(57)【要約】      （修正有）【解決手段】  錫又は錫合金皮膜に外部荷重が加えられることにより発生する接圧ウィスカの発生状態を評価する方法で、錫又は錫合金皮膜が形成された試料に対し、この試料面積より小さい面積にて荷重を加えた状態で所定期間放置した後、ウィスカの発生の有無及び発生の程度を観察する。【効果】  促進テストとして簡易に実現し、接圧ウィスカの特性を短期間で速やかに評価することができる。接圧個所があると、通常状態では発生しない錫や錫合金めっき皮膜にウィスカが発生するが、各種電子部品においてかかる接圧ウィスカの発生状況を予め評価することができ、錫めっきや錫合金めっきの液組成、めっき条件等が及ぼす錫、錫合金めっき皮膜の接圧ウィスカ発生の傾向等を系統的に調べることが容易であり、接圧ウィスカが発生し難い電子部品の構造改良、錫、錫合金めっき液、めっき条件の検証、改良、開発に有効に利用することができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
錫又は錫合金皮膜に外部荷重が加えられることにより発生する接圧ウィスカの発生状態を評価する方法であって、錫又は錫合金皮膜が形成された試料に対し、この試料面積より小さい面積にて荷重を加えた状態で所定期間放置した後、ウィスカの発生の有無及び発生の程度を観察することを特徴とする接圧ウィスカ発生状態の評価方法。
【請求項２】
錫又は錫合金皮膜に外部荷重が加えられることにより発生する接圧ウィスカの発生状態を評価する評価具であって、錫又は錫合金皮膜が形成された試料を挾持する挾持体と、この挾持体に挾持された試料にこの試料面積より小さい面積にて圧接する圧接部とを備えたことを特徴とする接圧ウィスカ評価具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、錫又は錫合金皮膜からの接圧ウィスカの発生の有無、発生の程度を予め評価するための接圧ウィスカ発生状態の評価方法及びこれに用いる評価具に関する。
【背景技術】
【０００２】
錫や錫合金めっき皮膜は、皮膜に内部応力があるとウィスカが発生することが知られており、このウィスカにより回路がショートするなどの問題が発生する。
【０００３】
このため、めっき液の改良を行うなど、従来より、錫、錫合金めっき皮膜の内部応力を低減させる種々の方法が提案されている。しかし、内部応力が低減され、それ自体ウィスカが発生し難い部材であっても、これに外部から応力が加わると、接圧ウィスカが発生する。ここで、接圧とは、例えばコネクター等の電子部品において、コンタクトの挿入部分にフレキシブル基板を嵌合する場合に差し込まれ、接している錫又は錫合金皮膜個所にかかる外部荷重など、錫又は錫合金皮膜に他部材が圧接固定された際に錫又は錫合金皮膜に加えられた外部荷重であり、電子部品の嵌合個所、接点部分などには表面処理としてＳｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｂｉ等のめっきが施されてきたが、これら嵌合個所、接点部分などの圧接部位には接圧ウィスカが発生する。
【０００４】
図１は、一の部材ａと他の部材ｂとの嵌合状態の一例を示すもので、図中ｃの部分が接圧個所である。
具体的には、図２に示すコネクター１には、コネクターピン２に錫又は錫合金めっきが施される。この場合、図２のようなリード３が差し込まれない状態では、コネクターピン２は、内部応力が緩和されるように加熱処理やめっき液の改良が行われているため、長時間放置してもウィスカは発生しない。しかし、ポリイミド４により互いに接触しないように絶縁隔離されたパターン５を有するリード３がコネクター１に差し込まれた場合、コネクターピン２には外部荷重がかかる。そうすると、コネクターピン２の錫又は錫合金めっき皮膜に内部応力があるのと同じ状態となり、ウィスカ（接圧ウィスカ）が発生する。これにより、リード３のポリイミド４による絶縁が阻害され、パターン５間がショートするおそれが生じる。
【０００５】
また、図３に示す水晶発振子においては、容器６の内外表面に錫又は錫合金めっきが施され、この容器６内に水晶発振子７が圧入される。ここで、８は水晶体、９はリード端子、１０はリード端子を被覆絶縁保護するシリコーン樹脂製のリード端子カバーである。上記圧入により、図３において、Ｘの部分の容器６めっき皮膜に外部荷重が加わる。発振子には、上述したように、リードのショート防止の目的でリード端子カバーが備えられているが、容器６の錫又は錫合金めっき皮膜から接圧ウィスカＷがリード端子カバー１０内を成長し、リード端子９と接触することでショートするおそれがある。
