東洋鋼鈑Vol.36

はんだ用プレコートアルミニウム板「サップレート（Solderable Aluminum Plate）」
河野俊輔＊・吉岡興＊・友森龍夫＊２

Pre-coated Aluminum Plate for Solder “SAPlate”
Shunsuke KAWANO，Kou YOSHIOKA，Tatsuo TOMOMORI

Synopsis：Aluminum alloy excels in lightness and heat radiation, and it can be multi-used as the heatradiation material such as for heat sinks. However, heat radiation material using the aluminumalloy had a fault that joints by soldering can not be used. Then, we developed a pre-coatedaluminum plate “SAPlate” that had a solderbility and began manufacturing in 2006.
Various soldering methods using lead-free solder can be applied on this product keeping thesuperior property of aluminum such as lightness and heat radiation. Moreover, it has excellent
formability and anti-whisker property. On this paper we introduce a typical characteristic ofSAPlate.
Keywords：pre-coated aluminum, heat-sink, lead-free, soldering, whiskerとその合金は，電子機器製品向けの冷却部材にとって欠か

１．はじめにせない放熱材料となっている．しかしながら古くから知られているように，アルミニウム及びその合金は，電子機器パソコンに代表される電子機器製品の高速・高機能化の部品の接続，固定に多用されるはんだ付けが非常に難しい

流れは近年著しく早く進み，消費電力の増加に伴う発熱量という欠点があった（Fig．１）２）．このため，ヒートシンの増加の問題はますます無視できないものとなっている１）．

ク等の形状に加工されたアルミニウム合金を半導体やプリまたこれらと同時に，製品の小型軽量化の動きもより一層

ント基板等へ固定する際には，ネジ止めあるいは錫めっき強くなっており，限られた面積で効率的に放熱することがされた鋼線（ぶりき線）を足として介してはんだ付けする要求されるため，ヒートシンクに代表される冷却部材の重等の方法を利用する必要があった（Fig．２参照）．また，要性が高まる一方である．このような中で，銅に次ぐ熱伝従来のアルミニウム製ヒートシンクは，Fig．２に示したよ導性を有しかつ，比重の小さなアルミニウム（銅の約1/3）うな押出加工品が主流であり，薄肉化に限界があるため，Fig.1 Solderability of various metals 2）＊

Fig. ２ Photograph of conventional heat sink

技術研究所 副主事

＊2 技術研究所 グループリーダー

35

東洋鋼鈑

ヒートシンク自体の重量軽減は困難であった．

Vol.36２．１

自然空冷下での放熱性には，基材の熱伝導性に加え，表はんだ特性の評価

２．１．１

はんだ付け種類と評価について面積，さらに表面性状に依存する放射率が寄与するように材料のはんだ付け性は，使用するはんだ付けの方法とはなる１）．このため，押出材よりも薄いアルミニウム板にてんだ合金の種類，更にその条件（温度，時間，フラックスプレス加工により表面に凹凸を付けて表面積を増加させて等）によっても大きく変わる．従来の当社におけるはんだ押出材と同等以上の表面積を確保できれば，薄肉化による付け特性の評価では，使用するはんだ合金にのみ着目したヒートシンクの軽量化が可能となる．そして更に，表面に評価が中心であったが，実際にははんだ合金によって利用はんだ付け性を付与出来れば，基板上へ固定する用途ではできるはんだ付け方法が異なるため，はんだ付け方法を区他の電子部品と同時にはんだ付けによる固定が可能となる別してから特性を評価する必要がある．

といった利点が生じる．

まず，はんだ付けによる電子機器部品のプリント基板へ

当社では，家電製品のフレームやTVチューナー回路のの実装は，⒜フローはんだ付け，⒝リフローはんだ付け，シールドケースを初めとした加工後のめっきが不要となる⒞手はんだ，の３つの方法に大きく分かれる２，４，５）．⒜のはんだ用プレコート鋼板として，はんだ用STを開発・製

フローはんだ付けは，プリント基板のスルーホールに差し造してきた実績がある３）．そこでその知見を活かし，ヒー込んで固定するリード部品のはんだ付けに主に用いられ，トシンクを中心とした冷却部材向けをターゲットとした表

