WO2005123987A1 - スズ系めっき皮膜及びその形成方法 - Google Patents

スズ系めっき皮膜及びその形成方法 Download PDF

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WO2005123987A1
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plating
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Chun Wah Jimmy Kwok
Yim Wah Rosaline Kwok
Yutaka Nakagishi
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Rambo Chemicals (H.K.) Ltd.
Okuno Chemical Industries Co., Ltd.
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Definitions

  • Tin-based plating film and method of forming the same
  • the present invention relates to a tin-based plating film in which whisker growth is suppressed and a method for forming the same.
  • Sn-Pb plating is conventionally referred to as solder plating because the plating film has a good appearance, excellent solderability, and relatively easy management of the plating bath. It is widely used for electro-electronic component plating. In recent years, however, it has been pointed out that the solder of discarded electronic components elutes due to acid rain and becomes a source of groundwater contamination. In particular, lead, which is harmful to the human body, has problems in the working environment and wastewater treatment, so the development of lead-free V and tin alloys is urgently needed!
  • a low-melting-point lead-free Sn alloy having excellent solderability for example, a tin alloy containing Ag, Cu, ⁇ , ⁇ 1, ⁇ ⁇ , etc. is known (for example, the following patent document) 1).
  • whisker-like single crystal called a whisker is easily generated in the plating film.
  • whiskers are generated on the plating film formed on electrical and electronic components, the circuits and terminals are short-circuited, and the performance and reliability of electrical and electronic components are significantly reduced. Therefore, prevention of whiskers has become an important issue in plating films for electrical and electronic components.
  • a method of performing a chemical post-treatment using a phosphoric acid aqueous solution after performing a plating process is also known.
  • mass-producing electronic components having a tin or tin alloy-coated film formed thereon there is a problem that the performance of the plating film is deteriorated if the post-processing solution is contaminated or once the post-processing solution is once contaminated. There is.
  • Patent Document 1 JP-A-8-13185
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned state of the art, and its main object is to provide a tin-plated film or a tin-alloy-coated film that does not contain lead, in which the occurrence of whiskers occurs.
  • An object of the present invention is to provide a tin-based plating film that can be formed relatively easily without a complicated process that is suppressed for a long period of time.
  • the present inventors have intensively studied to achieve the above object.
  • a tin-based two-layer structure consisting of a lower layer consisting of a tin plating film or a tin alloy plating film and an upper layer consisting of a relatively thin tin plating film or a tin alloy plating film formed thereon.
  • the plating film it has been found that generation of whiskers can be prevented for a long time.
  • they have found that by appropriately setting the alloy composition of the upper plating film, it is possible to arbitrarily set the reflow temperature without significantly affecting the physical properties of the plating film as a whole.
  • the present invention has been completed based on these findings.
  • the present invention provides the following tin-based plating film in which the growth of whiskers is suppressed, and a method for forming the same.
  • Group strength consisting of konoleto, copper, bismuth, silver and indium forces formed by a tin plating film or a tin alloy plating film consisting of at least one selected metal of 5% by weight or less and tin of 95% by weight or more.
  • Lower layer and group consisting of cobalt, copper, bismuth, silver and indium
  • a tin-based plating film composed of a two-layer plating film consisting of:
  • the lower layer has a thickness of 0.1-20 ⁇ m and the upper layer has a thickness of 0.025-5 ⁇ m Item 4.
  • tin-based plating film with two-layer structure, (l) Ni or Cu underlayer, (2) Sn, Sn—Co alloy, Sn—Cu alloy, Sn—Bi Alloy, Sn-Ag alloy or Sn-In alloy, or a plating layer made of Ni or Cu, or Sn, Sn-Co alloy, Sn-Cu alloy, Sn-Bi alloy, Item 5.
  • the tin-based coating film according to any one of the above items 1 to 4, having a two-layer base coating layer on which a plating layer having a Sn—Ag alloy or Sn In alloy strength is formed.
  • a method for forming a tin-based plating film with suppressed isker growth comprising forming a tin plating film or a tin alloy plating film comprising a metal of 5% by weight or less and tin 95% by weight or more as an upper layer.
  • the tin layer as the lower layer is formed by the method of Item 7 above.
  • Plating film or tin alloy A plating film is formed, and then a tin plating film or a tin alloy plating film as the upper layer Forming a tin-based coating film.
  • the tin-based plating film of the present invention is a tin plating film having a strength of at least one metal selected from conolite, copper, bismuth, silver, and indium, and a force of at least 5% by weight and tin having a strength of 95% by weight or more.
  • tin-based film only a very thin tin-plated film or tin-alloy-coated film is formed as the upper layer, and the lower layer is formed of a tin-plated film and a tin alloy film.
  • the coating film generation of whiskers can be suppressed for a long time.
  • Each of the upper and lower coated films may be appropriately selected in accordance with the purpose of any of gloss, semi-gloss, and matte (matte).
  • the lower layer is preferably a tin plating film.
  • the lower layer is preferably in a semi-luminous or matted state, and more preferably in a matted state.
  • Such a semi-gloss or matte tin plating film has a large crystal grain size and a large effect of relieving stress, and therefore can effectively suppress the generation of whiskers.
  • the above-described two-layer structure makes it difficult for whiskers to occur, and further causes fluctuations in reflow temperature, reduced solderability, and cracking. Problems are less likely to occur. For this reason, compared with the case where only the tin alloy plating film is formed, strict control of the alloy composition is not required, and the plating operation becomes easier.
