JPH11350189A

JPH11350189A - 電気・電子部品用材料とその製造方法、その材料を用いた電気・電子部品

Info

Publication number: JPH11350189A
Application number: JP15505998A
Authority: JP
Inventors: Toshio Tani; 俊夫谷; Morimasa Tanimoto; 守正谷本; Hitoshi Tanaka; 仁志田中
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1998-06-03
Filing date: 1998-06-03
Publication date: 1999-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】耐熱性に優れ、はんだと接合したときにその
接合部における接合強度の劣化が少なく、また表面酸化
・変色も起こしづらい電気・電子部品用材料、とりわけ
リード材料やコンタクト材料として有用な材料とその製
造方法、その材料を用いた電気・電子部品を提供する。【解決手段】この材料は、少なくとも表面がＣｕまた
はＣｕ合金から成る基体１の表面に、ＮｉもしくはＮｉ
合金層から成る中間層２を介して、Ａｇ₃Ｓｎ（ε相）
化合物を有する厚み０.５〜２０μｍのＳｎ層またはＳ
ｎ合金層から成る表面層３が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気・電子部品用材
料とその製造方法、その材料を用いた電気・電子部品に
関し、更に詳しくは、各種半導体装置用のリード材料
や、端子，コネクタ，スイッチなどのコンタクト材料と
して用いて好適な材料とそれを製造する方法、およびそ
の材料を用いた電気・電子部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の電気・電子機器に組み込まれる部
品の材料としては、従来から、ＣｕまたはＣｕ合金が広
く用いられている。すなわち、その用途は個別半導体や
ＩＣパッケージのリード線やリードピン、またはリード
フレームなどのリード材料を代表例とし、更にはソケッ
ト類やコネクタ，スイッチの端子や接点ばねなどのコン
タクト材料にも及んでいる。これらの用途は、Ｃｕまた
はＣｕ合金が、導電性，熱伝導性が優れているととも
に、機械的な強度や加工性の点でも優れ、また経済的に
も有利であるという性質を利用したものである。

【０００３】とりわけ、半導体パッケージのリード材料
に関しては、各種合金設計のＣｕ合金が開発されてい
る。そして、それらは、端子や接点ばねなどのコンタク
ト材料の分野でも応用されるようになっている。

【０００４】上記したリード材料としては、従来から、
コバール合金や４２アロイに代表されるＦｅ−Ｎｉ系合
金，Ｆｅ−Ｃ系合金などのＦｅ系材料も使用されてい
る。このＦｅ系材料は、前記したＣｕ合金に比べると、
熱伝導性や導電性は劣るものの、機械的な強度が高く、
また熱膨張率がＳｉチップやパッケージの封止樹脂のそ
れに近似しているので、その表面に厚み数十μｍ程度の
Ｃｕめっきを施して導電性とはんだ濡れ性を高めた状態
にしてダイオードやコンデンサなどのリード線として用
いられている。

【０００５】また、従来、Ｃｕ系材料はその機械的な強
度の点で問題を有していたが、最近では強度特性も向上
したＣｕ合金が開発されている。例えば、ＮｉとＳｉを
少量含有せしめて、それらをＮｉ₂Ｓｉなどの形態で析
出させた析出強化型のＣｕ合金が知られている。そし
て、このＣｕ合金は、スタンピング性や応力緩和特性が
優れているので、リード材料，端子やコネクタのコンタ
クト材料として使用されはじめている。

【０００６】そして、上記した部品材料の場合、その表
面には、めっきに代表される表面処理を施すことにより
材料機能の信頼性を高めて実使用するということが行わ
れている。

【０００７】例えば、はんだ付けによってプリント基板
に部品を実装するときに用いるリード材料の場合、その
表面にＳｎめっきまたはＳｎ合金めっきを施してはんだ
付け性を高めるという処置が採られている。具体的に
は、ＩＣパッケージを組み立てたのちリードフレームの
アウターリード部に例えばＳｎ−Ｐｂ合金を用いて外装
はんだめっきを施したり、個別半導体やコンデンサのリ
ード線にも予めＳｎめっきやＳｎ−Ｐｂ合金めっきを施
し、更に加熱してリフロー処理を行うこともある。

【０００８】更には、基体がＣｕまたはＣｕ合金から成
る材料の場合、その表面にＳｎまたはＳｎ合金のめっき
を施すと、得られた材料は前記した特性の外に耐食性，
耐摩耗性も優れ、しかも経済的に有利であるということ
から、リード材料の外に各種端子やコネクタなどの材料
としても多用されている。そして、表面光沢が必要とさ
れる用途分野では、ＳｎまたはＳｎ合金の光沢めっきを
施したものや、更にはリフロー処理を施したものが使用
され、とくにリフロー処理を施したものは、耐ウイスカ
ー性や耐熱性も優れているので、厳しい温度環境で使用
される部品の材料として賞用されはじめている。

【０００９】例えば、電装品が広く搭載されるようにな
ってきている自動車関連分野の場合、組み込まれる端子
やコネクタなどのコンタクト材料は、エンジンルーム内
をはじめとして、温度１００〜１７０℃程度の高温環境
に曝されることになる。従来、このような分野では、黄
銅やリン青銅の基体の表面にＳｎめっきやはんだなどの
Ｓｎ合金めっきを施した材料が主として使用されてきて
いるが、厳しい使用環境に対しては必ずしも満足すべき
性能ではないということで、強度特性の向上と応力緩和
特性の改善を目的として前記したＮｉとＳｉを含有する
Ｃｕ合金にＳｎめっきを施したのちリフロー処理を行っ
た材料が使用されはじめている。