棒はんだを加熱溶解させた溶融はんだ浴に基板ごと浸漬し面処理によりはんだ付け性を付与したプレコートアルミニ

３a）．⒝のリフローはんだ付けは，て行う方法である（Fig．

ウム板「サップレート（Solderable Aluminum Plate）」

プリント基板上のパッドに固定するチップ部品のはんだ付を開発し，2006年より工業生産を開始した．本報では，こけに用いられ，予め塗布したペースト状のクリームはんだのサップレートの主要特性について報告する．

上に部品を固定した後，基板全体を加熱してはんだ付けする方法である（Fig．３b）．この２つの方法は，多数の部２．サップレートの仕様と主要特性品を同時にプリント基板上に固定（はんだ付け）可能であり，電子機器の大量生産に不可欠な方法となっている．⒞サップレートの仕様と主要特性ならびに層構成をTableの手はんだは，古くから行われているはんだごてと糸はん１に示す．開発中のものを含めると，本製品を適用する用だを利用したはんだ付けであり，⒜，⒝の方法が適用しが途に応じて表面処理により付与する層構成を変えた３種のたい部品のはんだ付けや補修に用いられている．

仕様が存在する（各層の役割については後述）．基材とし次に，代表的な鉛フリーはんだ合金と利用可能なはんだて利用可能なアルミニウム合金はA1100，A3104である．

付け方法２，４ ７）をTable２に示す．鉛フリーはんだ合金は現在の主力製品は，基材をA1100合金とし，鉛フリーはん４種の合金系に大きく分かれるが，従来のSn-Pb合金はんだでのはんだ付け性が最も優れるタイプ２K（ニッケル/だに最も近いはんだ接合信頼性を示し，かつ様々なはんだ錫/有機樹脂皮膜）仕様のものであるため，以下A1100合付け方法に対応可能な鉛フリーはんだ材料はSn-Ag合金系

金を基材に用いたタイプ２Kのはんだ付け特性を中心としとされており，現在Sn-3.0Ag-0.5Cu合金のはんだが鉛フた代表的な特性を報告する．

リーはんだの標準となっている２，４ ７）．
そこで，サップレートのはんだ付け特性評価は，Sn-3.0
Table1 Speciﬁcation and characteristic of “SAPlate”

36はんだ用プレコートアルミニウム板「サップレート（Solderable Aluminum Plate）」

Fig. ３ Flow soldering process and reﬂow soldering process
Table２ Lead-free solder alloys and available soldering process2,4 7）

Ag-0.5Cuはんだへのフロー及びリフローはんだ付け性をはんだ付け性の評価結果をFig．５に示す．ゼロクロスタ

他の材料と比較することを中心に行った．比較材には，基イムは，Fig．４に示したようにはんだ浴に試料を浸漬した

材金属のはんだぬれがアルミニウム合金より優れている銅（99.96％）及びその合金である真鍮（Cu65％，Zn35％）,
リン青銅（Cu94％，Sn６%，P0.02％），更にぶりき（錫めっき鋼板，Sn5.6g /㎡, リフロー処理材）を用いた．以下，その結果について示す．
２．１．２

フローはんだ付け性サップレート（タイプ２K）のフローはんだ付け性評価
は，ウェッティングバランス法（メニスコグラフ法）によFig. ４ Measuring method at zero cross time with wetting curve 7,8）
and appearance of testing

るはんだぬれ性試験（Fig．４参照８，９））にて得られたゼロクロスタイムの値を比較材の値と比較することで行った．
試験条件をTable３に示す．各試験は，はんだ浴温と試料

Table３ Test condition of ﬂow soldering wettability

形状を除きJIS C60068 2 54に準拠して行った．はんだ浴
温度は鉛フリーはんだの評価に用いられる245℃，試料形状は，ヒートシンクとして加工されたサップレートがプリント基板のスルーホール内にはんだ付けにより固定される状況を想定し，幅の短い短冊状（幅２㎜ 長さ20㎜）に切り出したものとした．また，基材には厚さ0.2㎜のA1100合金を用いた．
Sn-3.0Ag-0.5Cuはんだにおけるサップレートのフロー37東洋鋼鈑Vol.36