  • the upper layer is preferably a glossy or semi-glossy tin plating film or a tin alloy plating film, and particularly preferably a glossy plating film.
  • a glossy or semi-gloss coating film can block pores because of a small crystal grain size.
  • the film since the film has relatively high hardness, the surface of the film is not easily scratched. Thus, generation of whiskers can be more effectively prevented.
  • the lower layer is a semi-gloss or matte tin or tin alloy-coated film and the upper layer is a gloss or semi-gloss tin or tin alloy-coated film
  • the overall hardness is increased. It is possible to suppress the occurrence of internal stress and cracks.
  • the lower layer is a matte tin plating film and the upper layer is a bright tin alloy plating film.
  • the reflow temperature can be arbitrarily set by adjusting the alloy composition of the tin alloy, and the film having a reflow temperature suitable for the intended use can be obtained. Can be easily obtained.
  • the alloy composition is relatively stable because the thickness of the tin alloy plating layer formed as the upper layer is relatively small, compared with the case where the whole is formed of a single layer of tin alloy plating. Is easy to control. Further, according to such a configuration, it is sufficient to form a very thin tin alloy layer as an upper layer, so that the physical properties of a tin plating film or a tin alloy plating film formed as a lower layer are greatly affected. It is possible to arbitrarily set only the reflow temperature that does not have a significant effect.
  • the glossy or semi-gloss tin plating film or tin alloy plating film formed as the upper layer is formed, for example, by using a known tin plating bath or tin alloy plating bath containing an additive such as a particle size modifier. Can be formed.
  • the thickness of the tin plating film or the tin alloy plating film formed as the lower layer is not particularly limited, but is usually preferably about 0.1 to 20 / ⁇ .
  • the lower layer is preferably about 1.5 to 5 m, more preferably about 2.5 to 5 m.
  • the lower layer is preferably about 8 to 20 m, more preferably about 10 to 15 m.
  • the thickness of the tin plating film or the tin alloy coating film formed as the upper layer is not particularly limited, but it is usually preferable to make the film thinner than the lower layer. It is preferably about 5 m.
  • the thickness of the upper layer is within the above-mentioned range, preferably about 50% or less of the lower layer, more preferably about 25% or less.
  • the method of forming a tin plating film and a tin alloy plating film in the above-described two-layer tin-based plating film is not particularly limited, and a conventionally known tin plating bath or tin alloy plating bath is used. Then, a target tin plating film or tin alloy plating film may be formed according to a conventional method. Electroplating baths and electroless plating baths are available. Any of the baths may be used.
  • the electroplating bath various known tin plating baths such as an organic sulfonic acid bath, a sulfuric acid bath, a pyrophosphoric acid bath, and a tartaric acid bath, a tin alloy plating bath, and the like can be used.
  • the specific composition of each of these plating baths is not particularly limited, and any composition can be used as long as it can form the intended tin plating film or tin alloy plating film.
  • organic sulfonic acid bath for example, a plating bath containing methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, methanolsulfonic acid, ethanolsulfonic acid, phenolsulfonic acid, naphtholsulfonic acid, or the like can be used.
  • a bath composition of the electrotin plating solution a composition example of the methanesulfonic acid bath is as follows.
  • Tin methanesulfonate (as 300gZl aqueous solution)
  • a metal salt such as a metal salt of methanesulfonic acid containing a metal component for alloying with tin may be added to the above-mentioned tin plating solution.
  • a cobalt salt such as cobalt methanesulfonate may be added in a concentration of about 20 mgZl to 1500 mgZl as a metal component. From such a range of the addition amount, the amount of added calorie of the metal salt may be appropriately determined according to the target alloy composition.
  • the bath temperature is set to about 5 to 65 ° C.
  • the cathode current density may be about 1 to 50 AZdm 2 .
  • a high-speed plating method using a hoop, a jet, or the like may be employed, or a no-res plating method may be employed.
  • Pretreatment for forming a tin plating film or a tin alloy-coated film is not particularly limited, and may be performed according to a conventional method.
  • degreasing is performed according to a conventional method, and if necessary, chemical polishing, etching, and the like are performed. After this, a tin plating film or a tin alloy plating film as a lower layer may be formed, and then a tin plating film or a tin alloy plating film as an upper layer may be formed.
  • an undercoating layer having a Ni or Cu force, or Sn, Sn- It is also possible to form an undercoating layer having a Co alloy, Sn—Cu alloy, Sn—Bi alloy, Sn—Ag alloy or Sn—In alloy strength.
  • an undercoating layer made of Ni or Cu an undercoating layer made of Sn, Sn—Co alloy, Sn—Cu alloy, Sn—Bi alloy, Sn—Ag alloy or Sn—In alloy is formed. It may be formed.
  • the undercoating layer made of Ni or Cu is preferably semi-glossy or matte with a large crystal grain size. By forming such an undercoating layer, the effect of alleviating stress becomes greater. Further, the undercoating layer forms an intermediate metal layer together with the base material, and can suppress the growth of whiskers due to internal stress from the base material, immersion input from the base material and the like.
  • the thickness of the undercoating layer, which also provides the Ni or Cu force, is preferably about 0.1 to 10 ⁇ m, more preferably about 0.1 to 2 ⁇ m.
