(57)【要約】【課題】  Ｓｎ基ハンダ合金の接合界面又は押圧界面で、成長速度が遅い金属間化合物が生成し、上記界面での耐経年劣化特性が格段に優れた導電性被覆材料を提供する。【解決手段】  Ｓｎ又はＳｎ基合金が接合又は押圧された接合界面又は押圧界面に、Ｐｔ−Ｓｎ系金属間化合物（主として、ＰｔＳｎ4及びＰｔ3Ｓｎ17）を含む薄層が形成されていることを特徴とする耐経年劣化特性に優れたＰｔを含むＰｔ基導電性被覆材料。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎ又はＳｎ基合金が接合された接合界面に、Ｐｔ−Ｓｎ系金属間化合物を含む薄層が形成されていることを特徴とする耐経年劣化特性に優れたＰｔ基導電性被覆材料。
【請求項２】
Ｓｎ又はＳｎ基合金が押圧された押圧界面に、Ｐｔ−Ｓｎ系金属間化合物を含む薄層が形成されていることを特徴とする耐経年劣化特性に優れたＰｔ基導電性被覆材料。
【請求項３】
前記Ｐｔ−Ｓｎ系金属間化合物が、ＰｔＳｎ4及びＰｔ3Ｓｎ17であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＰｔ基導電性被覆材料。
【請求項４】
前記Ｐｔ基導電性被覆材料がＰｔであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＰｔ基導電性被覆材料。
【請求項５】
前記Ｐｔ基導電性被覆材料が電子機器用導電性部品用材料であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＰｔ基導電性被覆材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスのリードフレームやＩＣソケットのプローブピン等の電子機器用導電性部品用材料として用いる導電性被覆材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子デバイスのリードフレームやＩＣソケットのプローブピン等の電子機器用導電性部品用材料として、Ｃｕ基合金に純Ａｕをメッキ（被覆）し、耐食生を改善した導電性材料が広く使用されている。
【０００３】
しかし、Ａｕをメッキ（被覆）した導電性材料にＳｎ基ハンダ合金を接合すると、Ａｕメッキ層とＳｎ基ハンダ合金との接合界面に、ＡｕとＳｎの固相反応によって、電気抵抗が大きくて延性に乏しいＡｕ−Ｓｎ系金属間化合物が生成し、ハンダ接合部の電気特性や機械強度が劣化する。
【０００４】
そして、このＡｕ−Ｓｎ系金属間化合物は、通電時に発生するジュール熱によって加熱されて成長し、その層厚が増大するから、ハンダ接合部の電気特性や機械強度は経年劣化する。
【０００５】
また、ＩＣソケットを用いたＢＧＡ（Ball Grid Array）チップの通電検査のように、大気雰囲気中で、Ｓｎ基ハンダ合金の球状端子を、Ａｕをメッキしたプローブピンに機械的に接触せしめて通電すると、同様に、Ａｕ−Ｓｎ接触界面がジュール熱によって加熱されて、Ａｕ面にＡｕ−Ｓｎ系金属間化合物が生成し、上記と類似の経年劣化が進行する。
【０００６】
本発明者は、Ａｕ−Ｓｎ系金属間化合物の生成、成長に起因する経年劣化について、固相接合法を用いて系統的な研究を行い、速度論的な観点から、上記経年劣化の特徴を解明した（非特許文献１及び２、参照）。
【０００７】
即ち、純Ａｕを純Ｓｎで挟んだサンドイッチ状のＳｎ／Ａｕ／Ｓｎ試料を、１２０〜２００℃（３９３〜４７３Ｋ）の油浴中にて加熱処理し、固相反応によりＡｕ−Ｓｎ接合界面に生成するＡｕ−Ｓｎ系金属間化合物の成長形態を材料組織学的見地から観察し、上記接合界面には、Ｓｎ側からＡｕ側に向かって、ＡｕＳｎ4、ＡｕＳｎ2、ＡｕＳｎが層状に生成し成長することを解明した。
【０００８】