際の試料へのはんだのぬれ上がり時間を示したものであ（Sn-3.0Ag-0.5Cuの場合245℃）上昇させる必要があるとり，短いほどはんだ付け性（ぬれ及びぬれ上がり）が優れの報告10） もあり，これを裏付けるようにFig．７ではいずるとされる．サップレートは，活性度（ロジン及びハロゲれのサンプルのゼロクロスタイムの値もFig．５の値よりもン含有量）の異なる３種のフラックスのいずれを用いた場増加し，はんだ付け性が低下していた．しかしながら，サッ合においても，銅及びその合金よりもぬれ性に優れ，同じプレートのはんだ付け性の低下は，比較材と比べて非常にく表面に錫めっきされたぶりきと同等の良好なはんだ付け僅かであり，3.0Agと同条件でも使用フラックスによらず性を有することがわかる．また，Fig．５でゼロクロスタイ十分なはんだぬれが得られることが確認された．

ムに最も大きな差が生じたフラックスNA-200使用時のは６に示した．
んだぬれ性試験後のサンプル外観写真をFig．

Fig. ７ Flow solderability of SAPlate in lead-free solder
Sn- 0.3Ag- 0.7Cu
Fig. ５ Flow solderability of SAPlate in lead-free solder
Sn- 3.0Ag- 0.5Cu

２．１．３

リフローはんだ付け性

サップレートのリフローはんだ付け性評価は，JIS C0099鉛フリーソルダーペーストを用いた表面実装部品（SMD）のはんだ付け性試験方法を用いて得られた最大ぬれ力（Fmax）の値を比較材の値と比較することで行った11 13）．試験の模式図をFig．８に示す．試験ジグ板（銅板）上にソルダーペースト（クリームはんだ）を塗布し，そこにサンプルを浸漬させた状態で加熱炉内に挿入してソルFig. ６ Appearance of samples after wetting balance test（Flux：NA 200）

ダーペーストを溶融させ，その際に生じる垂直方向の力を検出することでぬれ力曲線を作成し，最大ぬれ力Fmaxをゼロクロスタイムの値が大きかった銅，真鍮，リン青銅で測定している．試験条件をTable４に示す．評価試料形状

は，はんだへのぬれは生じているもののぬれ上がりがほとはフローはんだ付け性評価のものと同様とした．また，ソんど得られていないのに対し，サップレート表面ではぶりルダーペーストを溶融させるための昇温プロファイルは，きと同様に浸せき深さを上回る良好なぬれ上がりが生じていることが確認された．なお基材のアルミニウム合金（A1100合金/表面処理無し）では，当然のことながら今回の試験条件下において，はんだぬれ上がりだけでなくぬれそのものを得ることが出来ない．このことは，サップレートのはんだ付け性における表面処理層（錫めっき）の効果の大きさを明確に示していると思われる．
続いて，第２世代鉛フリーはんだ10） として期待されている低銀含有量のSn-0.3Ag-0.7Cuはんだにおけるサップレートのフローはんだ付け性評価結果をFig．７に示す．

Fig. ８ Measuring method of wetting force “Fmax” with wetting
curve 10,11） and schematic diagram of testing

はんだ中のAg含有量低下は，はんだ融点の上昇とはんだぬれ性の低下を招くため，はんだ付け温度を更に約10℃

38はんだ用プレコートアルミニウム板「サップレート（Solderable Aluminum Plate）」

使用したソルダーペースト２種の推奨プロファイル14,15）

Sn-58Bi paste９）を使用した．に基づいたプロファイル（Fig．
Sn-3.0Ag-0.5Cuはんだペーストにおけるリフローはんだ付け性の評価結果をFig．10に示す．サップレートの最大ぬれ力は銅よりは若干劣るものの，ぶりきと同等の値を示し，かつ真鍮，リン青銅といった銅合金よりも優れており，リフローはんだ付け性も十分に有していることが確認された.
Table４ Test condition of reﬂow soldering wettability