  • the undercoating layer made of Sn, Sn-Co alloy, Sn-Cu alloy, Sn-Bi alloy, Sn-Ag alloy or Sn-In alloy is a bright or semi-glossy plating film having a small crystal grain size. It is preferred that there be. By forming such an undercoating layer, the pores can be closed, and the growth of whiskers can be suppressed. If the Ni plating layer cannot be formed as a Noria layer due to the relationship between the manufacturing equipment and the assembly process, an intermediate metal layer is formed from the base plating layer and the base material, and the internal stress from the base material is reduced. Also, it is possible to suppress the growth of the whiskers due to immersion input from the base material or the like.
  • the thickness of the undercoating layer made of Sn, Sn—Co alloy, Sn—Cu alloy, Sn—Bi alloy, Sn—Ag alloy or Sn—In alloy is about 0.01-3 / ⁇ . It is more preferable that the distance is about 0.01 to 1 m.
  • the tin content in the Sn—Co alloy, Sn—Cu alloy, Sn—Bi alloy, Sn—Ag alloy and Sn—In alloy is preferably about 60% by weight or more.
  • the method of forming the undercoating layer as a barrier layer is not particularly limited, and a conventionally known plating bath may be used to form a desired plating film according to a conventional method.
  • the type of plating bath may be either an electroplating bath or an electroless plating bath.
  • the material of the object to be coated is not particularly limited as long as the material can form the above-mentioned plating film. For example, copper, copper alloy, iron, iron alloy and the like can be exemplified.
  • electroplating may be performed after the surface is covered with metal by electroless plating or the like to impart conductivity.
  • the type and shape of the object to be covered are not particularly limited.
  • electronic parts that require soldering such as lead frames, semiconductor packages, and chip parts, are typical examples of the object to be covered. It is.
  • the chemical post-treatment may be performed according to a known method.
  • a method of immersing in an aqueous solution containing about 70 gZl at about 30 to 50 ° C for about 5 seconds to 60 seconds can be exemplified.
  • the growth of whiskers can be greatly suppressed as compared with a conventional plating film having a single-layer strength of tin or a tin alloy, and reliability can be improved. High electrical and electronic components can be obtained.
  • the alloy composition is stabilized because the film thickness is small, and the control of the reflow temperature becomes easy.
  • the thickness of the tin alloy plating film is thin, it is possible to adjust only the reflow temperature without substantially affecting the properties of the underlying plating film.
  • a semi-gloss or matte (matte) tin plating film or tin alloy plating layer is formed, and a semi-gloss or gloss tin plating film or a tin alloy plating film is formed thereon.
  • the presence of a thick semi-glossy or matte layer existing as a lower layer alleviates the stress as a whole, and the presence of a surface layer having high hardness causes scratches. Thus, the effect of preventing the growth of the whiskers becomes extremely good.
  • FIG. 1 A drawing of printed electronic data of a scanning electron microscope (SEM) photograph of a sample in which a pure tin plating layer and a tin-cobalt plating layer are formed on a brass plate and left at room temperature.
  • Figure 2 Printed electronic data of a scanning electron microscope (SEM) photograph of a sample with a pure tin plating layer formed on a brass plate left at room temperature.
  • FIG. 3 Scanning electron microscopy of the surface of a plated film after leaving a sample with a matte tin plating layer and a tin-cobalt alloy plating layer formed on a phosphor bronze plate under high humidity and high temperature conditions. Drawing that prints out the data.
  • a 6.5 ⁇ 10 cm brass plate was used as a substrate, and after performing electrolytic degreasing treatment, it was immersed in an aqueous acid solution at room temperature for 1 minute to perform activation treatment. It was immersed in an aqueous solution containing a concentration of weight%.
  • a bright tin plating film having a thickness of about 3 ⁇ m was formed using an electrotin plating bath having the following composition.
  • Tin methanesnorrenate 45gZl (as amount of tin metal)
  • a tin-cobalt plating film having a thickness of 1.25 / zm was formed using an electrotin-cobalt plating bath having the following composition. Composition of the alloy plated coating, tin 99.5 weight% and co Roh Noreto 0.5 weight 0 /. Met.
  • Tin cobalt plating bath composition Cobalt methanesulfonate 400mg / l (as amount of cobalt metal) Tin sulfate 45gZl (as amount of tin metal)
  • a tin-based plating film having a two-layer structure consisting of a pure tin plating layer having a thickness of about 3 m and a tin-cobalt plating layer having a thickness of 1.25 m was formed on the brass plate.
  • FIG. 1 shows a scanning electron microscope (SEM) photograph ( ⁇ 500) of the surface of the plating film after leaving the sample thus obtained at room temperature for 5 months.
  • Fig. 2 shows a scanning electron microscope (SEM) photograph (magnification: 500).
  • Example 2 Using a 6.5 ⁇ 10 cm phosphor bronze plate as a base material and performing a pretreatment in the same manner as in Example 1, using an electrotin plating bath having the following composition, a mat having a thickness of about 11 m ( A matte tin plating layer was formed.
  • Tin methanesnorrenate 45gZl (as amount of tin metal)
  • Additive particle size adjusting agent
  • Example 2 a tin-cobalt alloy plating layer having a thickness of 1.25 m was formed as an upper layer.
  • the obtained sample has a matte appearance.
  • the surface hardness of the coating is high due to the presence of a tin-cobalt alloy coating layer with small crystal grain size and high hardness as a force upper layer. It was very hard to scratch.
  • Fig. 3 shows a scanning electron micrograph ( ⁇ 300) of the surface of the plating film after the sample was left under high-humidity and high-temperature conditions of 85% humidity and 85 ° C for 500 hours. As is clear from this photograph, it was confirmed that the sample in which the upper layer made of the tin-cobalt alloy was formed on the matte tin plating layer also had an excellent effect of suppressing the growth of whiskers.

