JPH07150272A - 電気・電子部品用錫めっき銅合金材およびその製造方法 - Google Patents

電気・電子部品用錫めっき銅合金材およびその製造方法

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JPH07150272A
JPH07150272A JP29787693A JP29787693A JPH07150272A JP H07150272 A JPH07150272 A JP H07150272A JP 29787693 A JP29787693 A JP 29787693A JP 29787693 A JP29787693 A JP 29787693A JP H07150272 A JPH07150272 A JP H07150272A
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JP
Japan
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tin
copper alloy
iron
intermetallic compound
plated
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JP29787693A
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Masaaki Isono
誠昭 磯野
Satoshi Maruo
聡 丸尾
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 錫めっき層の厚さを薄くとも、半田付け性に
優れ、かつ耐熱剥離性にも優れる電気・電子部品用錫め
っき銅合金材及びその製造方法を提供すること。 【構成】 銅合金と錫めっき層の中間に0.1〜0.4
μmの厚さで溶融により生じた鉄と錫との金属間化合物
層を持つことを特徴とする。銅合金の表面に0.08〜
0.3μmの鉄または鉄合金めっき層を施し、さらにそ
の上に錫めっきを施した後、錫めっき層を再溶(リフロ
ー)させることによって、銅合金材と錫めっき層の中間
に0.1〜0.4μmの鉄と錫の金属間化合物層を設け
ることを特徴とする。また、銅合金の表面に0.08〜
0.3μmの鉄または鉄合金めっき層を施した後、それ
を溶融した錫中に浸潰し、錫めっきすると同時に、銅合
金材と錫めっき層の中間に0.1〜0.4μmの鉄と錫
の金属間化合物層を設けることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気・電子部品用錫め
っき銅合金材およびその製造方法に係る。
【0002】
【従来の技術】錫めっき銅合金材は、端子・コネクター
をはじめ様々な電気・電子部品に用いられている。電気
・電子部品用として錫めっきを施す目的は、耐食性、良
好な半田付け性を付与するためである。また接点では、
接触抵抗値を低く安定に保つ目的をも持っている。
【0003】従来、これらの錫めっき銅合金材の多く
は、銅合金上に直接錫めっきを施すか、あるいは銅合金
材と錫めっき材の中間に銅下地めっきを施して製造され
ていた。
【0004】これらの錫めっき銅合金材を用いた電気・
電子部品は、実装の際の半田付け時や、実装後の使用環
境において熱影響を受ける。この熱影響は、錫めっき層
表面を酸化したり、銅合金中や銅下地めっき中のCuの
錫めっき中への拡散を促進したりして次のような様々な
問題の原因となる。
【0005】例えば、錫めっきと、銅合金中や銅下地め
っき中からのCuとが反応拡散して、脆い金属間化合物
を形成し、その厚さが厚くなると、曲げ加工時のめっき
層の剥離の原因となる。また、錫めっき層全体が合金化
してしまい純錫層がなくなると、半田付けは不可能にな
る。
【0006】これら問題を避けるための一つの対策とし
て、錫めっき層を厚く施し(例えば、3〜5μmと
し)、Cuの錫めっき層表面までの拡散の時間をかせぐ
方法があるが、錫は高価な金属であり、錫めっき材のコ
ストを高くするという問題がある。また、錫めっきが厚
いとスタンピングの際に端面に錫のバリ(スタンピング
のカス)が多く発生し、金型の寿命を短くするという問
題が生じる。
【0007】そこで、従来通りの薄い錫めっき層(通常
1〜1.5μm)で耐熱剥離性、耐熱半田付け性にすぐ
れた錫めっき銅合金材が望まれる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、錫めっき層
の厚さを薄くとも、半田付け性に優れ、かつ耐熱剥離性
にも優れる電気・電子部品用錫めっき銅合金材及びその
製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の電気・電子部品用錫めっき銅合金材は、銅合金と錫め
っき層の中間に0.1〜0.4μmの溶融により生じた
鉄と錫との金属間化合物層を持つことを特徴とする。
【0010】上記課題を解決するための電気・電子部品
用錫めっき銅合金材の製造方法は、銅合金の表面に0.
