[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2018056041A1 - 金属体および金属体の製造方法 - Google Patents

金属体および金属体の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2018056041A1
WO2018056041A1 PCT/JP2017/031814 JP2017031814W WO2018056041A1 WO 2018056041 A1 WO2018056041 A1 WO 2018056041A1 JP 2017031814 W JP2017031814 W JP 2017031814W WO 2018056041 A1 WO2018056041 A1 WO 2018056041A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
metal plating
metal
metal body
plating layer
base material
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/031814
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
篤史 池田
博之 岩本
浩由 川▲崎▼
茂喜 近藤
勝司 中村
Original Assignee
千住金属工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 千住金属工業株式会社 filed Critical 千住金属工業株式会社
Publication of WO2018056041A1 publication Critical patent/WO2018056041A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/60—Electroplating characterised by the structure or texture of the layers
    • C25D5/615—Microstructure of the layers, e.g. mixed structure
    • C25D5/617—Crystalline layers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/10—Electroplating with more than one layer of the same or of different metals
    • C25D5/12—Electroplating with more than one layer of the same or of different metals at least one layer being of nickel or chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/20—Electroplating using ultrasonics, vibrations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/16—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for manufacturing contact members, e.g. by punching and by bending

Definitions

  • the present invention relates to a metal body whose surface is plated and a method for producing the metal body.
  • Patent Document 1 discloses a method for suppressing the generation of whiskers by irradiating the plated portion with ultrasonic waves in a solution at a stage where whiskers after tin plating do not appear.
  • the present invention solves such a problem, and an object of the present invention is to provide a metal body that suppresses whisker growth of a metal plating layer and a method of manufacturing a metal body that suppresses whisker growth.
  • the technical means of the present invention taken in order to solve the above-mentioned problems are as follows.
  • (1) It is provided with a base material and a metal plating layer covering the base material, and the metal plating layer is composed of Sn-based alloy or Sn alone containing Sn 95% by mass or more, and the average crystal grain size of the surface of the metal plating layer is A metal body characterized by having a thickness of 1.2 ⁇ m or more and 1.8 ⁇ m or less.
  • the ultrasonic wave is applied to the metal plating solution in the neutral bath while swinging the base material along the vibration direction of the metal plating solution (4) or (5)
  • the manufacturing method of the metal body as described in any one of.
  • the base material is coated with the metal plating solution while irradiating the metal plating solution with ultrasonic waves, the average crystal grain size on the surface of the metal plating layer is small. Thus, whisker growth can be suppressed.
  • FIG. 1 It is a schematic plan view which shows the structural example of the partial cross section of the ultrasonic irradiation apparatus 2, and the rocking
  • sectional drawing which shows the structural example of the metal body 1 which concerns on this invention.
  • FIG. It is the enlarged photograph 11a of the surface of the metal body 11.
  • FIG. It is the photograph which expanded the surface of the metal body 12.
  • FIG. It is the photograph which expanded the surface of the metal body 13.
  • FIG. It is the photograph which expanded the surface of the metal body 14.
  • FIG. It is the figure which showed the relationship between an ultrasonic output and the maximum whisker length of the metal body. It is the figure which showed the relationship between an ultrasonic output and the average crystal grain diameter of the metal plating layer 1d of the metal body 1.
  • FIG. shows the relationship between an ultrasonic output and the average crystal grain diameter of the metal plating layer 1d of
  • the metal body 1 is coated with a metal plating solution 41 on a base material 1A by electroplating using an ultrasonic irradiation device 2 and a rocking device 3.
  • an ultrasonic irradiation device 2 and the swing device 3 existing ones can be used.
  • the ultrasonic irradiation device 2 includes, for example, an ultrasonic bathtub 21 and an ultrasonic vibration unit 6.
  • the inside of the ultrasonic bathtub 21 is filled with water 21A.
  • the container 4 is fixed in the ultrasonic bath 21 by a fixing member (not shown), and a metal plating solution 41 is placed in the container 4. In the metal plating solution 41, the anode plate 5A is suspended.
  • the ultrasonic vibration unit 6 is provided with a plurality of springs, and can vibrate the ultrasonic bath 21 at a predetermined frequency.
  • the base material 1A in which the surface of the cathode plate 1b is coated with the barrier layer 1c in advance.
  • the cathode plate 1b Cu, 42 alloy or the like is used.
  • the barrier layer 1c is provided to avoid a solid reaction between Cu and Sn, and Ni, NiP or the like is used for the barrier layer 1c.
  • the barrier layer 1c may be omitted.
  • Sn alone or Sn alloy such as SnBi is used.
  • the metal plating solution 41 a neutral bath metal plating solution made of Sn-based alloy or Sn alone containing 95% by mass or more of Sn is used.