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Abstract

 本発明は、コバルト、銅、ビスマス、銀及びインジウムからなる群から選択される少なくとも一種の金属5重量%以下及びスズ95重量%以上からなるスズめっき皮膜又はスズ合金めっき皮膜によって形成された下層と、コバルト、銅、ビスマス、銀及びインジウムからなる群から選択される少なくとも一種の金属5重量%以下及びスズ95重量%以上からなるスズめっき皮膜又はスズ合金めっき皮膜によって形成された上層からなる二層構造のめっき皮膜からなる、ウィスカー成長が抑制されたスズ系めっき皮膜を提供するものである。本発明のスズ系めっき皮膜は、鉛を含有しないスズめっき皮膜又はスズ合金めっき皮膜であり、ウィスカーの発生が長期間抑制され、しかも煩雑な工程を経ること無く比較的容易に形成することが可能である。

Description

明 細 書
スズ系めつき皮膜及びその形成方法
技術分野
[0001] 本発明は、ゥイスカー成長が抑制されたスズ系めつき皮膜及びその形成方法に関 する。
背景技術
[0002] Sn— Pbめっきは、めっき皮膜の外観が良好で、はんだ付け性に優れ、更に、めつ き浴の管理も比較的容易であることから、従来から、はんだめつきと称されて、電気- 電子部品のめっきに広く利用されている。し力しながら、近年、廃棄された電子部品 のはんだが酸性雨等により溶出し、地下水の汚染源となることが指摘されている。特 に、人体に有害な鉛は、作業環境や排水処理に問題があることから、鉛を含有しな V、錫合金の開発が急務となって!/、る。
[0003] はんだ付け性に優れた低融点の鉛フリー Sn合金めつきとしては、例えば、 Ag、 Cu、 Ιη、 Τ1、 Ζη等を含む錫合金めつきが知られている(例えば、下記特許文献 1参照)。
[0004] し力しながら、この様な鉛を含まない錫合金めつき液を用いてめっき皮膜を形成す ると、めっき皮膜にはゥイスカーと呼ばれるひげ状の単結晶が発生しやすくなる。電 気 ·電子部品等に形成しためっき皮膜にゥイスカーが発生すると、回路や端子のショ ートを引き起こして、電気'電子部品の性能や信頼性を著しく低下させる。このため、 電気 ·電子部品のめっき皮膜では、ゥイスカーの発生を防止することが重要な課題と なっている。
[0005] コストやめつき浴の管理の手間を考慮すると、スズ単独による電気めつきが有利で あるが、めっき表面のゥイスカー発生による短絡を防止できないため、電気'電子部 品のめっきには、通常、そのままでは利用されていない。
[0006] スズめっき又はスズ合金めつきのゥイスカー防止方法としては、めっき後に溶融処理 を施す方法が知られている。し力しながら、溶融処理は、コストがかかる上、複雑な形 状には不向きで被処理物の形状が限られるという問題がある。
[0007] また、めっき処理を行った後、リン酸水溶液を用いて化学的後処理を行う方法も知 られている。しかしながら、スズ又はスズ合金めつき皮膜を形成した電子部品を量産 する場合には、後処理液が汚染されやすぐ後処理液が一旦汚染されると、めっき皮 膜の性能が低下するという問題点がある。
特許文献 1 :特開平 8— 13185号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 本発明は、上記した従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、その主な目的は 、鉛を含有しないスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜であって、ゥイスカーの発 生が長期間抑制され、しかも煩雑な工程を経ること無く比較的容易に形成可能なス ズ系めっき皮膜を提供することである。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明者は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、スズめ つき皮膜又はスズ合金めつき皮膜からなる下層と、この上に形成された比較的膜厚の 薄いスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜からなる上層からなる二層構造のスズ 系めつき皮膜によれば、ゥイスカーの発生を長期間防止することが可能となることを見 出した。更に、上層のめっき皮膜の合金組成を適宜設定することによって、全体とし てのめっき皮膜の物性に大きく影響を及ぼすことなぐリフロー温度を任意に設定す ることが可能となることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて完成されたも のである。
[0010] 即ち、本発明は、下記のゥイスカー成長が抑制されたスズ系めつき皮膜及びその形 成方法を提供するものである。
1. コノ レト、銅、ビスマス、銀及びインジウム力もなる群力 選択される少なくとも一 種の金属 5重量%以下及びスズ 95重量%以上力ゝらなるスズめっき皮膜又はスズ合金 めっき皮膜によって形成された下層と、コバルト、銅、ビスマス、銀及びインジウムから なる群力 選択される少なくとも一種の金属 5重量%以下及びスズ 95重量%以上か らなるスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜によって形成された上層からなる二層 構造のめっき皮膜からなる、ゥイスカー成長が抑制されたスズ系めつき皮膜。
2. 下層の膜厚が 0. 1〜20 μ mであり、上層の膜厚が 0. 025〜5 μ mである上記 項 1に記載のスズ系めつき皮膜。