【０００６】
従来、このような接圧ウィスカが発生するか否か、あるいはどの程度発生するのか予め簡便に評価する方法は知られておらず、実際に互いに嵌合すべき電子部材相互を嵌合し、接圧ウィスカ発生の有無を確認するという実テストを行うほかはなく、このため手間を要し、ウィスカの確認までに時間がかかっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、接圧ウィスカの発生有無や程度を簡単に、短期間で評価することができる接圧ウィスカ発生状態の評価方法及び評価具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するため、下記の接圧ウィスカ発生状態の評価方法及び評価具を提供する。
（１）錫又は錫合金皮膜に外部荷重が加えられることにより発生する接圧ウィスカの発生状態を評価する方法であって、錫又は錫合金皮膜が形成された試料に対し、この試料面積より小さい面積にて荷重を加えた状態で所定期間放置した後、ウィスカの発生の有無及び発生の程度を観察することを特徴とする接圧ウィスカ発生状態の評価方法。
（２）錫又は錫合金皮膜に外部荷重が加えられることにより発生する接圧ウィスカの発生状態を評価する評価具であって、錫又は錫合金皮膜が形成された試料を挾持する挾持体と、この挾持体に挾持された試料にこの試料面積より小さい面積にて圧接する圧接部とを備えたことを特徴とする接圧ウィスカ評価具。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、錫又は錫合金皮膜の接圧個所に生じるウィスカ（接圧ウィスカ）発生の有無及び発生頻度を、接圧擬似状況を作ることにより、促進テストとして簡易に実現し、接圧ウィスカの特性を短期間で速やかに評価することができる。このため、接圧個所があると、通常状態では発生しない錫や錫合金めっき皮膜にウィスカが発生するが、各種電子部品においてかかる接圧ウィスカの発生状況を予め評価することができると共に、錫めっきや錫合金めっきの液組成、めっき条件等が及ぼす錫、錫合金めっき皮膜の接圧ウィスカ発生の傾向等を多数の錫、錫合金めっき皮膜について系統的に調べることが容易であり、接圧ウィスカが発生し難い電子部品の構造改良、錫、錫合金めっき液、めっき条件の検証、改良、開発に有効に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の錫又は錫合金皮膜に外部荷重が加えられることにより発生する接圧ウィスカの発生状態を評価する方法は、錫又は錫合金皮膜が形成された試料に対し、この試料面積より小さい面積にて荷重を加えた状態で所定期間放置した後、ウィスカの発生の有無及び発生の程度を観察するものである。
【００１１】
この場合、錫又は錫合金皮膜は、通常、めっき法にて形成される。めっきは電気めっき法でも無電解めっき法でもよく、また真空蒸着等の気相めっき法も採用し得る。皮膜厚さは、部材の種類、使用目的等により適宜選定されるが、通常０．５〜１５μｍ、好ましくは１．５〜６μｍである。錫合金皮膜としては、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｂｉ等が挙げられるが、錫合金中の錫含有量は５０質量％以上であることが好ましい。
【００１２】
錫又は錫合金皮膜が形成された試料に対し与えられる荷重は、この試料の評価、検証により接圧ウィスカの発生状態の知見が求められる部材に関して、この部材に加えられる他部材からの圧接固定による荷重以上の荷重であることが好ましく、付与される荷重がこれより小さいと、上記試料の評価、検証で接圧ウィスカが発生しなくても、上記部材の実使用では、接圧ウィスカが発生するおそれがある。
【００１３】
なお、上記部材に加えられる他部材の圧接力は、通常、コネクター使用時の嵌合個所では３〜５ｋｇ／ｍｍ2であるが、これに限られるものではない。また、この圧接力（荷重）以上の荷重の上限は、一の部材が機械的に破壊しない限り可能であるが、後述する目玉クリップ方式においては、荷重４００〜１，３００ｇとすることができ、このとき試料へは２２〜２６ｋｇ／ｍｍ2程度の圧接力を加えることができる。