【００１０】ところで、ＣｕまたはＣｕ合金の表面にＳ
ｎめっきを施した材料の場合には次のような問題があ
る。

【００１１】まず、形成されたＳｎめっき層にはＳｎの
ウイスカーが発生しやすく、部品実装したときに短絡事
故を引き起こすことの可能性があるということである。
また、Ｓｎの融点は２３２℃であるため、例えばその材
料部品を回路基板にはんだ付けして実装する場合、基板
材料（樹脂）はそれ以上の耐熱性を備えることが必要に
なると同時に、そのときにＳｎそれ自体が酸化されては
んだ付け性の劣化が起こりやすくなるということであ
る。

【００１２】また、コンタクト材料の場合には、例えば
リードフレームのアウターリード部の外装はんだ皮膜の
場合とは異なって、通常、表面層であるＳｎまたはＳｎ
合金層の厚みが１〜１.５μｍと薄いために、前記した
ような高温環境下では基体表面のＣｕ成分が前記表面層
まで早期の段階で熱拡散し、その結果、表面層の表層部
の変色や酸化が起こり、相手材との接触抵抗が高くなる
という問題が起こってくる。

【００１３】更に、コンデンサ用リード線の場合は、溶
接対象の例えばアルミ線との溶接部の肉盛りを行うた
め、めっき層の厚みを厚肉化しているが、そのようなリ
ード線に前記リフロー処理を行うと、処理後に凝固して
形成されたＳｎめっき層の偏肉が大きくなるという問題
がある。

【００１４】上記したウイスカーの発生という問題はリ
フロー処理を施すことによって略防止することができ、
まためっき層の材料としてＳｎ合金を用いればかなり抑
制することが可能である。このようなＳｎ合金の代表例
ははんだ（Ｓｎ−Ｐｂ合金）であり、従来から広く用い
られている。

【００１５】しかしながら、はんだに含まれているＰｂ
は人体に悪影響を与えるおそれがあるとのことから、今
後は、その優れた性質を備えているにもかかわらず使用
が敬遠されようとしている。そして、Ｐｂを含有しない
Ｓｎ合金、具体的には、Ｓｎ−Ａｇ系，Ｓｎ−Ｂｉ系，
Ｓｎ−Ｉｎ系，Ｓｎ−Ｚｎ系のものへの移行が検討され
ている。

【００１６】しかしながら、これらのＳｎ合金でめっき
層を形成した材料には次のような問題がある。

【００１７】まず、これら合金の融点がＳｎ−Ｐｂ系に
比べて比較的高温であったり、低温であったりする点で
あり、あるいは、例えばＩＣパッケージの組み立て時に
おける加熱工程の熱で、基体表面の構成材料であるＣｕ
などがこのＳｎ合金めっき層の表層部に熱拡散してき
て、当該Ｓｎ合金めっき層のはんだ付け性が劣化すると
いう問題である。

【００１８】更には、例えば前記したコンデンサリード
の場合、アルミ線と溶接する際に、溶接部の温度は瞬間
的には２０００℃近辺の温度になるため、当該溶接部の
近傍では、Ｓｎ合金めっき層内のＺｎ，Ｂｉ，Ｉｎなど
の元素が瞬時にして気化し、その結果、溶接部にはブロ
ーホールが発生し、その溶接強度が低下するという問題
も発生する。しかも、溶接部では、基体表面からＣｕな
どが熱拡散してリード材の表面にＣｕ−Ｓｎ系化合物層
などが形成されることにより、表面の変色とはんだ付け
性の劣化も起こり得る。

【００１９】なお、Ｐｂを含まないＳｎ合金として例示
した前記した合金のうち、Ｓｎ−Ａｇ系，Ｓｎ−Ｉｎ系
のものは上記の問題に加えて高価であるという問題があ
る。

【００２０】そして、Ｓｎ−Ｂｉ系のものは、耐熱性に
劣り、基体表面へのＢｉの熱拡散を起こしやすく、また
曲げ加工性にも劣るのでめっき層にクラッドが発生しや
すく、更には、はんだ付け後に形成された接合部ではそ
の接合強度が経時的に低下するという問題がある。また
Ｓｎ−Ｚｎ系のものは、表面酸化を起こしやすく、大気
中におけるはんだ濡れ性が悪いということに加えて、Ｚ
ｎは熱拡散を起こしやすいので、Ｓｎ−Ｂｉ系のものと
同じように、やはりはんだ付け後の接合部の接合強度は
経時的に低下する。このように、ＰｂフリーのＳｎ合金
にも多くの課題がある。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところで最近、電気・
電子機器の小型化，軽量化，多機能化の進展に伴い、そ
れらに組み込まれる回路基板への半導体素子の実装密度
も高まっている。この高密度実装化は不可避的に実装基
板からの放熱量を増大させ、また電気・電子機器の放熱
量を増加させることになる。

【００２２】そのため、前記したリード材料やコンタク
ト材料などに対しては、従来にもましてその耐熱性を高
めることが必要とされるようになっている。しかしなが
ら、最近では、前記したように、ＣｕまたはＣｕ合金の
基体にＳｎまたはＳｎ合金のめっきを施した材料は、上
記した要求に充分対処し得ていないという指摘がなされ
ている。