3. 下層がつや消し又は半光沢のスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜であり、 上層が光沢又は半光沢のスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜である上記項 1又 は 2に記載のスズ系めつき皮膜。
4. 下層がつや消し状のスズめっき皮膜であり、上層が光沢スズ合金めつき皮膜で ある上記項 1〜3のいずれかに記載のスズ系めつき皮膜。
5. 二層構造のスズ系めつき皮膜の下層の下に、更に、(l) Ni若しくは Cuからなる 下地めつき層、(2) Sn、 Sn—Co合金、 Sn— Cu合金、 Sn—Bi合金、 Sn—Ag合金 若しくは Sn— In合金力もなる下地めつき層、又は(3) Ni若しくは Cuからなるめっき層 の上に、 Sn、 Sn—Co合金、 Sn— Cu合金、 Sn—Bi合金、 Sn—Ag合金若しくは Sn In合金力もなるめっき層が形成された二層からなる下地めつき層、を有する上記項 1〜4のいずれかに記載のスズ系めつき皮膜。
6. 上記項 1〜5のいずれか〖こ記載されたスズ系めつき皮膜が基材上に形成された 物品。
7. 基材上に、電気めつき法又は無電解めつき法によって、コバルト、銅、ビスマス、 銀及びインジウム力 なる群力 選択される少なくとも一種の金属 5重量%以下及び スズ 95重量%以上力もなるスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜を下層として形 成した後、電気めつき法又は無電解めつき法によって、コバルト、銅、ビスマス、銀及 びインジウム力 なる群力 選択される少なくとも一種の金属 5重量%以下及びスズ 9 5重量%以上力ゝらなるスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜を上層として形成する ことを特徴とする、ゥイスカー成長が抑制されたスズ系めつき皮膜の形成方法。
8. 基材上に、ノリア層として、(l) Ni若しくは Cuからなる下地めつき層、(2) Sn、 S n—Co合金、 Sn— Cu合金、 Sn—Bi合金、 Sn—Ag合金若しくは Sn— In合金からな る下地めつき層、又は(3) Ni若しくは Cu力もなるめっき層の上に、 Sn、 Sn—Co合金 、 Sn— Cu合金、 Sn—Bi合金、 Sn—Ag合金若しくは Sn— In合金力 なるめっき層 が形成された二層からなる下地めつき層を、電気めつき法又は無電解めつき法によつ て形成した後、上記項 7の方法によって、下層としてのスズめっき皮膜又はスズ合金 めっき皮膜を形成し、次いで、上層としてのスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜 を形成することを特徴とするスズ系めつき皮膜の形成方法。
[0011] 本発明のスズ系めつき皮膜は、コノ レト、銅、ビスマス、銀及びインジウム力もなる群 力も選択される少なくとも一種の金属 5重量%以下とスズ 95重量%以上力もなるスズ めっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜によって形成された下層と、コバルト、銅、ビスマ ス、銀及びインジウム力もなる群力も選択される少なくとも一種の金属 5重量%以下と スズ 95重量%以上力ゝらなるスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜によって形成さ れた上層からなる二層構造を有するものである。
[0012] この様な二層構造のスズ系皮膜によれば、上層として非常に膜厚の薄いスズめっき 皮膜又はスズ合金めつき皮膜を形成するだけで、下層がスズめっき皮膜及びスズ合 金めつき皮膜のいずれの場合にもゥイスカーの発生を長期間抑制することができる。
[0013] 上層及び下層の各めつき皮膜は、それぞれ光沢、半光沢、つや消し状 (マット状) の何れでもよぐ目的に応じて適宜選択すればよい。
[0014] 特に、下層については、スズめっき皮膜であることが好ましい。また、下層は、半光 沢又はつや消し状であることが好ましぐつや消し状であることがより好ましい。この様 な半光沢又はつや消し状のスズめっき皮膜は、結晶粒径が大きく応力の緩和効果が 大きいために、ゥイスカーの発生を効果的に抑制することができる。また、下層がスズ 合金めつき皮膜である場合にも、上記した二層構造であることによってゥイスカーが発 生し難くなり、更に、リフロー温度の変動や、ハンダ付け性の低下、クラッキング発生 などの問題が生じ難くなる。このため、スズ合金めつき皮膜のみを形成する場合と比 較して、合金組成についての厳密な制御が不要となり、めっき操作が容易となる。
[0015] 上層は、光沢又は半光沢のスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜であることが好 ましぐ特に光沢めつき皮膜であることが好ましい。このような光沢又は半光沢めつき 皮膜は、結晶粒径が小さいために細孔を塞ぐことができる。また、比較的硬度の高い 皮膜であるために、皮膜の表面にキズが付き難い。これらにより、ゥイスカーの発生を より一層効果的に防止することができる。
[0016] 下層が半光沢又はつや消し状のスズ又はスズ合金めつき皮膜であって、上層として 光沢又は半光沢のスズ又はスズ合金めつき皮膜を形成する場合には、全体としての 硬度を増加させることなぐ内部応力及びクラックの発生を抑制することができる。特 に、下層がつや消し状のスズめっき皮膜であり、上層が光沢スズ合金めつき皮膜であ ることが好ましい。
