JP2000313986A - バーンインソケット用金めっき材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バーンイン試験を重ねても端子部の接触抵抗
の上昇が少なく，しかもソケットへの半導体素子の挿入
力が小さいバーンインソケット用のめっき材を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】銅又は銅合金の母材に対し，ホウ素を0.05
wt％〜20wt％含有し残部が ニッケルと不可避不純物又
はニッケルとコバルトと不可避不純物からなる合金めっ
きの中間層，ならびに，金又は金合金めっき表層とから
なる高耐熱性を有するバーンインソケット用金めっき
材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，半導体素子のバーンイ
ン試験に使用されるバーインソケット用電極材料に係
り，特に，バーンインソケットの接触抵抗の上昇を低く
抑えることができる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子は出荷前の検査として，素子
を高温で動作させるバーイン試験を一般的に行う。バー
ンイン試験は一般的に，半導体素子を周囲温度125〜150
℃，動作時間120〜240時間で連続動作させて，素子のス
クリーニングを行う。

【０００３】このバーンイン試験では，半導体素子にバ
イアス電流を供給するためのバーンインソケットが使用
される。バーンインソケットはコネクタの一種であり，
IC用ソケットを例に挙げると，ICの複数のアウターリー
ド（ピン）がバーンインソケット中の端子に差し込みま
れて，ICに通電できるような構造になっている。すなわ
ち，通常のコネクタ接触子では，オスとメスのめっきは
同じ金属が使用されるが，バーンインソケットは，異種
金属間の接点で導通をとる点で，通常のコネクタ接点と
は特異な問題が生じる。

【０００４】バーンインソケット用の端子（電極）とし
ては，従来は，Ｃｕ-1.7wt%Ｂｅ-0.3wt%Ｃｏ合金やＣｕ
-3%Ｔｉ合金の表面に，厚み2〜４μmのニッケルめっき
中間層と，厚み0.1〜0.5μm程度の金めっき表層が形成
された金属材料をプレスしたもの，あるいは銅合金をプ
レスした後に，このプレス品にニッケルめっき中間層と
金めっき表層を形成したものが使用されてきた。ニッケ
ルめっき中間層は，母材の銅が金めっきに拡散するのを
防止するために，また表層の金めっきは，アウターリー
ドとバーンインソケット端子との接触抵抗を低くするた
めに形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが，バーンイン
ソケットは高温環境下に長時間さらされるために，バー
ンインソケットを使用中に端子部が劣化して接触抵抗が
上昇するという問題があった。試験するICなどの半導体
素子のアウターリードには，錫−鉛はんだめっきが施さ
れている。このはんだめっきとバーンインソケットの金
めっきが高温下で長時間接触すると，金とアウターリー
ドが凝着し，さらに金−錫系の化合物を形成する。この
化合物は本来の金めっき表面に比較して酸化され易いこ
とから，バーンインソケット端子の表面が酸化膜で覆わ
れることになる。こうなると半導体素子のアウターリー
ドとバーンインソケット端子の導通が妨げられる。すな
わち，前述の貴金属と卑金属とで形成される異種金属接
点固有の問題である。

【０００６】バーンインソケットには，ピンの数が１０
〜50本程度のICが差し込まれるために，ソケットへのピ
ンの挿抜力が小さいことが望まれる。特に挿入力が過大
であると，ICのピンが挿入時に折れ曲がるなどの支障が
生じるので，挿入力は小さくする必要がある。この発明
は，以上のような事情に鑑みてなされたものであり，バ
ーンイン試験を重ねても端子部の接触抵抗の上昇が少な
く，しかもソケットへの半導体素子の挿入力が小さいバ
ーンインソケット用のめっき材を提供することを目的と
している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで上記課題を解決す
るために研究を行った結果， （１）銅又は銅合金の母材に対し，ホウ素を0.05wt％〜
20wt％含有し残部が ニッケルと不可避不純物又はニッ
ケルとコバルトと不可避不純物からなる合金めっきの中
間層，ならびに，金又は金合金めっき表層とからなる高
耐熱性を有することを特徴とするバーンインソケット用
金めっき材。

【０００８】（２）中間層がホウ素を0.05wt％〜20wt
％，ならびに，Sn，Cu，およびZn，のうち１種若しくは
2種以上を併せて10〜60wt％含有し，残部がニッケルと
不可避不純物又はニッケルとコバルトと不可避不純物か
らなる合金であることを特徴とする前記（１）に記載の
バーインソケット用金めっき材。

【０００９】（３）表層の厚みが0.05μm〜２μmである
ことを特徴とする前記（１）から前記（２）に記載のバ
ーンインソケット用金めっき材。 （４）中間層の厚みが０．３μm〜３μmであることを特
徴とする前記（１）から前記（２）に記載のバーンイン
ソケット用金めっき材により，バーンインソケットの接
触抵抗上昇を抑えることができるという知見を得た。

