Sn. It is a solder alloy for plating used for electrical contacts that conduct by mechanical joining.
  • the solder alloy for plating according to the third aspect of the present invention contains Sn, Ni and Co, and the total content of Ni and Co is less than 9.5% by mass.
  • the solder alloys according to the first to third aspects of the present invention include Sn and Ni and / or Co as described above.
  • production of an external stress type whisker is suppressed by containing a specific amount. This is not clear in detail, but is estimated to be as follows. First, the inventors of the present invention have the cause that the external stress type whisker is generated by the diffusion of Sn atoms constituting the plating film due to the external mechanical stress, and then the Sn atoms are recrystallized. It was assumed that whisker of cocoon-like crystals was generated.
  • the Ni content is 0.06% or more and 5.0% or less.
  • Ni is an element that affects the suppression of whisker generation and the occurrence of cracks and cracks. If the Ni content is less than 0.06%, the effect of suppressing whisker generation does not appear.
  • the Ni content is 5 from the viewpoint of the heat resistance of the electronic component when the plating film is formed by hot dipping, the appearance of the plating film when the plating film is formed by electroplating, and the like. It is preferably less than 0.0%. Further, the Ni content is preferably 0.6% or less from the viewpoint of wettability when the plating film is formed by hot dipping, and 0.40% or more from the viewpoint of further suppressing the generation of whiskers. It is more preferable that
  • the Co content is 0.01% or more and less than 8%.
  • Co is an element that affects the suppression of whisker generation and the occurrence of cracks and cracks. If the Co content is less than 0.01%, the effect of suppressing whisker generation does not appear, and 8% or more. If it is, a crack and a crack will arise in the plating film surface by external stress.
  • the Co content is preferably 0.4% or less from the viewpoint of wettability when the plating film is formed by hot dip plating, and from the viewpoint of further suppressing the occurrence of whiskers, the content of Co is 0. More preferably, it exceeds 1%.
  • the total content of Ni and Co is less than 9.5%.
  • the requirements that both the contents of Ni and Co are over 0% and the content of Ni is 0.03% or more, and Co Satisfies at least one of the requirements of 0.010% or more.
  • the Ni content satisfies the requirement of 0.03% or more
  • the Co content is 0.4% or less from the viewpoint of wettability when the plating film is formed by hot dipping.
  • the requirement that the Co content is 0.010% or more is satisfied, the Ni content is 0.6% or less from the viewpoint of wettability when the plating film is formed by hot dipping. preferable.
  • the wettability in the case of forming a plating film by hot dipping From the viewpoint, the Ni content is preferably 0.6% or less, and the Co content is preferably 0.4% or less. Further, the total content of Ni and Co is preferably 0.6% or less from the viewpoint of wettability when the plating film is formed by hot dipping, and from the viewpoint of further suppressing the occurrence of whiskers, it is preferably set to 0. More preferably, it exceeds 1%.
  • solder alloy of the present invention can sufficiently suppress the generation of external stress type whiskers, it can be suitably used as a fitting type connection terminal as an electrical contact that conducts by mechanical joining. Specifically, it is preferable to use the solder alloy of the present invention for a connector pin (metal terminal) of a connector or a terminal connection part (joining region) of a flexible flat cable (FFC) fitted to the connector.
  • FFC flexible flat cable
  • the electronic component according to the first aspect of the present invention includes a metal substrate and a plating film formed in a bonding region of the metal substrate, and the plating film contains Sn and Ni. , Ni content is 0.06 mass% or more and 5.0 mass% or less, and the remainder is an electronic component which is a plating film which consists of Sn.
  • the electronic component according to the second aspect of the present invention includes a metal base material and a plating film formed in a joining region of the metal base material, and the plating film comprises Sn and Co. It is an electronic component that is a plating film that contains Co and the content of Co is 0.01% by mass or more and less than 8% by mass, and the balance is Sn.
  • the electronic component according to the third aspect of the present invention includes a metal base material and a plating film formed in a joining region of the metal base material, and the plating film includes Sn, Ni, and Co.
  • the total content of Ni and Co is less than 9.5% by mass, the content of Ni and Co is both greater than 0% by mass, and the content of Ni is 0.03%.
  • the electronic component according to the first to third aspects of the present invention includes Sn and Ni and / or Co as described above.
  • electroactive component of the present invention includes Sn and Ni and / or Co as described above.
  • generation of external stress type whiskers on the surface of the plating film is suppressed.
  • the reason why the generation of the external stress type whisker is suppressed is considered to be the same as that of the above-described solder alloy of the present invention, and thus the description thereof is omitted.
  • the structure of the electronic component of this invention is explained in full detail.
  • the metal base material which the electronic component of this invention has is not specifically limited,
  • the metal substrate include a Cu substrate, a Ni substrate, an Au substrate, and the like.
  • a Cu substrate is used.
  • the base material has a Cu base material as a core material and the surface is plated with Ni.
  • the thickness of the metal substrate is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 0.5 mm from the viewpoint of securing the strength and reducing the thickness of the electronic component.
  • the plating film which the electronic component of the present invention has is a plating film formed in the joining region of the metal substrate, and includes Sn and each element shown in the first to third aspects described in detail below. It is the plating film which has.
  • the Ni content is 0.06% or more and 5.0% or less.
  • Ni is an element that affects the suppression of whisker generation and the occurrence of cracks and cracks. If the Ni content is less than 0.06%, the effect of suppressing whisker generation does not appear.
  • the Ni content is 5 from the viewpoint of the heat resistance of the electronic component when the plating film is formed by hot dipping, the appearance of the plating film when the plating film is formed by electroplating, and the like. It is preferably less than 0.0%. Further, the Ni content is preferably 0.6% or less from the viewpoint of wettability when the plating film is formed by hot dipping, and 0.40% or more from the viewpoint of further suppressing the generation of whiskers. It is more preferable that
  • the Co content is 0.01% or more and less than 8%.