[0017] また、上層としてスズ合金めつき皮膜を形成する場合には、スズ合金の合金組成を 調整することによって、リフロー温度を任意に設定することができ、使用目的に応じた リフロー温度の皮膜を容易に得ることができる。この場合、全体をスズ合金めつき単層 で形成する場合と比較して、上層として形成されるスズ合金めつき層の膜厚が薄いた めに、合金組成が比較的安定であり、リフロー温度の制御が容易である。また、この 様な構成によれば、上層として非常に膜厚の薄いスズ合金層を形成すればよいため に、下層として形成されるスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜の物性に対して大 きな影響を及ぼすことなぐリフロー温度のみを任意に設定することができる。
[0018] 上層として形成される光沢又は半光沢のスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜 は、例えば、粒度調整剤などの添加剤を含む公知のスズめっき浴又はスズ合金めつ き浴を用いて形成することができる。
[0019] 下層として形成するスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜の膜厚については、特 に限定的ではないが、通常、 0. 1〜20 /ζ πι程度とすることが好ましい。特に、被めつ き物がコネクターである場合には、下層は 1. 5〜5 m程度であることが好ましぐ 2. 5〜5 m程度であることがより好ましい。被めつき物が IC部品、リードフレームなどで ある場合には、下層は 8〜20 m程度であることが好ましぐ 10〜15 m程度である ことがより好ましい。
[0020] また、上層として形成するスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜の膜厚について も特に限定的ではないが、下層と比べて膜厚を薄くすることが好ましぐ通常、 0. 02 5〜5 m程度とすることが好ましい。尚、上層の膜厚は、上記した範囲内であって、 下層の膜厚の 50%程度以下であることが好ましぐ 25%程度以下であることがより好 ましい。
[0021] 上記した二層構造のスズ系めつき皮膜において、スズめっき皮膜及びスズ合金めつ き皮膜を形成する方法については特に限定はなぐ従来力 公知のスズめっき浴又 はスズ合金めつき浴を用いて、常法に従って目的とするスズめっき皮膜又はスズ合金 めっき皮膜を形成すればよい。めっき浴の種類としては、電気めつき浴及び無電解め つき浴のいずれでもよい。
[0022] 例えば、電気めつき浴としては、有機スルホン酸浴、硫酸浴、ピロリン酸浴、酒石酸 浴等の各種の公知のスズめっき浴、スズ合金めつき浴等を用いることができる。これら の各めつき浴の具体的な組成については特に限定的ではなぐ目的とするスズめつ き皮膜又はスズ合金めつき皮膜を形成できるものであれば何れも使用できる。
[0023] 有機スルホン酸浴としては、例えば、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、メタノー ルスルホン酸、エタノールスルホン酸、フエノールスルホン酸、ナフトールスルホン酸 などを含有するめつき浴を用いることができる。電気スズめっき液の浴組成の一例とし て、メタンスルホン酸浴の組成例を挙げると、次の通りである。
[0024] メタンスノレホン酸 100〜250mlZl
メタンスルホン酸スズ(300gZl水溶液として)
100〜350mlZl
光沢剤 0. l〜2gZl
湿潤剤 30〜: LOOOgZl
添加剤 (粒度調整剤) 0. l〜5gZl
スズ合金めつき皮膜を形成する場合には、上記したスズめっき液に、更に、スズと合 金化するための金属成分を含むメタンスルホン酸金属塩等の金属塩を添加すればよ い。例えば、スズ一コバルト合金を形成する場合には、メタンスルホン酸コバルト等の コバルト塩を、金属分の濃度として、 20mgZl〜1500mgZl程度の範囲で添加すれ ばよい。この様な添加量の範囲から、目的とする合金組成に応じて、金属塩の添カロ 量を適宜決めればよい。
[0025] めっき条件についても特に限定的ではないが、例えば、浴温を 5〜65°C程度として
、陰極電流密度を l〜50AZdm2程度とすればよい。
[0026] また、フープ、噴流などによる高速めつき法を採用してもよぐノ レスめつき法を採 用しても良い。
[0027] スズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜を形成するための前処理については、特 に限定はなく常法に従えばよい。
[0028] 例えば、常法に従って脱脂処理を行!、、必要に応じて、化学研磨、エッチング等を 行った後、下層としてのスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜を形成し、引き続き 上層としてのスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜を形成すればよい。
[0029] 上記した二層構造力 なるスズ系めつき皮膜と基材との間には、必要に応じて、ノ リ ァ層として、 Ni又は Cu力もなる下地めつき層、又は Sn、 Sn— Co合金、 Sn— Cu合 金、 Sn— Bi合金、 Sn—Ag合金若しくは Sn— In合金力もなる下地めつき層を形成し ても良い。或いは、 Ni又は Cuからなる下地めつき層を形成した後、 Sn、 Sn— Co合 金、 Sn— Cu合金、 Sn— Bi合金、 Sn— Ag合金又は Sn— In合金力 なる下地めつき 層を形成しても良い。
[0030] これらの内で、 Ni又は Cuからなる下地めつき層は、結晶粒径の大きい半光沢又は つや消し状であることが好ましい。この様な下地めつき層を形成することによって、応 力を緩和する効果がより大きくなる。更に、該下地めつき層は、基材と一緒になつて 中間金属層を形成し、基材からの内部応力、基材等からの浸入力等によるウイスカ 一の成長を抑制することができる。 Ni又は Cu力もなる下地めつき層の厚さは、 0. 1〜 10 μ m程度であることが好ましぐ 0. 1〜2 μ m程度であることがより好ましい。