【００１４】
更に、試料に荷重を加える際、荷重の加えられる面積は、この試料（この試料が有する錫又は錫合金皮膜）の面積よりも小さい面積であることが必要であり、試料に対して線接触又は点接触するように圧接部により荷重を加えることが、理由は不明であるが、接圧ウィスカの発生促進に有利である。このため、試料に荷重を加えるための圧接部の先端形状は、球状又は半球状の形状が最適である。点接触でも圧接部の先端を錐形状とした場合、荷重のかかる力の方向性が生じるおそれがあり、安定してウィスカの発生を促進するためには、上述したように、球状又は半球状のほうがより好ましい。
【００１５】
また、試料に荷重を加える圧接部は、少なくとも試料に接触する接触部が金属、特にステンレススチールやアルミニウムがよく、とりわけ金属拡散が起こり難いアルミニウムが好ましく、これにより接圧ウィスカの圧接部側からの発生要因を実質的に圧接部による圧接力にとどめることができる。但し、実使用における接圧ウィスカの状況を調べる場合は、上記他部材の圧接部と同様の材質とすること、即ち、コネクターの場合、リードと同金属材質である金とすることが推奨される。
【００１６】
試料に対し、荷重を加えた状態で放置する期間は特に制限されず、適宜選定されるが、１〜１０日間、特に１〜３日間程度とすることが好ましい。また放置条件は、室温で大気圧下に放置すればよい。
【００１７】
以上のような評価方法を実施するために用いる接圧ウィスカ評価具は、錫又は錫合金皮膜に外部荷重が加えられることにより発生する接圧ウィスカの発生状態を評価する評価具であって、錫又は錫合金皮膜が形成された試料を挾持する挾持体と、この挾持体に挾持された試料にこの試料面積より小さな面積にて圧接する圧接部とを備えた構成とすることができる。
【００１８】
図４は、このような評価具として市販の目玉クリップを利用した例であり、この目玉クリップからなる挾持体１１の挟み口１２の内面一側に両面接着テープ等を用いて球体１３を接着、固定し（図では、直径１ｍｍの３個の球体１３を互いにほぼ等間隔ずつ離間させた状態で並列してある）、この球体１３（３個の球体の場合は中央の球体のみ）に試料１４の錫又は錫合金皮膜が接触するように上記挟み口１２の内面他側に配置して該挟み口１２にて試料１４を挟む構成とすることができる。
【００１９】
また、図５は、断面コ字状のプラスチック製の挾持体２１で、この挾持体２１の開口部２２からこの開口部２２より肉厚の試料を押し込み、開口部２２を弾発的に押し広げるようにして試料を挾持するもので、この場合、試料の錫又は錫合金皮膜に接触する挾持体２１の面部分が圧接部を構成する。
【００２０】
図６は、評価具の別の例を示すもので、ヒンジ３４にて２枚の板体３２，３３を開閉可能に連結してなる挾持体３１の一方の板体３２の内面に試料３５を保持する試料保持部３６を固定し、またこの試料３５に対向するように、他方の板体３３の内面に圧接部３７を設け、板体３２，３３を閉じた際に該圧接部３７に試料３５を接触させると共に、他方の板体３３の先端部（開口部側）に設けた止め具３８，３８にて一方の板体３２を固定した際、一方の板体３２の開口部側が他方の板体３３に挾圧され、これにより試料３５に圧接部３７が所要荷重で圧接されるようになっている。なお、上記圧接部３７は、図に示すように複数個（図面においては３個）設けることができるが、試料３５に接触する圧接部３７は中央の１個のみとすることがよい。
【００２１】
図７は、更に評価具の別の例を示すもので、この例は前面が開放する箱体４１の内部下面に圧接部４２を設け、この圧接部４２より少なくとも試料４３の厚さ分、上方に仕切板部４４を設け、更に仕切板部４４の上方に存して箱体４１に中央にねじ穴を有する回転板４５を回転可能に支承すると共に、上記回転体４５のねじ穴にねじ棒４６をこのねじ棒４６の先端部が上記仕切板部４４を貫通するように螺合し、上記回転体４５を左右に回転させることにより、ねじ棒４６が上下に移動するようになっている。試料４３は、圧接部４２と仕切板部４４との間に配設し、回転体４５を操作してねじ棒４６を下降させ、ねじ棒４６下端面で試料４３を圧接部４２に押圧することにより、試料４３が所用圧接力で圧接部４２に圧接されるものである。この場合、上記箱体４１、回転体４５、ねじ棒４６にて挾持体が構成されるものである。