Fig. 11

Reﬂow solderability of SAPlate in lead-freesolder paste Sn‑ 58Biを裏付けるように比較材を含め試験したサンプル全てのぬれ力がFig．10のSn-Ag-Cuはんだに比べ低下していた．また比較材と比べ，サップレートの最大ぬれ力が低い結果となった．しかしながら，Fig．12にこのリフローはんだ付け性試験後の外観写真を示したように，はんだぬれそのものは十分に得られており，ぶりきと同様にサンプル表面で浸漬深さ（0.1㎜）以上にはんだのぬれ広がりが生じており,低温はんだにも十分対応可能であることが確認された.
以上，標準的な鉛フリーはんだであるSn-3.0Ag-0.5Cuはんだを用いた際の結果を中心に，サップレートのフローはんだ付けならびにリフローはんだ付け性が優れていることを述べた．上述したようにサップレートは他にも，第２世代鉛フリーはんだとして期待されているSn-0.3Ag-0.7
Cuのフローはんだ付け性や低温はんだであるSn-58Biのリフローはんだ付け性も有していることから，さまざまなはんだ付けを利用できる可能性を有していると考えている．

Fig. ９ Temperature proﬁle used to evaluate reﬂow
soldering

Fig. 12 Appearance of samples after reﬂow soldering
test（Sn 58Bi solder paste）

２．２

はんだ接合強度

サップレートのはんだ接合強度は，Fig．３に示したリフロー法によるプリント基板上の銅パッドへのはんだ付けにFig. 10よる垂直接合を想定して，Fig．13に示したようにフローReﬂow solderability of SAPlate in lead-freesolder paste Sn‑ 3.0Ag‑ 0.5Cu

はんだ付け性の評価に用いる銅板上にサップレートをリフローはんだ付けにより固定（接合）した後，引張試験を行一方，特殊用途となるが耐熱性の低い部品向けのはんだうことで評価した．接合サンプルの作製条件ならびに評価付けに使用されるSn-Biはんだに対するはんだ付け性を条件をTable５に示す．なお比較材には，２．１はんだ特Fig．10と同様に調査した結果をFig．11に示す．Sn-Bi系は性の評価の節で使用したものと同じものを用いた．

んだは，はんだ自体の濡れ性が劣るとされているが，それFig．14にサップレートをSn-3.0Ag-0.5Cu鉛フリーはん39東洋鋼鈑Vol.36

だにより銅板と接合した際の接合強度を示す．真鍮，リン２．３

青銅，ぶりきがはんだ接合界面にて接合が破断したのに対２．３．１その他の特性
放熱特性15参照）
し，サップレート及び銅板は材料内での破断（Fig．

サップレートは，ヒートシンクを中心とした放熱部材をを示し，はんだ接合部でのサンプル­銅板間の接合強度よ主用途と想定している．そこで,実際に放熱部材として利りも，基材の引張強度の方が弱いという結果を示した．こFig．
16に示したように発熱体（ヒー用した際の放熱特性を，のため，サップレートを利用したはんだ接合では，基材でター）をサップレートに直接取付けた場合の，ヒーター表あるA1100合金の利用可能な用途においては，実用上十分面の温度上昇を測定することにより評価した．測定に用いなはんだ接合強度を得ることが可能であると思われる．

た試料の大きさは0.2 46 70㎜，無風の室内下（室温20℃）にて測定を行った．また測定に当たっては，銅板（99.96％），さらに高放熱仕様として開発中の黒色サップレート（タイプ２R）を比較材として用いた（基材はASample

1100合金）．その結果をFig．17に示す．サップレート（タSolder joint

イプ２K）は，自然放冷下で同一形状の銅板と同等の放熱特性を有しており，使用条件にもよるが放熱部材に使用す

Copper sheet

Fig. 13ることで銅板と同等の放熱性をより軽量で達成可能となるAppearance of a sample for pull-strength
test of solder joint

ことを示している．また，開発中の黒色サップレート（タイプ２R）を使用すれば，サップレートの軽量性とはんだ付け性を有したまま，更に高い放熱性を得ることも可能で

Table５ Condition of solder joint and pull-strength testある．

Fig. 16 Appearance of evaluation of heat radiation

Fig. 17 Evaluation result of heat radiation

Fig. 14

Solder joint strength measurement result of SAPlate

２．３．２

加工性サップレートのプレス加工によるヒートシンク形状への加工例をFig．18に示した．表面処理層の加工密着性は良Fig. 15

Photograph of samples after solder joint strength test⒜ Breaking in the material⒝ Breaking in joint interface
Fig. 18 Example of heat sink made of SAPlate by stamping