  • Sn plating alloy is contained in the metal plating solution 41, in addition to Sn, one or more metals selected from Ag, Cu, Au, Ni, Bi, Sb, Pd, Co, Ge, Zn, etc. are mixed.
  • the base material 1A is attached to the tip of the rocking part of the rocking device 3. As shown by the arrows in the figure, the swing device 3 swings the base material 1 ⁇ / b> A within the metal plating solution 41.
  • the ultrasonic vibration unit 6 is vibrated to irradiate ultrasonic waves into the metal plating solution 41 (hereinafter referred to as “metal plating solution 41”) of the neutral bath in the container 4 through the water 21A.
  • metal plating solution 41 hereinafter referred to as “metal plating solution 41”
  • a standing wave is formed in the metal plating solution 41 and cavitation occurs.
  • the base material 1A is electroplated while irradiating the metal plating solution 41 with ultrasonic waves, the base material 1A is coated with the metal plating solution 41, and the metal body 1 having the metal plating layer 1d is manufactured as shown in FIG. Is done.
  • the oscillating device 3 When the oscillating device 3 is operated while irradiating the metal plating solution 41 with ultrasonic waves, the oscillating device 3 causes the base material 1 ⁇ / b> A to travel in the direction of excitation of the metal plating solution 41, that is, the steady wave of the metal plating solution 41. Swing to move forward and backward along the direction.
  • the base material 1A In the metal plating solution 41, the base material 1A is swung along the direction of vibration of the metal plating solution 41, and the base material 1A is electroplated while irradiating the metal plating solution 41 with ultrasonic waves, thereby metal plating.
  • the surface of the base material 1A uniformly contacts the standing wave formed in the liquid 41, and the metal plating liquid 41 is uniformly coated on the base material 1A, whereby the metal body 1 having the metal plating layer 1d is manufactured.
  • Cavitation generated by ultrasonic irradiation suppresses the growth of crystal grains on the surface of the metal plating layer 1d covering the base material 1A and reduces the crystal grain diameter.
  • the metal plating solution 41 is coated on the base material 1A while irradiating the metal plating solution 41 with ultrasonic waves, thereby forming the metal plating layer 1d in which whisker growth is suppressed on the surface of the base material 1A. Can do.
  • the metal plating solution 41 is irradiated with ultrasonic waves of more than 0 kHz and less than 160 kHz, so that the average crystal grain size on the surface of the metal plating layer 1d is 1.2 ⁇ m or more and 1.8 ⁇ m or less, and whisker The metal body 1 in which the growth is suppressed is manufactured.
  • Ni was coated as a barrier layer 1c on the surface of a 30 mm ⁇ 30 mm Cu plate prepared as the cathode plate 1b.
  • the current density of the base material 1A was 0.7 A / dm 2 .
  • Four pieces of this base material 1A were prepared.
  • Sn-235 manufactured by Dipsol Co., Ltd.
  • the water 21A in the ultrasonic bath 21 was kept at 25 ° C.
  • a 30 mm ⁇ 30 mm Sn plate was used as the anode plate 5A.
  • the base material 1A was attached to the swinging device 3 and swung, and the base material 1A was electroplated for 20 minutes and 42 seconds respectively while irradiating the metal plating solution 41 with ultrasonic waves by the ultrasonic irradiation device 2.
  • the ultrasonic output was changed for each base material 1A and set to no irradiation, 35 kHz, 100 kHz, and 160 kHz, respectively.
  • Metal body 11 plated without irradiation, metal body 12 plated with ultrasonic waves at 35 kHz, metal body 13 plated with ultrasonic waves at 100 kHz, and metal body plated with ultrasonic waves at 160 kHz 14 is allowed to stand in the atmosphere for 12 hours, and the whisker generated in the metal plating layers 11d to 14d of the metal bodies 11 to 14 is compliant with the “electronic device connector whisker test method” defined in JEITA RC-5241. The length was measured.
  • the metal bodies 11 to 14 were pressed for 240 hours with a load of 300 g using a zirconia sphere having a diameter of 1 mm.
  • the enlarged portions of the arbitrary three places were photographed on the periphery of the indentations of the metal plating layers 11d to 14d using a scanning electron microscope (SEM) of Quanta250 FEG (manufactured by FEI).
  • SEM scanning electron microscope
  • Quanta250 FEG manufactured by FEI
  • the maximum whisker length L1 of the metal body 11 plated without irradiation was 38.6 ⁇ m.
  • the maximum whisker length L2 of the metal body 12 plated by irradiating ultrasonic waves at 35 kHz was 26.2 ⁇ m.
  • the maximum whisker length L3 of the metal body 13 plated by irradiating ultrasonic waves at 100 kHz was 12.9 ⁇ m.
