JP2009024194A

JP2009024194A - めっき部材

Info

Publication number: JP2009024194A
Application number: JP2007185759A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Sakano; 充坂野; Yasufumi Shibata; 靖文柴田; Takashi Nomura; 隆史野村; Shigeru Chikada; 滋近田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2009-02-05

Abstract

【課題】鉛フリーの材料からなるめっき層を有するめっき部材において、めっき層の結晶方位面およびその配向指数を制御してウィスカが発生するのを抑制する。
【解決手段】基材１の表面に鉛フリーの材料からなるめっき層２を有するめっき部材３において、めっき層における（３２１）面の配向指数を１５以上とし、かつ（２２０）面の配向指数を０．５以下とする。または、めっき層における（２２０）面の配向指数を１０以上とし、かつ（３２１）面の配向指数を１．０以下とする。
【選択図】図１

Description

本発明はめっき部材に関し、特に、ＩＣチップをリードフレームに搭載した半導体装置のような電子部品における外部端子のように、表面にめっき層を有するめっき部材に関する。

半導体装置のような電子部品において、外部端子の基材には銅、銅合金、黄銅、４２アロイなどが用いられるが、素地のままでは端子表面が酸化してはんだ付け不良等による導通不良を引き起こす恐れがある。そのために、通常、めっき等により端子表面に保護膜（めっき層）を形成して酸化を防いでいる。

めっき層の材料としてＳｎ合金等を用いる場合、従来から鉛を含む合金が用いられてきた。近年、環境負荷を軽減する観点から鉛フリー化が求められるようになり、前記端子のめっき層材料にも、例えば、Ｓｎ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｂｉ，Ｓｎ−Ａｇ合金のように、鉛を含まない材料が使用されるようになっている。しかし、鉛フリーの材料で電子部品の端子表面をめっき処理すると、めっき層から例えばＳｎの針状単結晶であるウィスカが発生する。

近年、例えばＩＣチップをリードフレームに搭載した半導体装置のような電子部品は一層の小型化が求められており、結果として、その端子間の間隔は数百μｍ程度まで狭くなってきている。前記ウィスカは数百μｍの長さにまで成長することがあり、前記のように端子間の間隔が数百μｍ程度と狭い場合には、発生したウィスカにより端子間ショートが発生する恐れがあるので、ウィスカの発生を抑制するための対策が求められている。

ウィスカの発生および成長のメカニズムは完全には解明されてないが、めっき層の残留応力あるいはめっき層に加わる圧縮応力が一因であるとの考えから、残留応力を積極的に開放するあるいはめっき層に加わる圧縮応力を低減するようにした解決策が、多く提案されている。一方、めっき層の結晶方位面およびその配向指数を制御することで、ウィスカの発生を抑制できることが分かりつつあり、そのアプローチからの解決策も既に提案されている。例えば、特許文献１には、Ｓｎめっき層の結晶粒界にＳｎ合金相を形成してウィスカの発生を抑制する技術であって、Ｓｎ合金相が形成しやすくするために、めっき層における（２２０）面と（３２１）面の配向指数を高くすることが記載されている。特許文献２には、Ｓｎめっき皮膜の結晶配向面が（２２０）面に優先配向すると共に、Ｓｎめっき皮膜形成後の皮膜応力を−７．２ＭＰａ以上０ＭＰａ以下とすることが記載されている。特許文献３には、Ｓｎめっき面の（２２０）／（２００）の面配向割合を大きくすることでウィスカを抑制することが記載されている。

特開２００６−２４９４６０号公報特開２００６−７０３４０号公報特開２００６−３２２０１４号公報

鉛フリーめっき層におけるウィスカの発生を抑制する技術として、上記のようにめっき層の結晶方位面およびその配向指数を制御する技術は、有効なものと考えられる。本発明者らも、この手法について多くの実験と研究を行ってきているが、従来提案されている方法は、いずれも充分な成果を上げているとは言い難く、なお改善すべき点があることを経験している。

本発明は上記のような事情のもとになされたものであり、本発明は、めっき層の結晶方位面およびその配向指数を制御する技術を用いて、より完全にウィスカの発生を抑制できるようにしためっき部材を提供することを課題とする。

上記の課題を解決すべく、本発明者らは、さらに実験と研究を行うことにより、めっき層の結晶方位面およびその配向指数を従来知られていなかった数値範囲のものとすることにより、特に冷熱サイクル時のウィスカ発生を抑制できることを見い出して、本発明をなすにいたった。

本発明は、上記の知見に基づいており、本発明の第１の形態によるめっき部材は、基材の表面に鉛フリーの材料からなるめっき層を有するめっき部材において、前記めっき層における（３２１）面の配向指数が１５以上であり、かつ（２２０）面の配向指数が０．５以下であることを特徴とする。

本発明の第２の形態によるめっき部材は、基材の表面に鉛フリーの材料からなるめっき層を有するめっき部材において、前記めっき層における（２２０）面の配向指数が１０以上であり、かつ（３２１）面の配向指数が１．０以下であることを特徴とする。

上記第１の形態および第２の形態によるめっき部材において、配向指数が上記の範囲を外れるものは、冷熱サイクルを繰り返し受けるようなめっき部材の場合に、ウィスカが発生する可能性が高く、好ましくない。