図１に、油浴温３９３Ｋ、４３３Ｋ、及び、４７３Ｋにおける層状のＡｕ−Ｓｎ系金属間化合物層の成長過程を、層の総厚（総層厚）ｌ（対数）と加熱時間ｔ（対数）の関係で示す。いずれの温度においても、総層厚ｌ（対数）と加熱時間ｔ（対数）は直線関係にあり、総層厚ｌは、加熱時間ｔの“べき乗”に比例して増加することが解かる。
【０００９】
図１中に記載した“べき指数ｎ”及び“比例係数ｋ”を用いて、総層厚ｌが１０μｍに達する加熱時間ｔを求めると、
１２０℃（３９３Ｋ）においては、ｔ＝１６ｈ、
１６０℃（４３３Ｋ）においては、ｔ＝１．７ｈ、
２００℃（４７３Ｋ）においては、ｔ＝１１ｍｉｎ、
となる。
【００１０】
即ち、ＡｕとＳｎが機械的に接触する接触界面においては、該界面が大気雰囲気の油浴中にあっても、Ａｕ−Ｓｎ系金属間化合物が速い速度で成長する。
【００１１】
Ａｕ−Ｓｎ系金属間化合物が成長すれば、ハンダ接合部の電気特性や機械強度は経年劣化するから、Ａｕをメッキ（被覆）した導電性材料は、Ｓｎ基ハンダ合金を接合又は押圧して使用する場合に寿命が短いという課題を抱えている。
【００１２】
【非特許文献１】T. Yamada, et al.: Formation of Intermetallic Compound Layers in Sn/Au/Sn Diffusion Couple during Annealing at 433K; J. Mater. Sci., 39 (2004) 2327-2334
【非特許文献２】梶原  正憲他：Ａｕ／Ｓｎ固相界面における反応拡散相の生成形態；熱処理、４３[５](２００３)２９７−２９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前述したように、Ａｕをメッキ（被覆）した導電性材料においては、Ｓｎ基ハンダ合金の接合界面又は押圧界面で、Ａｕ−Ｓｎ系金属間化合物が速い速度で成長し、電気特性や機械強度が経年劣化する。
【００１４】
そこで、本発明は、Ａｕに替わる導電性被覆材料として、Ｓｎ基ハンダ合金の接合界面又は押圧界面で、成長速度が遅い金属間化合物が生成し、上記界面での耐経年劣化特性が格段に優れた導電性被覆材料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】
【００１５】
ＡｕをメッキしたＣｕ基導電性合金の経年劣化を支配するＡｕ−Ｓｎ系金属間化合物の生成・成長の遅速は、ＡｕとＳｎの固相反応の速度論的な特徴に起因する。
【００１６】
そこで、本発明者は、Ａｕに替わり、導電性材料をメッキ（被覆）する新しい導電性被覆材料を見いだすべく、Ｓｎと他金属を固相接合し、接合界面で生成する金属間化合物とその成長を、材料組織学的及び速度論的な見地から観察し調査した。
【００１７】
その結果、Ｐｔ−Ｓｎ接合界面には、Ｐｔ側からＰｔＳｎ4、Ｐｔ3Ｓｎ17が生成し、このＰｔ−Ｓｎ系金属間化合物は、成長速度が極めて遅いものであることを見いだした。
【００１８】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００１９】
（１）Ｓｎ又はＳｎ基合金が接合された接合界面に、Ｐｔ−Ｓｎ系金属間化合物を含む薄層が形成されていることを特徴とする耐経年劣化特性に優れたＰｔ基導電性被覆材料。
【００２０】
（２）Ｓｎ又はＳｎ基合金が押圧された押圧界面に、Ｐｔ−Ｓｎ系金属間化合物を含む薄層が形成されていることを特徴とする耐経年劣化特性に優れたＰｔ基導電性被覆材料。
【００２１】
（３）前記Ｐｔ−Ｓｎ系金属間化合物が、ＰｔＳｎ4及びＰｔ3Ｓｎ17であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載のＰｔ基導電性被覆材料。
【００２２】
（４）前記Ｐｔ基導電性被覆材料がＰｔであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のＰｔ基導電性被覆材料。