  • Co is an element that affects the suppression of whisker generation and the occurrence of cracks and cracks. If the Co content is less than 0.01%, the effect of suppressing whisker generation does not appear, and 8% or more. If it is, a crack and a crack will arise in the plating film surface by external stress.
  • the Co content is preferably 0.4% or less from the viewpoint of wettability when the plating film is formed by hot dip plating, and from the viewpoint of further suppressing the occurrence of whiskers, the content of Co is 0. More preferably, it exceeds 1%.
  • the total content of Ni and Co is less than 9.5%.
  • the requirements that both the contents of Ni and Co are over 0% and the content of Ni is 0.03% or more, and Co Satisfies at least one of the requirements of 0.010% or more.
  • the Ni content satisfies the requirement of 0.03% or more
  • the Co content is 0.4% or less from the viewpoint of wettability when the plating film is formed by hot dipping.
  • the requirement that the Co content is 0.010% or more is satisfied, the Ni content is 0.6% or less from the viewpoint of wettability when the plating film is formed by hot dipping. preferable.
  • the wettability in the case of forming a plating film by hot dipping From the viewpoint, the Ni content is preferably 0.6% or less, and the Co content is preferably 0.4% or less. Further, the total content of Ni and Co is preferably 0.6% or less from the viewpoint of wettability when the plating film is formed by hot dipping, and from the viewpoint of further suppressing the occurrence of whiskers, it is preferably set to 0. More preferably, it exceeds 1%.
  • the method for forming (plating) the plating film is not particularly limited.
  • a molten plating method is performed in which the prepared solder alloy is melted in a jet solder bath or the like;
  • An electroplating method in which plating is performed with an electroplating apparatus using one or more plating solutions so that the plated film to be formed has the composition range shown in the first to third aspects. , Etc., can be formed by a conventionally known plating method.
  • the plating film formed on the electronic component has the composition shown in the first to third aspects described above, in addition to the case where the plating film is formed by the hot dipping method using the solder alloy of the present invention. Even when the plating film is formed by an electroplating method of plating so as to be in the range, the generation of external stress type whiskers can be suppressed.
  • the thickness of the plating film is not particularly limited, but is preferably 10 to 30 ⁇ m in the hot dipping method, and preferably 1 to 5 ⁇ m in the electroplating method.
  • solder alloy of the present invention will be described in detail using examples.
  • the present invention is not limited to this.
  • Solder Checker SAT-5200 (Resca) ⁇ Plating conditions> ⁇ Immersion speed: 5 mm / s ⁇ Immersion depth: 20mm ⁇ Immersion time: 7 seconds ⁇ Solder bath temperature: 250 to 400 ° C. ⁇ Flux used: ES-1090 (Senju Metal Industry)
  • Ni-plated Cu plate size: 30 mm ⁇ 30 mm ⁇ 0.3 mm, Ni plating thickness: 3 ⁇ m
  • a carbon plate used as an anode are formed into plating films having the alloy compositions shown in Tables 1 to 4 below. It was immersed in a beaker in which the prepared plating solution was put and an electric current was applied to perform electroplating to form a plating film (thickness: 5 ⁇ m). About the raw material and the composition of the plating solution, the current density at the time of plating, the bath temperature in the beaker, and the current flow time (plating time), for each reference example, each example and each comparative example, according to a conventionally known method Adjustments were made as appropriate.
  • the test equipment / conditions used for the test and the whisker length measurement equipment / conditions are as shown below.
  • FIG. 1 shows a surface of an indentation peripheral portion in a plating film and a cross section of the indentation peripheral portion taken with a scanning electron microscope (SEM) of SMI3050SE (manufactured by Hitachi High-Tech Science).
  • SEM scanning electron microscope
  • SMI3050SE manufactured by Hitachi High-Tech Science
  • acicular crystals (portions surrounded by broken lines) are confirmed inside the plating film, and this crystal is analyzed by energy dispersive X-ray analysis (EDS).
  • EDS energy dispersive X-ray analysis
  • Sn and Ni were detected from the plating film (Sn-0.4Ni)
  • Sn and Co were detected from the plating film (Sn-0.3Co).
  • an alloy having a maximum whisker length of 30 ⁇ m or less is treated as an example, and an alloy having a maximum whisker length exceeding 30 ⁇ m, or cracking occurs in the plating itself even if the maximum whisker length is 30 ⁇ m or less.
  • the alloy that was trapped was used as a comparative example.
  • the alloys prepared in Reference Example 1 were used as the alloys in which the Ni content, the Co content, and the total content when Ni and Co were contained were in a predetermined range. It was found that the maximum whisker length can be suppressed as compared with the case (Examples 1 to 5, 11 to 13, 15 and 20 to 24). This result could be confirmed in the same manner even when a plating film was formed by electroplating (Examples 6 to 10, 14, 16 to 19, and 25 to 29).