  • the maximum whisker length L4 of the metal body 14 plated by irradiating ultrasonic waves at 160 kHz was 39.9 ⁇ m.
  • the maximum whisker lengths L2 and L3 when irradiated with ultrasonic waves of 35 kHz and 100 kHz were shorter than the maximum whisker length L1 when there was no irradiation.
  • the maximum whisker length L4 became as long as the maximum whisker length L1 when there was no irradiation. From this result, it can be said that the growth of whiskers can be suppressed by irradiating ultrasonic waves at a frequency higher than 0 kHz and lower than 160 kHz.
  • the ultrasonic output is preferably more than 0 kHz and not more than 120 kHz, and more preferably not less than 35 kHz and not more than 100 kHz.
  • the average crystal grain size of the surfaces of the metal plating layers 11d to 14d of the metal bodies 11 to 14 was measured from the enlarged photographs of the metal bodies 11 to 14 photographed three by three.
  • FIG. 4 taking an enlarged photograph 11a as an example of one of three photographs obtained by enlarging the metal plating layer 11d of the metal body 11, a method for measuring the average crystal grain size of the metal plating layer 11d is shown.
  • an arbitrary straight line a1 was drawn on the enlarged photograph 11a, and the length of the straight line a1 was measured.
  • the number of crystal grains of the metal plating layer 11d intersecting with the straight line a1 was counted.
  • the length of the straight line a1 was divided by the number of counted crystal grains to obtain the average crystal grain size in the enlarged photograph 11a.
  • the average crystal grain size in the enlarged photograph 11a was 2.07 ⁇ m.
  • the average crystal grain sizes of the metal plating layer 11d calculated from the remaining two photographs of the enlarged metal body 11 were 2.19 ⁇ m and 1.86 ⁇ m, respectively.
  • the average crystal grain sizes of the metal plating layer 12d calculated from the three enlarged photographs of the metal body 12 were 1.55 ⁇ m, 1.55 ⁇ m, and 1.38 ⁇ m, respectively.
  • the average crystal grain sizes of the metal plating layer 13d calculated from the three enlarged photographs of the metal body 13 were 1.62 ⁇ m, 1.55 ⁇ m, and 1.69 ⁇ m, respectively.
  • the average crystal grain size of the metal plating layer 14d calculated from the three enlarged photographs of the metal body 14 was 2.19 ⁇ m, 2.33 ⁇ m, and 2.33 ⁇ m, respectively.
  • the average crystal grain sizes of the metal plating layers 11d to 14d of the metal bodies 11 to 14 were calculated from the average crystal grain sizes of the three enlarged photographs.
  • the average crystal grain size of each of the metal plating layers 11d to 14d is shown in FIG.
  • the average crystal grain size of the metal plating layer 11d of the metal body 11 is 2.04 ⁇ m
  • the average crystal grain size of the metal plating layer 12d of the metal body 12 is 1.49 ⁇ m
  • the metal plating layer 13d of the metal body 13 The average crystal grain size was 1.62 ⁇ m
  • the average crystal grain size of the metal plating layer 14 d of the metal body 14 was 2.28 ⁇ m.
  • the average crystal grain size of the metal plating layer 1d of the metal body 1 can be reduced by irradiating ultrasonic waves at a frequency of more than 0 kHz and less than 160 kHz.
  • the ultrasonic output is preferably more than 0 kHz and not more than 120 kHz, and more preferably not less than 35 kHz and not more than 100 kHz.
  • the metal body 1 having a small average crystal grain size on the surface of the metal plating layer 1d has a short maximum whisker length
  • the metal body 1 having a large average crystal grain size on the surface of the metal plating layer 1d has a maximum whisker length.
  • the metal body 1 having an average crystal grain size on the surface of the metal plating layer 1d of 1.2 ⁇ m or more and 1.8 ⁇ m or less can suppress whisker growth.
  • the average crystal grain size on the surface of the metal plating layer 1d is more preferably 1.49 ⁇ m or more and 1.62 ⁇ m or less.
  • the ultrasonic vibration unit 6 is configured to be provided below the ultrasonic bathtub 21, but is not limited thereto.
  • the ultrasonic vibration unit 6 may be provided on the side or upper side of the ultrasonic bathtub 21 or may be provided at a plurality of locations.
  • the ultrasonic bath 21 is filled with water 21A for evenly irradiating the metal plating solution 41 with ultrasonic waves.
  • the liquid is not limited as long as it is a liquid capable of transmitting a standing wave. I can't.
  • an emulsified liquid may be added, or the ultrasonic vibration may be directly applied to the metal plating solution 41 by omitting the water 21A.
  • plating is performed while the base material 1A is rocked by the rocking device 3 using the ultrasonic irradiation device 2, but the present invention is not limited to this.