【００２３】
（５）前記Ｐｔ基導電性被覆材料が電子機器用導電性部品用材料であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載のＰｔ基導電性被覆材料。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、耐経年劣化特性に優れたＰｔ基導電性被覆材料を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
まず、本発明者が、接合界面で生成、成長する金属間化合物を材料組織学的及び速度論的な見地から観察し、調査するために行った実験について説明する。
【００２６】
純度９９．９９％のＳｎの棒材を冷間圧延し、放電加工で、２×５×１２ｍｍ3の薄板試片を切り出し、該試片を、真空中で２００℃（４７３Ｋ）、２０ｈ加熱した後、化学研磨、機械研磨を施し、最終的には、粒径１μｍのダイヤモンドを用いて仕上げ研磨した。
【００２７】
一方、純度９９．９９％のＰｔ板材を厚さ１００μｍ程度にまで冷間圧延し、０．１×７×２０ｍｍ3の薄膜試片を切り出し、該試片を、真空中で１０００℃（１２７３Ｋ）、５ｈ加熱した後、王水で化学研磨した。
【００２８】
図２に示すように、２枚のＳｎ薄板試片の間にＰｔ薄膜試片を挟み、それを、２枚の試片挟持プレート１（Ｃｒ−Ｎｉ系オーステナイトステンレス鋼製）の間に置き、該プレート１をボルト２（純Ｍｏ製）で締め付け、試片に所要の押圧力を負荷して固定した（なお、挟み作業は、エタノール中で行う）。
【００２９】
サンドイッチ状の“Ｓｎ／Ｐｔ／Ｓｎ試料”（以下「ＳＰＳ試料」ということがある。）を、乾燥後、１６０℃（４３３Ｋ）、１８０℃（４５３Ｋ）及び２００℃（４７３Ｋ）のシリコン油浴に浸漬し、所要の時間、該試料に接合加熱処理を施した。
【００３０】
そして、上記処理により、ＰｔとＳｎの間に強固な接合界面が形成されたことを確認した後、さらに、シリコン油浴中において、所要の時間、等温加熱処理を施した。接合加熱処理時間と等温加熱処理時間の合計（以下「加熱時間ｔ」という。）は、７２〜１２００ｈである。
【００３１】
等温加熱処理を施したＳＰＳ試料については、Ｐｔ−Ｓｎ接合界面に垂直な断面の金属組織を、微分干渉型光学顕微鏡により観察するとともに、接合界面を横切る各成分の濃度分布を、Ｘ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）により定量分析した。
【００３２】
図３に、１８０℃（４５３Ｋ）で１２００ｈの加熱処理を施したＳＰＳ試料のＰｔ−Ｓｎ接合界面において観察された金属組織を示す。図３中、中央の水平帯状領域がＰｔであり、その上・下領域がＳｎであり、Ｐｔ−Ｓｎ接合界面に注目すると、黒味を帯びた厚さ１０μｍ程度の層状領域が認められる。
【００３３】
この層状領域が、ＰｔとＳｎの固相反応によって生成したＰｔ−Ｓｎ系金属間化合物が存在する領域である。この領域は、２００℃（４７３Ｋ）で加熱処理を施したＳＰＳ試料においても観察されたが、１６０℃（４３３Ｋ）で加熱処理を施したＳＰＳ試料では認められなかった。
【００３４】
さらに、上記層状領域を構成する金属間化合物を同定するため、ＥＰＭＡにより各成分（Ｐｔ、Ｓｎ）の濃度分布を定量分析した。
【００３５】
図４に、２００℃（４７３Ｋ）で１２００ｈの加熱処理を施したＳＰＳ試料のＰｔ−Ｓｎ接合界面における各成分（Ｐｔ、Ｓｎ）の濃度分布を示す。
【００３６】
図４に示すように、Ｐｔ−Ｓｎ接合界面には、Ｐｔ側からＳｎ側に向かってＰｔＳｎ4とＰｔ3Ｓｎ17の組成の異なる２種類のＰｔ−Ｓｎ系金属間化合物が存在し、ＰｔＳｎ4及びＰｔ3Ｓｎ17の厚さは、それぞれ、３０μｍ及び６μｍである。
【００３７】