08〜0.3μmの鉄または鉄合金めっき層を施し、さ
らにその上に錫めっきを施した後、錫めっき層を再溶
(リフロー)させることによって、銅合金材と錫めっき
層の中間に0.1〜0.4μmの鉄と錫の金属間化合物
層を設けることを特徴とする。
【0011】また、電気・電子部品用錫めっき銅合金材
の製造方法は、銅合金の表面に0.08〜0.3μmの
鉄または鉄合金めっき層を施した後、それを溶融した錫
中に浸潰し、錫めっきすると同時に、銅合金材と錫めっ
き層の中間に0.1〜0.4μmの鉄と錫の金属間化合
物層を設けることを特徴とする。
【0012】
【作用】以下に本発明の作用を本発明をなすに際して得
た知見等とともに説明する。銅合金あるいは銅下地めっ
き上に錫めっきを施すと、錫と銅が反応拡散して、Cu
3Snからなるε層、Cu6Sn5からなるη層ができ
る。これらの拡散は非常に速く、100〜200℃で数
時間から数十時間で1〜2μm拡散する。しかるに本発
明者は、銅合金と錫めっき層の間に適当な厚さの鉄と錫
の金属間化合物層を設ける理由は、この鉄と錫の金属間
化合物層が、錫めっき層中への銅の拡散を防ぎ、しいて
は錫めっき層に金属間化合物を形成するのを防ぐことを
見いだした。よって、錫めっき層は純錫の部分を安定し
て保存することができる。ここで、鉄と錫の金属間化合
物とは、Fe3Sn、Fe3Sn2、FeSn、FeSn3
のことである。
【0013】従来は、銅と錫との金属間化合物や鉄と錫
との金属間化合物のような金属間化合物ができると曲げ
加工によって金属間化合物の層と銅合金材との界面から
めっき層が剥離すると言われていた。
【0014】しかし、経時的な拡散によってできる金属
間化合物とは異なり、溶融してできたものは、界面に拡
散による欠陥もなく密着性に優れていることを本発明者
は知見したのである。ただ、溶融してできた金属間化合
物について本発明者が幾多の実験を重ねたところ、やは
り曲げ加工によって剥離することがあった。そこで、ど
のような場合に剥離し、どのような場合に剥離しないか
を詳細に調べたところ、剥離の有無は、金属間化合物の
厚さに大きく左右されることを突き止めた。すなわち、
後にも詳細に説明するが、金属間化合物層がある一定の
厚さよりも薄いときは、めっきの剥離は全く発生しない
ことを知見した。
【0015】このように、我々は従来悪影響を及ぼすと
されてきた鉄と錫との金属間化合物層が、それを錫の融
点以上の温度で生成し、厚さを適当に制御することによ
って、反対にCuとSnの相互拡散を抑制し、錫めっき
層の合金化を防ぐことを明らかにした。また、かかる鉄
と錫との金属間化合物は、Ni3Snなる金属間化合物
よりも銅合金中のCuの拡散抑制作用がはるかに高いこ
とも見いだした。これによって、熱的にも、また経時的
にも安定した半田付け性を有する錫めっき銅合金材及び
その製造方法を発明したのである。
【0016】ここで、鉄と錫との金属間化合物層の厚さ
を0.1μm以上としたのは、銅の錫中ヘの拡散を防ぐ
には0.1μm以上の鉄と錫の金属間化合物層が必要だ
からである。また、0.4μm以下としたのは、それ以
上厚くても銅の拡散防止の効果に大差は無いためであ
る。また、0.4μm以上に鉄と錫の金属間化合物層が
成長すると、曲げ加工時に曲げの応力が大きくなって鉄
と錫の金属間化合物層が銅合金の界面から剥離したり、
錫めっき層の大部分が合金層になって半田が付かなくな
ったりするからである。また、合金層が必要以上に厚い
と錫めっき材をスタンピングする際に、ダイスの寿命を
短くする原因にもなる。よって、鉄と錫の金属間化合物
層の厚さは0.1〜0.4μmとした。
【0017】次に、製造方法について説明する。錫めっ
きを施す方法は、電気めっき後にリフロー処理する方
法、溶融錫の中に、浸潰する方法のいずれでもよい。前
者では、電気めっき皮膜を再溶解させる時にめっきと錫
めっきが溶融して、鉄と錫の金属間化合物層をつくる。
また、溶融鉄めっきの場合も同様に鉄と錫の金属間化合
物層をつくる。これらはいずれも錫めっきを施す工程と
鉄めっきを金属間化合物層に変化させることを行うもの
である。
【0018】鉄めっきの厚さを0.08μm以上とした
のは、それよりも薄いと鉄と錫の金属間化合物層の厚さ
が不十分で、CuのSnめっき中ヘの拡散防止効果が不
十分になるからである。また、0.3μm以下としたの
は、それ以上厚いと不必要な厚さの鉄と錫の金属間化合
物層ができ加工性を悪化させるためである。よって、鉄
めっきの厚さは0.05〜0.3μmとした。
【0019】鉄めっきは、リフロー処理後および溶融錫