[0031] Sn、 Sn—Co合金、 Sn— Cu合金、 Sn—Bi合金、 Sn—Ag合金又は Sn—In合金 からなる下地めつき層は、結晶粒径の小さい光沢又は半光沢のめっき皮膜であること が好ましい。この様な下地めつき層を形成することによって細孔を塞ぐことができ、ウイ スカーの成長を抑制することができる。また、製造装置や組み立て工程の関係等によ り、ノリア層として Niめっき層を形成できない場合には、この下地めつき層と基材とか ら中間金属層が形成され、基材からの内部応力、基材等からの浸入力等によるゥイス カーの成長を抑制することができる。 Sn、 Sn— Co合金、 Sn— Cu合金、 Sn— Bi合 金、 Sn— Ag合金又は Sn— In合金からなる下地めつき層の厚さは、 0. 01〜3 /ζ πι程 度であることが好ましぐ 0. 01〜1 m程度であることがより好ましい。また、 Sn—Co 合金、 Sn— Cu合金、 Sn— Bi合金、 Sn— Ag合金及び Sn— In合金におけるスズの 含有率は、 60重量%程度以上であることが好まし 、。
[0032] バリア層としての下地めつき層の形成方法については特に限定はなぐ従来から公 知のめっき浴を用いて、常法に従って目的とするめつき皮膜を形成すればよい。めつ き浴の種類としては、電気めつき浴及び無電解めつき浴の 、ずれでもよ 、。 [0033] 被めつき物の材質については特に限定はなぐ上記しためっき皮膜を形成可能な 材質であればよい。例えば、銅、銅合金、鉄、鉄合金等を例示できる。また、非導電 性材料に電気めつきを行う場合には、例えば、無電解めつき等により表面を金属で被 覆して導電性を付与した後、電気めつきを行えばよ!、。
[0034] 被めつき物の種類、形状などについても特に限定的ではないが、例えば、リードフ レーム、半導体パッケージ、チップ部品等のはんだ付けが要求される電子部品が代 表的な被めつき物である。
[0035] また、上記した方法によって二層構造のスズ系めつき皮膜を形成した後、必要に応 じて、化学的後処理を行うことができる。
[0036] 化学的後処理としては、公知の方法に従えば良ぐ例えば、第三リン酸ソーダを 30
〜70gZl程度含有する水溶液中に 30〜50°C程度で 5秒〜 60秒程度浸漬する方法 を例示できる。
発明の効果
[0037] 本発明の二層構造のスズ系めつき皮膜によれば、従来のスズ又はスズ合金の単層 力もなるめっき皮膜と比較して、ゥイスカーの成長を大きく抑制することができ、信頼 性の高い電気.電子部品を得ることができる。
[0038] 特に、この様な構成において、上層がスズ合金めつき皮膜である場合には、膜厚が 薄いために合金組成が安定ィ匕され、リフロー温度の制御が容易となる。また、スズ合 金めつき皮膜の膜厚が薄いために、下層のめっき皮膜の物性などにほとんど影響を 及ぼすことなぐリフロー温度のみを調整することが可能である。
[0039] また、下層として、半光沢又はつや消し状 (無光沢)のスズめっき皮膜又はスズ合金 めっき層を形成し、この上に、半光沢又は光沢のスズめっき皮膜又はスズ合金めつき 皮膜を形成する場合には、下層として存在する膜厚の厚い半光沢又はつや消しめつ き層の存在により、全体としての応力が緩和され、更に、硬度の高い表面層の存在に よって、キズが付きに《なり、ゥイスカーの成長防止効果が極めて良好となる。
図面の簡単な説明
[0040] [図 1]真鍮板上に純スズめっき層とスズ—コバルトめっき層を形成した試料を室温で 放置した後の走査型電子顕微鏡 (SEM)写真の電子データをプリントアウトした図面 [図 2]真鍮板上に純スズめっき層を形成した試料を室温で放置した後の走査型電子 顕微鏡 (SEM)写真の電子データをプリントアウトした図面。
[図 3]リン青銅板上につや消し状のスズめっき層とスズ—コバルト合金めつき層を形成 した試料を高湿、高温条件下に放置した後のめっき皮膜表面の走査型電子顕微鏡 写真の電子データをプリントアウトした図面。 発明を実施するための最良の形態
[0041] 以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
[0042] 実施例 1
基材として 6. 5 X 10cmの真鍮板を用い、電解脱脂処理を行った後、酸水溶液中に 常温で 1分間浸漬して活性化処理を行い、次いで、メタンスルホン酸 70%水溶液を 1 0重量%の濃度で含有する水溶液中に浸漬した。
[0043] 次!、で、下記組成の電気スズめっき浴を用いて、厚さ約 3 μ mの光沢スズめっき皮 膜を形成した。
(スズめっき浴組成)
メタンスノレホン酸 175ml/l
メタンスノレホン酸スズ 45gZl (スズ金属量として)
湿潤剤 lOOgZl
光沢剤 0. 3g/l
添加剤 (粒度調整剤) 0. 5g/l
(めっき条件)
浴温:室温
陰極電流密度: 1 OA/dm2
めっき時間: 1分
次いで、下記組成の電気スズーコバルトめっき浴を用いて、厚さ 1. 25 /z mのスズ —コバルトめっき皮膜を形成した。合金めつき皮膜の組成は、スズ 99. 5重量%とコ ノ ノレト 0. 5重量0 /。であった。
(スズ コバルトめっき浴組成) メタンスルホン酸コバルト 400mg/l (コバルト金属量として) 硫酸スズ 45gZl (スズ金属量として)
98%H SO lOOml/1
2
湿潤剤 80g/l
光沢剤 0. 3g/l
添加剤 (粒度調整剤) 0. 5g/l
(めっき条件)
浴温: 15°C
陰極電流密度: 15A/dm2
めっき時間: 0. 3分
以上の方法によって、真鍮板上に、厚さ約 3 mの純スズめっき層と厚さ 1. 25 m のスズーコバルトめっき層からなる二層構造のスズ系めつき皮膜を形成した。
