(57)【要約】【課題】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、ウィスカの発生を抑制する。【解決手段】基材１の表面に鉛フリーの材料からなる純Ｓｎめっき層２を有するめっき部材３において、純Ｓｎめっき層における（１０１）面と（１１２）面の配向指数を他の結晶方位面の配向指数よりも高い値とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に鉛フリーの材料からなる純Ｓｎ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（１０１）面と（１１２）面の配向指数が他の結晶方位面の配向指数よりも高いことを特徴とするめっき部材。
【請求項２】
請求項１に記載のめっき部材であって、（１０１）面の配向指数が１以上５以下、（１１２）面の配向指数が５以上２０以下であることを特徴とするめっき部材。
【請求項３】
基材の表面に鉛フリーでありベース酸に少なくとも金属Ｓｎ成分と光沢剤を配合しためっき液を用いて電気メッキにより純Ｓｎめっき層を形成する方法であって、めっき工程を電流密度１〜３Ａ／ｄｍ２で行うことにより、形成されるめっき層における（１０１）面と（１１２）面の配向指数を他の結晶方位面の配向指数よりも高くすることを特徴とするめっき層の形成方法。
【請求項４】
めっき工程後に、めっき層に対してさらに熱処理工程を行うことを特徴とする請求項３に記載のめっき層の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はめっき部材およびめっき層の形成方法に関し、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と、そのようなめっき部材におけるめっき層の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（鉄とＮｉが４２％の合金）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。
【０００３】
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、純Ｓｎ、あるいはＳｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｂｉ，Ｓｎ−ＡｇのようなＳｎ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。
【０００４】
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、電子部品等において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。
【０００５】
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いないが、めっき層中に蓄積された内部応力が一因であるとの考えから、めっき層の内部応力を除去することでウィスカの発生を抑制しようとする提案がなされており、例えば、特許文献１には、Ｐｂを含まないＳｎ合金めっき層を、めっき後にその融点より高い温度で加熱してリフローさせて内部応力を開放することで、ウィスカの発生を抑制できることが記載されている。
【０００６】
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も提案されており、例えば、特許文献２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。
【０００７】
さらに、特許文献３には、Ｓｎ−Ｃｕ合金めっき浴を用いてＰｂフリーの電気メッキをするときに、めっき液に光沢剤を配合すること、電流密度０．０１〜１００Ａ／ｄｍ２で行うこと、が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１４４８３９号公報
【特許文献２】特開２００６−２４９４６０号公報
【特許文献３】特開２００１−２６８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らは、鉛フリーめっき層でのウィスカの発生を抑制する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ウィスカ抑制のための方法は、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。特に、めっき層の結晶方位面およびその配向指数を制御することで、ウィスカの発生を抑制することに関しては、いまだ充分な解析がなされているとは言い難い。
【００１０】
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、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、ウィスカの発生をほぼ完全に抑制することができる結晶方位面およびその配向指数を備えためっき層を有するめっき部材を提供することを課題とする。また、そのようなめっき層を形成する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、基材の表面に鉛フリーの材料からなる純Ｓｎめっき層を有するめっき部材において、その純Ｓｎめっき層の少なくとも表面における（１０１）面と（１１２）面の配向指数を他の結晶方位面の配向指数よりも高くすることにより、当該純Ｓｎめっき層でのウィスカの発生をほぼ完全に抑制することができるという、新規な事実を知見した。