  • the base material 1A may be put into the plating apparatus and rotated, and the base material 1A may be plated while irradiating the metal plating solution 41 with ultrasonic waves. .
  • the surface of the Cu cathode plate 1b is coated with Ni as the barrier layer 1c, and Sn is used as the anode plate 5A.
  • the base material 1A is coated with a barrier layer 1c in order to avoid a solid reaction between Cu and Sn in metal plating, but the barrier layer 1c may be omitted.
  • Ni alloys such as NiP
  • the cathode plate 1b may use 42 alloy instead of the Cu plate, and the size and shape are not limited to the example described above, and may be any size and shape.
  • Sn alloy such as SnBi may be used in addition to Sn.
  • Sn alone is used as the metal plating solution for the neutral bath, but the present invention is not limited to this.
  • the present invention is applied to a metal body whose surface is plated, and the metal body is used as a mounting part of an electronic device such as a connector, a chip part, a lead frame, a power device, or a substrate.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)

Abstract

金属めっき層のウィスカの成長を抑制した金属体、及びウィスカの成長を抑制する金属体の製造方法を提供する。金属体は、母材と、母材を被覆する金属めっき層とを備え、金属めっき層は、Ｓｎ９５質量％以上含有するＳｎ系合金又はＳｎ単体からなり、金属めっき層の表面の平均結晶粒径が、１．２μｍ以上１．８μｍ以下であることを特徴とする。この金属体の製造方法は、Ｓｎ９５質量％以上含有するＳｎ系合金又はＳｎ単体からなる中性浴の金属めっき液に、０ｋＨｚ超１６０ｋＨｚ未満の周波数の超音波を照射しながら、母材を金属めっき層で被覆することを特徴とする。

Description

金属体および金属体の製造方法
　本発明は表面をめっきされた金属体および当該金属体の製造方法に関する。
　従来から、電子機器の実装部品等として、導電性を有するめっき材料で表面をめっきした金属体が使用されている。近年、このようなめっき材料として、環境への配慮から、鉛を含まない錫系めっき材料が使用されるようになっている。しかし、鉛を含まないめっき材料でめっきを施すと、めっき部分からウィスカが発生することが知られている。
　ウィスカは、めっき処理過程やその後の加工過程で金属めっき層に生じる応力の開放現象によって発生し、錫原子が金属めっき層外に押し出されることにより、単結晶として成長すると考えられている。ウィスカが発生して成長すると、電気回路の接続を阻害し、短絡に繋がる。そこで、特許文献１には、錫めっき加工後のウィスカが出現していない段階で、めっき部を溶液中で超音波照射することによって、ウィスカの発生を抑制する方法が開示されている。
特許第４９８６１４１号公報
　しかし、特許文献１に記載される方法であっても、金属めっき層の表面の結晶粒径が大きく、金属めっき層の表面に生じる応力を十分に低減する事ができないため、ウィスカの成長を完全に抑制できないという問題があった。
　本発明はかかる課題を解決したもので、金属めっき層のウィスカの成長を抑制した金属体、及びウィスカの成長を抑制する金属体の製造方法を提供することを目的とする。
　上述の課題を解決するために採った本発明の技術手段は、次の通りである。
　（１）母材と、母材を被覆する金属めっき層とを備え、金属めっき層は、Ｓｎ９５質量％以上含有するＳｎ系合金又はＳｎ単体からなり、金属めっき層の表面の平均結晶粒径が、１．２μｍ以上１．８μｍ以下であることを特徴とする金属体。
　（２）母材は、金属めっき層で被覆される前に予めバリア層で被覆されていることを特徴とする前記（１）に記載の金属体。
　（３）バリア層は、Ｎｉからなることを特徴とする前記（２）に記載の金属体。
　（４）Ｓｎ９５質量％以上含有するＳｎ系合金又はＳｎ単体からなる中性浴の金属めっき液に、０ｋＨｚ超１６０ｋＨｚ未満の周波数の超音波を照射しながら、母材を金属めっき層で被覆する金属体の製造方法。