40はんだ用プレコートアルミニウム板「サップレート（Solderable Aluminum Plate）」

好であることから，加工性は主に基材であるアルミニウムては，サップレートにおいてウィスカ生成が生じ難いこと合金の特性に依存し，板厚にもよるが種々の形状に加工可を示していると考えている．

能である．
２．３．３

耐ウィスカ性ウィスカ問題は，Sn，Znなどの低融点金属およびその合金のめっきを使用した場合に起こりうる共通の問題である16 18）．このため，家電製品を中心とした電子機器向けに，はんだ用STに代表されるはんだ用プレコート材を市場に提供している弊社においても製品の長期信頼性の観点からFig. 19 Appearance of a sample used to examine whisker

非常に重要な問題となっている．
ウィスカの生成機構については，長い間不明とされていTable６ Result of whisker examination

たものの，はんだの鉛フリー化に伴うSn単独めっきの使用増加に対応して近年その生成機構に関する研究が急速に進み，主にめっき皮膜の内部応力変化に起因する内部応力型とコネクタ等の強い外部応力が加わる箇所にて生成しやすい外部応力型の２種類に大きく分かれるとされている
８，18）．そして，電子情報技術産業協会（JEITA）の主導にて，それぞれの型に適した検証方法の規格化19） が順次進められている状況にある．

３．サップレートの皮膜構成と各皮膜の機能サップレートの想定される主用途（放熱部材等）において懸念すべきウィスカ生成は，上述の点を考慮すると，主にめっき皮膜の内部応力変化に起因する内部応力型ウィスサップレート（タイプ２K）の皮膜構成とその機能をカとなると思われる．内部応力型ウィスカの生成には，材Table７に示す．アルミニウム合金基材上に，ニッケル/料への加温や加湿による温度変化（熱膨張）や酸化に伴う錫/有機樹脂皮膜の３層からなる表面処理層が設けられて結晶格子の歪み増加の他に，切断加工に伴い発生する加工おり，前処理，電気めっき（無光沢ニッケル，無光沢錫），歪みも影響を与えるとされている17 19）．サップレートは連有機樹脂塗布の工程により，アルミニウム合金コイル上に続処理によりコイル状で製造出荷され，客先にて切断加工連続的に付与されている点がサップレート（タイプ２K）されることが通常である．
試験に際してはこの点を考慮し，の特徴である．上述の優れたはんだ特性は主に，錫めっきFig．19に示したような幅狭に切り出した平板サンプルと皮膜の付与にて得られているが，以下ではTable７にて示

それを90 曲げ加工したサンプルの２種の形態のものを用したニッケルめっき皮膜および有機樹脂皮膜の機能と役割意した．実際のウィスカ試験は，JEITA規格ET-7410（電気・について述べる．

電子機器用部品のウィスカ試験方法）19）を参考に，55℃ 85%RH 2000時間の高温高湿試験に曝したこれらのサンプ

Table７ Structure of SAPlate（type 2K）and functionof each ﬁlm

ル外観をFE-SEMにより観察することにより行った．なお，高温高湿による加速経時試験とは別に，実環境下（平均温湿度約20℃ -50%RH）にて約１年６ヶ月（13000hr）の室温保管を行ったサンプルについても同様に調査を行った.
試験結果をTable６に記す．高温高湿試験に供したサンプルならびに室温保管により実経時したサンプルのいずれのサップレートサンプルにおいてもウイスカ生成は全く認
め ら れ な か っ た．JEITA規 格ET-7 4 1 0 1 9） で は， 5 5 ℃ -8 5%RH 2000hrの高温高湿試験におけるサンプルへの負荷

３．１

ニッケルめっき皮膜について

は，平均温湿度18℃ 85％の環境でおよそ５年経時した際サップレートにおけるニッケルめっき皮膜は，はんだ性の負荷に相当するとしている．本試験結果により，サップ付与に必要な錫めっき皮膜の密着性向上のための下地処理レートにてウィスカが全く生成しないことを保証することとしての役割の他に，はんだ特性の確保，ウィスカ発生抑は出来ないが，サップレートの主用途である家電製品が平制などの機能を有していると考えており，以下これらにつ均的な温湿度条件の環境下において使用される限りにおいいて記す．

