JP2006307328A - LEADLESS Sn-BASE PLATING FILM, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND CONTACT STRUCTURE OF CONNECTING PART - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品の電極などに用いられる無鉛Snベースめっき膜及びその製造方法に関し、該無鉛Snベースめっき膜を有し部品が嵌合される接続部品の接点構造に関するものである。 The present invention relates to a lead-free Sn-based plating film used for an electrode of an electronic component and the like, and a method for manufacturing the same, and relates to a contact structure of a connecting component having the lead-free Sn-based plating film and fitting a component.
近年、環境配慮の背景から様々な部品において無鉛化が進められている。この中で、電子部品の電極に用いられるめっきやはんだ材料についても鉛を含まない無鉛はんだの開発と導入も進められている。具体的には、錫-鉛めっき(通称、はんだめっき)膜から無鉛Snベースめっき膜へ、鉛はんだ材料から無鉛はんだ材料への切り替えが検討されている。 In recent years, lead-free has been promoted in various parts from the background of environmental considerations. Among these, the development and introduction of lead-free solders that do not contain lead are also in progress for plating and solder materials used for electrodes of electronic components. Specifically, switching from a tin-lead plating (common name, solder plating) film to a lead-free Sn-based plating film and from a lead solder material to a lead-free solder material has been studied.
しかしながら、電子部品の電極のめっき膜に関しては、かつてSnめっき膜であったときに自然放置状態で錫ウイスカーが発生し、これが電極間でショートするという問題を起こした時期があったが、このめっき膜の錫成分に鉛成分を添加したはんだめっき組成とする事によりウイスカーの発生を抑える対策とした経緯があった。そのため、電子部品の電極めっきに於いて、単に鉛フリーとしただけでは、錫ウイスカー問題の再発が危惧されていた。また、近年では、電子機器の高密度実装に伴い、部品の小型化が進み、電極間の距離も短くなる傾向にあるため、より厳格にウイスカーの抑制が求められている。そのような背景の中で、とくに、外部応力がかかる部品の電極めっき、あるいは嵌合により外部応力がかかる嵌合部品の電極めっきにはウイスカーが発生し、電極間のショートを引き起こしやくすなっていた。 However, regarding the plating film of the electrode of the electronic component, there was a time when a tin whisker was generated in a natural standing state when it was an Sn plating film, and this caused a problem of short-circuiting between the electrodes. There was a history of measures to suppress the occurrence of whiskers by using a solder plating composition in which a lead component was added to the tin component of the film. Therefore, the recurrence of the tin whisker problem has been feared by simply removing lead from the electrode plating of electronic parts. In recent years, with the high-density mounting of electronic devices, miniaturization of components has progressed and the distance between electrodes tends to be shortened, so that whisker suppression has been demanded more strictly. In such a background, whiskering occurs particularly in electrode plating of parts subjected to external stress, or electrode plating of fitting parts that are subjected to external stress due to fitting, and it is easy to cause a short circuit between the electrodes. It was.
ところで、鉛フリー錫合金めっき膜表面に発生するめっき時の異常析出を防止するために、電解析出を間欠的に行うめっき方法、いわゆるパルスめっき方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。ここでは、具体的にはめっき電流OFF時間(a)とON時間(b)との比(a/b)は0.2以上が望ましいとされている。 By the way, in order to prevent the abnormal precipitation at the time of plating which generate | occur | produces on the surface of a lead-free tin alloy plating film, the plating method which performs electrolytic deposition intermittently, what is called a pulse plating method is proposed (for example, refer patent document 1). .) Here, specifically, the ratio (a / b) of the plating current OFF time (a) to the ON time (b) is preferably 0.2 or more.
しかしながら、このめっき方法によりめっき時の異常析出は防止することできるが、めっき膜を構成する粒子が細かくなる傾向にあり、ウイスカーがより成長してしまうことがあった。 However, although abnormal deposition during plating can be prevented by this plating method, the particles constituting the plating film tend to be finer, and whiskers may grow more.
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、Pbフリーでありながらウイスカーの成長を抑制することのできる無鉛Snベースめっき膜及びその製造方法を提供し、該無鉛Snベースめっき膜を有する接続部品の接点構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and provides a lead-free Sn-based plating film that can suppress whisker growth while being Pb-free, and a method for producing the same, and the lead-free Sn base. It is an object of the present invention to provide a contact structure for a connecting part having a plating film.
前記課題を解決するために提供する本発明は、金属が析出してなるめっき層が積層されてなり、該めっき層の積層界面が前記金属の結晶成長の不連続面となっている無鉛Snベースめっき膜であって、前記めっき層として膜厚が0.5μm以下のめっき層Aを複数含み、全膜厚が1〜10μmであることを特徴とする無鉛Snベースめっき膜である(請求項1)。 The present invention provided to solve the above-mentioned problems is a lead-free Sn base in which a plating layer in which a metal is deposited is laminated, and the lamination interface of the plating layer is a discontinuous surface of the crystal growth of the metal. A lead-free Sn-based plating film comprising a plurality of plating layers A having a film thickness of 0.5 μm or less as the plating layer and having a total film thickness of 1 to 10 μm. ).
ここで、前記めっき層Aが連続して積層された構造を有することが好ましい。
あるいは、前記めっき層として膜厚が0.1〜5μmのめっき層Bを有し、前記めっき層Aが1層のものまたは該めっき層Aが連続して複数層積層された積層構造とめっき層Bとが交互に積層されてなるとよい。
Here, it is preferable to have a structure in which the plating layer A is continuously laminated.
Alternatively, the plating layer has a plating layer B having a thickness of 0.1 to 5 μm as the plating layer, and the plating layer A has one layer or a laminated structure in which a plurality of the plating layers A are continuously laminated and a plating layer B and B may be laminated alternately.
また、前記めっき層Aは、Sn単体であるか、またはSnを主成分とし、Bi、Cu、Agから選ばれる一種または二種以上を含むめっき材料からなるものであることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said plating layer A is Sn single-piece | unit, or consists of a plating material which has Sn as a main component and contains 1 type, or 2 or more types chosen from Bi, Cu, and Ag.
また、前記めっき層Bは、Sn、Bi、Agのいずれかの単体であるか、またはSnを主成分とし、Bi、Cu、Agから選ばれる一種または二種以上を含むめっき材料からなるものであることが好ましい。 Further, the plating layer B is made of any one of Sn, Bi, and Ag, or is made of a plating material containing Sn as a main component and including one or more selected from Bi, Cu, and Ag. Preferably there is.
また前記課題を解決するために提供する本発明は、基材をめっき液中に浸漬し電流を印加することにより、前記基材の表面に、金属が析出してなるめっき層が積層されてなり、該めっき層の積層界面が前記金属の結晶成長の不連続面となっている無鉛Snベースめっき膜を製造することよりなる無鉛Snベースめっき膜の製造方法であって、
電流印加時のめっき電流の通電と停止とを1サイクルとして繰り返して行う電流印加パターンの中に、該1サイクルあたりの通電時間をa秒とし、停止時間をb秒とし、D=a/(a+b)としたときに、D=0.1〜0.9、Ls1=a+b=0.2〜60秒とするサイクルAを複数回含むことを特徴とする無鉛Snベースめっき膜の製造方法である(請求項6)。
In addition, the present invention provided to solve the above-mentioned problems is that a plating layer formed by depositing a metal is laminated on the surface of the base material by immersing the base material in a plating solution and applying a current. A method for producing a lead-free Sn-based plating film, comprising producing a lead-free Sn-based plating film in which a laminated interface of the plating layer is a discontinuous surface of the crystal growth of the metal,
In a current application pattern in which energization and stop of plating current during current application are repeated as one cycle, the energization time per cycle is a second, the stop time is b seconds, and D = a / (a + b ) Is a method for producing a lead-free Sn-based plating film, characterized in that it includes a cycle A in which D = 0.1 to 0.9 and Ls1 = a + b = 0.2 to 60 seconds. Claim 6).
ここで、前記サイクルAは連続して繰り返されることが好ましい。
あるいは、前記電流印加パターンの中に、通電時間a、停止時間bともに300秒以下であるサイクルBを含み、該電流印加パターンの中で、前記サイクルAが1回または連続して複数回繰り返されたパターンと、サイクルBとが交互に繰り返されてもよい。
Here, the cycle A is preferably repeated continuously.
Alternatively, the current application pattern includes a cycle B in which both the energization time a and the stop time b are 300 seconds or less, and the cycle A is repeated once or continuously several times in the current application pattern. The pattern and the cycle B may be alternately repeated.
また前記課題を解決するために提供する本発明は、一対の離脱可能な接点部分の接触によって電気回路を形成する接続部品の接点構造において、前記接点部分表面の少なくとも一方が、請求項1〜5のいずれか一に記載の無鉛Snベースめっき膜で構成されることを特徴とする接続部品の接点構造である(請求項9)。 Further, the present invention provided to solve the above-mentioned problems is a contact structure of a connecting part that forms an electric circuit by contacting a pair of detachable contact portions, wherein at least one of the contact portion surfaces is defined in claims 1 to 5. A contact structure for a connecting part, comprising the lead-free Sn-based plating film according to claim 1.
本発明の無鉛Snベースめっき膜によれば、Pbフリーでありながらめっき膜の結晶構造によりウイスカーの成長を抑制することができる。また、従来のウイスカー対策として使用されている、コスト的に高価な金めっきを避けることができる。
また、本発明の無鉛Snベースめっき膜の製造方法によれば、簡便なめっき方法により、ウイスカーの成長を抑制することができるめっき膜を形成することができる。
さらに、本発明の接続部品の接点構造によれば、ウイスカーの成長を抑制することができる無鉛Snベースめっき膜により、接点電極間でショートする問題を解消することができる。
According to the lead-free Sn-based plating film of the present invention, whisker growth can be suppressed by the crystal structure of the plating film while being Pb-free. Moreover, the expensive gold plating currently used as a countermeasure against a whisker can be avoided.
Moreover, according to the method for producing a lead-free Sn-based plating film of the present invention, a plating film capable of suppressing the growth of whiskers can be formed by a simple plating method.
