JPH0673593A

JPH0673593A - リフロー錫めっき材の製造方法

Info

Publication number: JPH0673593A
Application number: JP22847892A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Maruo; 聡丸尾; Toshihisa Hara; 利久原; Shin Ishikawa; 伸石川; Masumitsu Soeda; 益光副田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-08-27
Filing date: 1992-08-27
Publication date: 1994-03-15

Abstract

(57)【要約】【目的】クエンチマーク及び縞状の模様の発生を回避
できて表面状態が良好であり、外観、耐食性及び曲げ加
工性が優れ、電子機器の端子及びコネクタの材料として
好適のリフロー錫めっき材を得る。【構成】銅又は銅合金材にニッケルめっきを例えば
0.1乃至2.0 μｍの厚さで形成し、このニッケルめっき
層上に錫をめっきする。そして、加熱溶融処理を施して
錫を溶融させた後、例えば５乃至10℃の気体（空気等）
を１乃至３kg／cm² の圧力で吹き付けることにより、錫
を凝固させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は銅又は銅合金材の表面に
錫めっきを施したリフロー錫めっき材の製造方法に関
し、特に電子機器の端子及びコネクタとして好適のリフ
ロー錫めっき材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、端子及びコネクタ等の電子部
品には、耐食性及びはんだ付け性が優れていることか
ら、銅又は銅合金に錫をめっきしたものが使用されてい
る。金属材表面への錫めっき方法としては、電気光沢め
っき方法（特公昭45-27447号）、溶融めっき方法（特開
昭59-76866号）及びリフローめっき方法（特開昭50-689
30号）等があるが、端子及びコネクタ等の電子部品で
は、均一なめっき表面を得ることが必要であり、通常、
リフローめっき方法及び電気光沢めっき方法が使用され
ている。

【０００３】従来のリフローめっき方法においては、銅
又は銅合金材に錫めっきを施し、加熱溶融処理して錫を
溶融させた後、この銅又は銅合金材に錫めっきを施した
ものを水槽中に浸漬することにより急冷して錫を凝固さ
せている。このように、溶融錫を水で急冷することによ
り、はんだ付け不良の原因となる銅と錫との金属間化合
物の成長を抑制できると共に、光沢を有する錫めっき層
を得ることができる。

【０００４】しかし、この従来のリフローめっき方法に
は、水槽での冷却時に、めっき材と接触する部分の水が
沸騰して気泡が生じ、この気泡によりめっき材の表面に
クエンチマークといわれる外観不良が生じるという欠点
がある。クエンチマークは、錫めっき層の表面の反射率
を低下させるだけでなく、耐食性低下の原因となる。こ
のため、端子及びコネクタ等の電子部品用錫めっき材に
おいては、クエンチマークの発生を可及的に低減させる
必要がある。

【０００５】クエンチマークを防止するための技術とし
て、加熱溶融処理後のめっき材に高圧の水をスプレーし
て錫を凝固させ、その後このめっき材を水槽中に浸漬し
て冷却する方法がある（特開昭50-75131号）。この方法
においては、水のスプレーにより溶融錫を凝固させるた
め、クエンチマークの発生を抑制することができる。

【０００６】また、鉛直方向に落下する水流を形成する
冷却装置を用いて、加熱溶融処理後のめっき材をその長
さ方向を鉛直にして前記冷却装置内に通し、鉛直落下水
流中で錫を凝固させる方法も提案されている（特開平2-
243793号）。この方法においても、単に加熱溶融処理後
の部材を水槽中に浸漬する場合に比して、クエンチマー
クを抑制することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のリフロー錫めっき材の製造方法では、いずれも
クエンチマークを低減する効果が十分でないという欠点
がある。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、従来に比してより一層クエンチマークを低
減することができて外観が良好であり、端子及びコネク
タ等の材料として好適のリフロー錫めっき材を製造でき
るリフロー錫めっき材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】本発明に係るリフロー錫
めっき材の製造方法は、銅又は銅合金材にニッケルめっ
きを施しニッケルめっき層を得る工程と、このニッケル
めっき層上に錫めっき層を形成する工程と、この錫めっ
き層に対し加熱溶融処理を施す工程と、溶融した錫に気
体を吹き付けて凝固させる工程とを有することを特徴と
する。