【００１０】

【作用】上記中間層のうち，ニッケルまたはコバルト
は，ホウ素，銅，錫，亜鉛を中間層に入れるためのベー
ス元素であり，いずれの元素との間でも合金めっきが可
能である。ニッケル-コバルト合金の場合の合金比率
は，任意の比率にすることができる。この他，ニッケル
またはコバルトの作用としては，銅の金めっきへの拡散
を抑制する効果，すなわち，銅が金めっきに拡散して酸
化し，接触抵抗を上昇させるのを防ぐは働きがある。

【００１１】しかし，ニッケルまたはニッケル-コバル
ト合金のみを中間層とした場合，バーンインソケット使
用中の接触抵抗の上昇を防ぐことはできない。バーンイ
ンソケット使用中の接触抵抗の上昇は，バーンインソケ
ットの金めっきとアウターリードのはんだめっきとが金
属接触し，金めっき層が錫との化合物層を形成して，さ
らにその表面が錫または鉛の酸化膜ないしは酸化物層に
覆われることによるものである。この反応はNi下地めっ
きでは防ぐことができない。

【００１２】一方，ホウ素を含有したニッケル（あるい
はニッケル-コバルト合金）の合金を中間層とした場
合，加熱によりリンまたはホウ素が表面に拡散し，表面
でホウ素酸化物ないしはその塩が皮膜を形成する。これ
らの皮膜は，金めっき表面の接触抵抗を上げることな
く，保護皮膜として，はんだとの金属接触を防ぐ作用が
ある。すなわち，金とはんだとの凝着および金−錫化合
物の形成を抑制する。さらに，ホウ素を含有したニッケ
ル（あるいはニッケル-コバルト合金）の合金めっきの
硬さは，ニッケルめっきに比べると硬く，このめっきを
下地にした金めっき材の端子挿入力は小さくなる。これ
は，金めっき材に金属を接触させて摺動させた場合，金
は柔らかい金属であるために，摺動の抵抗として作用す
る。この作用は，下地の硬度が高いほど低くなる（金属
膜の潤滑特性）ので，下地が硬いニッケル−リンめっき
の場合には，端子挿入力が小さくなる。

【００１３】中間層のホウ素の含有量は要求される耐熱
性に応じて決めればよいが，０．０５wt％未満では効果
が得られず，より好ましくは０．５wt％以上であること
が望ましい。また，上限値である２０wt％はニッケル
（またはニッケル-コバルト合金）との合金めっきが可
能である上限値であり，これ以上ホウ素を含有させるこ
とは困難である。また，ホウ素が１５wt％を超えると，
めっき皮膜内の引張り応力が高くなり，プレス曲げ部の
めっきに割れが生じやすくなりプレス性が悪くなるの
で，１５wt％以下であることがより望ましい。

【００１４】ホウ素のほかに添加される元素として，
銅，亜鉛および錫は，ニッケル-ホウ素，ニッケル-コバ
ルト-ホウ素めっき皮膜の硬さを下げて，プレス性を向
上させたい場合に必要に応じて添加する。銅，亜鉛，錫
の一種以上を併せて１０〜６０wt％含有する。これらの
元素の含有値が１０wt％未満であると，それぞれの元素
の効果が十分に発揮されない。また，６０wt％を超える
と，ニッケルまたはコバルト本来の効果である銅の拡散
が抑えられなくなるためである。

【００１５】中間層の厚みは，０．３μm未満であると
前記耐熱性の効果が低くなるため，０．３μm以上，好
ましくは１．０以上必要である。厚みが厚くなりすぎる
とプレス性が損なわれるため，上限を３μm以下とす
る。一方，中間層と母材との間に他のめっき層，例えば
クロムめっきなどを形成し，多層めっき構造にすること
も可能である。表層の金または金合金めっき層の厚み
は，０．０５μm以下では低い接触抵抗を保つことがで
きないため，０．０５μm以上必要である。一方，表層
の厚みが２μm以上の場合では，接触抵抗の劣化抑制効
果が飽和する一方で，めっきの製造コストが高くなるの
で，金または金合金めっきの厚みは２μm以下にする必
要がある。表層のめっき層は，金の他金合金，例えば金
-コバルト合金といった合金めっきを選択することも可
能である。また，金めっき工程の後に，封孔処理して金
めっきの耐食性と潤滑性を向上させてもよい。