【００１２】
本発明は、上記の知見に基づいており、本出願の第１の発明であるめっき部材は、基材の表面に鉛フリーの材料からなる純Ｓｎ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（１０１）面と（１１２）面の配向指数が他の結晶方位面の配向指数よりも高いことを特徴とする。より好ましくは、（１０１）面の配向指数が１以上５以下、（１１２）面の配向指数が５以上２０以下である。
【００１３】
後の実施例に示すように、本発明によるめっき部材は、めっき層からのウィスカの発生をほぼ完全に抑制することができる。
【００１４】
本出願の第２の発明であるめっき層の形成方法は、基材の表面に鉛フリーでありベース酸に少なくとも金属Ｓｎ成分と光沢剤を配合しためっき液を用いて電気メッキにより純Ｓｎめっき層を形成する方法であって、めっき工程を電流密度１〜３Ａ／ｄｍ２で行うことにより、形成されるめっき層における（１０１）面と（１１２）面の配向指数を他の結晶方位面の配向指数よりも高くすることを特徴とする。
【００１５】
後の実施例に示すように、本発明による形成方法で作られためっき層は、（１０１）面と（１１２）面の配向指数が他の結晶方位面の配向指数よりも高くなっており、ウィスカの発生をほぼ完全に抑制することができる。めっき工程での電流密度が上記の範囲を外れる場合には、（１０１）面および（１１２）面以外であるいくつかの結晶方位面に、（１０１）面および（１１２）面の配向指数よりも低いレベルではあるが、やや高い配向指数が顕れるようになり、ウィスカ抑制効果が低下する。
【００１６】
なお、本発明において、光沢剤は従来知られたものを適宜用いることができ、一例として、ケトン系光沢剤およびノニオン系界面活性剤等を挙げることができる。
【００１７】
本発明による形成方法において、めっき工程後に、めっき層に対してさらに熱処理工程を行うこともできる。熱処理の温度はＳｎの融点以下の温度が好ましく、より好ましくは１００〜１５０℃の温度である。
【００１８】
後の実施例に示すように、めっき工程後に熱処理を行うことにより、（１１２）面の配向指数をさらに高いものとすることができる。それにより、めっき層からのウィスカの発生はより確実にできることが期待できる。熱処理温度が１００℃未満の場合には、熱処理に要する時間が長くなるので好ましくなく、熱処理温度が１５０℃を越えると、純Ｓｎめっき層が溶融して結晶構造が変わってしまう恐れがあるので好ましくない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、基材の表面に鉛フリーの材料からなる純Ｓｎめっき層を形成しためっき部材において、その純Ｓｎ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。そのために、本発明によるめっき部材は、端子間の間隔が数百μｍ程度まで狭くなってきている、例えばＩＣチップをリードフレームのような部材の端子部分に好適に採用することができる。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明を実施例と比較例により説明する。
【００２１】
［実施例１］
図１に示すように、４２アロイ（鉄とＮｉが４２％の合金）である基材１に対して下記表１の条件で電気メッキを行い、基材１の表面に純Ｓｎめっき層２を形成して試験用めっき部材３とした。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
［ウィスカ発生試験］
上記試験用めっき部材３に対して、高温側６０℃、低温側０℃、各２０ｍｉｎの冷熱衝撃試験を１０００サイクル実施して、めっき層表面での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。結果を図２（ａ）に示すように、ウィスカの発生は観察されなかった。
【００２４】
［結晶方位分析］
上記試験用めっき部材３に対して、Ｘ線解析法により、めっき層表面の結晶方位を分析した。その結果を図３に示した。図３に示すように、（１０１）面と（１１２）面でピーク値を示しており、その配向指数は、（１０１）面がほぼ１，（１１２）面がほぼ１５であった。また、他の結晶方位面のピークはほとんど検出されなかった。
【００２５】
［比較例１］
実施例１と同じ基材に対して下記表２の条件で電気メッキを行い、基材の表面に純Ｓｎめっき層を形成して試験用めっき部材とした。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
［ウィスカ発生試験］
上記試験用めっき部材に対して、実施例１と同じ冷熱衝撃試験を実施して、めっき層表面での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。結果を図２（ｂ）に示すように、５０μｍを超える長さのウィスカが観察されなかった。
【００２８】
［結晶方位分析］
上記試験用めっき部材に対して、Ｘ線解析法により、純Ｓｎめっき層表面の結晶方位を分析したところ、（２２０）面と（４２０）面と（３２１）面でピーク値が観察された。