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Abstract

　本発明は、外部応力型ウィスカの発生を抑制することができるめっき用はんだ合金および電子部品を提供することを課題とする。本発明のめっき用はんだ合金は、Ｓｎと、Ｎｉと、を含有し、Ｎｉの含有量が、０．０６質量％以上５．０質量％以下であり、残部がＳｎからなる、機械的接合により導通する電気的接点に用いる、めっき用はんだ合金である。

Description

めっき用はんだ合金および電子部品
　本発明は、機械的接合により導通する電気的接点に用いるめっき用はんだ合金、特に嵌合型接続端子に用いるめっき用はんだ合金および電子部品に関する。
　従来、配線材、特に銅や銅合金の表面には、配線材の酸化を防ぐために、スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）やニッケル（Ｎｉ）のめっきが施される。なかでも、Ｓｎはコストが安価であり、軟らかいため嵌合（接触）の圧力で容易に変形して接触面積が増え、接触抵抗が低く抑えられることから、配線材の表面にＳｎめっきを施したものが広く一般的に使用されている。
　このＳｎめっき用合金として、近年は環境面での対応の観点から、Ｐｂフリー材（非鉛材）、ノンハロゲン材の使用が求められており、配線材に使用される各種材料に対してもＰｂフリー化、ノンハロゲン化が求められている。
　そして、ＳｎめっきのＰｂフリー化に伴い、特にＳｎまたはＳｎ系合金めっきにおいては、Ｓｎの針状結晶であるウィスカがめっきから発生し、隣接する配線材間が短絡する問題点が知られている。
　また、このウィスカの問題は、機械的接合（例えば、嵌合、押しつけ、挿入、かしめ等）によって外部応力が加わる箇所（電気的接点）においては、リフロー処理を施してもウィスカの発生を抑えることができないことが明らかとなってきている。
　本明細書においては、機械的接合に伴う外部応力に起因して電気的接点に発生するウィスカを「外部応力型ウィスカ」ともいう。
　なお、外部応力型ウィスカと発生原因が異なるウィスカとしては、Ｓｎめっき中の金属間化合物の成長に伴う体積膨張に起因する「内部応力型ウィスカ（自然発生型ウィスカ）」、基材とＳｎめっきとの間の熱膨張差に伴う圧縮応力に起因する「温度サイクル型ウィスカ」、高温高湿環境でのＳｎの酸化や腐食に伴う圧縮応力に起因する「酸化・腐食型ウィスカ」が知られている。
　このような外部応力型ウィスカの問題を解決するはんだ合金として、特許文献１には、「Ａｇを０．１～５ｗｔ％、Ｃｕを０．１～５ｗｔ％、第１添加成分としてＳｂ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆから選択される少なくとも１種の元素および第２添加成分としてＧｅ、Ｚｎ、Ｐ、Ｋ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｖ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａから選択される少なくとも１種の元素をそれぞれ１０ｗｔ％以下含み、残部がＳｎであることを特徴とするＰｂフリーはんだ合金。」が記載されている（［請求項１０］）。
　また、特許文献２には、「Ａｇを０．１ｗｔ％以上３．５ｗｔ％以下、Ｃｕを０．１ｗｔ％以上３．５ｗｔ％以下、Ｚｎを０．００２ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下含み、残部がＳｎであることを特徴とするＰｂフリーはんだ合金。」や、「更に、酸化抑制元素としてＰ、Ｇｅ、Ｋ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｖ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｒのうちの少なくとも１種以上を添加してなることを特徴とするＰｂフリーはんだ合金。」が記載されている（［請求項１０］［請求項１１］）。
特開２００８－０３１５５０号公報 特開２０１１－１９２６５２号公報
　本発明者らは、特許文献１および２に記載のＰｂフリーはんだ合金について検討したところ、添加金属の種類や組み合わせによっては外部応力型ウィスカの発生が十分に抑制できないことが分かった。
　そこで、本発明は、外部応力型ウィスカの発生を抑制することができるめっき用はんだ合金および電子部品を提供することを課題とする。
　本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、Ｓｎに、Ｎｉおよび／またはＣｏを特定量含有させることにより、外部応力型ウィスカの発生を抑制することができることを見出し、本発明を完成させた。
　すなわち、本発明者らは、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
　［１］　Ｓｎと、Ｎｉと、を含有し、
　Ｎｉの含有量が、０．０６質量％以上５．０質量％以下であり、
　残部がＳｎからなる、機械的接合により導通する電気的接点に用いる、めっき用はんだ合金。
　［２］　Ｓｎと、Ｃｏと、を含有し、
　Ｃｏの含有量が、０．０１質量％以上８質量％未満であり、
　残部がＳｎからなる、機械的接合により導通する電気的接点に用いる、めっき用はんだ合金。
　［３］　Ｓｎと、ＮｉおよびＣｏと、を含有し、
　ＮｉおよびＣｏの合計の含有量が９．５質量％未満であり、
　ＮｉおよびＣｏの含有量がいずれも０質量％超であり、かつ、Ｎｉの含有量が０．０３質量％以上である要件、および、Ｃｏの含有量が０．０１０質量％以上である要件の少なくとも一方の要件を満たし、
　残部がＳｎからなる、機械的接合により導通する電気的接点に用いる、めっき用はんだ合金。
　［４］　嵌合型接続端子に用いる、［１］～［３］のいずれかに記載のめっき用はんだ合金。
　［５］　金属基材と、上記金属基材の接合領域に形成されるめっき被膜と、を有し、
　上記めっき被膜が、Ｓｎと、Ｎｉと、を含有し、
　Ｎｉの含有量が、０．０６質量％以上５．０質量％以下であり、
　残部がＳｎからなる、めっき被膜である、電子部品。
　［６］　金属基材と、上記金属基材の接合領域に形成されるめっき被膜と、を有し、
　上記めっき被膜が、Ｓｎと、Ｃｏと、を含有し、
　Ｃｏの含有量が、０．０１質量％以上８質量％未満であり、