【００１６】中間層のめっき液として，基本となるニッ
ケル-ホウ素の合金めっき又はニッケル-コバルト-ホウ
素合金めっきは，ワット浴をベースとしてこれにボラン
アミン錯体を添加することによってめっきが可能であ
る。ボランアミン錯体はその添加量を変えることによ
り，めっき皮膜中のホウ素をコントロールするものであ
る。しかし，本出願にて，いずれのめっきにおいても，
めっき浴の組成や条件は任意に選択できる。ホウ素の他
の合金元素はそれぞれ，銅は硫酸銅等，錫は硫酸錫等，
亜鉛は硫酸亜鉛等の金属塩を少量添加することで合金化
する。

【００１７】なお，銅の添加にあたっては，銅の自然電
位が他に比べて高いので，錯化剤を使用する。錯化剤と
して添加するグリシンは銅とニッケルを共析させるため
である。錯化剤は，めっき浴のｐHにより最適なものを
選ぶ必要がある。ただし，これらの条件の設定では本願
発明の効果はなんら制限されていない。表層の金または
金合金めっきについては，公知のシアン浴，クエン酸浴
などが使用できる。本発明は，中間層または表層のめっ
き条件によって制限されることはなく，どのようなめっ
き条件を用いても有効である。

【００１８】

【実施例】次に，本発明の効果を実施例に基づき具体的
に説明する。めっき母材には，厚み０．２ｍｍのベリリ
ウム銅（JIS C１７００）を脱脂，酸洗したものを用い
た。中間層のめっきは，請求項で示したすべてのめっき
について評価した。また，表層のめっきは金めっきと金
−コバルト合金めっきについて評価した。ニッケル−ホ
ウ素系およびこれに錫，銅，亜鉛を添加した系のめっき
条件を表１〜４に，ニッケル−コバルト−ホウ素系を表
５に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】

【表４】

【００２３】

【表５】

【００２４】また，表層の金めっきおよび金−ニッケル
合金めっき条件を表６〜７に示す。

【００２５】

【表６】

【００２６】

【表７】

【００２７】これらめっき材の中間層組成，中間層厚
み，表層めっき組成，表層厚みを表８に示す。この他，
比較材として，中間層の無いもの，銅めっきを中間層と
したもの，ニッケルめっきを中間層としたもの，中間層
中のホウ素濃度の低いもの，中間層厚みの薄いもの，表
層金めっき厚みの薄いものも用意した。

【００２８】これら比較材のめっき組成と厚みを表８に
示す。

【００２９】

【表８】

【００３０】評価は，評価材と９０wt％Ｓｎ−１０wt％
Ｐｂめっきの施された銅合金とを接触させた状態で，大
気中で１５０℃，１２０時間加熱し，加熱前後の接触抵
抗を測定した。接触抵抗の測定は，（株）山崎精機研究
所製の電気接点シミュレーターＣＲＳ−１１３−Ａｕ型
を使用して行った。加熱後の接触抵抗が１５ｍΩ以下で
あれば，評価材は良好な耐熱性を有すると判定した。挿
入力測定は、評価材をメス端子に打ち抜き，これを市販
のＩＣピンの１本と勘合させ，コネクタ挿抜力測定装置
（アイコーエンジニアリング製モデル１３１０ＤＩ）を
使用して測定した。挿入力が６０ｇ以下であれば，挿入
力は十分に低いと判断した。プレス性の評価は，評価材
を端子にプレスして，曲げ部とプレス端面を観察して行
った。結果を表８に示す。これより，いずれも，実施材
の方が優れていることがわかる。

【００３１】

【発明の効果】以上記述した通り，本発明により，耐熱
性を有するバーンインソケット用金めっき材を供給する
ことが可能になる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銅又は銅合金の母材に対し，ホウ素を0.
   05wt％〜20wt％含有し残部がニッケルと不可避不純物又
   はニッケルとコバルトと不可避不純物からなる合金めっ
   きの中間層，ならびに，金又は金合金めっき表層とから
   なる高耐熱性を有することを特徴とするバーンインソケ
   ット用金めっき材。
2. 【請求項２】 中間層がホウ素を0.05wt％〜20wt％，な
   らびに，Sn，Cu，およびZn，のうち１種若しくは2種以
   上を併せて10〜60wt％含有し，残部がニッケルと不可避
   不純物又はニッケルとコバルトと不可避的不純物からな
   る合金であることを特徴とする請求項１に記載のバーン
   インソケット用金めっき材。
3. 【請求項３】 表層の厚みが0.05μm〜２μmであること
   を特徴とする請求項１から請求項２に記載のバーンイン
   ソケット用金めっき材。
4. 【請求項４】中間層の厚みが0.3μm〜３μmであること
   を特徴とする請求項１から請求項２に記載のバーンイン
   ソケット用金めっき材。