Furthermore, according to the contact structure of the connection component of the present invention, the problem of short-circuiting between the contact electrodes can be solved by the lead-free Sn-based plating film capable of suppressing the growth of whiskers.
以下に、本発明に係る無鉛Snベースめっき膜の構成について説明する。
本発明に係る無鉛Snベースめっき膜は、金属が析出してなるめっき層が積層されてなり、該めっき層の積層界面が前記金属の結晶成長の不連続面となっており、前記めっき層として膜厚が0.5μm以下のめっき層Aを複数含み、全膜厚が1〜10μmであることを特徴とするものである。
Below, the structure of the lead-free Sn base plating film which concerns on this invention is demonstrated.
The lead-free Sn-based plating film according to the present invention is formed by laminating a plating layer in which a metal is deposited, and a lamination interface of the plating layer is a discontinuous surface of the crystal growth of the metal. A plurality of plating layers A having a film thickness of 0.5 μm or less are included, and the total film thickness is 1 to 10 μm.
図1は、本発明に係る無鉛Snベースめっき膜の第1の実施の形態の構成を示す断面図である。
無鉛Snベースめっき膜10は、基材11上に同じ厚みの繰り返しである周期膜厚dが0.5μm以下のめっき層Aが連続して積層された積層構造を有しており、めっき層Aの積層界面が結晶成長の不連続面Iとなっている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a first embodiment of a lead-free Sn-based plating film according to the present invention.
The lead-free Sn base plating film 10 has a laminated structure in which a plating layer A having a periodic thickness d of 0.5 μm or less, which is a repetition of the same thickness, is continuously laminated on the base material 11. The laminated interface is a discontinuous surface I for crystal growth.
ここで、めっき層Aは、Sn単体であるか、またはSnを主成分とし、Bi、Cu、Agから選ばれる一種または二種以上を含むめっき材料からなるものであることが好ましい。 Here, the plating layer A is preferably composed of Sn alone or made of a plating material containing Sn as a main component and including one or more selected from Bi, Cu, and Ag.
不連続面Iは、後述する電気めっき法においてめっき電流の通電、停止によって形成される結晶成長の境界面であり、結晶粒間の界面あるいは結晶粒内で結晶方位が不連続なものとなって形成された面(面欠陥等)である。本発明では、この結晶成長の不連続面Iをモルフォロジー的により明確な構造とすることにより、よりウイスカー成長を抑制する障壁面としている。また、不連続面Iは、めっき電流を断続することによりめっき液に残存する主要なめっき組成を構成する元素以外の無機物、有機物を取り込んでいることから、錫ウイスカーの成長に関わるSn原子の動きを抑制する。なお、結晶成長の不連続面Iの間隔は、めっき層Aの周期膜厚dとなっている。 The discontinuous surface I is a boundary surface of crystal growth formed by energizing and stopping the plating current in the electroplating method described later, and the crystal orientation is discontinuous at the interface between crystal grains or within the crystal grains. It is a formed surface (surface defect or the like). In the present invention, the discontinuous surface I for crystal growth has a morphologically clear structure, thereby providing a barrier surface that further suppresses whisker growth. The discontinuous surface I incorporates inorganic and organic substances other than the elements constituting the main plating composition remaining in the plating solution by interrupting the plating current, so that the movement of Sn atoms related to the growth of tin whiskers Suppress. The interval between the discontinuous surfaces I for crystal growth is the periodic film thickness d of the plating layer A.
図2(a)は、第1の実施の形態の無鉛Snベースめっき膜の断面を高分解能イオン顕微鏡(SIM(Scanning Ion Microscope))で観察した際の明視野像であり、図2(b)はその無鉛Snベースめっき膜の断面組織の模式図である。なお、試料断面は、ガリウムイオンを用いたイオン照射、すなわちFIB(Focused Ion Beam)で作製した。また、図2(b)の模式図は、図2(a)の無鉛Snベースめっき膜の断面組織における明暗の差として観察されるそれぞれの領域を囲んで作成したものである。なお、図2においてはSn単体からなる無鉛Snベースめっき膜を示している。 FIG. 2A is a bright-field image obtained by observing a cross section of the lead-free Sn-based plating film of the first embodiment with a high-resolution ion microscope (SIM). FIG. FIG. 4 is a schematic diagram of a cross-sectional structure of the lead-free Sn-based plating film. The cross section of the sample was prepared by ion irradiation using gallium ions, that is, FIB (Focused Ion Beam). Moreover, the schematic diagram of FIG.2 (b) is created surrounding each area | region observed as a difference of the brightness in the cross-sectional structure of the lead-free Sn base plating film of Fig.2 (a). FIG. 2 shows a lead-free Sn-based plating film made of Sn alone.
図2に示すように、無鉛Snベースめっき膜10は、電気めっき法により形成される無鉛はんだ材料からなるめっき層であり、複数の結晶粒10pが厚み方向に積層されて膜面方向に周期的に不連続面(障壁面)Iが形成された柱状結晶構造を有している。また、前記周期によって形成される周期膜厚dが15〜500nmであり、全膜厚が1〜10μmであることを特徴とするものである。なお、この結晶構造は、柱状構造が面方向に分断された柱状節理構造のようにも見える。 As shown in FIG. 2, the lead-free Sn base plating film 10 is a plating layer made of a lead-free solder material formed by electroplating, and a plurality of crystal grains 10p are laminated in the thickness direction and periodically in the film surface direction. It has a columnar crystal structure in which a discontinuous surface (barrier surface) I is formed. Further, the periodic film thickness d formed by the period is 15 to 500 nm, and the total film thickness is 1 to 10 μm. This crystal structure also looks like a columnar joint structure in which the columnar structure is divided in the plane direction.
図3に、比較として従来の無鉛Snベースめっき膜の構成を示す。
図3(a)は、無鉛Snベースめっき膜の断面のTEM観察した際の明視野像であり、図3(b)はその無鉛Snベースめっき膜の断面組織の模式図である。
図3から分かるように、無鉛Snベースめっき膜90は、本発明とは異なり、膜厚方向に長い結晶粒90pからなる柱状結晶構造を有している。
FIG. 3 shows a configuration of a conventional lead-free Sn-based plating film as a comparison.
FIG. 3A is a bright field image of a cross-section of the lead-free Sn base plating film when observed by TEM, and FIG. 3B is a schematic diagram of the cross-sectional structure of the lead-free Sn base plating film.
As can be seen from FIG. 3, unlike the present invention, the lead-free Sn base plating film 90 has a columnar crystal structure composed of crystal grains 90p that are long in the film thickness direction.
従来の無鉛Snベースめっき膜90ではウイスカーが成長し易いが、本発明の無鉛Snベースめっき膜10では不連続面I(層構造中の障壁面)がSn原子の動きを止めることによりウイスカーの成長を抑制することができる。このウイスカー成長の違いは、本発明と従来の無鉛Snベースめっき膜の結晶構造の違いよるものであり、さらにはめっき方法の違いに由来するものである。
以下、第1の実施の形態の無鉛Snベースめっき膜の製造方法について説明する。
Whisker is easy to grow in the conventional lead-free Sn-based plating film 90, but in the lead-free Sn-based plating film 10 of the present invention, the discontinuous surface I (the barrier surface in the layer structure) stops the movement of Sn atoms so that the growth of whiskers is achieved. Can be suppressed. This difference in whisker growth is due to the difference in crystal structure between the present invention and the conventional lead-free Sn-based plating film, and further stems from the difference in plating method.
Hereinafter, the manufacturing method of the lead-free Sn base plating film of 1st Embodiment is demonstrated.
本発明の無鉛Snベースめっき膜の製造方法は、基材をめっき液中に浸漬し電流を印加することにより、前記基材の表面に、図1に示すような結晶構造を有する無鉛Snベースめっき膜を製造するものである。ここで、本発明において使用するめっき液、基材、対極(陽極)、及びこれらの接続構成は従来公知の無鉛Snベースめっき技術と同じであるが、電流印加方法に特徴がある。 The method for producing a lead-free Sn-based plating film of the present invention includes a lead-free Sn-based plating having a crystal structure as shown in FIG. 1 on the surface of the substrate by immersing the substrate in a plating solution and applying a current. A film is manufactured. Here, the plating solution, the substrate, the counter electrode (anode), and the connection configuration thereof used in the present invention are the same as those of a conventionally known lead-free Sn-based plating technique, but are characterized by a current application method.
すなわち、本発明の無鉛Snベースめっき膜の製造方法は、基材をめっき液中に浸漬し電流を印加することにより、前記基材の表面に、金属が析出してなるめっき層が積層されてなり、該めっき層の積層界面が前記金属の結晶成長の不連続面となっている無鉛Snベースめっき膜を製造することよりなる無鉛Snベースめっき膜の製造方法であって、電流印加時のめっき電流の通電と停止とを1サイクルとして繰り返して行う電流印加パターンの中に、該1サイクルあたりの通電時間をa秒とし、停止時間をb秒とし、D=a/(a+b)としたときに、D=0.1〜0.9、Ls1=a+b=0.2〜60秒とするサイクルAを複数回含むことを特徴とする。 That is, in the method for producing a lead-free Sn-based plating film of the present invention, a plating layer formed by depositing a metal is laminated on the surface of the substrate by immersing the substrate in a plating solution and applying a current. A lead-free Sn base plating film manufacturing method comprising: manufacturing a lead-free Sn base plating film in which a laminated interface of the plating layer is a discontinuous surface of the crystal growth of the metal, and plating at the time of current application In a current application pattern in which energization and stop of current are repeated as one cycle, when energization time per cycle is a second, stop time is b seconds, and D = a / (a + b) , D = 0.1 to 0.9, and Ls1 = a + b = 0.2 to 60 seconds.
ここで、無鉛Snベースめっき膜中の結晶粒及び/又はそのバウンダリーにおいて結晶成長の不連続面を形成させるに、印加するめっき電流の波形をめっき電流の通電と停止とが交互に行われる矩形波を基本とする。このとき、従来のパルスめっきと異なり、めっき電流の通電・停止の1サイクルの時間を長くするとともに、めっき電流停止の時間を長くすることが肝要である。 Here, in order to form a discontinuous surface of crystal growth in the crystal grains in the lead-free Sn-based plating film and / or the boundary thereof, a rectangular wave in which the plating current waveform is alternately turned on and off is applied. Based on. At this time, unlike the conventional pulse plating, it is important to lengthen the time of one cycle of energizing / stopping the plating current and lengthen the time of stopping the plating current.