めっき後に完全に無くなっていることが重要である。な
ぜならば、鉄めっき層が残っていると本材が電子部品と
なって使用される間に、鉄と錫の相互拡散が進行して、
鉄と錫からなる金属間化合物層がさらに成長し、必要以
上の厚さになる恐れがあるからである。拡散によってで
きる金属間化合物はめっき層の界面に欠陥を伴ったりし
て剥離の原因になりかねない。また、必要以上の厚さの
金属間化合物層は加工性を低下させる。
【0020】また、錫めっきの厚さは、コストやスタン
ピング時の屑の発生を考慮すると薄い方が望ましい。一
方、耐熱剥離性、半田付け性の観点からは厚い方が望ま
しい。しかし、めっきを行ってから部品に加工され、機
器に実装される際の半田付けを行うまでの期間をおよそ
1年とすると、その期間、半田付け性を保持するために
は、すくなくとも0.8μmは必要であると考える。詳
細は、めっき材の用途に応じて決定すればよい。もちろ
ん、半田付けを行うまでの期間が短い場合には0.8μ
mよりも薄くしてもよく、その場合であっても剥離を生
ずることはない。
【0021】めっきを施す銅合金材料には、錫および鉄
を含んだ合金が望ましい。なぜならば、多くの端子・コ
ネクターなどの接触子は、スタンピングによって作られ
るが、もし銅合金が鉄を含有しておれば、そのスタンピ
ング屑が、めっき層を剥離することなしに再利用できる
からである。
【0022】特に、前記銅合金は、Sn:1.5〜2.
5重量%、Fe:0.05〜0.15重量%、P:0.
02〜0.05重量%、残部Cuからなる銅合金、また
はZn:1.0〜5.0重量%、Sn:1.0〜2.5
重量%、Fe:0.05〜0.15重量%、P:0.0
2〜0.05重量%、残部Cuからなる銅合金を用いる
ことが好ましい。これらの合金は、本発明の製造方法を
用いても強度や導電率等の材料特性の変化無い耐熱性に
優れる銅合金であり、また、Cu下地めっきを施さずと
も、鉄と錫との金属間化合物層だけで、Znの拡散を防
止することができ、経時的にも良好な半田付け性、接触
抵抗値を保持することが可能となる。
【0023】
【実施例】第1表に示す錫めっき材を作成した。りん青
銅材はCu6wt%Sn−0.045wt%Pからなる
りん青銅二種材をもちいた。また、KLF−5はCu−
2wt%Sn−0.1wt%Fe0.03wt%Pから
なる銅合金である。用いた錫めっき液組成およびめっき
条件は第2表に示した。また、鉄合金めっき液組成およ
びめっき条件は第3表に示した。このとき鉄合金めっき
層の組成は鉄が90重量%であった。
【0024】これらの錫めっき材を150℃で100、
500、1000時間熱処理した後、これらの材料の9
0゜繰り返し曲げを2回行い、曲げ部表面を実体顕微鏡
で観察し、めっき層の剥離の有無を確認した。また、半
田付け性は、最近のコネクターの表面実装化に伴い増加
してきたリフロー半田付け方法を考慮した220℃で1
0分までの範囲の熱処理後に評価した。半田付け性は、
半田付け後に半田の付着面積が85%以上を『良好』と
し、それ以下を『不良』とした。結果は第1表に合わせ
て示した。
【0025】その結果、鉄と錫の金属間化合物層の厚さ
が0.1μm以上の時、熱剥離は起こらなかった。これ
は、錫と鉄の金属間化合物が銅の錫層への拡散を抑制す
るため、錫と銅の金属間化合物がほとんど成長せず、熱
剥離の原因と言われるカーケンダルボイドが発生しない
ためである。また、従来材は、150℃×500時間で
めっきの剥離が発生した。鉄と錫の金属間化合物層の厚
さが0.5μm以上では曲げ試験によって剥離が発生し
た。よって、鉄と錫の金属間化合物層の厚さは、0.1
〜0.4μmが適当である。
【0026】また、鉄めっきを施さないものは、220
℃×5分の熱処理で半田付け不良が発生するのに対し、
本発明による錫めっき材は、10分でも良好な半田付け
性が得られた。半田付け性ヘの熱影響の点でも、本発明
の実施例材は優れていた。
【0027】
【発明の効果】本発明によって、耐熱剥離性、耐熱半田
付け性にすぐれた電気・電子部品用錫めっき銅合金材を
提供することができる。この錫めっき銅合金材は、端子
・コネクター等の電気・電子部品の耐熱剥離性、耐熱半
田付け性を向上させることになり、機器の信頼性を高め
ることに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例における試験条件及び結果を示す表であ
る。
【図2】実施例における錫めっき条件等を示す表であ
る。
【図3】実施例における鉄めっき条件等を示す表であ