上記第１の形態および第２の形態によるめっき部材において、めっき層形成成分である鉛フリーの材料としては、Ｓｎあるいはそれらを第１材料とする合金が用いられる。好適には、めっき材料は、純Ｓｎ，またはＳｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｂｉ，Ｓｎ−ＡｇのようにＳｎ合金である。基材は、Ｃｕ、黄銅等のＣｕ合金、もしくは４２アロイであることが好適である。

本発明によれば、基材の表面に鉛フリーの材料からなるめっき層を形成しためっき部材において、特に冷熱サイクルを受けたときに、そのめっき層にウィスカが発生するのをほぼ完全に抑制することができる。

以下、本発明を実施例と比較例により説明する。
［実施例１］（前記第１の形態に係る実施例と比較例）
図１に示すように、Ｃｕ合金基材１の表面にＳｎ−Ｂｉ合金からなるめっき層２を形成して試験用めっき部材３とした。その際に、めっき層２の結晶方位面（２２０）面の配向指数を０．７２、（３２１）面の配向指数を１６．０としたもの（部材１）と、めっき層２の結晶方位面（２２０）面の配向指数を０．０３、（３２１）面の配向指数を２０．０としたもの（部材２）の２種を用意した。

２つの部材に対して、２５℃、５５℃、８５℃の恒温状態で２０００時間（ｈ）放置する恒温放置試験と、−４０℃と８５℃の間および０℃と６０℃の間での冷熱サイクルを２０００サイクル繰り替えする冷熱サイクル試験とを行い、ウィスカ発生の有無を走査型電子顕微鏡により観察した。その結果を表１に示した。

なお、実施例１において、配向指数の算出はＸ線回析装置を用い次式により行った。

配向指数＝（Ａ／Ｂ）／（Ｃ／Ｄ）
但し、Ａ：求める配向面のピーク強度測定値（ｃｐｓ）
Ｂ：考慮した配向面のピーク強度測定値の和（ｃｐｓ）
Ｃ：粉末Ｘ線解析による求める配向面のピーク強度（ｃｐｓ）
Ｄ：粉末Ｘ線解析による求める考慮した配向面のピーク強度の和（ｃｐｓ）

［評価］
実施例１における部材１、２において、双方とも恒温放置試験ではウィスカの発生はないが、冷熱サイクル試験では、部材１でウィスカが発生し、部材２ではウィスカが発生していない。このことから、鉛フリーの材料からなるめっき層における（３２１）面の配向指数が１６を越える場合であっても、（２２０）面の配向指数を０．０３以下とすることにより、ウィスカの発生のないめっき部材が得られることがわかる。

このことから、前記めっき層における（３２１）面の配向指数を１５以上とし、かつ（２２０）面の配向指数を０．５以下とすることにより、特に冷熱サイクルを受けたときにウィスカ発生を抑制できるめっき部材が得られることが充分に推測できる。

［実施例２］（前記第２の形態に係る実施例と比較例）
図１に示すように、Ｃｕ合金基材１の表面にＳｎ−Ａｇ合金からなるめっき層２を形成して試験用めっき部材３とした。その際に、めっき層２の結晶方位面（２２０）面の配向指数を１１．０、（３２１）面の配向指数を１．０７としたもの（部材３）と、めっき層２の結晶方位面（２２０）面の配向指数を１１．８、（３２１）面の配向指数を０．０８としたもの（部材４）の２種を用意した。なお、配向指数の算出は実施例１と同様にして行った。

２つの部材に対して、２５℃、５５℃、８５℃の恒温状態で２０００時間（ｈ）放置する恒温放置試験と、−４０℃と８５℃の間および０℃と６０℃の間の冷熱サイクルを２０００サイクル繰り替えする冷熱サイクル試験とを行い、ウィスカ発生の有無を走査型電子顕微鏡により観察した。その結果を表２に示した。

［評価］
実施例２における部材３、４において、双方とも恒温放置試験ではウィスカの発生はないが、冷熱サイクル試験では、部材３でウィスカが発生し、部材４ではウィスカが発生していない。このことから、鉛フリーの材料からなるめっき層における（２２０）面の配向指数が１１を越える場合であっても、（３２１）面の配向指数が１．０７の場合はウィスカが発生するが、（３２１）面の配向指数を０．０８とすることにより、ウィスカの発生のないめっき部材が得られることがわかる。

このことから、前記めっき層における（２２０）面の配向指数を１０以上とし、かつ（３２１）面の配向指数を１．０以下とすることにより、特に冷熱サイクルを受けたときにウィスカ発生を抑制できるめっき部材が得られることが充分に推測できる。

本発明によるめっき部材の一例を説明する概略図。

符号の説明

１…基材、２…めっき層、３…めっき部材

Claims

基材の表面に鉛フリーの材料からなるめっき層を有するめっき部材において、前記めっき層における（３２１）面の配向指数が１５以上であり、かつ（２２０）面の配向指数が０．５以下であることを特徴とするめっき部材。
基材の表面に鉛フリーの材料からなるめっき層を有するめっき部材において、前記めっき層における（２２０）面の配向指数が１０以上であり、かつ（３２１）面の配向指数が１．０以下であることを特徴とするめっき部材。
請求項１または２に記載のめっき部材において、めっき層形成成分はＳｎおよび／またはＳｎ合金であることを特徴とするめっき部材。
Ｓｎ合金はＳｎ−Ａｇ合金またはＳｎ−Ｂｉ合金である請求項３に記載のめっき部材。
基材がＣｕもしくはＣｕ合金または４２アロイである請求項１〜４のいずれかに記載のめっき部材。