　残部がＳｎからなる、めっき被膜である、電子部品。
　［７］　金属基材と、上記金属基材の接合領域に形成されるめっき被膜と、を有し、
　上記めっき被膜が、Ｓｎと、ＮｉおよびＣｏと、を含有し、
　ＮｉおよびＣｏの合計の含有量が９．５質量％未満であり、
　ＮｉおよびＣｏの含有量がいずれも０質量％超であり、かつ、Ｎｉの含有量が０．０３質量％以上である要件、および、Ｃｏの含有量が０．０１０質量％以上である要件の少なくとも一方の要件を満たし、
　残部がＳｎからなる、めっき被膜である、電子部品。
　以下に示すように、本発明によれば、外部応力型ウィスカの発生を抑制することができるめっき用はんだ合金および電子部品を提供することができる。
図１（Ａ）は、実施例５で調製したはんだ合金（Ｓｎ－０．４Ｎｉ）を用いためっき被膜の圧痕周辺部における走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の白線で表される箇所の断面を矢印Ｂ方向から観察した断面図のＳＥＭ写真であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）の白線で表される箇所の断面を矢印Ｃ方向から観察した断面図ＳＥＭ写真であり、図１（Ｄ）は、図１（Ｂ）の白線で囲まれる範囲の拡大写真であり、図１（Ｅ）は、図１（Ｃ）の白線で囲まれる範囲の拡大写真である。 図２（Ａ）は、実施例１５で調製したはんだ合金（Ｓｎ－０．３Ｃｏ）を用いためっき被膜の圧痕周辺部における走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の白線で表される箇所の断面を矢印Ｂ方向から観察した断面図のＳＥＭ写真であり、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）の白線で表される箇所の断面を矢印Ｃ方向から観察した断面図ＳＥＭ写真であり、図２（Ｄ）は、図２（Ｂ）の白線で囲まれる範囲の拡大写真である。 図３は、ＳｎおよびＮｉを含有するはんだ合金について、Ｎｉの含有量とゼロクロスタイムとの関係を表すグラフである。 図４は、ＳｎおよびＣｏを含有するはんだ合金について、Ｃｏの含有量とゼロクロスタイムとの関係を表すグラフである。 図５（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、Ｓｎ、ＮｉおよびＣｏを含有するはんだ合金について、ＮｉおよびＣｏの含有量とゼロクロスタイムとの関係を表すグラフである。
　以下に、本発明のめっき用はんだ合金および電子部品について説明する。
　なお、本明細書において「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味し、含有量の％表記は、質量％を意味する。
 〔めっき用はんだ合金〕
　本発明の第１の態様に係るめっき用はんだ合金は、Ｓｎと、Ｎｉと、を含有し、Ｎｉの含有量が０．０６質量％以上５．０質量％以下であり、残部がＳｎからなる、機械的接合により導通する電気的接点に用いる、めっき用はんだ合金である。
　また、本発明の第２の態様に係るめっき用はんだ合金は、Ｓｎと、Ｃｏと、を含有し、Ｃｏの含有量が０．０１質量％以上８質量％未満であり、残部がＳｎからなる、機械的接合により導通する電気的接点に用いる、めっき用はんだ合金である。
　また、本発明の第３の態様に係るめっき用はんだ合金は、Ｓｎと、ＮｉおよびＣｏと、を含有し、ＮｉおよびＣｏの合計の含有量が９．５質量％未満であり、ＮｉおよびＣｏの含有量がいずれも０質量％超であり、かつ、Ｎｉの含有量が０．０３質量％以上である要件、および、Ｃｏの含有量が０．０１０質量％以上である要件の少なくとも一方の要件を満たし、残部がＳｎからなる、機械的接合により導通する電気的接点に用いる、めっき用はんだ合金である。
　本発明の第１の態様から第３の態様に係るはんだ合金（以下、これらをまとめて「本発明のはんだ合金」ともいう。）は、上述したように、Ｓｎに、Ｎｉおよび／またはＣｏを特定量含有させることにより、外部応力型ウィスカの発生が抑制される。
　これは、詳細には明らかではないが、およそ以下のとおりと推測される。
　まず、本発明者らは、外部応力型ウィスカが発生する原因が、外部からの機械的応力によってめっき被膜を構成するＳｎ原子の拡散が発生し、その後にＳｎ原子が再結晶化することにより、髭状結晶のウィスカが発生すると推測した。
　そして、Ｓｎに、Ｎｉおよび／またはＣｏを特定量含有させることにより、めっき被膜内部に、Ｓｎ－Ｎｉ化合物、Ｓｎ－Ｃｏ化合物、Ｓｎ－Ｎｉ－Ｃｏ化合物が存在することにより、Ｓｎ原子の拡散が抑制され、その結果、ウィスカの成長や発生そのものを抑制することができたためと考えられる。
　このことは、後述する実施例で調製したはんだ合金を用いためっき被膜の断面図の結果からも推察することができる。
　また、本発明者らは、Ｎｉを特定少量含有するはんだ合金を用いたＳｎめっきでは、上述した内部応力型ウィスカを抑制できないことを知見しており、この知見を考慮すれば、本発明のはんだ合金により外部応力型ウィスカの発生が抑制される効果は、きわめて意外な効果であると言える。
　以下に、本発明のはんだ合金の合金組成について詳述する。
　＜Ｎｉ（第１の態様）＞
　本発明の第１の態様においては、Ｎｉの含有量は、０．０６％以上５．０％以下である。
　ここで、Ｎｉはウィスカの発生抑制および割れやクラックの発生に影響する元素であり、Ｎｉの含有量が０．０６％未満であるとウィスカの発生を抑制する効果が発現しない。
　本発明においては、Ｎｉの含有量は、めっき被膜を溶融めっきにより形成する場合における電子部品の耐熱性の観点や、めっき被膜を電気めっきにより形成する場合におけるめっき被膜の外観の観点などから、５．０％未満であるのが好ましい。
　また、Ｎｉの含有量は、めっき被膜を溶融めっきにより形成する場合における濡れ性の観点から、０．６％以下であるのが好ましく、ウィスカの発生をより抑制できる観点から、０．４０％以上であるのがより好ましい。
　＜Ｃｏ（第２の態様）＞
　本発明の第２の態様においては、Ｃｏの含有量は、０．０１％以上８％未満である。
　ここで、Ｃｏはウィスカの発生抑制および割れやクラックの発生に影響する元素であり、Ｃｏの含有量が０．０１％未満であるとウィスカの発生を抑制する効果が発現せず、８％以上であると外部応力によりめっき被膜表面に割れやクラックが生じることになる。