図4に、本実施の形態における無鉛Snベースめっき膜形成時の電流印加方法を示す。
電流印加時のめっき電流の通電と停止とを1サイクルとして繰り返して行う電流印加パターンの中に、該1サイクルあたりの通電時間をa秒、停止時間をb秒、1サイクルをa+b秒とし、1サイクル当りの通電時間の割合をDuty比:D=a/(a+b)としたときに、D=0.1〜0.9とし、Ls1=a+b=0.2〜60秒とするサイクルAを複数回含む。ここではサイクルAが連続して繰り返される電流印加パターンとなっている。また、より好ましくは、D=0.2〜0.7、a+b=1〜30秒である。なお、このようなめっき方法をチョップめっき(Chopめっき)と称する。これに類似のめっき方法として断続的に周期的めっきがなされるパルスめっきがあるが、本発明によってなされるめっき膜の結晶粒は、パルスめっきによって形成される結晶粒より大きいのが特徴(粒径1〜数μm)である。
FIG. 4 shows a current application method when forming a lead-free Sn base plating film in the present embodiment.
In a current application pattern in which energization and stopping of the plating current during current application are repeated as one cycle, the energization time per cycle is a second, the stop time is b seconds, and the cycle is a + b seconds. When the ratio of energization time per cycle is Duty ratio: D = a / (a + b), D = 0.1 to 0.9, and Ls1 = a + b = 0.2 to 60 seconds Including times. Here, the current application pattern is such that the cycle A is continuously repeated. More preferably, D = 0.2 to 0.7 and a + b = 1 to 30 seconds. Such a plating method is referred to as chop plating. A similar plating method is pulse plating in which periodic plating is intermittently performed, but the crystal grains of the plating film formed according to the present invention are characterized by being larger than the crystal grains formed by pulse plating (grain size 1 to several μm).
つぎに、本発明の無鉛Snベースめっき膜の第2の実施の形態について説明する。
図5は、本発明に係る無鉛Snベースめっき膜の第2の実施の形態の構成を示す断面図である。
Next, a second embodiment of the lead-free Sn-based plating film of the present invention will be described.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a second embodiment of the lead-free Sn-based plating film according to the present invention.
図5(a)において、無鉛Snベースめっき膜20Aは、基材11上にめっき層Aが連続して複数層積層された積層構造21と、膜厚が0.1〜5μmのめっき層Bとがこの順番で積層されており、めっき層A同士の積層界面及び積層構造21とめっき層Bとの積層界面が結晶成長の不連続面Iとなっている。ここで、めっき層A及び不連続面Iは第1の実施の形態で示したものと同じである。なお、図5(a)ではめっき層Aが連続して4層積層された積層構造21を示している。 In FIG. 5A, a lead-free Sn-based plating film 20A includes a laminated structure 21 in which a plurality of plating layers A are continuously laminated on a substrate 11, and a plating layer B having a thickness of 0.1 to 5 μm. Are laminated in this order, and the laminated interface between the plated layers A and the laminated interface between the laminated structure 21 and the plated layer B are discontinuous surfaces I for crystal growth. Here, the plating layer A and the discontinuous surface I are the same as those shown in the first embodiment. FIG. 5A shows a laminated structure 21 in which four plating layers A are continuously laminated.
めっき層Bは、Sn単体であるか、またはSnを主成分とし、Bi、Cu、Agから選ばれる一種または二種以上を含むめっき材料からなるものであることが好ましい。あるいは、Bi、Agのいずれかの単体であってもよい。 The plating layer B is preferably composed of Sn alone or a plating material containing Sn as a main component and including one or more selected from Bi, Cu, and Ag. Alternatively, any one of Bi and Ag may be used.
また、図5(b)は第2の実施の形態のバリエーションである無鉛Snベースめっき膜20Bの断面構成を示すものであり、基材11上に膜厚が0.1〜5μmのめっき層Bと、めっき層Aが連続して複数層積層された積層構造21とがこの順番で積層されてなるものであり、めっき層Bと積層構造21との積層界面及びめっき層A同士の積層界面が結晶成長の不連続面Iとなっている。 FIG. 5B shows a cross-sectional configuration of a lead-free Sn-based plating film 20B, which is a variation of the second embodiment, and a plating layer B having a thickness of 0.1 to 5 μm on the substrate 11. And a laminated structure 21 in which a plurality of plating layers A are continuously laminated are laminated in this order, and a lamination interface between the plating layer B and the lamination structure 21 and a lamination interface between the plating layers A are provided. It is a discontinuous surface I for crystal growth.
つぎに、本発明の無鉛Snベースめっき膜の第3の実施の形態について説明する。
図6は、本発明に係る無鉛Snベースめっき膜の第3の実施の形態の構成を示す断面図である。第3の実施の形態の無鉛Snベースめっき膜は、基材11上に前記めっき層Aまたは該めっき層Aが連続して複数層積層された積層構造31と、前記めっき層Bとが交互に積層されており、めっき層A同士の積層界面及びめっき層Aまたは積層構造31とめっき層Bとの積層界面が結晶成長の不連続面Iとなっている。ここで、めっき層A及び不連続面Iは第1の実施の形態で示したものと同じであり、めっき層Bは第2の実施の形態で示したものと同じである。
Next, a third embodiment of the lead-free Sn-based plating film of the present invention will be described.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the third embodiment of the lead-free Sn-based plating film according to the present invention. In the lead-free Sn-based plating film of the third embodiment, the plating layer A or a laminated structure 31 in which a plurality of the plating layers A are continuously laminated on the substrate 11 and the plating layer B are alternately arranged. The laminated interface between the plated layers A and the laminated interface between the plated layer A or the laminated structure 31 and the plated layer B are discontinuous surfaces I for crystal growth. Here, the plating layer A and the discontinuous surface I are the same as those shown in the first embodiment, and the plating layer B is the same as that shown in the second embodiment.
具体的には、図6(a)の無鉛Snベースめっき膜30Aでは、基材11上にめっき層Aが連続して3層積層された積層構造31と、めっき層Bとが交互にそれぞれ4回積層されてなるものである。 Specifically, in the lead-free Sn-based plating film 30A of FIG. 6A, the laminated structure 31 in which three plating layers A are continuously laminated on the substrate 11 and the plating layers B are alternately 4 It is formed by stacking times.
また、図6(b)の無鉛Snベースめっき膜30Bでは、基材11上にめっき層Aが連続して2層積層された積層構造31と、めっき層Bとが交互にそれぞれ2回積層されてなるものである。 Further, in the lead-free Sn-based plating film 30B of FIG. 6B, a laminated structure 31 in which two plating layers A are continuously laminated on the substrate 11 and a plating layer B are alternately laminated twice. It will be.
また、図6(c)の無鉛Snベースめっき膜30Cでは、基材11上にめっき層Aと、めっき層Bとが交互にそれぞれ4回積層されてなるものである。 In addition, in the lead-free Sn base plating film 30C of FIG. 6C, the plating layer A and the plating layer B are alternately stacked four times on the base material 11 respectively.
なお、第2の実施の形態、第3の実施の形態におけるめっき層Aの膜厚は、第1の実施の形態と同様、0.015〜0.5μmであってもよいが、本実施の形態ではめっき層Bをめっき層Aまたはめっき層Aが連続して複数層積層された積層構造に重畳することにより、ウイスカー成長をさらに抑制することを図っているため、前記膜厚は0.015μm未満でもよい。 The film thickness of the plating layer A in the second embodiment and the third embodiment may be 0.015 to 0.5 μm as in the first embodiment. In the embodiment, the plating layer B is superimposed on a plating layer A or a laminated structure in which a plurality of plating layers A are continuously laminated, thereby further suppressing whisker growth. Therefore, the film thickness is 0.015 μm. It may be less.
また本発明では、めっき層の積層界面に結晶成長の不連続面を形成すればウイスカー成長を抑制する効果が得られる。そのため、結晶成長の不連続面を形成することができる限り、2つのSnベースのめっき層の間に異種金属のめっき層を設けてもよい。その例を第4の実施の形態として図7に示す。 In the present invention, the effect of suppressing whisker growth can be obtained by forming a discontinuous surface for crystal growth at the laminated interface of the plating layers. Therefore, a dissimilar metal plating layer may be provided between the two Sn-based plating layers as long as a discontinuous surface for crystal growth can be formed. An example thereof is shown in FIG. 7 as a fourth embodiment.
第4の実施の形態の無鉛Snベースめっき膜40は、基材11上にめっき層Cと、前記めっき層Aが連続して複数層積層された積層構造41とが交互に積層されており、めっき層A同士の積層界面及び積層構造41とめっき層Cとの積層界面が結晶成長の不連続面Iとなっている。ここで、めっき層A及び不連続面Iは第1の実施の形態で示したものと同じである。 In the lead-free Sn-based plating film 40 of the fourth embodiment, a plating layer C and a laminated structure 41 in which a plurality of the plating layers A are continuously laminated are alternately laminated on the substrate 11. The laminated interface between the plated layers A and the laminated interface between the laminated structure 41 and the plated layer C are discontinuous surfaces I for crystal growth. Here, the plating layer A and the discontinuous surface I are the same as those shown in the first embodiment.
めっき層Cは、膜厚が0.5μm以下のBi、Agのいずれかの単体からなるめっき層である。金属めっきでは、めっき金属ごとに固有の析出電位が決まっていることから、めっき層Cを形成するに当ってはそれ(Bi、Agのいずれか単体)に対応するめっき電流の大きさを制御するようにすればよい。 The plating layer C is a plating layer made of either Bi or Ag having a thickness of 0.5 μm or less. In metal plating, since a specific deposition potential is determined for each plating metal, when forming the plating layer C, the magnitude of the plating current corresponding to that (either Bi or Ag alone) is controlled. What should I do?
