JPH01259195A - 銅または銅合金の錫被覆材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、端子・コネクタ等の電子部品に使用される耐
ウィスカ性に優れた銅または銅合金の銅被覆材料に関す
る。

［従来の技術］ 端子・コネクタ等の電子部品ては、多くの場合、銅合金
材料の表面に被覆した錫または錫合金めっきにより、耐
食性を付与して表面を保護し、良好なはんだ付性を維持
している。

しかし、このような銅合金材料の錫または錫合金被覆の
表面には、ウィスカと呼ばれる錫単結晶からなる針状結
晶か発生ずることか知られている。このウィスカは、通
常太さ１〜５μｍで、長さは最大数ｍｍに達することも
ある。また、このウィスカは、特に光沢剤を添加した光
沢錫めっきに発生し易い。

このような銅合金を電子部品に用いた場合、ウィスカの
発生によって、回路中の端子間での短絡、絶縁不良、あ
るいはノイズの発生等の問題か生していた。特に近年、
電子部品が小型化、高密度化されるに従い、ウィスカの
発生による短絡障害が大きな問題となってきた。

ウィスカ発生の原因は下記の通りである。

（１）ウィスカの発生し易い亜鉛やカドミウムめっきと
同様に錫か低融点金属であり、比較的低温（２００〜１
００℃）で原子が穆動して再結晶し易い。

（２）光沢剤を添加した光沢錫めっ剖は、光沢剤が共存
して内部応力が大きくなったり、あるいは、結晶粒子が
小さいのでめっき皮膜中の格子欠陥密度が極めて高いた
め内部歪みエネルギーか大きく、かつ、結晶粒界が多く
て錫原子の短回路拡散の通路が多い。

（３）錫めっき時に吸蔵された高圧の水素により、錫が
めっき材の弱点部、すなわち、微細粒状の不純物等を含
有した部分に発生し易い。

以上がウィスカ発生の原因として考えられるが、完全に
原因を究明したとはいえないのが実状である。

一方、銀核Ｎ層のウィスカの発生を防止する方法として
、従来より下記の方法が提案されている。

■錫めっき後、１５０〜１８０℃の温度において１〜３
時間過熱処理する方法。

■錫めっき後、真空中で電子線を照射する方法（特公昭
５５−３１１９６号公報）。

■錫めっき後、陽極酸化皮膜を形成する方法（特開昭５
２−５３７３４号公報）。

■錫と鉛やニッケル、銅、亜鉛を共析、すなわち、合金
めフきをする方法。

■超音波エネルギーを与えてめっき時の水素吸蔵を軽減
する方法。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、以上のウィスカ発生防止方法は、長尺の
線、条を連続的に処理する場合には種々の課題を有して
いる。

■の方法は、加熱処理に長時間を有するため、連続処理
が困難であり、かつ、光沢剤を添加した光沢めっきでは
変色、火ぶくれ、亀裂等のめつき欠陥が生しる恐れがあ
る。

■の方法は、真空中に保持しなければならないために、
連結処理に不向きであり、また、照射装置や真空処理装
置が高価で処理コストが高くなる。

■の方法は、連続処理に適するが、ブリ錫めっきのよう
にめっき後に加工を行うことは加工時に酸化皮膜が破壊
される恐れがある。

■の方法は、めっき浴の品質管理が困難であり、また、
めっきの耐食性、はんだ付は性および電気特性等のめっ
き性能面に疑問があり、また成型加工時に発生するスク
ラップの再利用がしにくい。

■の方法は、ウィスカの発生、成長がめつき時の水素吸
蔵によってのみに支配されるのであれば効果は期待でき
るが、少なくともウィスカの成長については、添加剤、
めっき浴、めっき条件等の他の要因が多く関与している
と考えられるので万全ではない。

一方、銅被覆層の下地として亜鉛または亜鉛合金めっき
等の被覆層を設ける方法については、例えば、特開昭６
０−１６９５８９号公報に、リン含有銅合金基材上に、
厚さ０．１μｍ以上の亜鉛または亜鉛合金中間層を介し
て錫または錫合金被覆層を設ける方法が提案されている
が、これははんたの耐熱剥離性の改善を目的としたもの
で、ウィスカの発生防止に関してはなんら考慮されてい
ない。一般に、錫のウィスカ成長に対する亜鉛は有害と
されており、例えは日本電子材料技術協会・接合技術委
員会の第１９同棲合委員会資料（１９７３年１月２５日
発行）に記載のように、亜鉛または黄銅上に直接錫めっ
ぎを施した場合にウィスカの成長は最も急速である。し
たがって、端子・コネクタ等の電子部品に亜鉛を含む銅
合金、例えば、黄銅等を使用する場合は必ず銅等の下地
めっきを施しているのが現状である。

本発明は、以上説明した従来技術の課題を解決して、耐
ウィスカ性に優れた銅および銅合金の銅被覆材料を提供
しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、銅または銅合金の表面に、亜鉛を０．１〜１
０％（重量％以下同じとする）含有する亜鉛合金被覆層
を０．１〜５．０μｍ設けた後、銅被覆層を設けること
を特徴とする耐ウィスカ性に優れた銅および銅合金の銅
被覆材料に要旨が存在する。

［作用］ 本発明者等は、従来、錫のウィスカ成長に最も有害とさ
れていた亜鉛か、銅被覆層の中で非常に速く拡散して表
面に穆動すること、および表面に拡散した亜鉛が錫より
も優先酸化されて酸化皮膜を形成し易いことに着目し、
鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至ったので
ある。