[0044] この様にして得られた試料について、室温で 5ヶ月放置した後のめっき皮膜表面の 走査型電子顕微鏡 (SEM)写真(500倍)を図 1に示す。
[0045] また、比較として、上記方法と同様にして、真鍮板上に厚さ 3 μ mの純スズめっき皮 膜のみを形成した試料について、室温で 5ヶ月放置した後のめっき皮膜表面の走査 型電子顕微鏡 (SEM)写真(500倍)を図 2に示す。
[0046] 図 1と図 2の比較から明らかなように、純スズめっき皮膜のみを形成した試料(図 2) では、 5ヶ月経過後に多数のゥイスカーが発生したのに対して、純スズめっき層上に 非常に膜厚の薄いスズ一コバルトめっき層を形成した試料(図 1)については、 5ヶ月 経過後にも、ほとんどゥイスカーが発生して 、な 、ことが判る。
[0047] 実施例 2
基材として 6. 5 X 10cmのリン青銅板を用い、実施例 1と同様の方法で前処理を行つ た後、下記組成の電気スズめっき浴を用いて、厚さ約 11 mのつや消し (無光沢)ス ズめっき層を形成した。
(つや消しスズめつき浴組成)
メタンスノレホン酸 175ml/l
メタンスノレホン酸スズ 45gZl (スズ金属量として) 添加剤 (粒度調整剤) 0. 5g/l
(めっき条件)
浴温:室温
陰極電流密度: 1 OA/dm2
めっき時間: 2. 4分
次いで、実施例 1と同様の条件で、上層として厚さ 1. 25 mのスズ一コバルト合金 めっき層を形成した。
得られた試料はつや消し状の外観を有するものである力 上層として結晶粒径が小 さく硬度の高いスズ一コバルト合金めつき層が存在することによって、皮膜の表面硬 度が高くなつており、非常にキズが付きにくいものであった。この試料を湿度 85%、 温度 85°Cの高湿、高温条件下に、 500時間放置した後のめっき皮膜表面の走査型 電子顕微鏡写真(300倍)を図 3に示す。この写真から明らかな様に、つや消し状の スズめっき層上にスズーコバルト合金からなる上層を形成した試料についても、優れ たゥイスカーの成長抑制効果を有することが確認できた。

Claims

請求の範囲
[1] コバルト、銅、ビスマス、銀及びインジウム力 なる群力 選択される少なくとも一種の 金属 5重量%以下及びスズ 95重量%以上力もなるスズめっき皮膜又はスズ合金めつ き皮膜によって形成された下層と、コバルト、銅、ビスマス、銀及びインジウム力もなる 群力も選択される少なくとも一種の金属 5重量%以下及びスズ 95重量%以上力もな るスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜によって形成された上層からなる二層構造 のめつき皮膜からなる、ゥイスカー成長が抑制されたスズ系めつき皮膜。
[2] 下層の膜厚が 0. 1〜20 μ mであり、上層の膜厚が 0. 025-5 μ mである請求項 1に 記載のスズ系めつき皮膜。
[3] 下層がつや消し又は半光沢のスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜であり、上層 が光沢又は半光沢のスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜である請求項 1に記載 のスズ系めつき皮膜。
[4] 下層がつや消し状のスズめっき皮膜であり、上層が光沢スズ合金めつき皮膜である 請求項 1に記載のスズ系めつき皮膜。
[5] 二層構造のスズ系めつき皮膜の下層の下に、更に、(l) Ni若しくは Cuからなる下地 めっき層、(2) Sn、 Sn—Co合金、 Sn— Cu合金、 Sn—Bi合金、 Sn—Ag合金若しく は Sn— In合金力もなる下地めつき層、又は(3) Ni若しくは Cuからなるめっき層の上 に、 Sn、 Sn—Co合金、 Sn— Cu合金、 Sn—Bi合金、 311—八8合金若しくは311—111 合金力 なるめっき層が形成された二層からなる下地めつき層、を有する請求項 1に 記載のスズ系めつき皮膜。
[6] 請求項 1〜5のいずれかに記載されたスズ系めつき皮膜が基材上に形成された物品
[7] 基材上に、電気めつき法又は無電解めつき法によって、コバルト、銅、ビスマス、銀及 びインジウム力 なる群力 選択される少なくとも一種の金属 5重量%以下及びスズ 9 5重量%以上力ゝらなるスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜を下層として形成した 後、電気めつき法又は無電解めつき法によって、コバルト、銅、ビスマス、銀及びイン ジゥム力 なる群力 選択される少なくとも一種の金属 5重量%以下及びスズ 95重量 %以上カゝらなるスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜を上層として形成することを 特徴とする、ゥイスカー成長が抑制されたスズ系めつき皮膜の形成方法。
基材上に、バリア層として、(l) Ni若しくは Cuからなる下地めつき層、(2) Sn、 Sn-C o合金、 Sn— Cu合金、 Sn—Bi合金、 Sn—Ag合金若しくは Sn—In合金からなる下 地めつき層、又は(3) Ni若しくは Cu力もなるめっき層の上に、 Sn、 Sn— Co合金、 Sn — Cu合金、 Sn—Bi合金、 Sn—Ag合金若しくは Sn—In合金力もなるめっき層が形 成された二層からなる下地めつき層を、電気めつき法又は無電解めつき法によって形 成した後、請求項 7の方法によって、下層としてのスズめっき皮膜又はスズ合金めつ き皮膜を形成し、次いで、上層としてのスズめっき皮膜又はスズ合金めつき皮膜を形 成することを特徴とするスズ系めつき皮膜の形成方法。
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