第2の実施の形態及び第3の実施の形態の無鉛Snベースめっき膜はつぎのようにして製造する。
すなわち、これらの無鉛Snベースめっき膜の製造方法は、第1の実施の形態と同様に、基材をめっき液中に浸漬し電流を印加することにより、前記基材の表面に、金属が析出してなるめっき層が積層されてなり、該めっき層の積層界面が前記金属の結晶成長の不連続面となっている無鉛Snベースめっき膜を製造することよりなる無鉛Snベースめっき膜の製造方法であるが、電流印加時のめっき電流の通電と停止とを1サイクルとして繰り返して行う電流印加パターンの中に、該1サイクルあたりの通電時間をa秒とし、停止時間をb秒とし、D=a/(a+b)としたときに、D=0.1〜0.9、Ls1=a+b=0.2〜60秒とするサイクルAと、通電時間a、停止時間bともに300秒以下であるサイクルBとを含み、該電流印加パターンの中で、前記サイクルAが1回または連続して複数回繰り返されたパターンと、サイクルBとが交互に1回行われるまたは繰り返し行われることを特徴とするものである。
The lead-free Sn base plating films of the second embodiment and the third embodiment are manufactured as follows.
That is, in the method for producing these lead-free Sn-based plating films, the metal is deposited on the surface of the base material by immersing the base material in a plating solution and applying an electric current, as in the first embodiment. A method for producing a lead-free Sn-based plating film comprising: producing a lead-free Sn-based plating film in which the plating layer is laminated, and the lamination interface of the plating layer is a discontinuous surface for crystal growth of the metal. However, in a current application pattern in which energization and stop of the plating current at the time of current application are repeated as one cycle, the energization time per cycle is a second, the stop time is b seconds, and D = Cycle A in which D = 0.1 to 0.9, Ls1 = a + b = 0.2 to 60 seconds, and both energization time a and stop time b are 300 seconds or less when a / (a + b) B and the current Among the pressure pattern, the cycle A are those, wherein the one or continuously repeated a plurality of times patterns, that is a cycle B is alternately carried out or repeated once performed.
図8に、第2の実施の形態、第3の実施の形態における無鉛Snベースめっき膜形成時の電流印加方法の例を示す。
図8(a)は、図5(a)に示した構成の無鉛Snベースめっき膜を製造するための電流印加のパターンであり、通電a1秒、停止b1秒の前記サイクルAを4回繰り返した後、停止b2秒、通電a2秒の前記サイクルBを行っている。
FIG. 8 shows an example of a current application method when forming a lead-free Sn-based plating film in the second and third embodiments.
FIG. 8A shows a current application pattern for producing a lead-free Sn-based plating film having the structure shown in FIG. 5A. The cycle A of energization a 1 second and stop b 1 second is performed four times. After repeating, the cycle B of stop b 2 seconds and energization a 2 seconds is performed.
図8(b)は、図6(b)に示した構成の無鉛Snベースめっき膜を製造するための電流印加のパターンであり、通電a1秒、停止b1秒の前記サイクルAを2回繰り返した後、停止b2秒、通電a2秒の前記サイクルBを行い、再度サイクルA2回、サイクルB1回を行っている。なお、1回目のサイクルBの後、サイクルAの前に停止時間b3秒を設けている。この停止時間b3は、300秒以下であればよく、例えばb2と同じでよい。あるいは停止時間b3はなくてもよい。図8(b)において通電時間a1とa2に対応する電流値は同じ大きさで示しているが、サイクルAとサイクルBで形成されるめっき層の組成が異なる場合は、夫々のサイクルのめっき層組成にあった析出電流の大きさに設定すればよい。 FIG. 8B shows a current application pattern for producing a lead-free Sn-based plating film having the structure shown in FIG. 6B. The cycle A of energization a 1 second and stop b 1 second is performed twice. After the repetition, the cycle B of stop b 2 seconds and energization a 2 seconds is performed, and cycle A2 times and cycle B1 times are performed again. Note that after the first cycle B, a stop time b 3 seconds is provided before cycle A. The stop time b 3 may be any 300 seconds or less, may be the same as the example b 2. Or it may stop time b 3 are not. In FIG. 8B, the current values corresponding to the energization times a 1 and a 2 are shown to have the same magnitude, but when the composition of the plating layer formed in cycle A and cycle B is different, What is necessary is just to set to the magnitude | size of the precipitation current which suited the plating layer composition.
(本発明における無鉛Snベースめっき膜の製造方法の考え方)
ウイスカーの成長の詳細なメカニズムは現在のところ不明であるが、めっき膜中に存在する残留応力ないし外部応力がひげ状ウイスカーの結晶成長の駆動エネルギーになっていると思われる。とくに本発明で問題としている錫ウイスカーは、常温常圧で圧力がかかることで発生していることから、外部圧力がウイスカーの結晶成長の駆動力になっていると思われる。また、錫ウイスカーはSn原子が動き、再配列、再結晶することに起因している。本発明では、無鉛Snベースめっきを従来のように連続にめっき付けするのではなく、めっき膜形成の過程の中でめっき及びめっきの停止を交互に繰り返し、めっきを積層的に積み重ねることにより、めっきで形成される結晶成長の不連続面(周期的に分断された結晶粒構造、周期的に形成された結晶の面欠陥等)を設けることで、これを障壁面としてSn原子の動きを抑制し、ウイスカー成長を抑えることを狙いとしている。ここで、めっき電流のオン、オフでめっき付ける方法としてパルスめっきという手法が既にあるが、一般のパルスめっきによって形成される結晶粒の大きさは1μm以下、すなわちサブミクロンレベルの細かい結晶粒を形成している。本発明のめっき方法においては、結晶粒を大きく形成させ、さらにSn原子の動きを抑制するという指針から周期的に形成される不連続面(障壁面)を明確に形成するためにめっき付けの周期(サイクル)の時間を0.1秒以上の秒単位で長くとるとともに、めっき電流停止時間をなるべく大きくとり、結晶成長の不連続面を十分に形成させることを特徴としている。
(Concept of manufacturing method of lead-free Sn-based plating film in the present invention)
The detailed mechanism of whisker growth is currently unknown, but it seems that residual or external stress present in the plating film is the driving energy for whisker whisker crystal growth. In particular, tin whiskers, which are a problem in the present invention, are generated when pressure is applied at normal temperature and pressure, and thus external pressure is considered to be the driving force for whisker crystal growth. Tin whiskers are caused by Sn atoms moving, rearranging and recrystallization. In the present invention, lead-free Sn-based plating is not continuously plated as in the prior art, but plating and stopping of plating are alternately repeated in the process of forming a plating film, and plating is stacked in a stacked manner. By providing a discontinuous surface of crystal growth (periodically divided crystal grain structure, surface defects of the periodically formed crystal, etc.) formed by this, the movement of Sn atoms is suppressed using this as a barrier surface. The goal is to reduce whisker growth. Here, there is already a technique called pulse plating as a method of plating with the on / off of the plating current, but the size of crystal grains formed by general pulse plating is 1 μm or less, that is, submicron level fine crystal grains are formed. is doing. In the plating method of the present invention, in order to clearly form a discontinuous surface (barrier surface) periodically formed from the guideline of forming crystal grains large and further suppressing the movement of Sn atoms, the plating period It is characterized in that the (cycle) time is increased in units of seconds of 0.1 seconds or more and the plating current stop time is increased as much as possible to sufficiently form discontinuous surfaces of crystal growth.
また本発明のめっき電流のオン、オフを周期的に且つ断続的に繰り返してめっきする技術に於いて、めっき液を構成している主要元素以外の元素、もしくは、有機系の基を不純物としてめっき膜中に取り込む方法も、Snベースの結晶粒のバウンダリー及び結晶粒中の結晶欠陥を生成する事につながり、ウイスカー成長に寄与するSn原子の動きを止める働きがあり、ウイスカー成長の抑制に効果がある。 Further, in the technique of plating on and off the plating current of the present invention periodically and intermittently, plating is performed using an element other than the main element constituting the plating solution or an organic group as an impurity. The method of incorporating into the film also leads to generation of Sn-based crystal grain boundaries and crystal defects in the crystal grains, and serves to stop the movement of Sn atoms contributing to whisker growth, and is effective in suppressing whisker growth. is there.
これにより、複数の結晶粒が厚み方向に積層されて膜面方向に周期的に結晶成長の不連続面(障壁面)が形成される。このとき、めっき電流の通電時間は周期膜厚dなどのめっき層の膜厚をコントロールするものであり、停止時間は結晶成長の不連続面の形成に寄与する。ここで、通電時間は所定の膜厚が確保できる程度に長ければよく、長すぎると結晶粒がめっき膜の膜厚方向にカラム状(柱状)になりやすく、部品として嵌合した際にその部分に外力がかかるとウイスカーが成長し易くなる。そのため、めっき層Aを形成するための通電時間は0.1〜40秒が好ましい。より好ましくは0.1〜20秒である。また、停止時間を長くするほど明確な結晶成長の不連続面を形成することができるが、長すぎると無鉛Snベースめっき膜中の残留応力が増大しウイスカー成長に悪影響を及ぼす。そのため、めっき層形成時の停止時間は0.1〜20秒が好ましい。より好ましくは0.1〜10秒である。 Thereby, a plurality of crystal grains are stacked in the thickness direction, and discontinuous surfaces (barrier surfaces) for crystal growth are periodically formed in the film surface direction. At this time, the energization time of the plating current controls the film thickness of the plating layer such as the periodic film thickness d, and the stop time contributes to the formation of a discontinuous surface of crystal growth. Here, it is sufficient that the energization time is long enough to secure a predetermined film thickness. If it is too long, the crystal grains are likely to form a column (columnar shape) in the film thickness direction of the plating film, and that part when fitted as a part. When external force is applied to the whisker, it becomes easy to grow. Therefore, the energization time for forming the plating layer A is preferably 0.1 to 40 seconds. More preferably, it is 0.1 to 20 seconds. Further, the longer the stop time, the clearer the crystal growth discontinuity can be formed. However, when the length is too long, the residual stress in the lead-free Sn-based plating film increases and adversely affects the whisker growth. Therefore, the stop time when forming the plating layer is preferably 0.1 to 20 seconds. More preferably, it is 0.1 to 10 seconds.
