(57)【要約】【課題】表面積が異なり形状が異なる被めっき物にめっきを行う場合や、形状が同じ被めっき物であっても量産する場合に、常に規格内の合金比率を維持することを可能とするＳｎ合金めっき方法を提供する。【解決手段】Ｐｂを除き、Ｓｎより貴な電位をもつ合金化金属とＳｎとからなるめっき液（６）を使用し、被めっき物の表面積１ｃｍ2当たり５〜１５０Ｌ／ｍｉｎまたは表面積１ｃｍ2当たりＳｎ：１．５モル／ｍｉｎ〜１３０モル／ｍｉｎで通流するように、ポンプ（９）にインバータ（１４）を接続して、めっき液の流量を制御する。めっき装置は、めっき液（６）を循環および攪拌する連続シートめっき装置が望ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐｂを除き、Ｓｎより貴な電位をもつ合金化金属とＳｎとからなるめっき液を使用し、被めっき物の形状に応じて、めっき液の流量を制御することを特徴とする請求項１に記載のＳｎ合金めっき方法。
【請求項２】
前記合金化金属は、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕからなる群から選ばれる１種以上であり、合金化金属の合金比率が０．５〜２５質量％であることを特徴とする請求項１に記載のＳｎ合金めっき方法。
【請求項３】
前記めっき液の流量は、前記被めっき物の形状から算出される表面積により制御され、かつ、被めっき物の表面積１ｃｍ2当たり５〜１５０Ｌ／ｍｉｎでめっき液が通流するように、前記めっき液の流量を制御することを特徴とする請求項１に記載のＳｎ合金めっき方法。
【請求項４】
前記被めっき物の表面積１ｃｍ2当たりＳｎ：１．５モル／ｍｉｎ〜１３０モル／ｍｉｎでめっき液が通流するように、前記めっき液の流量を制御することを特徴とする請求項１に記載のＳｎ合金めっき方法。
【請求項５】
めっき液を循環および攪拌するめっき装置を使用することを特徴とする請求項１または２に記載のＳｎ合金めっき方法。
【請求項６】
前記めっき装置に使用されるめっき液循環用のポンプに接続されたインバータにより、前記めっき液の流量の制御を行うことを特徴とする請求項３に記載のＳｎ合金めっき方法。
【請求項７】
前記めっき装置は、連続シートめっき装置であることを特徴とする請求項３または４に記載のＳｎ合金めっき方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リードフレーム等の電気部品および電子部品に対してＳｎ合金めっきを施すためのＳｎ合金めっき方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、Ｐｂフリー半田めっきには、Ｓｎ−Ａｕ合金めっき、Ｓｎ−Ａｇ合金めっき、Ｓｎ−Ｃｕ合金めっき、または、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきがある。これらは、いずれもＳｎより貴な析出電位をもつ合金化金属とＳｎとの合金による合金めっきである。しかし、Ａｕ、Ａｇ、ＣｕおよびＢｉのような合金化金属は、Ｓｎより貴な析出電位をもつために、優先析出などにより、Ｓｎ合金めっきにおける合金比率のばらつきが非常に大きくなってしまう。
【０００３】
たとえば、リードフレームでは、合金めっきがはんだ材であるため、融点を一定とする要求があることから、Ｓｎ−Ａｇ合金めっきの場合、Ａｇが３．５±１． ５質量％となる合金比率に、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきの場合、Ｂｉが２．０±１．０質量％となる合金比率に、それぞれ非常に狭い範囲で規格化されている。
【０００４】
前述のように、ＡｇおよびＢｉの析出電位は、Ｓｎの析出電位より貴であるが、錯化剤によりＳｎの析出電位に近づけている。また、めっき液中の金属イオン濃度に大きな差を設けて、安定的な共析を図っている。しかしながら、錯化剤を使用しても両者の析出電位が一致するまでに至らず、ＡｇおよびＢｉの優先析出は避けられない。したがって、金属イオン濃度差を設けるなどの工夫を行ったとしても、Ｓｎ合金めっきにおいて、合金比率を安定に維持することや、異なる形状の被めっき物にも同じ合金比率でめっきすることは、非常に困難である。
【０００５】
一方、リードフレーム用のＳｎ合金めっきの分野では、たとえば、特開２００１−１４４２４０号公報には、Ｐｂフリー半田めっきを行う専用装置が記載されている。かかる装置は、めっき処理槽である内槽と、内槽から溢れためっき液を捕集する外槽と、該めっき液を貯留する貯槽とを備え、該貯槽と内槽とを送液パイプで接続し、めっき液をポンプで循環させるものである。被めっき物は、前工程から搬送され、該内槽を通過しながらめっきされる。該装置では、送液パイプの先端を内槽の底面に位置させ、該先端に無数の小孔を設けて、多方向にめっき液を噴射させ、内槽におけるめっき液を均一に攪拌することにより、めっき皮膜の厚さおよび組成の均一化を図っている。しかしながら、該装置においても、合金比率のばらつきは大きく、リードフレームに求められる規格範囲内とすることは困難である。
【０００６】
また、特開２００３−０８２５００号公報、特開２００４−２０４３０８号公報、特許第３５６５５５６号公報、特開平１１−３３０３４０号公報および特開２００４−２６３２６４号公報には、電流値を可変できるカソードとアノードを備えることにより、電流密度および通電時間を制御することにより、Ｓｎ合金の濡れ性、めっき厚、異常析出ないしは局部的な析出を抑制する方法が記載されている。しかしながら、これらの方法を使用しても、合金比率のばらつきは大きく、リードフレームに求められる規格範囲内とするには不十分である。