【００１０】なお、本願において、錫とは純錫の外に錫
の合金を含むものとする。

【００１１】

【作用】本願発明者等は、リフロー錫めっき材において
クエンチマークの発生を低減するためには水による錫の
凝固は好ましくないとの観点から、空気等の気体による
冷却により表面状態が良好なリフロー錫めっき材を得る
べく、種々実験研究を行なった。本発明は、このような
実験結果に基づいてなされたものである。

【００１２】クエンチマークは冷却媒体として水を使用
することにより発生する現象であるため、クエンチマー
クを完全に防止する方法として、沸点が高い有機物及び
空気等の気体等のように水以外の冷却媒体を使用ことが
考えられる。しかし、有機物による冷却では、クエンチ
処理後に洗浄処理が必要であるという欠点がある。一
方、空気等の気体により溶融錫を冷却する方法では、め
っき材表面に縞状の模様が発生するという欠点があると
共に、錫と銅との金属間化合物層が厚く成長し、はんだ
付け性が低下するという欠点が生じる。

【００１３】本願発明者等は、種々実験研究の結果、こ
の縞状の模様は、錫めっき層中におけるＣｕ等の不純物
の含有量が多くなると発生するとの知見を得た。従っ
て、錫めっき層へのＣｕ等の不純物の拡散を抑制するこ
とにより、気体による冷却であっても、縞状の模様の発
生を回避することができる。

【００１４】本発明においては、下地である銅又は銅合
金にニッケル（Ｎｉ）めっきを施し、このニッケルめっ
き層上に錫めっき層を形成し、その後溶融加熱処理を施
す。ＮｉはＣｕに比して錫めっき層への拡散速度が低
く、錫との間の金属間化合物の成長速度が遅い。このた
め、本発明においては、気体により溶融錫を冷却して
も、縞状の模様の発生を防止できると共に、はんだ付け
不良の原因となる金属間化合物の成長を抑制できる。

【００１５】なお、クエンチ処理時の冷却媒体として
は、空気、窒素、酸素、還元ガス及び不活性ガス等の気
体であればよく、特に制限はない。

【００１６】次に、本願におけるニッケルめっき層の厚
さ、冷却媒体としての気体の温度及び吹き付け圧力の数
値限定理由について説明する。

【００１７】ニッケルめっき層の厚さは、 0.1乃至2.0
μｍであることが好ましい。ニッケルめっき層の厚さが
0.1μｍ未満の場合は、リフロー処理時に錫めっき層へ
のＣｕの拡散を抑制する効果が十分でなく、めっき材の
表面に縞状の模様が発生することがある。一方、ニッケ
ルめっき層の厚さが 2.0μｍを超えると、錫めっき層の
表面に縞状の模様が発生することを防止できるものの、
経済的なコストが上昇して無駄である。また、この場合
は、曲げ加工性が低下し、曲げ加工部にめっき割れが生
じる。このため、ニッケルめっき層の厚さは 0.1乃至2.
0 μｍとすることが好ましい。

【００１８】クエンチ処理時の冷却媒体としての気体の
温度は、５乃至10℃であることが好ましい。この冷却媒
体の温度を５℃未満とすると、冷却に要するコストが高
くなる。一方、前記冷却媒体の温度が10℃以上である
と、クエンチ処理における冷却時間が長くなり、錫めっ
き表面の酸化が進行すると共に錫とニッケルとの金属間
化合物の成長が進行する。このため、冷却媒体である気
体の温度は５乃至10℃とすることが好ましい。

【００１９】クエンチ処理時の冷却媒体は１乃至３kg／
cm² で吹き付けることが好ましい。冷却媒体の吹き付け
圧力が１kg／cm² 未満であると、クエンチ処理における
冷却時間が長くなり、錫めっき表面の酸化が進行すると
共に、錫とニッケルとの金属間化合物の成長も進行す
る。錫めっき層の表面の酸化が進行すると、めっき材表
面の変色、はんだ付け不良及び接触抵抗値の増加等の不
都合を招来し、商品価値が低下してしまう。また、錫と
ニッケルとの金属間化合物の成長が進行するとめっき材
の加工性が低下したり、プレス金型へのダメージが大き
くなるという不都合が発生する。一方、冷却媒体の吹き
付け圧力が３kg／cm² を超えると、溶融錫の表面に波が
生じ、この状態で錫が凝固するため、均一なめっき表面
が得られない。このため、冷却媒体としての気体の吹き
付け圧力は１乃至３kg／cm² であることが好ましい。