　本発明においては、Ｃｏの含有量は、めっき被膜を溶融めっきにより形成する場合における濡れ性の観点から、０．４％以下であるのが好ましく、ウィスカの発生をより抑制できる観点から、０．１％超であるのがより好ましい。
　＜ＮｉおよびＣｏ（第３の態様）＞
　本発明の第３の態様においては、ＮｉおよびＣｏの含有量の合計は、９．５％未満である。
　ここで、ＮｉおよびＣｏを含有する第３の態様においては、ＮｉおよびＣｏの含有量がいずれも０％超であり、かつ、Ｎｉの含有量が０．０３％以上である要件、および、Ｃｏの含有量が０．０１０％以上である要件の少なくとも一方の要件を満たす。
　そして、Ｎｉの含有量が０．０３％以上である要件を満たす場合、Ｃｏの含有量は、めっき被膜を溶融めっきにより形成する場合における濡れ性の観点から、０．４％以下であるのが好ましい。
　一方、Ｃｏの含有量が０．０１０％以上である要件を満たす場合、Ｎｉの含有量は、めっき被膜を溶融めっきにより形成する場合における濡れ性の観点から、０．６％以下であるのが好ましい。
　更に、Ｎｉの含有量が０．０３％以上である要件、および、Ｃｏの含有量が０．０１０％以上である要件をいずれも満たす場合、めっき被膜を溶融めっきにより形成する場合における濡れ性の観点から、Ｎｉの含有量は、０．６％以下であるのが好ましく、Ｃｏの含有量は、０．４％以下であるのが好ましい。
　また、ＮｉおよびＣｏの合計含有量は、めっき被膜を溶融めっきにより形成する場合における濡れ性の観点から、０．６％以下であるのが好ましく、ウィスカの発生をより抑制できる観点から、０．１％超であるのがより好ましい。
　本発明のはんだ合金は、外部応力型ウィスカの発生を十分に抑制することができるため、機械的接合により導通する電気的接点として、嵌合型接続端子に好適に用いることができる。
　具体的には、コネクタのコネクタピン（金属端子）や、コネクタと嵌合するフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）の端末接続部（接合領域）に本発明のはんだ合金を用いるのが好ましい。
　以下に、本発明の電子部品について詳述する。
 〔電子部品〕
　本発明の第１の態様に係る電子部品は、金属基材と、上記金属基材の接合領域に形成されるめっき被膜とを有し、上記めっき被膜が、Ｓｎと、Ｎｉと、を含有し、Ｎｉの含有量が、０．０６質量％以上５．０質量％以下であり、残部がＳｎからなる、めっき被膜である、電子部品である。
　また、本発明の第２の態様に係る電子部品は、金属基材と、上記金属基材の接合領域に形成されるめっき被膜とを有し、上記めっき被膜が、Ｓｎと、Ｃｏと、を含有し、Ｃｏの含有量が、０．０１質量％以上８質量％未満であり、残部がＳｎからなる、めっき被膜である、電子部品である。
　また、本発明の第３の態様に係る電子部品は、金属基材と、上記金属基材の接合領域に形成されるめっき被膜とを有し、上記めっき被膜が、Ｓｎと、ＮｉおよびＣｏと、を含有し、ＮｉおよびＣｏの合計の含有量が９．５質量％未満以下であり、ＮｉおよびＣｏの含有量がいずれも０質量％超であり、かつ、Ｎｉの含有量が０．０３質量％以上である要件、および、Ｃｏの含有量が０．０１０質量％以上である要件の少なくとも一方の要件を満たし、残部がＳｎからなる、めっき被膜である、電子部品である。
　本発明の第１の態様から第３の態様に係る電子部品（以下、これらをまとめて「本発明の電子部品」ともいう。）は、上述したように、Ｓｎに、Ｎｉおよび／またはＣｏを特定量含有しためっき被膜を有することにより、めっき被膜表面の外部応力型ウィスカの発生が抑制される。
　ここで、外部応力型ウィスカの発生が抑制される理由は、上述した本発明のはんだ合金と同じであると考えられるため、記載を省略する。
　以下に、本発明の電子部品の構成について詳述する。
　＜金属基材＞
　本発明の電子部品が有する金属基材は特に限定されないが、例えば、上述したフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）の端末接続部（接合領域）を構成する金属基材や、電極を構成する金属基材が好適に挙げられる。
　上記金属基材としては、具体的には、例えば、Ｃｕ基材、Ｎｉ基材、Ａｕ基材等が挙げられ、本発明のはんだ合金を用いためっき被膜を形成しやすい理由から、Ｃｕ基材であることが好ましく、Ｃｕ基材を心材として表面にＮｉめっきを施した基材であることがより好ましい。
　また、上記金属基材の厚みは特に限定されないが、電子部品の強度確保及び薄型化の観点から、０．０５～０．５ｍｍとすることが好ましい。
　＜めっき被膜＞
　本発明の電子部品が有するめっき被膜は、上記金属基材の接合領域に形成されるめっき被膜であり、Ｓｎと、以下に詳述する第１の態様から第３の態様に示す各元素とを有するめっき被膜である。
　（Ｎｉ（第１の態様））
　本発明の第１の態様においては、Ｎｉの含有量は、０．０６％以上５．０％以下である。
　ここで、Ｎｉはウィスカの発生抑制および割れやクラックの発生に影響する元素であり、Ｎｉの含有量が０．０６％未満であるとウィスカの発生を抑制する効果が発現しない。
　本発明においては、Ｎｉの含有量は、めっき被膜を溶融めっきにより形成する場合における電子部品の耐熱性の観点や、めっき被膜を電気めっきにより形成する場合におけるめっき被膜の外観の観点などから、５．０％未満であるのが好ましい。
　また、Ｎｉの含有量は、めっき被膜を溶融めっきにより形成する場合における濡れ性の観点から、０．６％以下であるのが好ましく、ウィスカの発生をより抑制できる観点から、０．４０％以上であるのがより好ましい。
　（Ｃｏ（第２の態様））
　本発明の第２の態様においては、Ｃｏの含有量は、０．０１％以上８％未満である。
　ここで、Ｃｏはウィスカの発生抑制および割れやクラックの発生に影響する元素であり、Ｃｏの含有量が０．０１％未満であるとウィスカの発生を抑制する効果が発現せず、８％以上であると外部応力によりめっき被膜表面に割れやクラックが生じることになる。
　本発明においては、Ｃｏの含有量は、めっき被膜を溶融めっきにより形成する場合における濡れ性の観点から、０．４％以下であるのが好ましく、ウィスカの発生をより抑制できる観点から、０．１％超であるのがより好ましい。
　（ＮｉおよびＣｏ（第３の態様））
　本発明の第３の態様においては、ＮｉおよびＣｏの含有量の合計は、９．５％未満である。