【０００７】
このように、Ｐｂフリー半田めっきに多用されているめっき液では、合金化金属の電位が貴であるため、合金比率を安定化させることに苦慮している。上述のように、めっき液に錯化剤を添加して双方の析出電位を接近させたり、金属イオン濃度に差をつけるといっためっき液の操作とともに、該めっき液を用いて、電流密度および通電時間を制御しても、Ｓｎ合金めっきにおける安定した合金比率が得られていないのが現状である。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１４４２４０号公報
【０００９】
【特許文献２】特開２００３−０８２５００号公報
【００１０】
【特許文献３】特開２００４−２０４３０８号公報
【００１１】
【特許文献４】特許第３５６５５５６号公報
【００１２】
【特許文献５】特開平１１−３３０３４０号公報
【００１３】
【特許文献６】特開２００４−２６３２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、表面積が異なったり、形状が異なったりする被めっき物を量産する場合でも、常にリードフレームに要求される規格範囲内の合金比率を維持することを可能とする、Ｓｎ合金めっき方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、前述の目的を達成すべく、鋭意、研究開発を重ねた結果、電流密度以外に、めっき液の拡散が析出を律速することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１６】
本発明のＳｎ合金めっき方法は、Ｐｂを除き、Ｓｎより貴な電位をもつ合金化金属とＳｎとからなるめっき液を使用し、被めっき物の形状に応じて、めっき液の流量を制御することを特徴とする。
【００１７】
前記合金化金属は、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕからなる群から選ばれる１種以上であり、合金化金属の合金比率が０．５〜２５質量％であることが望ましい。
【００１８】
前記めっき液の流量は、前記被めっき物の形状から算出される表面積により制御され、かつ、前記被めっき物の表面積１ｃｍ2当たり５〜１５０Ｌまたは表面積１ｃｍ2当たり  Ｓｎ：１．５モル／ｍｉｎ〜１３０モル／ｍｉｎでめっき液が通流するように、前記めっき液の流量を制御することが望ましい。
【００１９】
本発明のＳｎ合金めっき方法は、めっき液を循環および攪拌するめっき装置を使用することが望ましい。該装置の場合、めっき液循環用のポンプにインバータを接続し、該インバータによりポンプの運転を操作することで、前記めっき液の流量の制御を行うことが可能である。本発明は、連続シートめっき装置のように、Ｓｎ合金めっきが施される被めっき物を量産可能な装置に、特に適用される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、被めっき物に対して、合金比率を安定させて、Ｓｎ合金めっきを施すことが可能となるため、リードフレームのように、Ｓｎ合金めっきの合金比率に規格が設けられている場合においても、常に規格範囲内の合金比率を維持したＳｎ合金めっきを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
上述のように、本発明者らは、電流密度以外に、めっき液の拡散が析出を律速することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２２】
すなわち、従来技術においては、金属イオンの拡散はまったく考慮されていない。しかしながら、本発明者らは、一定量のめっき液中に、表面積の大きな被めっき物をセットした場合には、単位面積当たりの金属イオン量は少なくなり、逆に、表面積の小さな被めっき物をセットした場合には、単位面積当たりの金属イオン量は多くなるために、安定した合金比率を得られないとの知見を得た。
【００２３】
すなわち、表面積の大きな被めっき物には金属イオンの供給量を多く、表面積の小さな被めっき物には金属イオンの供給量を少なくなるように、めっき液の供給を制御する点に本発明の特徴がある。
【００２４】
本発明について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例のＳｎ合金めっき方法を行うために使用されるリードフレーム用連続シートめっき装置を示す模式図である。めっき液の流れを矢印で示した。
【００２５】
内槽（４）および外槽（５）を持つめっき処理槽と、めっき液貯槽（７）とがあり、ポンプ（９）でめっき液（６）を循環させている。めっき処理槽の底部の送液パイプ（８）には、被めっき物（１）に向けてめっき液（６）を噴射するように、複数の小孔が開けられており、この小孔から、金属イオンを供給することとなる。被めっき物（１）は、前工程から搬送され、めっき処理槽を通過しながらめっきされる。これらの基本的構成は、特開２００１−１４４２４０号公報に記載されためっき装置と同様である。本発明に用いられる装置においては、送液パイプ（８）の中間に設けられたポンプ（９）をインバータ（１４）で制御することが可能となっている。
【００２６】
本発明のＳｎ合金めっき方法は、このようにめっき液（６）を循環および攪拌する連続シートめっき装置に、Ｐｂを除き、Ｓｎより貴な電位をもつ合金化金属とＳｎとからなるめっき液（６）を使用し、ポンプ（９）をインバータ（１４）で制御することにより、めっき液の流量を制御する。