【００２３】すなわち、リード材料の場合、部品実装後
における部品リードとはんだとの接合部の高温エージン
グ、または部品リードと実装基板の電極との間でヒート
サイクル状態において接合信頼性が低下するという問題
である。換言すれば、最近の高密度実装基板が組み込ま
れている電子機器では、放熱量と前記機器の温度上昇が
大きいので、前記したＳｎまたはＳｎ合金めっきを施し
たリード材料では、充分な接合信頼性が得られないとい
うケースが多発している。

【００２４】また、コンタクト材料の場合、高温環境下
で使用したときに、基体表面のＣｕ成分と表面層のＳｎ
成分との相互熱拡散による合金化やＣｕ成分が表面層の
表層部に拡散して酸化することに基づく接触抵抗の上昇
が起こり、もって相手材との接続信頼性が低下するとい
う問題が指摘されている。

【００２５】本発明は、ＣｕまたはＣｕ合金を基体と
し、その表面にＳｎまたはＳｎ合金めっきが施されてい
る従来の材料における上記した問題を解決し、Ｐｂの悪
影響が排除されていることは勿論のこと、表面層はＳｎ
より低融点であり、はんだ付け性に優れ、またウイスカ
ーの発生もなく、はんだ付け後に形成された接合部の接
合強度が高いと同時に、その接合強度の高温下における
経時的な低下も起こりづらいのでリード材料として好適
であり、また高温環境下で使用したときでも接触抵抗の
上昇が抑制され、相手材との間で接続信頼性の低下を招
くこともないのでコンタクト材料としても好適な電気・
電子部品用材料とその製造方法、およびその材料を用い
た電気・電子部品の提供を目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、少なくとも表面がＣｕまた
はＣｕ合金から成る基体の前記表面に、ＮｉまたはＮｉ
合金層から成る中間層を介して、いずれもＡｇ₃Ｓｎ
（ε相）化合物を含有する厚み０.５〜２０μｍのＳｎ
層またはＳｎ合金相から成る表面層が形成されているこ
とを特徴とする電気・電子部品用材料が提供される。と
くに、前記表面層における前記Ａｇ₃Ｓｎ（ε相）化合
物の含有量が、Ａｇ換算量にして０.５〜５重量％であ
り、前記表面層には、更にＣｕが０.１〜３重量％含有
されており、また、前記表面層が加熱処理またはリフロ
ー処理された層である電気・電子部品用材料が提供され
る。

【００２７】また、本発明においては、上記材料を用い
たことを特徴とする電気・電子部品が提供される。

【００２８】更に、本発明においては、Ｎｉめっき浴ま
たはＮｉ合金めっき浴を用いて、少なくとも表面がＣｕ
またはＣｕ合金から成る基体に電気めっきを行い、つい
で、いずれもＡｇイオンを０.２〜１００００ppm含有す
るＳｎめっき浴またはＳｎ合金めっき浴を用いて電気め
っきを行うことを特徴とする電気・電子部品用材料の製
造方法が提供され、好ましくは、前記Ｓｎめっき浴また
は前記Ｓｎ合金めっき浴には、Ｃｕイオンが０.２〜５
０ppm含有されており、また、前記２回目の電気めっき
を行ったのちの材料に、加熱処理またはリフロー処理を
施す電気・電子部品用材料の製造方法が提供される。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の材料の基本構造例
Ａを示す断面図である。この材料Ａは、基体１の表面
に、後述する中間層２を介して、後述するＳｎ層または
Ｓｎ合金層が表面層３として形成された層構造になって
いる。

【００３０】ここで、材料Ａにおける基体１としては、
少なくともその表面がＣｕまたはＣｕ合金で形成されて
いるものであれば何であってもよい。例えば、Ｃｕまた
はＣｕ合金材そのものや、炭素鋼，Ｆｅ−Ｎｉ系合金、
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金，ステンレス鋼などのＦｅ系材
料を芯材とし、その表面をＣｕまたはＣｕ合金で被覆し
たものなどをあげることができる。後者の基体の場合、
目的とする部品の用途に求められる機械的な強度や導電
性との関係を勘案して芯材とその表面に形成するＣｕま
たはＣｕ合金、とりわけＣｕ合金の種類が適宜に選定さ
れる。

【００３１】また、基体１の形状も、部品としての用途
目的や後述する表面層形成方法に対応して、線状，板
状、条など適宜に選定される。

【００３２】材料Ａは、上記した基体１の表面に中間層
２が形成され、更にその上に表面層３が形成された材料
である。

【００３３】この表面層３は、Ａｇ₃Ｓｎ（ε相）化合
物を含有するＳｎ層またはＳｎ合金層で構成されてい
る。

【００３４】上記したＡｇ₃Ｓｎ（ε相）化合物は、Ｓ
ｎ層またはＳｎ合金層内で非常に安定な状態にあり、少
なくとも室温付近の温度レベルでは表面層内を拡散移動
することはない。そしてこのＡｇ₃Ｓｎ（ε相）化合物
は、Ｓｎ層またはＳｎ合金層のクリープ特性を含む耐熱
性を向上せしめ、また同時に、表面層３の主成分である
Ｓｎと基体表面の主成分であるＣｕや表面層の他の元素
との相互拡散速度を低下せしめて両者の合金化を抑制す
る機能を発揮するものと考えられる。