【００２９】
［考察］
実施例１と比較例１とから、純Ｓｎめっき層を形成しためっき部材において、めっき層表面に（１０１）面と（１１２）面とに高い配向指数を与えることにより、ウィスカの発生を抑制できることがわかる。比較例１では、純Ｓｎめっき層であっても、（１０１）面と（１１２）面以外の面である（２２０）面と（４２０）面と（３２１）面が、他の面と比較して高い配向指数を示しており、それによりウィスカが発生したものと推測できる。また、めっき処理工程において、実施例１と比較例１とでは、実施例１では光沢剤を含んだめっき液を用い、比較例１では半光沢剤を含んだめっき液を用いていることを除き、他は実質的にほぼ同じであることから、純Ｓｎめっき処理を施すに当たって、めっき液に光沢剤を配合することにより、純Ｓｎめっき層表面において、（１０１）面と（１１２）面とに高い配向指数を与えることができることがわかる。
【００３０】
［実施例２］
実施例１と同じ基材とめっき液を用い、電流密度のみを、０．５Ａ／ｄｍ２、１．０Ａ／ｄｍ２、５．０Ａ／ｄｍ２の３段階に変化させて、試験用めっき部材を作成した。それぞれの試験用めっき部材に対して、実施例１と同様に、Ｘ線解析法により、めっき層表面の結晶方位を分析した。その結果を図４（０．５Ａ／ｄｍ２）、図５（１．０Ａ／ｄｍ２）、図６（５．０Ａ／ｄｍ２）に示した。また、それぞれの（１０１）面と（１１２）面の配向指数を図７に示した。なお、図７には、実施例１における、電流密度３．０Ａ／ｄｍ２での（１０１）面と（１１２）面の配向指数も示している。
【００３１】
電流密度が０．５Ａ／ｄｍ２では、図７に示すように、（１０１）面の配向指数がほぼ２、（１１２）面の配向指数がほぼ１２と、高い配向指数を示すが、図４に示すように、（１１２）面と（１１２）面以外の他の配向面、例えば（２２０）面、（２１１）面、（３１２）面等においてピーク値が顕れており、実施例１のものと比較して、ウィスカ抑制効果が、やや低下するものと推測される。
【００３２】
電流密度が１．０Ａ／ｄｍ２では、図７に示すように、（１０１）面の配向指数がほぼ４、（１１２）面の配向指数がほぼ６と、高い配向指数を示し、さらに、図５に示すように、（１１２）面と（１１２）面以外の他の配向面ではピーク値はほとんど顕れていない。従って、この場合には、実施例１のものほぼ同等のウィスカ抑制効果が得られるものと推測される。
【００３３】
電流密度が５．０Ａ／ｄｍ２では、図７に示すように、（１０１）面の配向指数がほぼ２、（１１２）面の配向指数がほぼ５と、高い配向指数を示すが、図６に示すように、他の配向面、例えば（２２０）面、（２１１）面、（４２０）面、（３１２）面等においてピーク値が顕れており、実施例１のものと比較して、ウィスカ抑制効果が、やや低下するものと推測される。
【００３４】
［考察］
以上のことから、本発明によるめっき層の形成方法において、めっき工程を電流密度１〜３Ａ／ｄｍ２で行うことで、より高いウィスカ抑制効果が得られることが推測できる。また、（１０１）面の配向指数が１以上５以下であり、（１１２）面の配向指数が５以上２０以下であることで、高いウィスカ抑制効果が得られることが推測できる。
【００３５】
［実施例３］
実施例１および実施例２で得られた４種の試験用めっき部材に対して、めっき層形成後に、１２５℃、４０時間の熱処理を施した。熱処理後の試験用めっき部材について、（１１２）面の配向指数を求めた。その結果を図８に実線で示した。図８には熱処理前の（１１２）面の配向指数も破線で示している。
【００３６】
［考察］
図８に示すように、めっき処理を電流密度１．０Ａ／ｄｍ２、３Ａ／ｄｍ２、５．０Ａ／ｄｍ２で行った試験用めっき部材では、熱処理を行うことにより、（１１２）面の配向指数がさらに高くなっている。このことから、本発明によるめっき層の形成方法において、めっき工程後に、めっき層に対してさらに熱処理工程を行うことにより、さらに高いウィスカ抑制効果が得られることが推測できる。なお、電流密度０．５Ａ／ｄｍ２でめっき処理を行った試験用めっき部材では、（１１２）面の配向指数の向上は観察されない。このことからも、めっき工程を電流密度１〜３Ａ／ｄｍ２で行うことが好ましいことが示される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】試験用めっき部材を説明する図。
【図２】図２（ａ）はウィスカの発生がない本発明によるめっき部材のめっき層表面の写真、図２（ｂ）はウィスカが発生しためっき部材のめっき層表面の写真。
【図３】めっき層表面のＸ線解析法による解析グラフ（３．０Ａ／ｄｍ２）。
【図４】めっき層表面のＸ線解析法による解析グラフ（０．５Ａ／ｄｍ２）。
【図５】めっき層表面のＸ線解析法による解析グラフ（１．０Ａ／ｄｍ２）。
【図６】めっき層表面のＸ線解析法による解析グラフ（５．０Ａ／ｄｍ２）。
【図７】（１０１）面と（１１２）面の配向指数と電流密度の関係を示すグラフ。
【図８】熱処理前後での（１１２）面の配向指数を比較するグラフ。
【００３８】
１…基材、２…純Ｓｎめっき層、３…めっき部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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