【００２７】
具体的には、めっき液（６）は、被めっき物の表面積１ｃｍ2当たり５〜１５０Ｌ／ｍｉｎまたは表面積１ｃｍ2当たりＳｎ：１．５モル／ｍｉｎ〜１３０モル／ｍｉｎでめっき液が通流する。従って、表面積が異なったり、形状が異なったりする被めっき物にめっきを行う場合は、前記インバータ（１４）により、めっき液流量を変化させる。
【００２８】
具体的なめっき液流量は、例えば、図２に示されたリードフレーム表面積に対するめっき液流量の関係を示すグラフにより、簡易に求めるようにすればよい。図２に示したグラフは、両面にめっきを行うリードフレーム用に作成されている。
【００２９】
めっき液が、被めっき物の表面積１ｃｍ2当たり５Ｌ／ｍｉｎまたは表面積１ｃｍ2当たりＳｎ：１．５モル／ｍｉｎ未満であると、合金比率が低くなり規格外れになって好ましくなく、１５０Ｌ／ｍｉｎ又はＳｎ：１３０モル／ｍｉｎ超えると合金比率が高くなり、規格上限を超えることになって好ましくない。
【００３０】
電流密度は、めっき液特性から決まった範囲があるので、その範囲の中央値を用いて、搬送速度は、めっき厚等の仕様および生産性を考慮して、それぞれ決定される。決定された電流密度と搬送速度に加え、図２に示した関係から求められるめっき液流量となるように、めっき装置のポンプを操作して、めっき装置の品種毎、ロット毎に異なる値で、合金比率を安定させる。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
表１に示した組成および条件のＳｎ−Ａｇ合金めっき液により、Ｆｅ−Ｎｉ合金材のリードフレームに、連続シートめっき装置（株式会社不二精機製造所製、型式ＦＳＰ−１８０Ｆ）で、１００万シート／月、めっきした。リードフレームの片面表面積が２５ｃｍ2であったので、図２に示した関係から、めっき液流量は１００Ｌ／ｍｉｎに設定した。使用したリードフレームのパターンは、それぞれ異なる。
【００３２】
得られためっき中のＡｇの比率は、３．５−１．５質量％〜３．５＋１．５質量％を外れることはなかった。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
（実施例２）
表２に示した組成および条件のＳｎ−Ｂｉ合金めっき液により、Ｃｕ合金材のリードフレームに、連続シートめっき装置（株式会社不二精機製造所製、型式ＦＳＰ−１８０Ｆ）で、１００万シート／月、めっきした。リードフレームの片面表面積が５０ｃｍ2であったので、図２に示した関係から、めっき液流量は２０Ｌ／ｍｉｎに設定した。使用したリードフレームのパターンは、それぞれ異なる。
【００３５】
得られためっき中のＢｉの比率は、２．０−１．０質量〜％２．０＋１．０質量％を外れることはなかった。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
（比較例１）
表３に示した組成および条件のＳｎ−Ａｇ合金めっき液により、Ｆｅ−Ｎｉ合金材のリードフレームに、連続シートめっき装置（株式会社不二精機製造所製、型式ＦＳＰ−１８０Ｆ）で、１００万シート／月、めっきした。リードフレームの片面表面積が２５ｃｍ2であり、図２に示した関係からはめっき液流量が１００Ｌ／ｍｉｎとなるが、８０Ｌ／ｍｉｎに設定した。使用したリードフレームのパターンは、それぞれ異なる。
【００３８】
得られためっき中のＡｇの比率は、３．５質量％〜８．０質量％となり、高いため、規格外が５０万シート、発生した。
【００３９】
【表３】
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【００４０】
（比較例２）
表４に示した組成および条件のＳｎ−Ｂｉ合金めっき液により、Ｆｅ−Ｎｉ合金材のリードフレームに、連続シートめっき装置（株式会社不二精機製造所製、型式ＦＳＰ−１８０Ｆ）で、１００万シート／月、めっきした。リードフレームの片面表面積が５０ｃｍ2であり、図２に示した関係からはめっき液流量が２０Ｌ／ｍｉｎとなるが、８０Ｌ／ｍｉｎに設定した。使用したリードフレームのパターンは、それぞれ異なる。
【００４１】
その結果、Ｂｉの比率は、０．５質量％〜１．０質量％となり、規格である１．０質量％〜３．０質量％に対して低いため、規格外が５０万シート、発生した。
【００４２】
【表４】
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【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施例のＳｎ合金めっき方法を行うために使用されるリードフレーム用連続シートめっき装置を示す模式図である。
【図２】リードフレーム表面積に対するめっき液流量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１  被めっき物（リードフレーム）
２  アノード
３  アノード用ブスバー
４  めっき処理内槽
５  めっき処理外槽
６  めっき液
７  めっき液貯槽
８  送液パイプ
９  ポンプ
１２  被めっき物把持治具
１３  搬送機構
１４  インバータ
【図１】
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【図２】
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