【００３５】そのため、この材料Ａをリード材料として
使用した場合、例えばプリント基板にはんだを用いて接
合したときに、Ａｇ₃Ｓｎ（ε相）化合物を含有しない
Ｓｎ層またはＳｎ合金層で表面層が形成されているリー
ド材料の場合に比べてはんだ接合部における接合強度は
高くなり、また接合部における接合強度の経時低下は小
さくなって接合信頼性は向上する。

【００３６】また、この材料Ａをコンタクト材料として
使用した場合、表面層３の耐熱性が向上しており、ま
た、基体表面から表面層の表層部に向かうＣｕの熱拡散
も抑制された状態になっているので、表面層３の表面酸
化も起こりづらくなって接触抵抗の上昇は抑制され、相
手材との接続信頼性の低下という問題も発生しにくくな
る。

【００３７】表面層３に含有されているＡｇ₃Ｓｎ（ε
相）化合物の上記した働きは、その含有量が、Ａｇ換算
量にして０.５重量％以上から有効に発揮される。そし
て、含有量が増量すればするほど表面層３の耐熱性は向
上していくが、Ｓｎ−Ａｇ系合金における共晶組成であ
るＳｎ−３.５％ＡｇのＡｇ量に相当する含有量を超え
ると、表面層３を構成するＳｎ層やＳｎ合金層の液相線
は急激に上昇してしまう。そのため、Ａｇ₃Ｓｎ（ε
相）化合物の含有量は、表面層３がＳｎの融点（２３２
℃）を超えない程度の耐熱性を付与する含有量であるこ
とが好ましく、具体的には、Ａｇ₃Ｓｎ（ε相）化合物
の含有量の上限は、Ａｇ換算量にして５重量％程度に設
定される。このときには、材料の曲げ加工性も良好であ
り、それほどコスト高にもならず、材料としては工業的
にバランスがとれているからである。

【００３８】また、表面層３を構成するＳｎ層またはＳ
ｎ合金層には、更に、Ｃｕを０.１〜３重量％含有せし
めることが好ましい。

【００３９】そのような処置を施すと、例えば製造した
部品材料をプリント基板にはんだを用いて実装したとき
に、Ｃｕを含有しないＳｎ層またはＳｎ合金層で表面層
が形成されている部品材料の場合に比べて、はんだ接合
部における接合強度は高くなり、その接合信頼性の向上
がもたらされる。

【００４０】また、表面層に高導電率のＣｕが含有され
ていることにより、この材料をコンタクト材料として用
いた場合には、このＣｕが相手材との接触抵抗を低くす
ることに寄与し、更にははんだ付けを行ったときに、は
んだ食われの減少とはんだ接合部の耐熱性の向上に寄与
して、接合信頼性の向上が実現する。また、この材料を
ＩＣパッケージのリード材料として用いた場合には、は
んだ接合部の耐熱性は同様に向上して、高温環境下でも
実使用することが可能になる。

【００４１】これは、ＳｎまたはＳｎ合金にＣｕが含有
されることにより、表面層３のクリープ特性を含む耐熱
特性や耐ウイスカー性が向上し、またその表面層３の主
成分であるＳｎと基体１の表面成分であるＣｕや表面層
の他の元素との相互拡散速度が低下して両者の合金化が
抑制されるため、はんだ接合部における接合強度の経時
的な低下は小さくなり、その結果、接合信頼性が向上し
た現象であると考えられる。

【００４２】しかしながら、Ｃｕ含有量が０.１重量％
より少なくなると、上に列記した効果は発現しなくな
り、また３重量％より多くなると、表面層３の構成材料
の液相線が過度に高くなり、例えば、均一リフロー性の
低下をはじめ、表面層３ではＣｕ酸化の進展に基づくは
んだ濡れ性の低下や耐食性の低下が起こりやすくなるの
でＣｕ含有量は０.１〜３重量％に設定することが好ま
しいなお、上記した表面層３におけるＡｇ₃Ｓｎ（ε相）化
合物のＡｇとしての含有量やＣｕの含有量は、電子線マ
イクロアナライザのＺＡＦ補正法によって定量分析する
ことができ、Ａｇ₃ＳｎやＣｕ₃Ｓｎ，Ｃｕ₆Ｓｎ₅の化合
物の存在はＸ線回折法によって知ることができる。

【００４３】この表面層３がＳｎ合金層で形成される場
合、母相であるＳｎ合金としては、前記したＳｎ−Ｂｉ
系，Ｓｎ−Ｉｎ系，Ｓｎ−Ｚｎ系などを用いることがで
きる。その場合、Ｓｎ−Ｚｎ系は低価格ではあるが、Ｚ
ｎの拡散速度は大きく、はんだ接合部における接合強度
の経時低下が大きくなるので高い接合信頼性が得にくい
ということや、また耐食性も劣るという点で難があり、
Ｓｎ−Ｉｎ系は高価であり、用途は限定されてしまうと
いう問題がある。このようなことから、Ｓｎ合金層の母
相であるＳｎ合金としては、Ｓｎ−Ｂｉ系であることが
好ましい。