また、めっき層Bについては、通電時間が長いと、上記で述べた結晶粒の成長がカラム状に成長しやすい。結晶粒の膜面方向と膜厚方向の大きさを夫々x、zとした時のアスペクト比をz/xとした時、1以上のアスペクト比は柱状構造であり好ましくない。本発明を適用する部品のめっき厚は通常5μm前後である。この膜厚を前提とするとめっき層Bの膜厚は、最大で5μm前後が好ましい。また、従来の定電流的なめっきの成膜速度は、凡そ1μm/分前後であり、これよい成膜速度を上げると結晶成長学的には柱状構造を促進することになることからめっき層Bの成膜速度も最大で1μm/分である。従ってめっき層Bを形成する際の通電時間aは300秒以下が好ましい。 Further, regarding the plating layer B, if the energization time is long, the above-described growth of crystal grains tends to grow in a column shape. An aspect ratio of 1 or more is not preferable because the aspect ratio is z / x, where x and z are the crystal plane film thickness direction and the film thickness direction size, respectively. The plating thickness of the parts to which the present invention is applied is usually around 5 μm. Assuming this thickness, the thickness of the plating layer B is preferably around 5 μm at the maximum. Further, the film formation rate of the conventional constant current plating is about 1 μm / min, and if this good film formation rate is increased, the columnar structure is promoted in terms of crystal growth. The film forming speed is 1 μm / min at the maximum. Accordingly, the energization time a when forming the plating layer B is preferably 300 seconds or less.
図9に、本発明の無鉛Snベースめっき膜のめっき層Aの膜厚範囲とめっき層Bの膜厚範囲を示す。斜線領域が本発明で求められるめっき層A及びめっき層Bの膜厚範囲であり、めっき層Aの膜厚は0.5μm以下(0μmを含まず)であり、めっき層Bの膜厚は0〜5μmである。 In FIG. 9, the film thickness range of the plating layer A and the film thickness range of the plating layer B of the lead-free Sn base plating film of the present invention are shown. The hatched area is the film thickness range of the plating layer A and the plating layer B required in the present invention, the film thickness of the plating layer A is 0.5 μm or less (not including 0 μm), and the film thickness of the plating layer B is 0 ~ 5 μm.
また、本発明の無鉛Snベースめっき膜の残留応力は、ウイスカーの成長を抑制するためには−5MPa以上、5MPa以下であることが好ましい。 Further, the residual stress of the lead-free Sn-based plating film of the present invention is preferably −5 MPa or more and 5 MPa or less in order to suppress whisker growth.
なお、基材は電子部品の電極であり、例えばCuフレーム、あるいは該CuフレームにNiめっきを施したもの、鉄系金属である42アロイ系などが挙げられる。 The base material is an electrode of an electronic component, and examples thereof include a Cu frame, a Ni frame plated with the Cu frame, and a 42 alloy type iron-based metal.
以上のように作製される本発明の無鉛Snベースめっき膜10は、電子部品の電極に適用することができる。例えば、一対の離脱可能な接点部分の接触によって電気回路を形成する接続部品の接点構造において、前記接点部分表面の少なくとも一方が本発明の無鉛Snベースめっき膜10で構成されるとよい。 The lead-free Sn-based plating film 10 of the present invention produced as described above can be applied to an electrode of an electronic component. For example, in a contact structure of a connecting part that forms an electric circuit by contacting a pair of detachable contact portions, at least one of the contact portion surfaces may be composed of the lead-free Sn base plating film 10 of the present invention.
図10にその一例を示す。
図10では、基材上に本発明の無鉛Snベースめっき膜10,20,30,40のいずれかが形成されてなる接続部品の接点構造100と、断面がヘアピン形状のバネ接点構造200とを示している。ここで、接点構造100をヘアピン形状の間に挟むようにバネ接点構造200に挿入する。このとき接点構造100の表面すなわち無鉛Snベースめっき膜10,20,30,40のいずれかと、バネ接点構造200とは、該バネ接点構造200のバネ作用により圧接された状態で保持され接点部分において電気的接続が得られる。また、接点構造100をバネ接点構造200より抜き出すことにより離脱可能である。
An example is shown in FIG.
In FIG. 10, a contact structure 100 of a connecting part in which any one of the lead-free Sn-based plating films 10, 20, 30, and 40 of the present invention is formed on a base material, and a spring contact structure 200 having a hairpin shape in cross section. Show. Here, the contact structure 100 is inserted into the spring contact structure 200 so as to be sandwiched between the hairpin shapes. At this time, the surface of the contact structure 100, that is, any one of the lead-free Sn base plating films 10, 20, 30, and 40 and the spring contact structure 200 are held in pressure contact with each other by the spring action of the spring contact structure 200. An electrical connection is obtained. Further, the contact structure 100 can be detached by being extracted from the spring contact structure 200.
図11に、本発明の接続部品の接点構造100をバネ接点構造200に挿抜した後の接点構造100における無鉛Snベースめっき膜10の表面状態を示す。接点部分では、無鉛Snベースめっき膜10の表面に外部応力が作用した跡が観察された。
本発明によれば、この外部応力が作用している部分におけるウイスカーの成長を抑制することができる。
FIG. 11 shows a surface state of the lead-free Sn base plating film 10 in the contact structure 100 after the contact structure 100 of the connection component of the present invention is inserted into and removed from the spring contact structure 200. In the contact portion, traces of external stress acting on the surface of the lead-free Sn base plating film 10 were observed.
According to the present invention, it is possible to suppress whisker growth in a portion where the external stress is applied.
以下、本発明の実施例について説明する。
<実施例1>
(実施例1−1)
以下の条件で本発明の無鉛Snめっき膜(無鉛Snベースめっき膜10)を形成した。
・基材:りん青銅からなるコネクター基板(めっき対象面積:578mm2)
・Niプレめっきあり
・めっき液:硫酸浴系Snめっき液(LPW−Chemie社製、商品名Tinto)
・めっき浴温度:室温
・めっき浴攪拌:スターラ攪拌
・陽極:高純度錫
・電極間距離:37mm
・目標膜厚:3μm
・めっき電流条件
・・印加電流:175mA
・・通電時間a:14秒
・・停止時間b:5秒
・・1サイクル(a+b):19秒
・・Duty比D:0.74
・・めっき時間:2.5分(8サイクル)
Examples of the present invention will be described below.
<Example 1>
(Example 1-1)
The lead-free Sn plating film (lead-free Sn base plating film 10) of the present invention was formed under the following conditions.
-Base material: Connector board made of phosphor bronze (Plating object area: 578 mm 2 )
・ With Ni pre-plating ・ Plating solution: Sulfuric acid bath Sn plating solution (LPW-Chemie, product name Tinto)
・ Plating bath temperature: Room temperature ・ Plating bath stirring: Stirrer stirring ・ Anode: High purity tin ・ Distance between electrodes: 37 mm
・ Target film thickness: 3μm
・ Plating current condition ・ ・ Applied current: 175 mA
· · Energization time a: 14 seconds · · Stop time b: 5 seconds · · 1 cycle (a + b): 19 seconds · · Duty ratio D: 0.74
..Plating time: 2.5 minutes (8 cycles)
以上のように作成したサンプルのNiめっきの膜厚は1.8μm、無鉛Snめっき膜の膜厚は3.1μmであった。 The Ni plating film thickness of the sample prepared as described above was 1.8 μm, and the film thickness of the lead-free Sn plating film was 3.1 μm.
(実施例1−2)
実施例1−1において、めっき電流条件を以下のように変更し、それ以外は実施例1−1と同じとしてサンプルを作製した。
・めっき電流条件
・・印加電流:175mA
・・通電時間a:23秒
・・停止時間b:5秒
・・1サイクル(a+b):28秒
・・Duty比D:0.82
・・めっき時間:2.3分(5サイクル)
(Example 1-2)
In Example 1-1, a plating current condition was changed as follows, and a sample was manufactured in the same manner as in Example 1-1 except that.
・ Plating current condition ・ ・ Applied current: 175 mA
· · Energization time a: 23 seconds · · Stop time b: 5 seconds · · 1 cycle (a + b): 28 seconds · · Duty ratio D: 0.82
..Plating time: 2.3 minutes (5 cycles)
以上のように作成したサンプルのNiめっきの膜厚は1.6μm、無鉛Snめっき膜の膜厚は2.9μmであった。 The Ni plating film thickness of the sample prepared as described above was 1.6 μm, and the lead-free Sn plating film film thickness was 2.9 μm.
(実施例1−3)
実施例1−1において、めっき電流条件を以下のように変更し、それ以外は実施例1−1と同じとしてサンプルを作製した。
・めっき電流条件
・・印加電流:175mA
・・通電時間a:36秒
・・停止時間b:5秒
・・1サイクル(a+b):41秒
・・Duty比D:0.88
・・めっき時間:2分(3サイクル)
(Example 1-3)
In Example 1-1, a plating current condition was changed as follows, and a sample was manufactured in the same manner as in Example 1-1 except that.
・ Plating current condition ・ ・ Applied current: 175 mA
· · Energizing time a: 36 seconds · · Stop time b: 5 seconds · · 1 cycle (a + b): 41 seconds · · Duty ratio D: 0.88
..Plating time: 2 minutes (3 cycles)
以上のように作成したサンプルのNiめっきの膜厚は1.4μm、無鉛Snめっき膜の膜厚は2.9μmであった。 The Ni plating film thickness of the sample prepared as described above was 1.4 μm, and the lead-free Sn plating film film thickness was 2.9 μm.
(比較例1)
実施例1−1において、めっき電流条件を以下のように定電流めっき条件に変更し、それ以外は実施例1−1と同じとしてサンプルを作製した。
・めっき電流条件
・・印加電流:175mA
・・めっき時間:1.9分
(Comparative Example 1)
In Example 1-1, the plating current condition was changed to the constant current plating condition as follows, and a sample was prepared in the same manner as in Example 1-1 except that.
