(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ、Ｃｕ合金または４２アロイである母材の表面に鉛フリーの純ＳｎあるいはＳｎ合金によるめっき層を有するめっき基材であって、母材表面に５０μｍ以上の深さであり直径が０．５μｍ〜１０μｍの範囲である複数の円形の凹所が形成されていることを特徴とする鉛フリーめっき層を有するめっき基材。
【請求項２】
前記母材のめっき層形成部の総面積に対する前記複数の凹所が占める割合が１０％〜２０％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の鉛フリーめっき層を有するめっき基材。
【請求項３】
前記鉛フリーめっき層を有するめっき基材が車載用の電子部品におけるめっき基材であることを特徴とする請求項１または２に記載の鉛フリーめっき層を有するめっき基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛フリーめっき層を有するめっき基材に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のような電子部品において、外部端子の母材には銅、銅合金、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。
【０００３】
めっき層の材料としてＳｎ合金を用いる場合、従来から鉛（Ｐｂ）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、めっき層から長さが数百μｍ以上のＳｎウィスカが発生する。
【０００４】
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、発生した針状ウィスカにより端子間ショートが発生する恐れがある。そのために、針状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、めっき層の内部応力増加が一因であるとの考えられており、内部応力増加の原因として、使用環境での熱ストレスや水蒸気などによるメッキ粒子の組織や構造の変化、リードフレームの加工時の残留応力、めっき時の残留応力、リードフレームとめっき層との線膨張係数差などが挙げられている。そのような観点から、特許文献１には、絶縁性のベース部材とこのベース部材上に形成された導体層とを有して構成された基板と、この導体層上に形成されたＰｂフリー半田層とを備えた導電接続部材において、Ｐｂフリー半田層に外部から荷重が加えられた時に発生する内部応力を吸収すべく、ベース部材の表面が凹凸を有するように構成された導電接続部材が記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、金属の素地と該素地上に形成された錫または錫合金の電気めっき膜とを有する電子部品の端子において、素地の表面および電気めっき膜の表面のそれぞれを、無方向性の凹凸形状を有しＲｚ値が０．５〜５μｍの範囲内の略同じ値の粗面として形成することにより、ウィスカの発生が抑制されたことが記載されている。
【特許文献１】特開２００５−３５３９４８号公報
【特許文献２】特開２００６−１２４７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは、鉛フリーめっき層でのウィスカの発生について多くの実験と研究を継続して行ってきているが、母材表面に凹凸を形成するあるいは粗面とすることによって鉛フリーめっき層（あるいははんだ層）でのウィスカの発生を抑制する従来技術は、いずれも充分な成果を上げているとはいえないことを経験した。
【０００８】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、鉛フリーめっき層を有するめっき基材において、基本的に内部応力緩和の手法を用いながら、より完全にウィスカの発生を抑制できる鉛フリーめっき層を有するめっき基材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】
【０００９】
本発明者らは、鉛フリーめっき層でのウィスカの発生についてさらに多くの実験と研究を行うことにより、従来の方法は、母材を加工するときに生じた母材側の残留応力、あるいは実機として使用時に被る温度履歴等によって生じる母材側の残留応力に対する緩和（低減）対策が充分でなく、そのために、母材側の残留応力が母材表面に形成した鉛フリーめっき層に影響を与え、ウィスカを発生させる一因となっていることを知見した。
【００１０】
本発明は、上記の知見に基づくものであり、本発明による母材の表面に鉛フリーめっき層を有するめっき基材は、母材表面に５０μｍ以上の深さである複数の凹所が形成されていることを特徴とする。５０μｍ未満の深さの凹所は、残留応力低減効果が不十分であり、結果として充分なウィスカ発生抑制効果が得られない。なお、５０μｍ以上の深さである凹所には母材を貫通する貫通孔も含まれる。
【００１１】
本発明による鉛フリーめっき層を有するめっき基材において、好ましくは、前記凹所の直径は０．５μｍ〜１０μｍの範囲であり、また好ましくは、前記母材のめっき層形成部の総面積に対する前記複数の凹所が占める割合は１０％〜２０％の範囲である。なお、直径が０．５μｍ未満の凹所は加工が困難であると共に、充分な残留応力の低減効果が得られない。直径が１０μｍを越える大きさの凹所は残留応力低減効果は得られるが、均一なめっき層の形成に影響を与えるので好ましくない。また、母材のめっき層形成部の総面積に対する複数の凹所が占める割合が１０％未満の場合には、充分な残留応力の低減効果が得られずウィスカが発生しやすく、また、２０％を越える場合には、母材の強度低下を引き起こす恐れがあるので、好ましくない。
【００１２】
本発明による鉛フリーめっき層を有するめっき基材において、好ましくは、母材はＣｕ、Ｃｕ合金または４２アロイであり、中でも、４２アロイは特に好ましい。鉛フリーめっき層は、純ＳｎあるいはＳｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｂｉ，Ｓｎ−ＡｇのようなＳｎ合金によるめっき層を例示できる。