　ここで、ＮｉおよびＣｏを含有する第３の態様においては、ＮｉおよびＣｏの含有量がいずれも０％超であり、かつ、Ｎｉの含有量が０．０３％以上である要件、および、Ｃｏの含有量が０．０１０％以上である要件の少なくとも一方の要件を満たす。
　そして、Ｎｉの含有量が０．０３％以上である要件を満たす場合、Ｃｏの含有量は、めっき被膜を溶融めっきにより形成する場合における濡れ性の観点から、０．４％以下であるのが好ましい。
　一方、Ｃｏの含有量が０．０１０％以上である要件を満たす場合、Ｎｉの含有量は、めっき被膜を溶融めっきにより形成する場合における濡れ性の観点から、０．６％以下であるのが好ましい。
　更に、Ｎｉの含有量が０．０３％以上である要件、および、Ｃｏの含有量が０．０１０％以上である要件をいずれも満たす場合、めっき被膜を溶融めっきにより形成する場合における濡れ性の観点から、Ｎｉの含有量は、０．６％以下であるのが好ましく、Ｃｏの含有量は、０．４％以下であるのが好ましい。
　また、ＮｉおよびＣｏの合計含有量は、めっき被膜を溶融めっきにより形成する場合における濡れ性の観点から、０．６％以下であるのが好ましく、ウィスカの発生をより抑制できる観点から、０．１％超であるのがより好ましい。
　ここで、めっき被膜の形成（めっき）方法は特に限定されず、例えば、本発明のはんだ合金を調製した後、調製したはんだ合金を噴流はんだ槽等で溶融させてめっきを行う溶融めっき法；形成されるめっき被膜が上述した第１の態様から第３の態様に示す組成範囲となるように、１種または２種以上のめっき液を用いて電気めっき装置でめっきを行う電気（電解）めっき法；等の従来公知のめっき方法で形成することができる。
　本発明の電子部品は、本発明のはんだ合金を用いて溶融めっき法によりめっき被膜を形成する場合の他、電子部品に形成するめっき被膜が上述した第１の態様から第３の態様に示す組成範囲になるようにめっきをする電気めっき法によりめっき被膜を形成した場合であっても、外部応力型ウィスカの発生を抑制できる。
　めっき被膜の厚みは特に限定されないが、溶融めっき法では１０～３０μｍとすることが好ましく、電気めっき法では１～５μｍとすることが好ましい。
　以下、実施例を用いて、本発明のはんだ合金について詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。
 〔溶融めっき〕
　下記表１～表４に示す合金組成を有するはんだ合金を用いて、ＮｉめっきＣｕ板（サイズ：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．３ｍｍ，Ｎｉめっき厚：３μｍ）に対して溶融めっきを施し、めっき被膜（厚み：１０μｍ）を形成した。なお、溶融めっき後、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で１分間すすぎ、アセトンで５分間超音波洗浄を行い、フラックス残渣を除去した。
　溶融めっきに使用した使用装置、めっき条件については以下に示す通りである。
　＜使用装置＞
　Ｓｏｌｄｅｒ Ｃｈｅｃｋｅｒ ＳＡＴ－５２００（レスカ製）
　＜めっき条件＞
　・浸漬速度：５ｍｍ／ｓ
　・浸漬深さ：２０ｍｍ
　・浸漬時間：７秒
　・はんだ槽温度：２５０℃～４００℃
　・使用フラックス：ＥＳ－１０９０（千住金属工業製）
 〔電気めっき〕
　ＮｉめっきＣｕ板（サイズ：３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．３ｍｍ，Ｎｉめっき厚：３μｍ）と、陽極として使用するカーボン板とを、下記表１～表４に示す合金組成を有するめっき被膜となるように調製しためっき液が入れられたビーカー内に浸漬し、電流をかけることによって、電気めっきを施し、めっき被膜（厚み：５μｍ）を形成した。
　めっき液の原料や配合、めっき時の電流密度、ビーカー内の浴温、電流を流した時間（めっき時間）については、従来の公知の方法によって、各参考例、各実施例および各比較例毎に適宜、調整を行った。
　＜最大ウィスカ長さ＞
　めっき被膜を形成したＮｉめっきＣｕ板について、ＪＥＩＴＡ ＲＣ－５２４１で規定される「電子機器用コネクタのウィスカ試験方法」に準拠した球圧子法により、外部応力ウィスカの長さを測定した。なお、測定は、同じサンプルの任意の３箇所で行い、ウィスカ長さが最大となるものを測定した。また、比較例２、５～８、１２および１３で形成しためっき被膜については、めっき被膜中に存在する多量のＮｉやＣｏに起因して、球圧子法により、ひび割れが生じたため、ウィスカ長さの測定は行わなかった。
　試験に使用した試験装置・条件、ウィスカ長さの測定装置・条件については以下に示す通りである。
　また、測定の結果、最大ウィスカ長さが３０μｍ以下であるものを外部応力型ウィスカの発生を抑制しているものとして「○」と評価し、最大ウィスカ長さが３０μｍ超であるものを外部応力型ウィスカの発生を抑制できていいないものとして「×」と評価した。
　最大ウィスカの測定値および評価結果を下記表１～表４に示す。
　（試験装置）
　ＪＥＩＴＡ ＲＣ－５２４１の「４．４　荷重試験機」に定められた仕様を満足する荷重試験機（ジルコニア球圧子の直径：１ｍｍ）
　（試験条件）
　・荷重：３００ｇ
　・試験期間：１０日間（２４０時間）
　（測定装置・条件）
　・ＦＥ－ＳＥＭ：Ｑｕａｎｔａ ＦＥＧ２５０（ＦＥＩ製）
　・加速電圧：１０ｋＶ
　球圧子法によりウィスカ試験に供したサンプルのうち、実施例５で調製したはんだ合金（Ｓｎ－０．４Ｎｉ）を用いためっき被膜の圧痕周辺部における断面を集束イオンビーム（ＦＩＢ）で切り出した。めっき被膜における圧痕周辺部の表面や、圧痕周辺部の断面をＳＭＩ３０５０ＳＥ（日立ハイテクサイエンス製）の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影したものを図１に示す。
　同様に、実施例１５で調製したはんだ合金（Ｓｎ－０．３Ｃｏ）を用いためっき被膜の圧痕周辺部の表面および圧痕周辺部の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影したものを図２に示す。