【００２０】なお、気体の吹き付けにより錫が凝固した
後は、直ちにこのめっき材を水中に浸漬して急冷するこ
とが好ましい。錫めっき表面が凝固した後では、めっき
材を水槽中に浸漬してもクエンチマークは発生しない。
一方、めっき材を水で急冷することにより、錫めっき層
表面の酸化及び金属間化合物の成長を抑制することがで
きる。このため、気体吹き付けにより溶融錫が凝固した
後は、めっき材を水中に浸漬して、急冷することが好ま
しい。

【００２１】

【実施例】次に、本発明に係る実施例について、その比
較例及び従来例と比較して説明する。

【００２２】先ず、ニッケルめっき層の厚さが異なるリ
フロー錫めっき材を製造し、その特性を調べた。即ち、
１辺が 100mmの正方形であり、厚さが0.3mm のリン青銅
（３種）板材の表面に下記表１に示す厚さでニッケルを
めっきした。このときのニッケルめっき条件を下記表２
に示す。

【００２３】次に、このニッケルめっき層上（但し、比
較例１はリン青銅板材の表面上）に錫めっきを施した。
このときの錫めっき条件を下記表３に示す。その後、加
熱溶融処理した後、空気（温度が10℃、圧力が３kg／cm
² ）を吹き付けて、錫を凝固させた。なお、前記加熱溶
融処理におけるリフロー条件は、炉内温度が 600℃、処
理時間が10秒間である。また、従来例１は、リン青銅板
材に直接錫めっきを施した後、加熱溶融処理を行い、水
中にて冷却することにより得られたリフロー錫めっき材
である。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】このようにして得た実施例１乃至５、比較
例１乃至４及び従来例１の各めっき材について、外観、
耐食性及び曲げ加工性を調べた。即ち、外観は、JIS Z
8741に基づき、めっき材の表面の45度鏡面反射率を測定
し、その結果に基づいて評価した。また、耐食性は、JI
S Z 2371に基づき、塩水噴霧試験を行って、白錆が発生
するまでの時間を測定し、その結果に基づいて評価し
た。更に、曲げ加工性は、JIS Z 2248に基づき、 0.5Ｒ
90°で曲げ試験を行い、めっき割れ及び剥離の有無を調
べ、その結果に基づいて評価した。これらの結果を表１
に併せて示す。但し、外観は、錫めっき層の表面の反射
率が90％以上の場合を◎、80％以上90％未満の場合を
○、70％以上80％未満の場合を△、70％未満の場合を×
として示した。また、耐食性は、白錆が発生するまでの
時間が１５時間以上の場合を◎、１０時間以上１５時間
未満の場合を○、５時間以上１０時間未満の場合を△、
５時間未満の場合を×として示した。更に、曲げ加工性
は、めっき割れ及び剥離が認められない場合を◎、わず
かにめっき割れが生じるが剥離は認められない場合を
○、めっき割れが生じるが剥離は認められない場合を
△、めっき割れ及び剥離が生じた場合を×として示し
た。

【００２８】この表１から明らかなように、実施例１乃
至５はいずれも外観が良好であると共に、耐食性及び曲
げ加工性が極めて優れていた。一方、比較例１，２は、
いずれも耐食性及び曲げ加工性が優れているものの、ニ
ッケルめっき層が無いか又はその厚さが薄いため、Ｃｕ
の拡散を十分に防止することができず、錫めっき層の表
面に縞状の模様が発生しており、外観がよくないもので
あった。また、ニッケルめっき層の厚さが厚い比較例
３，４は、いずれも曲げ加工性が満足できるものではな
かった。

【００２９】更に、従来例１は曲げ加工性が優れている
ものの、加熱溶融処理を行なっためっき材を水中で冷却
するため、めっき表面にクエンチマークが発生し、外観
及び耐食性の点で実施例１乃至５に比して劣るものであ
った。

【００３０】次に、吹き付け気体の温度及び圧力による
影響を調べた。

【００３１】１辺が 100mmの正方形であり、厚さが0.3m
m のリン青銅（３種）板材の表面にニッケルめっき層を
0.5 μｍの厚さで形成し、このニッケルめっき層上に錫
をめっきした。その後、加熱溶融処理を施し、下記表４
に示す温度の空気を同じく表４に示す圧力で吹き付け
て、錫を凝固させた。なお、従来例２は、リン青銅板材
に直接錫めっきを施した後、加熱溶融処理を行い、水中
にて冷却することにより得られたリフロー錫めっき材で
ある。