41

東洋鋼鈑

３．１．１

はんだ特性

Vol.36

結果をTable８に示す．標準材（タイプ２K）から有機樹前処理後にニッケルめっきを介さずに錫めっきを行い作脂皮膜を除いたSample Aでは，ウィスカは全く観察され製したサンプルの，フローはんだ付け性評価後の外観をなかったが，有機樹脂皮膜に加えニッケルめっき皮膜を除Fig．
20に示す．ニッケル下地めっきなしのサンプルでは，いたSample Bでは，Fig．22にて示したように，Sample A

フローはんだ付けならびにリフローはんだ付けのいずれのに比べ粗い表面外観を示し，これらに混じってウィスカがはんだ付け性評価においても，試験後の表面にはんだが残サンプルの端面，平板部，谷部を問わず多数生成している留せず，さらに付与した錫めっき皮膜自体も失われてしまことが確認された．

うため，はんだ付け性を全く有しない．これは，表面の錫めっき皮膜がはんだ付け時にはんだ合金中に溶け込んでし

Table８ Result of whisker examination

まったためではないかと考えている．一方，通常のサップレート（タイプ２K /ニッケル下地めっき有り）のSn-3.0
Ag-0.5Cuはんだでのフローはんだ付け前後における断面21に示す．はんだ付け後の断面では，観察写真（FIB）をFig．
はんだと反応して一体化した錫めっき層とニッケルめっき層の界面に，新たな層が生成し、本来のニッケルめっき皮膜の厚みがほぼ半減していることが確認された．この界面に生じた層は，EDS分析結果よりニッケルと錫を主体とした合金層と現在推定しており，この層がはんだ付け時に生成することにより，ニッケルめっきのはんだ合金への過剰溶解を防ぎ，サップレート表面にはんだが残留してはんだ付け可能になると考えている．

Fig. 22 Surface of sample A and Sample B after whisker examination

上記結果を考慮すると，標準材におけるウィスカ生成には，有機樹脂皮膜の有無そのものよりも，錫めっき皮膜の下層に設けたニッケルめっき皮膜の有無の方が強く影響をFig. 20 Surface appearance of Sn plated Al sheet after
ﬂow soldering

与えていると思われる．めっき皮膜の構造は素地の種類と構造に依存することが一般に知られているため，SampleAおよびBの錫めっき皮膜構造を調査した．Fig．23に高温高湿試験前のSample AおよびBの表面観察結果を示す．

Fig. 21 Cross sectional observation image of SAPlate

３．１．２

ウィスカ抑制効果

Fig. 23 Surface of sample A and Sample B before whisker examination

ニッケルめっき皮膜は，上述したように錫めっき皮膜の密着向上を目的に設けたものであるが，銅および銅合金を基材とした錫めっきにおいては，ウィスカ生成防止に有効

目視による外観観察では差違が判別し難かったが，拡大にであることが知られている17 19）．そこで，３．１．１と同様より表面性状に差が観察され，Fig．22の高温高湿試験後のに，標準材（タイプ２K）から有機樹脂皮膜のみを除いた表面と同様に，ニッケルめっき皮膜を有しないSample B比較材（Sample A），有機樹脂皮膜・ニッケルめっき皮膜の方が粗い表面となっていることを確認した．これらの錫のいずれも除いた比較材（Sample B）を作製し，Tableめっき皮膜の結晶配向性をX線回折法により求めて比較し６と同じ形状に切断加工後，高温高湿試験に供した．その24に示す．錫めっき皮膜の結晶配向性指数は，た結果をFig．

42はんだ用プレコートアルミニウム板「サップレート（Solderable Aluminum Plate）」

錫 粉 末 の 標 準 回 折 パ タ ー ン（JCPDSカ ー ドPDF #0 40673）とX線回折法により実際に得られたSample A，Sample Bの回折パターンを用いて，WillsonとRogersの方法20） により算出した．Fig．24より，ニッケルめっき皮膜を有するSample Aに比べ，Sample Bでは（321），（220）といった特定の結晶面への強い配向が生じていた．図中にこれら２つの結晶面における回折強度の半価幅を用いて，Scherrerの式21） より算出した結晶子の値を記したが，配向面が分散していたSample Aに比べ，優先配向が生じているSample Bでは，結晶子の大きさが増加していた（（321）では約40Å，（220）では約130Å増加）．結晶粒径としての正確な値の算出にはより詳細な調査が別途必要となるが，配向面の分散を考慮するとニッケルめっき皮膜が下層に存在することにより錫めっき皮膜の配向と粗大化を制御する効果が得られていると考えて良いと思われる．