　図１および図２に示すめっき被膜の断面図から分かるように、めっき被膜の内部に針状の結晶（破線で囲む部分）が確認され、この結晶をエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）により分析したところ、めっき被膜（Ｓｎ－０．４Ｎｉ）からはＳｎおよびＮｉが検出され、めっき被膜（Ｓｎ－０．３Ｃｏ）からはＳｎおよびＣｏが検出された。
　なお、本例では、最大ウィスカ長さが３０μｍ以下の合金を実施例として扱い、最大ウィスカ長さが３０μｍを超えた合金、または、最大ウィスカ長さが３０μｍ以下でもめっき自体にひび割れが発生してしまった合金を比較例とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表１～表４に示す結果から、ＮｉまたはＣｏの含有量が少ない合金は、参考例１および２で調製した合金を用いた場合と比較して、最大ウィスカ長さが抑制できていないことが分かった（比較例１、３および４）。
　また、ＮｉおよびＣｏを含有し、ＮｉまたはＣｏの含有量が少ない合金は、参考例１および２で調製した合金を用いた場合と比較して、最大ウィスカ長さが抑制できていないことが分かった（比較例９～１１）。
　更に、参考例３の結果から、ＮｉおよびＣｏを含有しない合金では、電気めっきによっても最大ウィスカ長さが抑制できていないことが分かった。
　更に、Ｎｉおよび／またはＣｏを多量に含有している合金では、ウィスカの発生を抑制しているが、圧痕に沿ってめっき自体にひび割れが発生してしまい、嵌合用途として使用するのには不適であることが分かった（比較例２、５～８、１２および１３）。
　これに対し、Ｎｉの含有量、Ｃｏの含有量、ならびに、ＮｉおよびＣｏを含有する場合の合計の含有量が所定の範囲にある合金は、いずれも、参考例１で調製した合金を用いた場合と比較して、最大ウィスカ長さを抑制できることが分かった（実施例１～５、１１～１３、１５および２０～２４）。この結果は、電気めっきによりめっき被膜を形成した場合でも同様に確認することができた（実施例６～１０、１４、１６～１９および２５～２９）。
　特に、実施例１～５の対比から、Ｎｉの含有量が０．３０質量％を超えると、最大ウィスカ長さが１０μｍとなり、従来、耐ウィスカ性が良好とされていたＳｎ－Ｐｂ合金（参考例２）よりも、ウィスカの発生を抑制できることが分かった。
　同様に、実施例１１～１５の対比から、Ｃｏの含有量が０．１０質量％を超えると、最大ウィスカ長さが１０μｍとなり、従来、耐ウィスカ性が良好とされていたＳｎ－Ｐｂ合金（参考例２）よりも、ウィスカの発生を抑制できることが分かった。
　なお、めっき被膜を形成する金属基材を「Ｎｉめっきを施していないＣｕ板」に変更したところ、実施例１～２９と同様の傾向があることが分かった。
　＜濡れ性＞
　Ｓｎと、Ｎｉおよび／またはＣｏとを含有するはんだ合金について、ＪＩＳ Ｚ ３１９８－４で規定されたウェッティングバランス法により、ゼロクロスタイムを測定した。結果を図３～５に示す。
　図３に示す結果から、Ｎｉの含有量が０．６％以下であると、ゼロクロスタイムが短く、濡れ性が良好であることが分かり、同様に、図４に示す結果から、Ｃｏの含有量が０．４％以下であると、ゼロクロスタイムが短く、濡れ性が良好であることが分かった。また、図５に示す結果から、ＮｉおよびＣｏを含有する場合であっても、Ｎｉの含有量が０．６％以下であるか、Ｃｏの含有量が０．４％以下であると、濡れ性が良好であることが分かった。
　なお、評価に使用した試験装置、試験条件については以下に示す通りである。
　（試験装置）
　Ｓｏｌｄｅｒ Ｃｈｅｃｋｅｒ ＳＡＴ－５２００（レスカ製）
　（試験条件）
　・浸漬速度：１０ｍｍ／ｓ
　・浸漬深さ：２ｍｍ
　・浸漬時間：５秒
　・はんだ槽温度：２５０℃
　・使用フラックス：ＥＳ－１０９０（千住金属工業製）
　・使用Ｃｕ板：３０ｍｍ×３ｍｍ

Claims (7)

  1. 　Ｓｎと、Ｎｉと、を含有し、
    　Ｎｉの含有量が、０．０６質量％以上５．０質量％以下であり、
    　残部がＳｎからなる、機械的接合により導通する電気的接点に用いる、めっき用はんだ合金。
  2. 　Ｓｎと、Ｃｏと、を含有し、
    　Ｃｏの含有量が、０．０１質量％以上８質量％未満であり、
    　残部がＳｎからなる、機械的接合により導通する電気的接点に用いる、めっき用はんだ合金。
  3. 　Ｓｎと、ＮｉおよびＣｏと、を含有し、
    　ＮｉおよびＣｏの合計の含有量が９．５質量％未満であり、
    　ＮｉおよびＣｏの含有量がいずれも０質量％超であり、かつ、Ｎｉの含有量が０．０３質量％以上である要件、および、Ｃｏの含有量が０．０１０質量％以上である要件の少なくとも一方の要件を満たし、
    　残部がＳｎからなる、機械的接合により導通する電気的接点に用いる、めっき用はんだ合金。
  4. 　嵌合型接続端子に用いる、請求項１～３のいずれかに記載のめっき用はんだ合金。
  5. 　金属基材と、前記金属基材の接合領域に形成されるめっき被膜と、を有し、
    　前記めっき被膜が、Ｓｎと、Ｎｉと、を含有し、
    　Ｎｉの含有量が、０．０６質量％以上５．０質量％以下であり、
    　残部がＳｎからなる、めっき被膜である、電子部品。
  6. 　金属基材と、前記金属基材の接合領域に形成されるめっき被膜と、を有し、
    　前記めっき被膜が、Ｓｎと、Ｃｏと、を含有し、
    　Ｃｏの含有量が、０．０１質量％以上８質量％未満であり、
    　残部がＳｎからなる、めっき被膜である、電子部品。
  7. 　金属基材と、前記金属基材の接合領域に形成されるめっき被膜と、を有し、
    　前記めっき被膜が、Ｓｎと、ＮｉおよびＣｏと、を含有し、
    　ＮｉおよびＣｏの合計の含有量が９．５質量％未満であり、
    　ＮｉおよびＣｏの含有量がいずれも０質量％超であり、かつ、Ｎｉの含有量が０．０３質量％以上である要件、および、Ｃｏの含有量が０．０１０質量％以上である要件の少なくとも一方の要件を満たし、
    　残部がＳｎからなる、めっき被膜である、電子部品。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018153834A (ja) * 2017-03-17 2018-10-04 株式会社ニーケプロダクツ アルミニウム部材同士またはアルミニウム部材と銅部材とをトーチハンダ付けする方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115502604B (zh) * 2022-09-29 2023-07-18 安徽科技学院 用于镁合金的钎料、使用方法及其助焊剂