　（５）Ｓｎ９５質量％以上含有するＳｎ系合金又はＳｎ単体からなる中性浴の金属めっき液に、３５ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数の超音波を照射しながら、母材を金属めっき層で被覆する金属体の製造方法。
　（６）金属めっき液の中で、金属めっき液の加振方向に沿って、母材を揺動しながら、中性浴の金属めっき液に超音波を照射する前記（４）または（５）に記載の金属体の製造方法。
　本発明に係る金属体及び当該金属体の製造方法は、金属めっき液に超音波を照射しながら、母材が金属めっき液に被覆されるため、金属めっき層の表面の平均結晶粒径が小さくなり、ウィスカの成長を抑制することができる。
本発明に係る金属体１の製造に使用される、超音波照射装置２の一部断面と揺動装置３の構成例を示す概略平面図である。 本発明に係る金属体１の構成例を示す断面図である。 金属体１１の表面を拡大した写真である。 金属体１１の表面の拡大写真１１ａである。 金属体１２の表面を拡大した写真である。 金属体１３の表面を拡大した写真である。 金属体１４の表面を拡大した写真である。 超音波出力と金属体１の最大ウィスカ長さの関係を示した図である。 超音波出力と金属体１の金属めっき層１ｄの平均結晶粒径の関係を示した図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明に係る金属体及び当該金属体の製造方法について説明する。
　図１に示すように、本実施の形態において、超音波照射装置２と、揺動装置３とを用いて、電気めっきにより、母材１Ａに金属めっき液４１を被覆して、金属体１を製造する。超音波照射装置２と揺動装置３には、既存のものを使用することができる。
　超音波照射装置２は、例えば、超音波浴槽２１と、超音波振動部６とを備える。超音波浴槽２１内は、水２１Ａで満たされている。超音波浴槽２１の中に容器４が図示しない固定部材で固定され、容器４の中には、金属めっき液４１が入れられる。金属めっき液４１内には、陽極板５Ａが吊下される。超音波振動部６には、複数のバネが設けられ、所定の振動数で超音波浴槽２１内を振動させることができる。
　本実施の形態において、母材１Ａとして、陰極板１ｂの表面に、あらかじめバリア層１ｃが被覆されたものを使用することが好ましい。陰極板１ｂには、Ｃｕ、４２アロイ等が使用される。バリア層１ｃは、ＣｕとＳｎの固体反応を避けるために設けられ、バリア層１ｃには、Ｎｉ、ＮｉＰ等が使用される。なお、バリア層１ｃは省略してもよい。陽極板５Ａには、Ｓｎ単体や、ＳｎＢｉなどのＳｎ合金等が使用される。
　金属めっき液４１として、Ｓｎ９５質量％以上含有するＳｎ系合金又はＳｎ単体からなる中性浴の金属めっき液が使用される。金属めっき液４１にＳｎ系合金が含有される場合、Ｓｎ以外に、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｚｎ等から選ばれた金属うち、１種類以上の金属が混合される。
　揺動装置３の揺動箇所の先端に母材１Ａが取り付けられる。図中の矢印に示すように、揺動装置３は、母材１Ａを金属めっき液４１内で揺動させる。
　超音波振動部６を振動させることで、水２１Ａを介して容器４内の中性浴の金属めっき液４１（以下、「金属めっき液４１」という。）中に超音波が照射される。金属めっき液４１に超音波が照射されると、金属めっき液４１中に、定常波が形成されるとともに、キャビテーションが発生する。金属めっき液４１に超音波を照射しながら母材１Ａを電気めっきすると、母材１Ａに金属めっき液４１が被覆されて、図２に示すように、金属めっき層１ｄを有する金属体１が製造される。
　金属めっき液４１に超音波を照射しながら揺動装置３を作動させると、揺動装置３は、母材１Ａを、金属めっき液４１の加振方向、すなわち、金属めっき液４１の定常波の進行方向に沿って進退するように揺動させる。金属めっき液４１の中で金属めっき液４１の加振方向に沿って母材１Ａを揺動するとともに、金属めっき液４１に超音波を照射しながら母材１Ａを電気めっきすることにより、金属めっき液４１内に形成される定常波に母材１Ａの表面が均等に接触し、母材１Ａに金属めっき液４１が均一に被覆されて、金属めっき層１ｄを有する金属体１が製造される。
　超音波照射により発生するキャビテーションは、母材１Ａを被覆する金属めっき層１ｄの表面の結晶粒の成長を抑制し、結晶粒径を小さくする。金属めっき層１ｄの表面の結晶粒径が小さくなると、金属めっき層１ｄの表面に生じる応力を十分に低減する事ができ、ウィスカの成長を抑制できる。そのため、金属めっき液４１に超音波を照射しながら、金属めっき液４１を母材１Ａに被覆することで、母材１Ａの表面に、ウィスカの成長が抑制された金属めっき層１ｄを形成することができる。本実施の形態において、金属めっき液４１には、０ｋＨｚ超１６０ｋＨｚ未満の超音波が照射されるため、金属めっき層１ｄの表面の平均結晶粒径が１．２μｍ以上１．８μｍ以下で、ウィスカの成長が抑制された金属体１が製造される。
　以下、実施例にて本発明を金属体１に適用した場合の具体例を示すが、本発明は以下の具体例に限定されるものではない。