・ Plating current condition ・ ・ Applied current: 175 mA
..Plating time: 1.9 minutes
以上のように作成したサンプルのNiめっきの膜厚は1.8μm、無鉛Snめっき膜の膜厚は2.6μmであった。 The Ni plating film thickness of the sample prepared as described above was 1.8 μm, and the film thickness of the lead-free Sn plating film was 2.6 μm.
得られたサンプルについて、直径30mm、厚み5mmの2枚のアクリル板で挟んだ上で、0.5Nmのトルク圧力を加えた状態で、室温環境下で72時間保持した。その後、サンプルを取り出し、加圧部分におけるウイスカーを観察し、そのうち最も長いものを最大ウイスカー長さとして測定した。 The obtained sample was sandwiched between two acrylic plates having a diameter of 30 mm and a thickness of 5 mm, and held for 72 hours in a room temperature environment with a torque pressure of 0.5 Nm applied. Then, the sample was taken out, the whisker in the pressurization part was observed, and the longest one was measured as the maximum whisker length.
その結果を図12に示す。ここでは、無鉛Snめっき膜の全膜厚をそれぞれのめっき時のサイクル数で除した値を周期膜厚としている。
その結果、実施例はすべて比較例1よりもウイスカーの成長は抑えられていた。また、実施例1−1〜1−3において、周期膜厚が小さくなるほどウイスカーの成長は抑えられていた。
The result is shown in FIG. Here, a value obtained by dividing the total film thickness of the lead-free Sn plating film by the number of cycles at the time of each plating is defined as the periodic film thickness.
As a result, whisker growth was suppressed in all Examples as compared with Comparative Example 1. Moreover, in Examples 1-1 to 1-3, the growth of whiskers was suppressed as the periodic film thickness was reduced.
<実施例2>
(実施例2−1)
以下の条件で本発明の無鉛Snめっき膜(無鉛Snベースめっき膜10)を形成した。
・基材:りん青銅からなるコネクター基板
・Niプレめっきあり(膜厚1μm)
・めっき液:硫酸浴系Snめっき液(LPW−Chemie社製、商品名Tinto)
・めっき浴温度:20℃
・めっき浴攪拌:スターラ攪拌
・陽極:高純度錫
・めっき電流条件
・・印加電流:2A/dm2
・・通電時間a:0.2秒
・・停止時間b:0.2秒
・・1サイクル(a+b):0.4秒
・・Duty比D:0.5
・・周期膜厚:15nm
・・全膜厚:5μm
<Example 2>
(Example 2-1)
The lead-free Sn plating film (lead-free Sn base plating film 10) of the present invention was formed under the following conditions.
・ Base material: Connector board made of phosphor bronze ・ With Ni pre-plating (film thickness 1μm)
・ Plating solution: Sulfuric acid bath Sn plating solution (LPW-Chemie, trade name Tinto)
・ Plating bath temperature: 20 ℃
・ Plating bath agitation: Stirrer agitation ・ Anode: High purity tin ・ Plating current condition ・ ・ Applied current: 2 A / dm 2
.. Energization time a: 0.2 sec. Stop time b: 0.2 sec. 1 cycle (a + b): 0.4 sec. Duty ratio D: 0.5
..Periodic film thickness: 15 nm
..Total film thickness: 5 μm
(実施例2−2)
実施例2−1において、めっき電流条件を以下のように変更し、それ以外は実施例2−1と同じとしてサンプルを作製した。
・めっき電流条件
・・印加電流:2A/dm2
・・通電時間a:0.7秒
・・停止時間b:0.7秒
・・1サイクル(a+b):1.4秒
・・Duty比D:0.5
・・周期膜厚:50nm
・・全膜厚:5μm
(Example 2-2)
In Example 2-1, the plating current conditions were changed as follows, and the other samples were prepared as in Example 2-1.
・ Plating current condition ・ ・ Applied current: 2 A / dm 2
· · Energization time a: 0.7 seconds · · Stop time b: 0.7 seconds · · 1 cycle (a + b): 1.4 seconds · · Duty ratio D: 0.5
..Periodic film thickness: 50 nm
..Total film thickness: 5 μm
(実施例2−3)
実施例2−1において、めっき電流条件を以下のように変更し、それ以外は実施例2−1と同じとしてサンプルを作製した。
・めっき電流条件
・・印加電流:2A/dm2
・・通電時間a:1.3秒
・・停止時間b:1.3秒
・・1サイクル(a+b):2.6秒
・・Duty比D:0.5
・・周期膜厚:100nm
・・全膜厚:5μm
(Example 2-3)
In Example 2-1, the plating current conditions were changed as follows, and the other samples were prepared as in Example 2-1.
・ Plating current condition ・ ・ Applied current: 2 A / dm 2
· · Energizing time a: 1.3 seconds · · Stop time b: 1.3 seconds · · 1 cycle (a + b): 2.6 seconds · · Duty ratio D: 0.5
..Periodic film thickness: 100 nm
..Total film thickness: 5 μm
(実施例2−4)
実施例2−1において、めっき電流条件を以下のように変更し、それ以外は実施例2−1と同じとしてサンプルを作製した。
・めっき電流条件
・・印加電流:2A/dm2
・・通電時間a:2.6秒
・・停止時間b:2.6秒
・・1サイクル(a+b):5.2秒
・・Duty比D:0.5
・・周期膜厚:200nm
・・全膜厚:5μm
(Example 2-4)
In Example 2-1, the plating current conditions were changed as follows, and the other samples were prepared as in Example 2-1.
・ Plating current condition ・ ・ Applied current: 2 A / dm 2
.. Energization time a: 2.6 seconds. Stop time b: 2.6 seconds. 1 cycle (a + b): 5.2 seconds. Duty ratio D: 0.5.
..Periodic film thickness: 200 nm
..Total film thickness: 5 μm
(比較例2)
実施例2−1において、めっき電流条件を以下のように定電流めっき条件に変更し、それ以外は実施例2−1と同じとしてサンプルを作製した。
・めっき電流条件
・・印加電流:2A/dm2
・・めっき時間:66秒
・・全膜厚:5μm
(Comparative Example 2)
In Example 2-1, the plating current condition was changed to the constant current plating condition as follows, and a sample was prepared in the same manner as in Example 2-1, except that.
・ Plating current condition ・ ・ Applied current: 2 A / dm 2
・ ・ Plating time: 66 seconds ・ ・ Total film thickness: 5μm
得られたサンプルについて、試験時間を500時間とした以外は、実施例1と同じ条件でウイスカー試験を行い、最大ウイスカー長さの経時変化を測定した。 About the obtained sample, the whisker test was done on the same conditions as Example 1 except having made the test time into 500 hours, and the time-dependent change of the maximum whisker length was measured.
その結果を図13に示す。
その結果、実施例はすべて比較例2よりもウイスカーの成長は抑えられていた。また、実施例2−1〜2−4において、周期膜厚が小さくなるほどウイスカーの成長は抑えられる傾向を示した。
The result is shown in FIG.
As a result, in all the examples, the growth of whiskers was suppressed as compared with Comparative Example 2. Moreover, in Examples 2-1 to 2-4, the growth of whiskers tended to be suppressed as the periodic film thickness decreased.
<実施例3>
以下の条件で本発明の無鉛Sn−1%Cuめっき膜(無鉛Snベースめっき膜10)を形成した。
・基材:りん青銅からなるコネクター基板
・Niプレめっきあり(膜厚1μm)
・めっき液:Sn−Cuめっき液(日本MacDermid社製、商品名NF−111(Sn/Cu=99/1))
・めっき浴温度:18℃
・陽極:不溶電極
・めっき電流条件
・・印加電流:2A/dm2
・・通電時間a:6秒
・・停止時間b:20秒
・・1サイクル(a+b):26秒
・・Duty比D:0.23
・・周期膜厚:100nm
・・全膜厚:5μm
<Example 3>
The lead-free Sn-1% Cu plating film (lead-free Sn base plating film 10) of the present invention was formed under the following conditions.
・ Base material: Connector board made of phosphor bronze ・ With Ni pre-plating (film thickness 1μm)
-Plating solution: Sn-Cu plating solution (manufactured by Nihon MacDermid, trade name NF-111 (Sn / Cu = 99/1))
・ Plating bath temperature: 18 ℃
・ Anode: Insoluble electrode ・ Plating current condition ・ ・ Applied current: 2 A / dm 2
· · Energization time a: 6 seconds · · Stop time b: 20 seconds · · 1 cycle (a + b): 26 seconds · · Duty ratio D: 0.23
..Periodic film thickness: 100 nm
..Total film thickness: 5 μm
(比較例3)
実施例3において、めっき電流条件を以下のように定電流めっき条件に変更し、それ以外は実施例3と同じとしてサンプルを作製した。
・めっき電流条件
・・印加電流:2A/dm2
・・めっき時間:300秒
・・全膜厚:5μm
(Comparative Example 3)
In Example 3, the plating current condition was changed to the constant current plating condition as follows, and a sample was prepared in the same manner as in Example 3 except that.
・ Plating current condition ・ ・ Applied current: 2 A / dm 2
・ ・ Plating time: 300 seconds ・ ・ Total film thickness: 5μm
得られたサンプルについて、試験時間を1100時間とした以外は、実施例1と同じ条件でウイスカー試験を行い、最大ウイスカー長さの経時変化を測定した。
その結果を図14に示す。その結果、実施例3は比較例3よりもウイスカーの成長は抑えられていた。
The obtained sample was subjected to a whisker test under the same conditions as in Example 1 except that the test time was 1100 hours, and the change over time in the maximum whisker length was measured.
The result is shown in FIG. As a result, whisker growth was suppressed in Example 3 as compared with Comparative Example 3.
<実施例4>
スペシャルティ テスティング デベロップメント社製のストリップ電着応力測定器を用いて、無鉛Snめっき膜の残留応力を測定した。本測定器では、C194銅合金からなり二股に切り込みが入った1枚の薄板を測定子として用い、この測定子にめっきした際に二股部分が反って離れた距離から残留応力が求められるようになっている。
<Example 4>
The residual stress of the lead-free Sn plating film was measured using a strip electrodeposition stress measuring instrument manufactured by Specialty Testing Development. In this measuring instrument, a thin sheet made of C194 copper alloy with a notch in the fork is used as the measuring element, and when this measuring element is plated, the residual stress is obtained from the distance where the forked part is warped and separated. It has become.