【００４４】Ｓｎ−Ｂｉ系は経済性の点でも有利であ
る。このＳｎ−Ｂｉ系の場合、Ｂｉ含有量が５７重量％
の共晶点１３９℃まではＢｉ含有量の増加に応じて液相
線温度は低下していく。しかしながら、このことは、同
時に耐熱性の低下も意味している。また、この合金で表
面層を形成した場合には、Ｂｉ含有量が５重量％程度を
超えはじめると曲げ加工性の悪化や割れなどが入りやす
くなり、更にＢｉ含有量が多くなっていくと、はんだで
接合したときに、そのはんだ接合部の耐熱性は低下し、
接合部における接合強度の経時低下も起こって接合信頼
性が低くなる。

【００４５】このようなことからＳｎ−Ｂｉ系で形成す
る場合には、その合金組成はＳｎ−１〜５％Ｂｉ合金で
あることが好ましい。

【００４６】この表面層３の厚みは、材料の使用分野と
必要とされる耐熱性、更には製造コストとの関係でも決
められる。例えば、ＩＣパッケージのアウターリード部
の外装はんだ処理において、はんだによるフローまたは
リフロー処理による部品実装状態の確実性を実現し、ま
たはんだ接合部の接合信頼性を確保するためには、その
厚みは少なくとも５μｍになっていることが必要であ
る。また、コンタクト材料の場合、そのリフロー処理品
においては、表面層の厚みが０.５μｍより薄くなる
と、リフロー処理時に基体表面のＣｕや中間層２のＮｉ
またはＮｉ合金と表面層のＳｎとの相互拡散による合金
化が進んで、はんだ濡れ性の確保や接触抵抗を低水準に
確保することが困難になり、厚い場合には、均一リフロ
ー処理の実現や製造コストの点から表面層の厚みは１.
５〜２.０μｍ程度、また光沢めっき品においては製造
コストの点から表面層の厚みは２.０μｍ程度が好適で
ある。更に、アウターリードの外装はんだのような場合
には、表面層の厚みをあまり厚くしても、性能は飽和に
達し、徒に製造コストの上昇を招くので、その厚みの上
限は２０μｍに設定される。このようなことから、本発
明の材料における表面層の厚みは、０.５〜２０μｍに
設定される。

【００４７】上記した表面層３と基体１の間に介在する
中間層２は、Ｎｉ層またはＮｉ合金層で形成されてい
る。

【００４８】このＮｉ層またはＮｉ合金層から成る中間
層２は、基体１の表面が黄銅や丹銅のようなＣｕ−Ｚｎ
系合金である場合に、この基体１の表面と表面層３との
密着性を確保をし、また、この中間層３が存在しない場
合には、基体１の表面が粗面であったり、表面に酸化物
層が介在して基体の表面にＳｎ層またはＳｎ合金層から
成る表面層を形成したのちにリフロー処理を施したとき
に観察される現象、すなわち、表面層が白く曇って鏡面
光沢が得られない現象、いわゆる“Ｓｎのはじき”現象
を防止する働きをする。

【００４９】更には、基体１の表面成分であるＣｕが表
面層３に拡散してＳｎと合金化することによって発現す
る現象、すなわち、表面の酸化・変色や、はんだ付性の
低下や、相手材との接触抵抗の上昇などの不都合の発生
を防止または抑制するためのバリアとしても機能する。

【００５０】この中間層２をＮｉ合金で形成する場合、
Ｎｉ合金としては上記したバリア効果を発揮するものが
好ましく、例えば、Ｎｉ−Ｃｏ系，Ｎｉ−Ｐ系，Ｎｉ−
Ｂ系などをあげることができるが、材料の生産性と製造
コストの問題や基体１と表面層との密着性確保の点から
いうと電気めっきが可能な合金であることが好ましい。
この点から考えると、Ｎｉ−Ｐ系は電気めっき時に合金
化するための電流密度は小さく、Ｎｉ−Ｂ系もそれほど
高くなく、またＮｉ−Ｃｏ系は電気めっきは可能である
が高価であるという点で難がある。しかしながら、無電
解めっきで表面層を形成することが有利であるような材
料の場合には、上記したＮｉ−Ｐ系，Ｎｉ−Ｂ系を用い
ることが好適である。したがって、中間層２は、Ｎｉ単
体を電気めっきして形成することが工業的には好適であ
る。

【００５１】中間層２をＮｉまたはＮｉ合金で形成した
場合、Ｎｉもまた表面層へ熱拡散してＳｎと合金化し、
Ｎｉ₃Ｓｎ₄をはじめとする化合物の層を形成する。しか
しながら、２００℃以下の温度におけるその拡散速度は
Ｃｕの場合に比べて小さく、しかも、仮に表面層３の表
層部にまで拡散したとしても酸化して表面変色を引き起
こすことはない。

【００５２】したがって、この層構造では、Ｎｉまたは
Ｎｉ合金から成る中間層２とＳｎまたはＳｎ合金から成
る表面層３の界面にＮｉ−Ｓｎ化合物の層が介在してい
る場合が多く、その介在物層の厚みは加熱処理やリフロ
ー処理などの熱履歴によって決まり、更には、基体表面
からのＣｕの拡散によりＣｕ−Ｓｎ化合物の層が含まれ
ていることもある。

【００５３】このＮｉまたはＮｉ合金から成る中間層２
の厚みが薄すぎると、前記したバリア効果が発揮されな
くなり、また厚すぎると、材料の曲げ加工性が低下して
割れの発生も多くなるだけではなく製造コストの上昇も
招くので、その厚みは０.１〜１μｍに設定することが
好ましい。