Fig. 25 Cross-section observation image by FIB

る不整合な箇所が増加すれば，当然めっき皮膜の内部応力にも影響が生じることから，ウィスカ生成の一因になっているのではないかと考えている．
一方，Fig．25下部に，同様に観察した標準材（タイプ２K）の断面を示す．錫めっき皮膜の下層にニッケルめっき皮膜を有している標準材では，基材であるアルミニウム合金側から順に，ニッケルめっき皮膜，錫めっき皮膜，有機樹脂皮膜が整然と積層しており，基材/ニッケルめっき

Fig. 24 Measurement result of crystal orientation andcrystallite size of Sn-plating ﬁlm

皮膜界面およびニッケルめっき/錫めっき皮膜界面において，上述のSample Bにて観察されたようなボイド等の欠陥がほぼ見られなかった．本結果より，ニッケルめっき皮錫めっき皮膜のウィスカ生成に関しては，従来言われて膜による錫めっき皮膜の密着性向上の役割確認と界面の平きた錫めっき皮膜の厚みだけではなく，結晶粒径を考慮す滑化効果は確認されたが，銅系金属を基材とした際に良くる必要があり，結晶粒が微細な場合に生成しがたいとの報見られる基材側への拡散については確認されなかった（錫告22） がある．これらの点を考慮すると，同じ錫めっき皮めっき皮膜内への拡散は若干確認された）．

膜の厚み（0.5㎛前後）でありながらもニッケルめっきの以上，これまでの結果をまとめると，サップレート（タないSample Bでのみウィスカが生成した理由は，ニッケ

イプ２K）のウィスカ抑制には，錫めっき皮膜の下層に設ルめっき皮膜による錫めっき皮膜の構造制御効果が得られけたニッケルめっき皮膜の存在が特に大きな役割を果たしなかったためではないかと考えられる．ており，その機能としては主に，錫めっき皮膜の構造成長ウィスカが生成したSample BのFIBによる断面観察結果制御，および基板であるアルミニウム合金との接合界面のをFig．25に示す．Sample Bでは，ウィスカ生成部および平滑化（整合性向上）による錫めっき皮膜の応力緩和などその周辺にて，錫めっき皮膜と基材のアルミニウム合金界にあるのではないかと現時点では考えている．

面に微細な多数のボイドが存在している様子が観察され，ミクロ的な密着不良状態が生じている様子が観察された．

３．２

有機樹脂皮膜について

FIBによる観察画像（SIM像）は，組織（結晶方位）の違有機樹脂皮膜はTable７にて示したように，錫めっき皮いが明確なコントラストとして得られる特徴があるが，今膜の疵付き防止ならびに酸化（黄変）防止機能を期待して回の観察ではウィスカ生成部及びその周辺，さらにボイド付与されている．以下，その効果について示す．

生成箇所において明確な差および関連性は認められなかった．このため，基材/錫めっき皮膜界面に生じている多数

３．２．１

耐疵付き性のボイドが，ウィスカ生成にどの程度影響を与えたのかに有機樹脂皮膜を付与していないSample C（ニッケル/錫

ついては現時点では不明であるが，基材との密着面におけめっき皮膜のみ）と標準材である有機樹脂皮膜を有する

43

東洋鋼鈑

Vol.36

サップレート（タイプ２K）のコピー紙によるラビングテ
ストの結果をFig．26に示す．写真より，有機樹脂皮膜の付与にて表面の耐疵付き性が著しく向上していることが分かる．

Sample C（without organic resin）

Standard（type 2K）

Fig. 28 Relation of keeping days and ﬂow solderingていた標準材（タイプ２K）では，ゼロクロスタイム自体は増加する傾向にあるものの，180日保管後もはんだのぬFig. 26

３．２．２

れ上がりを得ることが可能である.