　図１、２に示すように、母材１Ａは、陰極板１ｂとして用意した３０ｍｍ×３０ｍｍのＣｕ板の表面に、バリア層１ｃとしてＮｉを被覆した。母材１Ａの電流密度は、０．７Ａ／ｄｍ２であった。この母材１Ａを４枚用意した。金属めっき液４１には、Ｓｎ－２３５（ディップソール株式会社製）を使用した。超音波浴槽２１内の水２１Ａは、２５℃に保持した。陽極板５Ａには、３０ｍｍ×３０ｍｍのＳｎ板を使用した。
　母材１Ａを揺動装置３に取り付けて揺動させるとともに、超音波照射装置２で金属めっき液４１に超音波を照射しながら、母材１Ａをそれぞれ２０分４２秒間ずつ電気めっきした。母材１Ａごとに超音波出力を変え、それぞれ、無照射、３５ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、１６０ｋＨｚに設定した。
　無照射でめっきした金属体１１、３５ｋＨｚで超音波を照射してめっきした金属体１２、１００ｋＨｚで超音波を照射してめっきした金属体１３、及び１６０ｋＨｚで超音波を照射してめっきした金属体１４を大気中で１２時間放置した後、ＪＥＩＴＡ　ＲＣ－５２４１で規定される「電子機器用コネクタのウィスカ試験方法」に準拠し、金属体１１～１４の金属めっき層１１ｄ～１４ｄに発生したウィスカの長さを測定した。
　より詳しくは、直径１ｍｍのジルコニア球を用いて、３００ｇの荷重で金属体１１～１４を２４０時間押圧した。押圧後、金属めっき層１１ｄ～１４ｄの圧痕周辺部について、Ｑｕａｎｔａ２５０ＦＥＧ（ＦＥＩ製）の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、任意の３箇所を拡大した写真を撮影した。撮影した写真中に見られたウィスカの長さを測り、それぞれの金属めっき層１１ｄ～１４ｄにおいて観察された、最も長いウィスカの長さを最大ウィスカ長さＬ１～Ｌ４として、図３、図５～図８に示す。
　図３に示すように、無照射でめっきした金属体１１の最大ウィスカ長さＬ１は、３８．６μｍであった。図５に示すように、３５ｋＨｚで超音波を照射してめっきした金属体１２の最大ウィスカ長さＬ２は、２６．２μｍであった。図６に示すように、１００ｋＨｚで超音波を照射してめっきした金属体１３の最大ウィスカ長さＬ３は、１２．９μｍであった。図７に示すように、１６０ｋＨｚで超音波を照射してめっきした金属体１４の最大ウィスカ長さＬ４は、３９．９μｍであった。
　図８に示すように、無照射のときの最大ウィスカ長さＬ１に比べ、３５ｋＨｚ、１００ｋＨｚの超音波を照射したときの最大ウィスカ長さＬ２、Ｌ３は、短くなった。しかし、１６０ｋＨｚの超音波を照射すると、最大ウィスカ長さＬ４が無照射のときの最大ウィスカ長さＬ１と同程度にまで長くなった。この結果から、超音波を０ｋＨｚ超１６０ｋＨｚ未満で照射すると、ウィスカの成長を抑制することができると言える。特に、超音波出力は、０ｋＨｚ超１２０ｋＨｚ以下であることが好ましく、３５ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下であることがより好ましいといえる。
　続いて、３枚ずつ撮影した金属体１１～１４の拡大した写真から、金属体１１～１４の金属めっき層１１ｄ～１４ｄの表面の平均結晶粒径を測った。図４に示すように、金属体１１の金属めっき層１１ｄを拡大した３枚の写真のうちの１枚である、拡大写真１１ａを例にとって、金属めっき層１１ｄの平均結晶粒径の測り方を説明する。まず、拡大写真１１ａに任意の直線ａ１を引き、直線ａ１の長さを測った。次に、直線ａ１と交差する金属めっき層１１ｄの結晶粒の数を数えた。直線ａ１の長さを、数えた結晶粒の数で割り、拡大写真１１ａにおける平均結晶粒径とした。拡大写真１１ａにおける平均結晶粒径は、２．０７μｍであった。
　これと同じく、金属体１１を拡大した残り２枚の写真、及び金属体１２～１４を拡大した３枚ずつの写真においても、直線を任意に引いてその長さを測り、直線と交差する各金属体の金属めっき層の結晶粒の数を数えて、平均結晶粒径を算出した。
　図示しないが、金属体１１を拡大した残り２枚の写真からそれぞれ算出された、金属めっき層１１ｄの平均結晶粒径は、それぞれ２．１９μｍ、１．８６μｍであった。金属体１２の３枚の拡大した写真からそれぞれ算出された、金属めっき層１２ｄの平均結晶粒径は、１．５５μｍ、１．５５μｍ、１．３８μｍであった。金属体１３の３枚の拡大した写真からそれぞれ算出された、金属めっき層１３ｄの平均結晶粒径は、１．６２μｍ、１．５５μｍ、１．６９μｍであった。金属体１４の３枚の拡大した写真からそれぞれ算出された、金属めっき層１４ｄの平均結晶粒径は、２．１９μｍ、２．３３μｍ、２．３３μｍであった。
　更に、３枚ずつの拡大した写真の平均結晶粒径から、金属体１１～１４の金属めっき層１１ｄ～１４ｄの平均結晶粒径をそれぞれ算出した。金属めっき層１１ｄ～１４ｄそれぞれの平均結晶粒径を図９に示す。
　金属体１１の金属めっき層１１ｄの平均結晶粒径は、２．０４μｍであり、金属体１２の金属めっき層１２ｄの平均結晶粒径は、１．４９μｍであり、金属体１３の金属めっき層１３ｄの平均結晶粒径は、１．６２μｍであり、金属体１４の金属めっき層１４ｄの平均結晶粒径は、２．２８μｍであった。