る。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅合金と錫めっき層の中間に0.1〜
    0.4μmの厚さで溶融により生じた鉄と錫との金属間
    化合物層を持つことを特徴とする電気・電子部品用錫め
    っき銅合金材。
  2. 【請求項2】 前記銅合金は、鉄および錫を成分として
    含有する銅合金であることを特徴とする請求項1記載の
    電気・電子部品用錫めっき銅合金材。
  3. 【請求項3】 前記銅合金は、Sn:1.5〜2.5重
    量%、Fe:0.05〜0.15重量%、P:0.02
    〜0.05重量%、残部Cuからなる銅合金、またはZ
    n:1.0〜5.0重量%、Sn:1.0〜2.5重量
    %、Fe:0.05〜0.15重量%、P:0.02〜
    0.05重量%、残部Cuからなる銅合金であることを
    特徴とする請求項2記載の電気・電子部品用錫めっき銅
    合金材。
  4. 【請求項4】 銅合金の表面に0.08〜0.3μmの
    鉄または鉄合金めっき層を施し、さらにその上に錫めっ
    きを施した後、錫めっき層を再溶(リフロー)させるこ
    とによって、銅合金材と錫めっき層の中間に0.1〜
    0.4μmの鉄と錫の金属間化合物層を設けることを特
    徴とする電気・電子部品用錫めっき銅合金材の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 銅合金の表面に0.08〜0.3μmの
    鉄または鉄合金めっき層を施した後、それを溶融した錫
    中に浸潰し、錫めっきすると同時に、銅合金材と錫めっ
    き層の中間に0.1〜0.4μmの鉄と錫の金属間化合
    物層を設けることを特徴とする電気・電子部品用錫めっ
    き銅合金材の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記銅合金として、鉄および錫を成分と
    して含有する銅合金をもちいることを特徴とする請求項
    4または5記載の電気・電子部品用錫めっき銅合金材の
    製造方法。
  7. 【請求項7】 前記銅合金は、Sn:1.5〜2.5重
    量%、Fe:0.05〜0.15重量%、P:0.02
    〜0.05重量%、残部Cuからなる銅合金、またはZ
    n:1.0〜5.0重量%、Sn:1.0〜2.5重量
    %、Fe:0.05〜0.15重量%、P:0.02〜
    0.05重量%、残部Cuからなる銅合金であることを
    特徴とする請求項6記載の電気・電子部品用錫めっき銅
    合金材の製造方法。
JP29787693A 1993-11-29 1993-11-29 電気・電子部品用錫めっき銅合金材およびその製造方法 Pending JPH07150272A (ja)

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JP (1) JPH07150272A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6759142B2 (en) 2001-07-31 2004-07-06 Kobe Steel Ltd. Plated copper alloy material and process for production thereof
JP2016098379A (ja) * 2014-11-18 2016-05-30 東洋鋼鈑株式会社 はんだ付け材料

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6759142B2 (en) 2001-07-31 2004-07-06 Kobe Steel Ltd. Plated copper alloy material and process for production thereof
US6939621B2 (en) 2001-07-31 2005-09-06 Kobe Steel, Ltd. Plated copper alloy material and process for production thereof
JP2016098379A (ja) * 2014-11-18 2016-05-30 東洋鋼鈑株式会社 はんだ付け材料

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