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11193494A (ja) * 1997-12-26 1999-07-21 Kobe Steel Ltd かん合型接続端子用めっき材及びかん合型接続端子
JP2006249460A (ja) * 2005-03-08 2006-09-21 Kobe Steel Ltd ウイスカー発生抑制に優れたＳｎめっきまたはＳｎ合金めっき
JP2007100148A (ja) * 2005-10-03 2007-04-19 C Uyemura & Co Ltd ウィスカ抑制表面処理方法
JP2008021501A (ja) * 2006-07-12 2008-01-31 Hitachi Cable Ltd 配線用電気部品及び端末接続部並びに配線用電気部品の製造方法
JP2013221166A (ja) * 2012-04-13 2013-10-28 Jx Nippon Mining & Metals Corp 電子部品用金属材料

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1045577A (en) * 1973-08-20 1979-01-02 Martin H. Pollack Electrodeposition of bright tin-nickel alloy
US3940319A (en) * 1974-06-24 1976-02-24 Nasglo International Corporation Electrodeposition of bright tin-nickel alloy
JPS51140819A (en) * 1975-05-30 1976-12-04 Mitsubishi Metal Corp Decorative ni-co-sn alloy and heat treatment and production methods th ereof
JPH0825050B2 (ja) * 1993-06-08 1996-03-13 日本アルミット株式会社 無含鉛半田合金
DE4443461C1 (de) * 1994-12-07 1996-07-04 Wieland Werke Ag Band- bzw. drahtförmiges Verbundmaterial und seine Verwendung
JP3754152B2 (ja) * 1996-11-08 2006-03-08 田中電子工業株式会社 無鉛半田材料及びそれを用いた電子部品
JP2000077253A (ja) * 1998-09-02 2000-03-14 Murata Mfg Co Ltd 電子部品、チップ型セラミック電子部品、およびそれらの製造方法
US20020155024A1 (en) * 2000-10-27 2002-10-24 H-Technologies Group, Inc. Lead-free solder compositions
JP2003049293A (ja) * 2001-03-16 2003-02-21 Shipley Co Llc 錫メッキ
CA2380704A1 (en) * 2002-03-22 2003-09-22 Sun Industrial Limited Environmental friendly lead-free fishing, diving and net weight alloys
JP2006009039A (ja) * 2004-06-21 2006-01-12 Rambo Chemicals (Hong Kong) Ltd ウィスカー成長が抑制されたスズ系めっき皮膜及びその形成方法
CN101051535B (zh) 2006-04-06 2012-09-19 日立电线株式会社 配线用导体及其制造方法、终端连接部、无铅焊锡合金
JP5376553B2 (ja) 2006-06-26 2013-12-25 日立金属株式会社 配線用導体及び端末接続部
US20100059576A1 (en) * 2008-09-05 2010-03-11 American Iron & Metal Company, Inc. Tin alloy solder composition
JP5086485B1 (ja) * 2011-09-20 2012-11-28 Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 電子部品用金属材料及びその製造方法
CN103978320B (zh) * 2014-05-27 2016-05-25 北京理工大学 一种颗粒添加的低银系无铅焊料

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11193494A (ja) * 1997-12-26 1999-07-21 Kobe Steel Ltd かん合型接続端子用めっき材及びかん合型接続端子
JP2006249460A (ja) * 2005-03-08 2006-09-21 Kobe Steel Ltd ウイスカー発生抑制に優れたＳｎめっきまたはＳｎ合金めっき
JP2007100148A (ja) * 2005-10-03 2007-04-19 C Uyemura & Co Ltd ウィスカ抑制表面処理方法
JP2008021501A (ja) * 2006-07-12 2008-01-31 Hitachi Cable Ltd 配線用電気部品及び端末接続部並びに配線用電気部品の製造方法
JP2013221166A (ja) * 2012-04-13 2013-10-28 Jx Nippon Mining & Metals Corp 電子部品用金属材料

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018153834A (ja) * 2017-03-17 2018-10-04 株式会社ニーケプロダクツ アルミニウム部材同士またはアルミニウム部材と銅部材とをトーチハンダ付けする方法

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