【００２２】
なお、上記図６，７における圧接部３７，４２の態様として、図８〜１３を挙げることができる。図８の例は圧接部５２が配設される部材５１に粘着テープ５３を介して圧接部５２として球体を接着固定したもの、図９〜１１はそれぞれ部材５１に圧接部５２として半球状突起あるいは円錐状突起や角錐台状突起を予め突設した例、図１２は部材５１に断面三角形状の突条を圧接部５２として突設した例、図１３は球状の圧接部５２を部材５１に形成した嵌着孔５４に嵌入した例であるが、これらの例に限定されるものではない。
また、Ｓｎ−Ｃｕ合金めっきを形成する素地（板）がＣｕやＣｕ合金（黄銅やリン青銅）の場合、Ｓｎ−Ｃｕ合金めっき皮膜へ素地からの微量元素の拡散が起こるおそれがあり、これによるウィスカの発生を抑制する視点から、４２アロイ板を素地に用いることが好適である。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
なお、下記の例で、接圧ウィスカの発生測定方法としては、下記接圧クリップ方法を用いた。
【００２４】
接圧クリップ方法
図４に示す目玉クリップ１１（６５ｍｍ幅）からなる挾持体１１の挟み口１２の内面片側に両面接着テープを貼り、この上に直径１ｍｍのステンレススチール球（ＳＵＳ球）１３を３個互いにほぼ等間隔ずつ並列させた状態で接着すると共に、０．３ｍｍ厚さ×１５ｍｍ幅×２０ｍｍ長さの大きさのＮｉ−Ｆｅ（４２アロイ）合金板の片面にＳｎ−Ｃｕ合金電気めっき皮膜（Ｃｕ含量２．０ｗｔ％）を膜厚５．７μｍで形成した試料１４を、そのめっき皮膜が中央のＳＵＳ球１３に接触するように挟み、この載荷状態で一定期間（１〜１０日間）経過した後に試料を外し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によってウィスカを観察し、ＳＥＭ像から接圧ウィスカをカウントし、ウィスカ発生数の結果を定量的にデータ化した。なお、この目玉クリップ方式によれば、短期間（１〜３日間）で接圧ウィスカの発生状態を調べることができるものである。
【００２５】
上記接圧クリップ方法において、試料を挟んだときの試料に与える接圧力（圧接力）は、荷重７５０ｇ（２４ｋｇ／ｍｍ2程度）であり、試料圧接状態で１５０℃において所定時間熱処理後、３日間室温に放置し、ウィスカの状況を調べた。熱処理時間とウィスカ発生個数との関係を示す結果を図１４に示す。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明における一の部材と他の部材との嵌合状態の一例を示した図である。
【図２】本発明における一の部材と他の部材の一の具体例を示した図である。
【図３】本発明における一の部材と他の部材の他の具体例を示した図であって、（Ｂ）は（Ａ）のＸ部の拡大図である。
【図４】本発明における接圧ウィスカ評価具として市販の目玉クリップを利用した例を示した図である。
【図５】本発明における接圧ウィスカ評価具の一の例を示した図である。
【図６】本発明における接圧ウィスカ評価具の他の例を示した図である。
【図７】本発明における接圧ウィスカ評価具の別の例を示した図である。
【図８】本発明における圧接部の具体的な形態の第一の例を示した図である。
【図９】本発明における圧接部の具体的な形態の第二の例を示した図である。
【図１０】本発明における圧接部の具体的な形態の第三の例を示した図である。
【図１１】本発明における圧接部の具体的な形態の第四の例を示した図である。
【図１２】本発明における圧接部の具体的な形態の第五の例を示した図である。
【図１３】本発明における圧接部の具体的な形態の第六の例を示した図である。
【図１４】本発明の実施例における熱処理時間とウィスカ発生個数との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  コネクター
２  コネクターピン
３  リード
４  ポリイミド
５  パターン
ａ、ｂ  部材
ｃ  接圧個所
Ｗ  接圧ウィスカ
１１、２１、３１  挾持体
１４、３５、４３  試料
３７、４２、５２  圧接部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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