【００５４】図２は本発明の別の材料Ｂを示す断面図で
ある。

【００５５】この材料Ｂは、表面層３’が前記した材料
Ａの場合と異なり、表面層がＳｎ層やＳｎ合金層単独で
構成されているのではなく、厚み方向に、次に説明する
ような各種の層が積層している層構造になっている材料
である。その層構造において、前記各種の層の界面は、
判然としている場合もあり、また界面が各層の成分の相
互拡散によって判然としていない場合もある。

【００５６】このような層構造としては、例えば次のよ
うなものをあげることができる。

【００５７】ｉ）表面層３’の下層部３’ｂはＡｇ₃Ｓ
ｎ（ε相）化合物を含有しないＳｎまたはＳｎ合金から
成り、上層部３’ａはＡｇ₃Ｓｎ（ε相）化合物を含有
するＳｎまたはＳｎ合金から成る層； ii）表面層３’の下層部３’ｂはＡｇ₃Ｓｎ（ε相）化
合物を含有するＳｎまたはＳｎ合金から成り、上層部
３’ａは、Ａｇ₃Ｓｎ（ε相）化合物を含有しないＳｎ
またはＳｎ合金から成る層；などである。

【００５８】材料Ｂの場合、表面層３’が上記した層構
造ｉ），ii）のいずれになっていても、表面層３’の全
体におけるＡｇ₃Ｓｎ（ε相）化合物の含有量は，Ａｇ
換算量にして０.５〜５重量％であることが好ましい。

【００５９】表面層３’が層構造ｉ），ii）になってい
ると、材料としての曲げ加工性は向上し、基体１との剥
離は起こりづらくなり、また製造コストを低減できると
いう点で有利である。

【００６０】更に、この材料Ｂの場合、加熱処理やリフ
ロー処理を施したり、またアルミ線に溶接したときに、
そのときの熱で上記した層構造が融合してＡｇや、例え
ばＢｉのような他の元素などが希釈された状態になるの
で、はんだ接合時にはその接合部の強度低下は抑制さ
れ、例えば断線防止という点で好適である。

【００６１】とくに、前記したｉ）の層構造の場合は、
上記した効果が有効に発揮されるので好適である。その
場合、表面層３’の全体の厚みのうち、０.５〜５μｍ
程度の表層部にＡｇ₃Ｓｎ（ε相）化合物が含有されて
いることを好適とする。

【００６２】これらの材料は、いずれも電気めっき法で
容易に高品質に製造することができる。

【００６３】材料Ａを製造する場合には、例えば、ま
ず、Ｎｉめっき浴またはＮｉ合金めっき浴を用いて電気
めっきを行い基体１に所望厚みのＮｉめっき層またはＮ
ｉ合金めっき層２を形成する。

【００６４】なお、Ｎｉめっき浴またはＮｉ合金めっき
浴としては、従来から公知の例えば硫酸ニッケルや塩化
ニッケル主体のもの、スルファミン酸ニッケル主体のも
のなどをあげることができる。

【００６５】ついで、Ａｇイオンを０.２〜１００００p
pm含有するＳｎめっき浴、またはＡｇイオンを０.２〜
１００００ppm含有するＡｇ合金めっき浴を用いて電気
めっきを行い、上記したＮｉめっき層またはＮｉ合金め
っき層の上に既に述べた表面層３を形成すればよい。

【００６６】このとき、Ａｇの析出電位はＳｎのそれよ
りも貴であるので、めっき浴におけるＡｇイオンの含有
量が少ないにもかかわらず、基体表面に電析しためっき
層においては、Ａｇが数％程度のＡｇ₃Ｓｎ共析Ｓｎめ
っき層にすることができる。このめっき層におけるＡｇ
₃Ｓｎ（ε相）化合物の生成量を前記した０.５〜５重量
％（Ａｇ換算量）の範囲内におさめるためには、電流密
度や浴温などのめっき条件と浴種にもよるが、一般に、
用いるめっき浴におけるＡｇ濃度を０.２〜１００００p
pmにすることが必要になる。

【００６７】このとき、めっき浴に更にＣｕイオンを含
有せしめると、このＣｕが基体表面に電折しためっき層
（Ａｇ−Ｓｎ合金層）に共折し、Ａｇ−Ｓｎ合金だけの
場合よりも耐熱性が一段と優れためっき層になる。この
めっき層におけるＣｕ含有量を、前記したように、０.
１〜３重量％の範囲に制御するためには、用いるめっき
浴におけるＣｕイオンの濃度を０.２〜５０ppmに制御す
ることが必要になる。

【００６８】また、材料Ｂの前記したｉ）の層構造を製
造する場合には、既にＮｉめっき層またはＮｉ合金めっ
き層が形成されている基体を、Ａｇイオンを含有しない
Ｓｎめっき浴またはＳｎ合金めっき浴に浸漬して電気め
っきを行って、基体の表面に、Ａｇ₃Ｓｎ（ε相）化合
物を含有しないＳｎめっき層またはＳｎ合金めっき層を
形成する。ついで、Ａｇイオンを含有するＳｎめっき浴
またはＳｎ合金めっき浴を用いて電気めっきを行い、Ａ
ｇ₃Ｓｎ（ε相）化合物を含有するＳｎめっき層または
Ｓｎ合金めっき層を形成し、ここに、目的とする表面層
３’が得られる。