Result of paper rubbing test and appearance ofevaluation device

4 まとめ

酸化防止機能以上，サップレートの代表的な特性について記した．軽錫めっき皮膜は,経時により表面が容易に酸化して表面量でかつ鉛フリーはんだ付け性と放熱性を有するサップが 黄 変 す る た め 変 色 防 止 処 理 が 必 要 と な る． 上 述 のレートは，冒頭で記した高機能化，小型軽量化が進む電子Sample C（ニッケル/錫めっき皮膜のみ）および標準材（タ機器分野において，今後更に重要性が高まる材料であるとイプ２K /有機樹脂皮膜あり）において，室温保管（約考えており，本用途への展開を更に推し進め拡販に努力し20℃/無梱包）時の保管日数と表面の色差b*値の関係をたい．

Fig．
27に示した．有機樹脂皮膜を有しないSample Cでは，保管日数の増加と共にb*値が増加，つまり表面の黄色味が増しているのに対し，有機樹脂皮膜を有する標準材（タイ引プ２K）では，保管日数の増加に伴うb*値の増減は小さく

用

文献１）伊藤謹司，国峰尚樹：トラブルをさけるための電子機器の黄変が抑制されていることが分かる．また，Fig．28にこ

熱対策設計−第２版−日刊工業新聞社，（2006）

れらのサンプルのフローはんだ付け性を調査した結果を示

２）大澤直：はんだ付けの基礎と応用，工業調査会，（2000）

した．黄変が強く生じ始める90日保管後，ならびに180日

３）林田貴裕，鶴田知之，駒井正雄，佐野真一：東洋鋼鈑，保管後のSample Cでは，ゼロクロスタイムが10sとなり，

34，（2004），13

保管開始時に得られていたはんだのぬれ上がり（はんだ浴４）末次憲一郎：詳説への浸漬深さ以上に表面にはんだがぬれ広がる現象/

鉛フリーはんだ付け技術−創造，開発，量産への原典−，工業調査会，（2004）

Fig．６参照）が得られなくなるのに対し，黄変の抑えられ

５）竹本正，
藤内伸一：ソルダリング

インエレクトロニクス，

日刊工業新聞社，（1986）
６）大澤直：続 はんだ付技術なぜなぜ100問，工業調査会，（2004）
７）菅沼克昭：鉛フリーはんだ技術・材料ハンドブック，工業調査会，（2007）
８）株式会社レスカ：ソルダーチェッカー

SAT-5100

取扱説明書Ver.2．
54，（2006）
９）日本工業規格：JIS C 60068 2 54，（1996）10）実装技術標準化委員会：JEITA鉛フリー活動成果報告会，（2007）
11）株式会社レスカ：ソルダーチェッカー SAT-5100 プロファ
イル加熱装置 取扱説明書Ver.2.4（2006）

Fig. 27 Relation of color diﬀerence b＊ valueof sample and keeping days

12）Technical Standardization Committee on Surface Mounting

44はんだ用プレコートアルミニウム板「サップレート（Solderable Aluminum Plate）」

Technology：JEITA ET-7404（1997）13）日本工業規格：JIS C 0099（1996）
14）千住金属工業株式会社：高信頼性・高プリヒート対応

Pb

フリーソルダーペースト M705 GRN360 KVタイプ，（2004）．
1 5） 千 住 金 属 工 業 株 式 会 社：Technical report­ 2 0 0 6 0 1 0 5
SnBi共晶系低温はんだ（L20/ L23）Eco-solder past BLT5，（2006）16）伊藤貞則，林導：実務表面技術，34（1987），112
17）大河原薫，室井良一：表面科学，26（2005），165
18）山本正和：錫ウィスカ成長プロセスの解明と対策，R&Dプ
ランニング，（2006）19）Technical Standardization Committee on Surface Mounting
Technology：JEITA ET-7410（2005）20）K. S. Willson and J. A. Rogers：Tech. Proceeding Amer.
Electroplaters Soc., 51，92（1964），92
21）加藤誠軌：X線回折分析，内田老鶴圃，（1994）．
22）Kiyotaka Tsuji：J. Surface Finish. Soc. Jpn., 58 （2007）,40645