本発明は、まず銅または銅合金の表面に下地層として亜
鉛を０１〜１０％含有する亜鉛合金被覆層を、厚さ０１
〜５０μｍ形成する。

この亜鉛合金被覆層の形成方法は、銅あるいは銅合金の
表面に常法による前処理［アルカリ脱脂−電解脱脂−酸
洗］を施した後、亜鉛合金被覆層を形成する。亜鉛合金
被覆層には、Ｃｕ−Ｚｎ。

５ｎ−Ｚｎ、Ｎｉ−Ｚｎ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｚｎ。

Ｃｄ−Ｚｎ、およびＦｅ−Ｚｎ系合金か用いられ特に限
定するものではないか、Ｃｕ−Ｚｎか好適に用いられる
。また、被覆方法は、前記処理の後に、溶融めっぎ、電
気めっき、蒸着等の方法により被覆する。

なお、亜鉛合金被覆層の亜鉛含有量を０．１〜１０％と
したのは、亜鉛含有量か０１％未満ては被覆層の厚みを
厚くしても、ウィスカ発生の抑制効果が小さく本発明の
目的が達成てきないからであり、また、亜鉛含有量か１
０％を越えると被覆層の厚みを薄くしても、逆にウィス
カの成長か促進されたり、はんだ付が低下したりするか
らである。また、亜鉛合金被覆層の厚みを０１〜５０μ
ｍとしたのは、被覆層の厚みが０１μｍ未満では均一な
被覆層が形成されないために、ウィスカか発生の抑制効
果か小さくからであり、また、被覆層の厚みか５μｍを
越えても耐ウィスカ性を大幅に改善することはなく、厚
みを必要以上に厚くするとコストが高くなるからである
。

次に、本発明では上記亜鉛合金被覆層の表面に銅被覆層
を形成する。銅被覆層は、耐食性、はんたイ」性を良好
にするものである。この銅被覆層の形成は溶融めっき、
電気めっき、リフローめっき、蒸着等のいずれの方法に
よってもよい。なお、銅被覆層の厚さは、１０〜３０μ
ｍか好ましい。

なお、本発明のウィスカ抑制効果は、現時点ては明確化
するに至ってないが、次のように考える。

錫を被覆した銅合金材料は、時間の経過と共に銀表面か
徐々に酸化されて表面エネルギーか低下し、内部応力の
高い銅被覆層の内部から錫原子かり　表面へ移動しよう
とする。また、銅原子も銅被覆に徐々に拡散し、Ｃｕ６
　Ｓｎ５．Ｃｕ３Ｓｎ等の金属間化合物を形成する。こ
の２つの作用により銅被覆層の内部応力の上昇と錫原子
の表面への移動が促進され、銅被覆層の欠陥部や疵部分
あるいは表面の酸化物層の弱点部から錫原子が押出され
る。さらに、表面酸化および金属間化合物の成長に伴う
内部応力の継続的な上昇によりウィスカが成長する。

前述したように、１０％以上の亜鉛を含有する亜鉛合金
被覆を設けると、亜鉛原子の移動が極めて早く、かつ多
量に拡散して表面に厚い酸化物を形成する。この拡散に
よって銅被覆層の内部応力か上昇し、ウィスカの発生か
著しくなるものと考えられる。

しかしなから、１０％未満の亜鉛含有被覆層を設りた場
合は、亜鉛の拡散量は小さく、そのため銅被覆層の内部
応力の上昇か小さく、かつ亜鉛合金被覆層を設けた銅被
覆材料は、Ｃｕ３Ｓｎ等の金属間化合物の形成か極めて
少ないという特徴かあり、この相乗効果によってウィス
カの発生か抑制されるものと推定される。

［実施例］ 以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。

第１表に示す組成の供試材（厚さ０．３ｍｍ。

幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍ）を常法により前処理［ア
ルカリ脱脂−電解脱脂−酸洗］を行った。

次に、第２表に示す条件てＣｕ、Ｃｕ−Ｚｎ下地めっぎ
を施した後、水洗した。最後に、第３表に示す条件で光
沢錫めっきを行って試料を作成した。

上記試料に対して耐ウィスカ性についての試験を行った
。すなわち、第１図に示すような内幅９４ｍｍの断面形
状の治具１内に試料２を取りイ」げ、試料２に圧縮応力
を負荷させ、室内に設置した。ウィスカ測定は、圧縮応
力面の第１図Ｂに示す部分（面積２０　ｍｍｘ　５０　
ｍｍ）の範囲内に発生するウィスカを実体顕微鏡により
観察した。

第４表に試験結果を示す。第４表において、試料Ｎ０１
１〜Ｎｏ、８は本発明実施例である。それぞれのＺｎ含
有量は０１〜１０％の範囲であり、厚さも０．１〜５．
０μｍと本発明条件を満足しており、試料Ｎｏ、６にお
いて１平径若干のウィスカの発生が見られたものの、そ
の他の試料ではウィスカの発生はなかった。

試料Ｎｏ、９〜Ｎｏ、１３は比較例である。

Ｚｎは全く含有しておらず、１ケ月後にすてにウィスカ
の発生が見られ、１年後には長さ１ｍｍにも達していた
。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の銅あるいは銅合金の銅被
覆材料は、耐ウィスカ性が極めて優れており、端子、コ
ネクタやリードフレームなどの電子部品として好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は試料に圧縮応力を負荷させるための治具の概略
断面図である。 １・・・治具、２・・・試料。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　銅または銅合金の表面に、亜鉛を０．１〜１０％（重
   量％以下同じとする）含有する亜鉛合金被覆層を０．１
   〜５．０μｍ設けた後、銅被覆層を設けることを特徴と
   する耐ウィスカ性に優れた銅および銅合金の銅被覆材料
   。