【００３２】これらのリフロー錫めっき材について、外
観及び錫とニッケルとの間の金属間化合物の厚さを調べ
た。その測定結果を表４に併せて示す。

【００３３】但し、外観は、JIS Z 8741に基づき、めっ
き材の表面を４５度鏡面反射率を測定し、その結果に基
づいて評価した。そして、反射率が９０％以上の場合を
◎、８０％以上９０％未満の場合を○、７０％以上８０
％未満の場合を△、７０％未満の場合を×として示し
た。また、金属間酸化物層の層厚は、各めっき材から切
り出した試料片を樹脂に埋め込み、この試料片の断面を
乾式研磨した後、光学顕微鏡を用いてを測定した。

【００３４】

【表４】

【００３５】この表４から明らかなように、実施例６乃
至８はいずれも外観が良好であると共に、金属間化合物
層の厚さが 0.7μｍ以下と薄かった。

【００３６】一方、比較例５，７は、いずれも実施例６
乃至７に比して加熱溶融処理後のめっき材の冷却速度が
遅いため、めっき表面の酸化物が厚く成長して外観の評
価で実施例６〜８より劣ると共に、錫とニッケルとの金
属間化合物層が厚く成長した。また、比較例６は吹き付
け圧力が高いため、錫とニッケルとの金属間化合物層の
厚さが薄いものの、溶融錫の表面に波が発生した状態で
錫が凝固するため、均一なめっき表面を得ることができ
なかった。更に、従来例２は、めっき材を水中に浸漬し
て冷却するため、冷却速度が速く、金属間化合物層の厚
さが薄いものの、めっき表面にクエンチマークが発生
し、外観が満足できるものではなかった。

【００３７】次いで、気体の吹き付けのみで冷却した場
合と、気体での冷却により錫を凝固させた後水冷した場
合とで、金属間化合物層の厚さの違いを調べた。即ち、
リン青銅材にニッケルめっき層を 0.5μｍの厚さで形成
し、このニッケルめっき層上に錫めっきを施した後、加
熱溶融処理を行った。表５に示すように、実施例９は、
空気（温度が10℃、圧力が３kg／cm² ）にて冷却を行
い、めっき表面の錫が凝固した後、直ちに水槽中にて水
冷することにより得られたリフロー錫めっき材である。
また、比較例８は、空気（温度が10℃、圧力が３kg／cm
² ）のみで冷却することにより得られたリフロー錫めっ
き材である。そして、この実施例及び比較例から切り出
した試験片を樹脂に埋め込み、錫めっき材の断面を乾式
研磨した後、光学顕微鏡を用いて金属間化合物層の厚さ
を測定した。その結果を表５に併せて示す。

【００３８】

【表５】

【００３９】この表５から明らかなように、実施例９
は、めっき表面の錫が凝固した後、直ちに水槽にて冷却
するため、比較例８に比して高温状態の時間が短い。こ
のため、錫とニッケルとの間の金属間化合物層の層厚が
薄い。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
銅又は銅合金材にニッケルめっきを施し、このニッケル
めっき層上に錫めっき層を形成した後、加熱溶融処理を
施し、溶融した錫に気体を吹き付けて凝固させるから、
クエンチマーク及び縞状の模様の発生を回避できて、表
面状態が良好であり、外観、耐食性及び曲げ加工性が優
れ、電子機器の端子及びコネクタ等の材料として好適の
リフロー錫めっき材を得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者副田益光山口県下関市長府港町14番１号株式会社神戸製鋼所長府製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銅又は銅合金材にニッケルめっきを施し
ニッケルめっき層を得る工程と、このニッケルめっき層
上に錫めっき層を形成する工程と、この錫めっき層に対
し加熱溶融処理を施す工程と、溶融した錫に気体を吹き
付けて凝固させる工程とを有することを特徴とするリフ
ロー錫めっき材の製造方法。
【請求項２】前記ニッケルめっき層の層厚は 0.1乃至
2.0 μｍであることを特徴とする請求項１に記載のリフ
ロー錫めっき材の製造方法。
【請求項３】前記気体の温度は５乃至10℃であり、前
記気体の吹き付け圧力は１乃至３kg／cm² であることを
特徴とする請求項１又は２に記載のリフロー錫めっき材
の製造方法。
【請求項４】前記気体を吹き付けて錫を凝固させた
後、続けて前記銅又は銅合金材を水中に浸漬して冷却す
る工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいず
れか１項に記載のリフロー錫めっき材の製造方法。