　この結果から、無照射のときと比べ、３５ｋＨｚ、１００ｋＨｚの超音波を照射すると、平均結晶粒径が小さくなった。しかし、１６０ｋＨｚの超音波を照射すると、平均結晶粒径が無照射のときと同程度に大きくなった。この結果から、超音波を０ｋＨｚ超１６０ｋＨｚ未満で照射すると、金属体１の金属めっき層１ｄの平均結晶粒径を小さくすることができると言える。超音波出力は、０ｋＨｚ超１２０ｋＨｚ以下であることが好ましく、３５ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下であることがより好ましいといえる。
　図８、９に示すように、平均結晶粒径の大きさと最大ウィスカ長さには相関関係があるといえる。より詳しくは、金属めっき層１ｄの表面の平均結晶粒径が小さい金属体１は、最大ウィスカ長さが短く、金属めっき層１ｄの表面の平均結晶粒径が大きい金属体１は、最大ウィスカ長さが長いと言える。これは、平均結晶粒径が小さいと、応力が分散されるため、ウィスカの成長が抑えられてウィスカが短くなるからであると考えられる。金属めっき層１ｄの表面の平均結晶粒径が１．２μｍ以上１．８μｍ以下である金属体１は、ウィスカの成長を抑制することができると言える。特に、金属めっき層１ｄの表面の平均結晶粒径は、１．４９μｍ以上１．６２μｍ以下であることがより好ましいといえる。
　本実施の形態において、超音波振動部６は、超音波浴槽２１の下方に設けられる構成としたが、これに限られない。超音波振動部６は、超音波浴槽２１の側方や上方に設けられてもよいし、複数箇所に設けられてもよい。
　本実施の形態において、超音波浴槽２１には、金属めっき液４１に均等に超音波を照射するために水２１Ａが入れられているが、定常波を伝えることができる液体であれば、これに限られない。水２１Ａ以外にも、例えば乳化液を入れてもよいし、水２１Ａを省略して金属めっき液４１に直接超音波振動を与えてもよい。また、本実施の形態において、超音波照射装置２を用いて揺動装置３で母材１Ａを揺動しながらめっきしたが、これに限られない。例えば、図示しないバレルめっき装置等のめっき装置を使用して、母材１Ａをめっき装置内に投入して回転させ、超音波を金属めっき液４１に照射しながら母材１Ａをめっきしてもよい。
　本実施の形態において、母材１Ａには、Ｃｕの陰極板１ｂの表面にバリア層１ｃとしてＮｉを被覆したものを使用し、陽極板５Ａには、Ｓｎを使用したが、これに限られない。母材１Ａには、金属めっきにおけるＣｕとＳｎの固体反応を避けるためにバリア層１ｃを被覆したが、バリア層１ｃは省略してもよい。また、バリア層１ｃとして、ＮｉＰ等のＮｉ合金を使用してもよい。陰極板１ｂは、Ｃｕ板の代わりに４２アロイを使用してもよいし、その大きさや形状も上述した例に限られず、あらゆる大きさや形状であってよい。陽極板５Ａには、Ｓｎの他にも、ＳｎＢｉ等のＳｎ合金を使用してもよい。
　本実施の形態において、中性浴の金属めっき液としてＳｎ単体を使用したが、これに限られない。Ｓｎ以外に、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｚｎ等の選ばれた金属うち、１種類以上の金属が混合される、Ｓｎ９５質量％以上含有するＳｎ系合金を含有してもよい。
　本発明は、表面をめっきされた金属体に適用され、当該金属体は、コネクタ、チップ部品、リードフレーム、パワーデバイス、基板などの、電子機器の実装部品等として使用される。
　１（１１～１４）・・・金属体、１Ａ・・・母材、１ｃ・・・バリア層、１ｄ（１１ｄ～１４ｄ）・・・金属めっき層

Claims (6)

  1. 　母材と、
    　前記母材を被覆する金属めっき層とを備え、
    　前記金属めっき層は、
    　Ｓｎ９５質量％以上含有するＳｎ系合金又はＳｎ単体からなり、
    　当該金属めっき層の表面の平均結晶粒径が、１．２μｍ以上１．８μｍ以下である
    　ことを特徴とする金属体。
  2. 　前記母材は、前記金属めっき層で被覆される前に予めバリア層で被覆されている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の金属体。
  3. 　前記バリア層は、Ｎｉからなることを特徴とする請求項２に記載の金属体。
  4. 　Ｓｎ９５質量％以上含有するＳｎ系合金又はＳｎ単体からなる中性浴の金属めっき液に、０ｋＨｚ超１６０ｋＨｚ未満の周波数の超音波を照射しながら、母材を金属めっき層で被覆する金属体の製造方法。
  5. 　Ｓｎ９５質量％以上含有するＳｎ系合金又はＳｎ単体からなる中性浴の金属めっき液に、３５ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数の超音波を照射しながら、母材を金属めっき層で被覆する金属体の製造方法。
  6. 　前記金属めっき液の中で、当該金属めっき液の加振方向に沿って、前記母材を揺動しながら、前記金属めっき液に前記超音波を照射する請求項４または請求項５に記載の金属体の製造方法。
PCT/JP2017/031814 2016-09-26 2017-09-04 金属体および金属体の製造方法 WO2018056041A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-186854 2016-09-26
JP2016186854A JP6421154B2 (ja) 2016-09-26 2016-09-26 金属体の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018056041A1 true WO2018056041A1 (ja) 2018-03-29