【００１３】
後の実施例に示すように、本発明による鉛フリーめっき層を有するめっき基材では、母材表面に限定された数値範囲の凹凸を形成したことより、母材側の残留応力を確実に低減することができ、結果として、鉛フリーめっき層にウィスカが発生するのを確実に抑制することができる。また、その際に、実機として使用するのに不十分となるほどに、めっき基材（母材）の強度を低下させることもない。各請求項で規定する数値範囲を外れた凹所を形成する場合には、母材側の残留応力低減効果が不十分となり、それが影響してめっき層にウィスカの発生を抑制できないか、あるいは、めっき基材の強度低下が大きくなって実機としての使用に耐えなくなる。
【００１４】
さらに、後の実施例に示すように、本発明による鉛フリーめっき層を有するめっき基材に対して、低温側−４０℃に３０分間放置⇔高温側８０℃に３０分間放置を１サイクルとする冷熱サイクルを２０００回繰り返す冷熱サイクル履歴を与えても、ウィスカの発生は見られなかった。この冷熱サイクルの温度帯域は、自動車に実装される電子部品が経験する範囲のものであり、従って、本発明による鉛フリーめっき層を有するめっき基材は、車載用の電子部品におけるめっき基材として、特に好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、母材の表面に鉛フリーめっき層を有するめっき基材において、母材側に生じる残留応力の影響を排除することができ、鉛フリーめっき層にウィスカが発生するのを確実に抑制することができる。
【実施例】
【００１６】
［実施例１］
図１に示すように、母材１に４２アロイを用い、その一方の表面に、直径１μｍの凹所２を複数個形成する穴加工を行った。母材１の寸法は、１６ｍｍ×４４ｍｍ×０．５ｍｍ（厚さ）である。凹所２の深さとして、１０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、貫通孔の４種類をものを用意し、各テストピースに、電解めっきにより平均厚さ７μｍ〜９μｍとなるように、Ｓｎによる鉛フリーめっき層を形成してめっき基材とした。めっき層形成後に、低温側−４０℃に３０分間放置⇔高温側８５℃に３０分間放置を１サイクルとする冷熱サイクルを２０００回繰り返す冷熱サイクルをめっき層に与えた。
【００１７】
冷熱サイクル履歴後の各めっき基材における母材側の残留応力（ＭＰａ）を測定した。その結果を図２に示した。なお、残留応力はｓｉｎ２ψ法で測定した。また、電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、冷熱サイクル履歴後のめっき層でのウィスカの発生状態を観察した。その結果を表１に示した。
［比較例１］
実施例１と同じ寸法の母材１の表面に、穴加工を行うことなく、実施例１と同様にＳｎによる鉛フリーめっき層を形成してめっき基材を作った。それに対して、実施例１と同じ冷熱サイクルを与え、冷熱サイクル履歴後のめっき基材おける母材１側の残留応力（ＭＰａ）を測定した。その結果を図２に凹所の深さ０として示した。また、実施例１と同じようにしてめっき層でのウィスカの発生状態を観察した。その結果を表１に凹所の深さ０として示した。
【００１８】
【表１】
0005056333.tif 000002
【００１９】
［実施例２］
実施例１と同じ複数個の母材１をテストピーストし、その一方の表面に、直径１μｍ、深さ５０μｍの凹所２を複数個形成する穴加工を行った。但し、母材１の一方の表面積に対する凹所２が占める割合（加工面積）が、１０％、２０％、３０％の３種類をものを用意し、各テストピースに、実施例１と同じＳｎによる鉛フリーめっき層を形成してめっき基材とした。めっき層形成後に、実施例１と同じ冷熱サイクルを実施した。
【００２０】
冷熱サイクル履歴後の各めっき基材に対し、その強度として、引張試験による破断強度を測定したを測定した。それぞれの強度を、後記する比較例２のめっき部材（すなわち、穴加工を行わないめっき部材）の強度を１００として、その割合を比較した。それを図３に強度保持率として示した。また、実施例１と同様にして、冷熱サイクル履歴後のめっき層におけるウィスカの発生状態を観察した。その結果を表２に示した。
［比較例２］
実施例２と同じ寸法の母材表面に、穴加工を行うことなく、実施例２と同様にＳｎによる鉛フリーめっき層を形成してめっき基材を作った。それに対して、実施例１と同じ冷熱サイクルを与え、冷熱サイクル履歴後のめっき基材おける強度として、引張試験による破断強度を測定したを測定した。その結果を図３に加工面積０％として示した。また、同じようにしてめっき層でのウィスカの発生状態を観察した。その結果を表２に加工面積０％として示した。
【００２１】
【表２】
0005056333.tif 000003
【００２２】
［考察］
図２に示すように、凹所の深さが５０μｍ以上となると、残留応力が大きく低減しており、結果として表１に示すように、めっき層でのウィスカの発生は抑制されている。しかし、図３に示すように、凹所の加工面積の割合が３０％程度となると、ウィスカの発生は抑制できても、母材の強度保持率が８０％以下となり、めっき部材の実機としての強度不足が生じる場合があることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例で用いた母材に穴加工を施した状態を説明する図。
【図２】実施例１での凹所深さと母材の残留応力との関係を示すグラフ。
【図３】実施例２での凹所加工面積と強度保持率との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２４】
１…母材（基材）、２…母材表面に形成する凹所
【図１】
0005056333.tif 000004
【図２】
0005056333.tif 000005
【図３】
0005056333.tif 000006