実施例1−1において、基材を前記測定子とし、周期膜厚、全膜厚及びめっき電流条件を以下に示す表1の条件とし、印加電流を2A/dm2とし、それ以外は実施例1−1と同じ条件で無鉛Snめっき膜(無鉛Snベースめっき膜10)を形成して該無鉛Snめっき膜の残留応力を測定した。 In Example 1-1, the base material is the above-mentioned measuring element, the periodic film thickness, the total film thickness, and the plating current conditions are the conditions shown in Table 1 below, the applied current is 2 A / dm 2 , and the others are the examples. A lead-free Sn plating film (lead-free Sn base plating film 10) was formed under the same conditions as 1-1, and the residual stress of the lead-free Sn plating film was measured.
以上の結果を図15に示す。
すべてのサンプルが残留応力−10〜10MPaの範囲内に入っていた。
The above results are shown in FIG.
All samples were in the range of residual stress -10 to 10 MPa.
<実施例5>
前記ストリップ電着応力測定器を用いて、無鉛Snめっき膜の周期膜厚と残留応力との関係を調査した。
(実施例5−1)
以下の条件で本発明の無鉛Snめっき膜(無鉛Snベースめっき膜10)を形成した。
・基材:ストリップ電着応力測定器の測定子
・めっき液:硫酸浴系Snめっき液(LPW−Chemie社製、商品名Tinto)
・めっき浴温度:20℃
・めっき浴攪拌:スターラ攪拌
・陽極:高純度錫
・めっき電流条件
・・印加電流:2A/dm2
・・通電時間a:1秒
・・停止時間b:1秒
・・1サイクル(a+b):2秒
・・Duty比D:0.5
・・周期膜厚:15nm
・・全膜厚:5μm
<Example 5>
Using the strip electrodeposition stress measuring instrument, the relationship between the periodic film thickness of the lead-free Sn plating film and the residual stress was investigated.
(Example 5-1)
The lead-free Sn plating film (lead-free Sn base plating film 10) of the present invention was formed under the following conditions.
・ Substrate: Measuring element of strip electrodeposition stress measuring instrument ・ Plating solution: Sulfuric acid bath Sn plating solution (LPW-Chemie, trade name: Tinto)
・ Plating bath temperature: 20 ℃
・ Plating bath agitation: Stirrer agitation ・ Anode: High purity tin ・ Plating current condition ・ ・ Applied current: 2 A / dm 2
· · Energization time a: 1 second · · Stop time b: 1 second · · 1 cycle (a + b): 2 seconds · · Duty ratio D: 0.5
..Periodic film thickness: 15 nm
..Total film thickness: 5 μm
(実施例5−2)
実施例5−1において、めっき電流条件を以下のように変更し、それ以外は実施例5−1と同じとしてサンプルを作製した。
・めっき電流条件
・・印加電流:2A/dm2
・・通電時間a:2秒
・・停止時間b:2秒
・・1サイクル(a+b):4秒
・・Duty比D:0.5
・・周期膜厚:30nm
・・全膜厚:5μm
(Example 5-2)
In Example 5-1, the plating current conditions were changed as follows, and a sample was prepared in the same manner as in Example 5-1.
・ Plating current condition ・ ・ Applied current: 2 A / dm 2
· · Energizing time a: 2 seconds · · Stop time b: 2 seconds · · 1 cycle (a + b): 4 seconds · · Duty ratio D: 0.5
..Periodic film thickness: 30 nm
..Total film thickness: 5 μm
(実施例5−3)
実施例5−1において、めっき電流条件を以下のように変更し、それ以外は実施例5−1と同じとしてサンプルを作製した。
・めっき電流条件
・・印加電流:2A/dm2
・・通電時間a:7秒
・・停止時間b:3秒
・・1サイクル(a+b):10秒
・・Duty比D:0.7
・・周期膜厚:105nm
・・全膜厚:5μm
(Example 5-3)
In Example 5-1, the plating current conditions were changed as follows, and a sample was prepared in the same manner as in Example 5-1.
・ Plating current condition ・ ・ Applied current: 2 A / dm 2
· · Energizing time a: 7 seconds · · Stop time b: 3 seconds · · 1 cycle (a + b): 10 seconds · · Duty ratio D: 0.7
..Periodic film thickness: 105 nm
..Total film thickness: 5 μm
(実施例5−4)
実施例5−1において、めっき電流条件を以下のように変更し、それ以外は実施例5−1と同じとしてサンプルを作製した。
・めっき電流条件
・・印加電流:2A/dm2
・・通電時間a:20秒
・・停止時間b:20秒
・・1サイクル(a+b):40秒
・・Duty比D:0.5
・・周期膜厚:300nm
・・全膜厚:5μm
(Example 5-4)
In Example 5-1, the plating current conditions were changed as follows, and a sample was prepared in the same manner as in Example 5-1.
・ Plating current condition ・ ・ Applied current: 2 A / dm 2
· · Energization time a: 20 seconds · · Stop time b: 20 seconds · · 1 cycle (a + b): 40 seconds · · Duty ratio D: 0.5
..Periodic film thickness: 300 nm
..Total film thickness: 5 μm
(比較例5)
実施例5−1において、めっき電流条件を以下のように定電流めっき条件に変更し、それ以外は実施例5−1と同じとしてサンプルを作製した。
・めっき電流条件
・・印加電流:2A/dm2
・・めっき時間:66秒
・・全膜厚:5μm
(Comparative Example 5)
In Example 5-1, the plating current condition was changed to the constant current plating condition as follows, and a sample was prepared in the same manner as in Example 5-1, except that.
・ Plating current condition ・ ・ Applied current: 2 A / dm 2
・ ・ Plating time: 66 seconds ・ ・ Total film thickness: 5μm
以上の結果を図16に示す。
周期膜厚105nm以下では残留応力が−5MPa以上であった。実施例2の結果(図13)における無鉛Snめっき膜の周期膜厚と最大ウイスカー長さとの関係と、本実施例の結果とを合わせると、無鉛Snめっき膜の残留応力を−5MPa以上とすることでウイスカーの成長を抑制できることがわかる。
The above results are shown in FIG.
When the periodic film thickness was 105 nm or less, the residual stress was −5 MPa or more. When the relationship between the periodic film thickness of the lead-free Sn plating film and the maximum whisker length in the result of Example 2 (FIG. 13) is combined with the result of this example, the residual stress of the lead-free Sn plating film is set to −5 MPa or more. This shows that whisker growth can be suppressed.
<実施例6>
(実施例6−1)
以下の条件で本発明の無鉛Snめっき膜(無鉛Snベースめっき膜10)を形成した。
・基材:電極として銅からなるFPC(Flexible Printed Circuit)のフレキ基板(めっき対象面積:578mm2)
・プレめっきなし
・めっき液:硫酸浴系Snめっき液(LPW−Chemie社製、商品名Tinto)
・めっき浴温度:室温
・めっき浴攪拌:スターラ攪拌
・陽極:高純度錫
・電極間距離:37mm
・目標膜厚:5μm
(ステップ11)めっき層Aのめっき電流条件
・・印加電流:175mA
・・通電時間a:0.5秒
・・停止時間b:0.5秒
・・1サイクル(a+b):1.0秒
・・Duty比D:0.5
・・めっき時間:1分40秒(100サイクル)
・前記ステップS11を行った。
<Example 6>
(Example 6-1)
The lead-free Sn plating film (lead-free Sn base plating film 10) of the present invention was formed under the following conditions.
-Base material: FPC (Flexible Printed Circuit) flexible substrate made of copper as an electrode (plating target area: 578 mm 2 )
・ No pre-plating ・ Plating solution: Sulfuric acid bath Sn plating solution (LPW-Chemie, trade name: Tinto)
・ Plating bath temperature: Room temperature ・ Plating bath stirring: Stirrer stirring ・ Anode: High purity tin ・ Distance between electrodes: 37 mm
・ Target film thickness: 5μm
(Step 11) Plating current condition of plating layer A: Applied current: 175 mA
· · Energization time a: 0.5 seconds · · Stop time b: 0.5 seconds · · 1 cycle (a + b): 1.0 seconds · · Duty ratio D: 0.5
..Plating time: 1 minute 40 seconds (100 cycles)
-The step S11 was performed.
以上のように作成したサンプルの無鉛Snめっき膜の膜厚は5μmであった。 The thickness of the lead-free Sn plating film of the sample prepared as described above was 5 μm.
(実施例6−2)
実施例6−1において、めっき電流条件を以下のように変更し、それ以外は実施例6−1と同じとして本発明の無鉛Snめっき膜(無鉛Snベースめっき膜20A)を作製した。
(ステップ21)めっき層Aのめっき電流条件
・・印加電流:175mA
・・通電時間a:0.5秒
・・停止時間b:0.5秒
・・1サイクル(a+b):1.0秒
・・Duty比D:0.5
・・めっき時間:25秒(25サイクル)
(ステップ22)めっき層Bのめっき電流条件
・・印加電流:175mA
・・通電時間a:2分30秒
・・停止時間b:2分30秒
・前記ステップS21、S22を順に行った。トータルめっき時間は5分25秒であった。
(Example 6-2)
In Example 6-1, the plating current conditions were changed as follows, and the lead-free Sn plating film (lead-free Sn base plating film 20A) of the present invention was produced in the same manner as in Example 6-1 except that.
(Step 21) Plating current condition of plating layer A: Applied current: 175 mA
· · Energization time a: 0.5 seconds · · Stop time b: 0.5 seconds · · 1 cycle (a + b): 1.0 seconds · · Duty ratio D: 0.5
..Plating time: 25 seconds (25 cycles)
(Step 22) Plating current condition of plating layer B: Applied current: 175 mA
-Energizing time a: 2 minutes 30 seconds-Stop time b: 2 minutes 30 seconds-Steps S21 and S22 were performed in this order. The total plating time was 5 minutes 25 seconds.