【００６９】そして、全体の電気めっきが終了したのち
に、得られた材料に加熱処理やリフロー処理を施すと、
各めっき層間では合金の各成分が相互拡散して、より密
着性の高い表面層３’に転化する。

【００７０】ii）の層構造を製造する場合には、ｉ）の
層構造の場合とは逆に、Ａｇイオンを含有するＳｎめっ
き浴またはＳｎ合金めっき浴で下層部３’ｂを形成し、
ついでその上に、Ａｇイオンを含有しないＳｎめっき浴
またはＳｎ合金めっき浴で上層部３’ａを形成すればよ
い。そして、全体に加熱処理やリフロー処理を施して各
めっき層間で合金成分の相互拡散を行わせることによ
り、目的とする表面層３’を形成すればよい。

【００７１】このようにして製造された材料Ａ，Ｂに対
してリフロー処理を施すと、例えば表面層がＳｎ層やＳ
ｎ合金層で形成される場合に発生することもあるウイス
カーの存在を解消することができるだけではなく、表面
層３と基体１の表面間におけるＳｎとＣｕの拡散速度が
低下して、結局、はんだ接合部における接合信頼性を高
め、また相手材との接触抵抗の上昇を抑制することがで
きるので好適である。

【００７２】この加熱処理またはリフロー処理は、通
常、例えばＮ₂雰囲気のような非酸化性雰囲気やＣＯま
たはＨ₂を含有する雰囲気のような還元性雰囲気の中で
行われる。材料の形状が線状または条であり、それに連
続的な処理を施す場合には、熱風吹き付け方式の加熱炉
を用いることが好適である。

【００７３】

【実施例】実施例１〜２０，比較例１〜７表面が表１〜３で示した組成の合金で構成されている板
材に、アルカリカソード脱脂，１０％硫酸による酸洗を
順次施したのち、中間層用のめっき浴、表面層用のめっ
き浴を収容するめっき槽に順次走行せしめて、表１〜３
で示しためっき層が表面層３として形成されている材料
Ａ，材料Ｂをそれぞれ製造した。

【００７４】なお、Ｎｉめっき浴としてはスルファミン
酸ニッケルめっき浴，Ａｇめっき浴としてはダインシル
バーＡＧ−ＰＬ３Ｏ（商品名、大和化成（株）製）を用
い、また、Ｓｎ合金めっき浴としてはＩＧ０２１４（商
品名、ディップソール（株）製のＳｎ−Ａｇ合金めっき
浴），ソフトアロイＬＭ（商品名、上村工業（株）製の
Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき浴）をそれぞれ用いた。

【００７５】得られた各材料の表面層の厚みは、アノー
ド溶解法を適用してそのときの溶解電位と溶解電気量か
ら算出し、その組成は電子線マイクロアナライザのＺＡ
Ｆ補正法で定量分析した。以上の結果を表１〜３に示し
た。

【００７６】

【表１】

【００７７】

【表２】

【００７８】

【表３】

【００７９】各材料の表面を目視観察し、また各材料を
５０℃の大気中で２５００時間保持したのち顕微鏡観察
してウイスカーの有無を調べ、更には、各材料に９０°
の折り曲げ試験を行ってそのときの曲げ加工性を評価し
た。

【００８０】また、各材料の１０個につき、Ａｇプロー
ブを１００ｇ荷重で押し付けた状態で１０mAを通電して
低温下における接触抵抗を測定した。ついで、各材料を
大気中において温度１５０℃で１００時間保持する熱処
理を施したのちの接触抵抗を同様にして測定した。

【００８１】以上の結果を一括して表４に示した。

【００８２】

【表４】

【００８３】実施例２１〜３１，比較例８〜１３表面が表５，表６で示した組成の合金で構成されている
板材に、アルカリカソード脱脂，１０％硫酸による酸洗
を順次施したのち、表５，６に示しためっき浴を収容す
るめっき槽を順次走行せしめて表５，表６で示しためっ
き層が表面層３として形成されている材料を製造した。

【００８４】各材料の表面層の厚みと組成を実施例１〜
２０と同様にして測定した。

【００８５】得られた材料を２５mm角に切り出し、その
試片に、直径３mmの銅被覆鋼線をはんだで接合した。は
んだとしては、Ｓｎ−３７％Ｐｂの共晶はんだと、Ｓｎ
−３.５％Ａｇの共晶はんだの２種類をそれぞれ用い
た。また、はんだ接合部の大きさは直径６mmと一定にし
た。

【００８６】ついで、室温下において、各試料と銅被覆
鋼線とのプル強度（Ｔ₀）を測定した。そして、はんだ
接合材料を大気中において温度１５０℃で５００時間の
エージングを行って劣化促進処理を施し、そのときの各
試料と銅被覆鋼線とのプル強度（Ｔ₁）を測定し、（Ｔ₀
−Ｔ₁）×１００／Ｔ₀を算出してはんだ接合部における
接合強度の劣化率（％）とした。

【００８７】以上の結果を一括して表５，表６に示し
た。

【００８８】

【表５】

【００８９】

【表６】

【００９０】実施例３２〜３６，比較例１４〜１８直径０.５mmの銅被覆鋼線をカソード脱脂槽，酸洗槽，
めっき槽に順次走行せしめて表７，表８で示した表面層
を形成した。