なお、これらの金属間化合物は、いずれも、状態図上で固溶範囲が非常に狭いライン化合物であり、固相反応が進行して、ＰｔＳｎ4及びＰｔ3Ｓｎ17が生成しても、ＰｔとＳｎの組成は概ね初期組成のまま維持される。
【００３８】
そこで、本発明者は、微分干渉型光学顕微鏡により、加熱時間ｔ後における接合界面の金属組織を観察し、ＰｔＳｎ4及びＰｔ3Ｓｎ17の総層厚ｌを測定した。この測定は、加熱処理温度２００℃（４７３Ｋ）及び１８０℃（４５３Ｋ）において行った。
【００３９】
その結果を図５に示す。図５中、○印は、加熱処理温度２００℃（４７３Ｋ）での結果を示し、□印は、同温度１８０℃（４５３Ｋ）での結果を示す。同図の結果から、総層厚ｌは、加熱時間ｔの概ね平方根に比例して増加することが解かる。
【００４０】
ここで、Ｐｔ−Ｓｎ接合界面における総層厚の変化（図５）と、Ａｕ−Ｓｎ接合界面における総層厚の変化（図１）を対比するため、図５に示す結果と図１に示す結果を併せて図６に示す。
【００４１】
図６（ａ）は、加熱処理温度２００℃（４７３Ｋ）における対比を示し、図６（ｂ）は、同温度１８０℃（４５３Ｋ）における対比を示す。
【００４２】
これらの図によれば、Ａｕ−Ｓｎ系金属間化合物の場合、総層厚ｌが１０μｍに達する加熱時間は、加熱処理温度１８０℃でｔ＝２３９３ｓ（４０ｍｉｎ）、同温度２００℃でｔ＝６８３ｓ（１１．４ｍｉｎ）である一方、Ｐｔ−Ｓｎ系金属間化合物の場合、加熱時間は、加熱処理温度１８０℃でｔ＝５．５６×１０6ｓ（１５４５ｈ）、同温度２００℃でｔ＝６．３４×１０5ｓ（１７６ｈ）である。
【００４３】
すなわち、Ｐｔ−Ｓｎ接合界面で金属間化合物が生成し、その総層厚ｌが１０μｍに達する加熱時間は、Ａｕ−Ｓｎ接合界面で金属間化合物が生成し、その総層厚ｌが１０μｍに達する加熱時間に比べ、１８０℃で２３２３倍（≒５．５６×１０6／２３９３）、２００℃で９２８倍（≒６．３４×１０5／６８３）長い。
【００４４】
したがって、Ｐｔをメッキ（被覆）した導電性材料においては、耐経年劣化特性が、従来型のＡｕメッキ導電性材料よりも、９３０〜２３００倍優れていることになる。
【００４５】
この点が、本発明者が見いだし、本発明の基礎とした知見である。
【００４６】
上記知見は、直接には、Ｐｔ−Ｓｎ接合界面に係る知見であるが、Ｐｔ−Ｓｎ系金属間化合物（ＰｔＳｎ4及びＰｔ3Ｓｎ17）の生成、成長はＰｔとＳｎの固相反応によるから、この生成、成長は、ＰｔとＳｎ合金の接合界面、Ｐｔ基合金とＳｎの接合界面、及び、Ｐｔ基合金とＳｎ基合金の接合界面でも起こり得る。
【００４７】
したがって、本発明により、Ｓｎ又はＳｎ基合金が接合された接合界面に、成長速度の遅いＰｔ−Ｓｎ系金属間化合物を含む薄層が形成され、耐経年劣化特性に優れたＰｔ基導電性被覆材料を得ることができる。
【００４８】
なお、Ｐｔ基導電性被覆材料は、通常、Ｐｔを主成分とする導電性材料を意味するが、本発明ではＰｔを含むものとする。
【００４９】
また、Ｐｔ−Ｓｎ系金属間化合物は、Ｓｎ又はＳｎ基合金が、断続的に押圧され、押圧時に通電下で発生するジュールで加熱されたＰｔ−Ｓｎ押圧界面においても生成し、Ｐｔ−Ｓｎ系金属間化合物（接合界面の場合と同様に、ＰｔＳｎ4及びＰｔ3Ｓｎ17）を含む薄層が形成される。
【００５０】
しかし、前述したように、生成したＰｔ−Ｓｎ系金属間化合物は、その成長速度が極めて遅いので、Ｐｔ−Ｓｎ押圧界面での導電性及び機械的強度を阻害しない。
【００５１】
したがって、本発明により、Ｓｎ又はＳｎ基合金が押圧される押圧界面に、成長速度の遅いＰｔ−Ｓｎ系金属間化合物を含む薄層が形成され、耐経年劣化特性に優れたＰｔ基導電性被覆材料を得ることができる。
【００５２】
本発明では、微分干渉型光学顕微鏡による組織観察、及び、ＥＰＭＡによる定量分析により、Ｐｔ−Ｓｎ接合界面に垂直な断面にて、ＰｔＳｎ4及びＰｔ3Ｓｎ17を同定できたが、Ｐｔ−Ｓｎ状態図によれば、他の組成のＰｔ−Ｓｎ系金属間化合物も存在する。