以上のように作成したサンプルの無鉛Snめっき膜の膜厚は5μmであった。また、サンプル断面を電子顕微鏡(SEM)で観察した。図17にその結果を示す。めっき層Aが連続して積層された積層構造とめっき層Bとの境界面が観察されるとともに、前記積層構造においてめっき層Aの積層状態を示す細かな周期筋が観察された。 The thickness of the lead-free Sn plating film of the sample prepared as described above was 5 μm. Moreover, the sample cross section was observed with the electron microscope (SEM). FIG. 17 shows the result. A boundary surface between the laminated structure in which the plating layer A was continuously laminated and the plating layer B was observed, and fine periodic streaks indicating the laminated state of the plating layer A were observed in the laminated structure.
(実施例6−3)
実施例6−1において、めっき電流条件を以下のように変更し、それ以外は実施例6−1と同じとして本発明の無鉛Snめっき膜(無鉛Snベースめっき膜20B)を作製した。
(ステップ31)めっき層Bのめっき電流条件
・・印加電流:175mA
・・通電時間a:2分30秒
・・停止時間b:2分30秒
(ステップ32)めっき層Aのめっき電流条件
・・印加電流:175mA
・・通電時間a:0.5秒
・・停止時間b:0.5秒
・・1サイクル(a+b):1.0秒
・・Duty比D:0.5
・・めっき時間:25秒(25サイクル)
・前記ステップS31、S32を順に行った。トータルめっき時間は5分25秒であった。
(Example 6-3)
In Example 6-1, the plating current conditions were changed as follows, and the lead-free Sn plating film (lead-free Sn base plating film 20B) of the present invention was manufactured in the same manner as in Example 6-1 except that.
(Step 31) Plating current condition of plating layer B: Applied current: 175 mA
· · Energization time a: 2 minutes and 30 seconds · · Stop time b: 2 minutes and 30 seconds (step 32) Plating current condition of plating layer A · · Applied current: 175 mA
· · Energization time a: 0.5 seconds · · Stop time b: 0.5 seconds · · 1 cycle (a + b): 1.0 seconds · · Duty ratio D: 0.5
..Plating time: 25 seconds (25 cycles)
The steps S31 and S32 were performed in order. The total plating time was 5 minutes 25 seconds.
以上のように作成したサンプルの無鉛Snめっき膜の膜厚は5μmであった。 The thickness of the lead-free Sn plating film of the sample prepared as described above was 5 μm.
(実施例6−4)
実施例6−1において、めっき電流条件を以下のように変更し、それ以外は実施例6−1と同じとして本発明の無鉛Snめっき膜(無鉛Snベースめっき膜30B)を作製した。
(ステップ41)めっき層Aのめっき電流条件
・・印加電流:175mA
・・通電時間a:0.5秒
・・停止時間b:0.5秒
・・1サイクル(a+b):1.0秒
・・Duty比D:0.5
・・めっき時間:7秒(7サイクル)
(ステップ42)めっき層Bのめっき電流条件
・・印加電流:175mA
・・通電時間a:1分10秒
・・停止時間b:1分10秒
・前記ステップS41、S42の順で2回繰り返して行った。トータルめっき時間は4分54秒であった。
(Example 6-4)
In Example 6-1, the plating current conditions were changed as follows, and a lead-free Sn plating film (lead-free Sn base plating film 30B) of the present invention was manufactured in the same manner as Example 6-1 except that.
(Step 41) Plating current condition of plating layer A: Applied current: 175 mA
· · Energization time a: 0.5 seconds · · Stop time b: 0.5 seconds · · 1 cycle (a + b): 1.0 seconds · · Duty ratio D: 0.5
..Plating time: 7 seconds (7 cycles)
(Step 42) Plating current condition of plating layer B: Applied current: 175 mA
-Energizing time a: 1 minute 10 seconds-Stop time b: 1 minute 10 seconds-The above steps S41 and S42 were repeated twice. The total plating time was 4 minutes 54 seconds.
以上のように作成したサンプルの無鉛Snめっき膜の膜厚は5μmであった。 The thickness of the lead-free Sn plating film of the sample prepared as described above was 5 μm.
(実施例6−5)
実施例6−1において、めっき電流条件を以下のように変更し、それ以外は実施例6−1と同じとして本発明の無鉛Snめっき膜(無鉛Snベースめっき膜30A)を作製した。
(ステップ51)めっき層Aのめっき電流条件
・・印加電流:175mA
・・通電時間a:0.5秒
・・停止時間b:0.5秒
・・1サイクル(a+b):1.0秒
・・Duty比D:0.5
・・めっき時間:6秒(6サイクル)
(ステップ52)めっき層Bのめっき電流条件
・・印加電流:175mA
・・通電時間a:39秒
・・停止時間b:39秒
・前記ステップS51、S52の順で4回繰り返して行った。トータルめっき時間は5分36秒であった。
(Example 6-5)
In Example 6-1, the plating current conditions were changed as follows, and the lead-free Sn plating film (lead-free Sn base plating film 30A) of the present invention was manufactured in the same manner as in Example 6-1 except that.
(Step 51) Plating current condition of plating layer A: Applied current: 175 mA
· · Energization time a: 0.5 seconds · · Stop time b: 0.5 seconds · · 1 cycle (a + b): 1.0 seconds · · Duty ratio D: 0.5
..Plating time: 6 seconds (6 cycles)
(Step 52) Plating current condition of plating layer B: Applied current: 175 mA
-Energizing time a: 39 seconds-Stop time b: 39 seconds-The above steps S51 and S52 were repeated four times. The total plating time was 5 minutes and 36 seconds.
以上のように作成したサンプルの無鉛Snめっき膜の膜厚は5μmであった。 The thickness of the lead-free Sn plating film of the sample prepared as described above was 5 μm.
(比較例6)
実施例6−1において、めっき電流条件を以下のように定電流めっき条件に変更し、それ以外は実施例6−1と同じとしてサンプルを作製した。
・めっき電流条件
・・めっき時間:5分
(Comparative Example 6)
In Example 6-1, the plating current condition was changed to the constant current plating condition as follows, and a sample was prepared in the same manner as in Example 6-1 except that.
・ Plating current condition ・ ・ Plating time: 5 minutes
以上のように作成したサンプルの無鉛Snめっき膜の膜厚は5μmであった。 The thickness of the lead-free Sn plating film of the sample prepared as described above was 5 μm.
得られたサンプルについて、試験時間を1000時間とした以外は、実施例1と同じ条件でウイスカー試験を行い、最大ウイスカー長さの経時変化を測定した。 About the obtained sample, the whisker test was done on the same conditions as Example 1 except having set the test time to 1000 hours, and the time-dependent change of the maximum whisker length was measured.
その結果を図18,図19に示す。図18は実施例6−1〜6−5及び比較例6すべての結果を示しており、図19は実施例6−1〜6−5を拡大して示したものである。
その結果、実施例6−1(記号○)、実施例6−2(記号△)、実施例6−3(記号□)、実施例6−4(記号◇)、実施例6−5(記号■)はすべて比較例6(記号●)よりもウイスカーの成長は抑えられていた。また、実施例6−2〜6−5はチョップめっきと定電流めっきを組み合わせたもの、すなわちめっき層Aとめっき層Bとを組み合わせたものであるが、チョップめっきと定電流めっきの繰り返し回数を多くする程、ウイスカーの成長は抑えられていた。
The results are shown in FIGS. FIG. 18 shows the results of all of Examples 6-1 to 6-5 and Comparative Example 6, and FIG. 19 is an enlarged view of Examples 6-1 to 6-5.
As a result, Example 6-1 (symbol ◯), Example 6-2 (symbol Δ), Example 6-3 (symbol □), Example 6-4 (symbol ◇), Example 6-5 (symbol) In all cases (1), whisker growth was suppressed as compared with Comparative Example 6 (symbol ●). Examples 6-2 to 6-5 are a combination of chop plating and constant current plating, that is, a combination of plating layer A and plating layer B. The number of repetitions of chop plating and constant current plating is as follows. The more whisker, the more whisker growth was suppressed.
10,20A,20B,30A,30B,30C,40,90…無鉛Snベースめっき膜、10p,90p…結晶粒、11…基材、21,31…積層構造、100…接続部品の接点構造、200…バネ接点構造、A,B…めっき層、d…周期膜厚、I…結晶成長の不連続面
10, 20A, 20B, 30A, 30B, 30C, 40, 90 ... lead-free Sn base plating film, 10p, 90p ... crystal grains, 11 ... base material, 21, 31 ... laminated structure, 100 ... contact structure of connecting parts, 200 ... Spring contact structure, A, B ... Plating layer, d ... Periodic film thickness, I ... Discontinuous surface of crystal growth
Claims (9)
電流印加時のめっき電流の通電と停止とを1サイクルとして繰り返して行う電流印加パターンの中に、該1サイクルあたりの通電時間をa秒とし、停止時間をb秒とし、D=a/(a+b)としたときに、D=0.1〜0.9、Ls1=a+b=0.2〜60秒とするサイクルAを複数回含むことを特徴とする無鉛Snベースめっき膜の製造方法。 By immersing the substrate in a plating solution and applying an electric current, a plating layer on which the metal is deposited is laminated on the surface of the substrate, and the lamination interface of the plating layer is the crystal growth of the metal. A method for producing a lead-free Sn-based plating film comprising producing a lead-free Sn-based plating film which is a discontinuous surface,
In a current application pattern in which energization and stop of plating current during current application are repeated as one cycle, the energization time per cycle is a second, the stop time is b seconds, and D = a / (a + b ), A method for producing a lead-free Sn-based plating film, comprising a cycle A in which D = 0.1 to 0.9 and Ls1 = a + b = 0.2 to 60 seconds.
前記接点部分表面の少なくとも一方が、請求項1〜5のいずれか一に記載の無鉛Snベースめっき膜で構成されることを特徴とする接続部品の接点構造。 In the contact structure of a connecting part that forms an electric circuit by contacting a pair of detachable contact portions,
At least one of the said contact part surface is comprised with the lead-free Sn base plating film as described in any one of Claims 1-5, The contact structure of the connection components characterized by the above-mentioned.
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