【００９１】ついで、直径１.２mmのスルーホールの周
囲に外径３mmのＣｕパッドが形成されているプリント回
路基板の前記スルーホールに各リード線を挿入し、フラ
ックスを塗布したのち、温度２５０℃のディップ式はん
だ槽にプリント回路基板を３秒間浸漬してから引き上
げ、そのまま自然放冷した。

【００９２】なお、はんだとしては、実施例２１〜３１
と同じ２種類のものを用いた。

【００９３】この材料におけるＣｕパッドと銅被覆鋼線
との接合強度の劣化率を実施例２１〜３１と同様に算出
した。その結果を表７，表８に示した。

【００９４】

【表７】

【００９５】

【表８】

【００９６】以上の結果から次のことが明らかである。

【００９７】（１）表１〜４から明らかなように、本発
明の材料はいずれも耐熱性が優れていて、熱処理後にあ
っても接触抵抗の上昇が抑制されている。

【００９８】例えば、表面層にＡｇ₃Ｓｎ（ε相）化合
物が含有されている含ＣｕＳｎめっき層で構成されてい
る実施例２と表面層にはＡｇ₃Ｓｎ（ε相）化合物が含
有されていない比較例５を対比して明らかなように、両
者は同じようにＮｉの中間層を備えているにもかかわら
ず、前者は熱処理後における接触抵抗は低下している
が、後者の場合は接触抵抗は上昇している。これは、表
面層にＡｇ₃Ｓｎ（ε相）化合物を含有させたことの効
果を立証するものである。

【００９９】また、実施例３と実施例６を対比して明ら
かなように、表面層の厚みは同じであっても、実施例３
の場合のように表面層にＣｕを含有せしめると、接合強
度の劣化率が小さくなっている。

【０１００】（２）各実施例と比較例１，４，６を対比
して明らかなように、中間層が介装されていない材料
は、いずれも表面状態が悪く、接触抵抗の測定ができな
い状態になっている。そして、比較例２のように中間層
が介装されていても、それがＣｕである場合には熱処理
後の接触抵抗が大幅に上昇している。

【０１０１】このようなことから、中間層を介装し、し
かもそれをＮｉで構成することの有用性が明らかであ
る。

【０１０２】（３）表５，表６，表７，表８から明らか
なように、基体表面にＳｎ層とＳｎ−Ａｇ層から成る２
層構造のめっき層を表面層として形成した材料（実施例
２５，２６、２７，３５）も、接合強度の劣化率は小さ
くなっている。また、基体表面に、Ｓｎ層とＡｇ層との
２層構造のめっき層を形成し、または更に加熱処理を施
すと（実施例２６，２７，２８，３１）、ＳｎとＡｇが
相互拡散して１層の表面層となり、この場合も接合強度
の劣化率は小さくなっている。また、めっき時にＣｕを
含有せしめ、それにリフロー処理を施しても１層構造の
表面層が形成され、その場合の接合強度の劣化率も小さ
くなっている（実施例３６）。

【０１０３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
材料は、Ｓｎ層またはＳｎ合金層にＰｂを含まないので
環境に悪影響を及ぼすことはなく、また、はんだ付けし
たときの接合部における接合強度の劣化は小さく、耐熱
性に優れた材料になっている。したがって、この材料
は、各種の電気・電子部品用の材料とりわけ半導体装置
に用いるリード材料や、端子，コネクタ，スイッチなど
のコンタクト材料として、それを用いた部品もまたその
工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の材料Ａの層構造を示す断面図である。

【図２】本発明の別の材料Ｂの層構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１基体２中間層３，３’ 表面層３’ａ上層部３’ｂ下層部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも表面がＣｕまたはＣｕ合金か
ら成る基体の前記表面に、ＮｉまたはＮｉ合金層から成
る中間層を介して、いずれもＡｇ₃Ｓｎ（ε相）化合物
を含有する厚み０.５〜２０μｍのＳｎ層またはＳｎ合
金層から成る表面層が形成されていることを特徴とする
電気・電子部品用材料。
【請求項２】前記表面層における前記Ａｇ₃Ｓｎ（ε
相）化合物の含有量が、Ａｇ換算量にして０.５〜５重
量％である請求項１の電気・電子部品用材料。
【請求項３】前記表面層には、更にＣｕが０.１〜３
重量％含有されている請求項１または２の電気・電子部
品用材料。
【請求項４】前記表面層が加熱処理またはリフロー処
理された層である請求項１〜３のいずれかの電気・電子
部品用材料。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかの材料を用いた
ことを特徴とする電気・電子部品。
【請求項６】Ｎｉめっき浴またはＮｉ合金めっき浴を
用いて、少なくとも表面がＣｕまたはＣｕ合金から成る
基体に電気めっきを行い、ついで、いずれもＡｇイオン
を０.２〜１００００ppm含有するＳｎめっき浴またはＳ
ｎ合金めっき浴を用いて電気めっきを行うことを特徴と
する電気・電子部品用材料の製造方法。
【請求項７】前記Ｓｎめっき浴または前記Ｓｎ合金め
っき浴には、Ｃｕイオンが０.２〜５０ppm含有されてい
る請求項６の電気・電子部品用材料の製造方法。
【請求項８】前記２回目の電気めっきを行ったのちの
材料に、加熱処理またはリフロー処理を施す請求項６の
電気・電子部品用材料の製造方法。