【００５３】
それ故、Ｐｔ−Ｓｎ接合界面又はＰｔ−Ｓｎ押圧界面に形成されるＰｔ−Ｓｎ系金属間化合物の薄層は、接合界面の導電性及び機械的特性を阻害しない限度で、ＰｔとＰｔＳｎ4の間、ＰｔＳｎ4とＰｔ3Ｓｎ17の間、及び／又は、Ｐｔ3Ｓｎ17とＳｎの間に、他の組成のＰｔ−Ｓｎ金属間化合物を含んでいてもよい。
【００５４】
本発明のＰｔ基導電性被覆材料は、耐経年劣化特性に優れているので、電子機器用導電性部品用材料として有用である。
【００５５】
以上、本発明の最良の実施形態について説明したが、説明中で用いた条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。
【００５６】
本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【実施例】
【００５７】
前述した方法で作製したＳｎ薄板試片とＰｔ薄膜試片を用い、図２に示すように、“Ｓｎ／Ｐｔ／Ｓｎ試料”を作製し、該試料を乾燥後、２００℃（４７３Ｋ）のシリコン油浴に浸漬し、所要の時間、接合加熱処理を施した。
【００５８】
ＰｔとＳｎの間に強固な接合界面が形成されたことを確認した後、さらに、シリコン油浴中において、所要の時間、等温加熱処理を施した。加熱時間（接合加熱処理時間＋等温加熱処理時間）は、１２００ｈとした。
【００５９】
Ｐｔ−Ｓｎ接合界面に垂直な断面の金属組織を、微分干渉型光学顕微鏡により観察するとともに、接合界面を横切る各成分の濃度分布を、Ｘ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）により定量分析した。
【００６０】
結果は、図４及び図５に示すとおりのものであり、本発明の再現性を確認することができた。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
前述したように、本発明によれば、耐経年劣化特性に優れたＰｔ基導電性被覆材料を提供することができる。上記Ｐｔ基導電性被覆材料は、Ａｕに替わり、電子デバイスのリードフレームやＩＣソケットのプローブピン等の電子機器用導電性部品用材料として用いることができるので、本発明は、電子機器産業において利用可能性が大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】層状のＡｕ−Ｓｎ系金属間化合物層の成長過程を、層の総厚（総層厚）ｌ（対数）と加熱時間ｔ（対数）の関係で示す図である。
【図２】２枚のＳｎ薄板試片の間にＰｔ薄膜試片を挟んで固定し、サンドイッチ状の“Ｓｎ／Ｐｔ／Ｓｎ試料”を作製する態様を示す図である。
【図３】１８０℃（４５３Ｋ）で１２００ｈの加熱処理を施したＳｎ／Ｐｔ／Ｓｎ試料のＰｔ−Ｓｎ接合界面における金属組織を示す図である。
【図４】２００℃（４２３Ｋ）で１２００ｈの加熱処理を施したＳｎ／Ｐｔ／Ｓｎ試料のＰｔ−Ｓｎ接合界面における各成分の濃度分布を示す図である。
【図５】Ｐｔ−Ｓｎ系金属間化合物の総層厚ｌと加熱時間ｔ（加熱処理温度は２００℃（４７３Ｋ）と１８０℃（４５３Ｋ））との関係を示す図である。
【図６】Ｐｔ−Ｓｎ接合界面における総層厚の変化と、Ａｕ−Ｓｎ接合界面における総層厚の変化を対比する図である。図６（ａ）は、加熱処理温度２００℃（４７３Ｋ）における対比を示し、図６（ｂ）は、加熱処理温度１８０℃（４５３Ｋ）における対比を示す。
【符号の説明】
【００６３】
１    試片挟持プレート（Ｃｒ−Ｎｉ系オーステナイトステンレス鋼製）
２    ボルト（純Ｍｏ製）
【図１】
2006088451.tif 000003
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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