Family

ID=61689893

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/031814 WO2018056041A1 (ja) 2016-09-26 2017-09-04 金属体および金属体の製造方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6421154B2 (ja)
TW (1) TWI656245B (ja)
WO (1) WO2018056041A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1167138A (en) * 1966-01-12 1969-10-15 Northern Electric Co Method for Preventing Growth of Metallic Whiskers.
JPH03197692A (ja) * 1989-12-26 1991-08-29 Kobe Steel Ltd 光沢錫めっきを有する銅又は銅合金
JP2006070340A (ja) * 2004-09-03 2006-03-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 錫めっき皮膜及びそれを備えた電子部品並びにその製造方法
JP2006322014A (ja) * 2005-05-17 2006-11-30 Univ Waseda めっき液、めっき膜及びその作製方法
JP2013206898A (ja) * 2012-03-27 2013-10-07 Tdk Corp チップ型電子部品
JP2016515668A (ja) * 2013-04-22 2016-05-30 エーシーエム リサーチ （シャンハイ） インコーポレーテッド 基板を均一に金属被覆する方法および装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3206101B2 (ja) * 1992-04-21 2001-09-04 日本鋼管株式会社 表面処理鋼板の製造方法
CN102046854B (zh) * 2008-05-30 2013-09-25 Jx日矿日石金属株式会社 Sn或Sn合金镀敷被膜、具有该被膜的复合材料、以及复合材料的制备方法
JP5464876B2 (ja) * 2009-03-17 2014-04-09 Ｄｏｗａメタルテック株式会社 Ｓｎ被覆銅又は銅合金及びその製造方法
WO2010119489A1 (ja) * 2009-04-14 2010-10-21 三菱伸銅株式会社 導電部材及びその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1167138A (en) * 1966-01-12 1969-10-15 Northern Electric Co Method for Preventing Growth of Metallic Whiskers.
JPH03197692A (ja) * 1989-12-26 1991-08-29 Kobe Steel Ltd 光沢錫めっきを有する銅又は銅合金
JP2006070340A (ja) * 2004-09-03 2006-03-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 錫めっき皮膜及びそれを備えた電子部品並びにその製造方法
JP2006322014A (ja) * 2005-05-17 2006-11-30 Univ Waseda めっき液、めっき膜及びその作製方法
JP2013206898A (ja) * 2012-03-27 2013-10-07 Tdk Corp チップ型電子部品
JP2016515668A (ja) * 2013-04-22 2016-05-30 エーシーエム リサーチ （シャンハイ） インコーポレーテッド 基板を均一に金属被覆する方法および装置

Also Published As

Publication number Publication date
TW201814086A (zh) 2018-04-16
JP2018053274A (ja) 2018-04-05
TWI656245B (zh) 2019-04-11
JP6421154B2 (ja) 2018-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6518667B1 (en) Semiconductor package using micro balls and production method thereof
US20140252580A1 (en) Lead frame, semiconductor package including the lead frame, and method of manufacturing the lead frame
JP2000501784A (ja) 遠心ベッドにおける粒子の被覆
KR20040019089A (ko) 도전성 미립자의 제조 방법
JPWO2013141166A1 (ja) はんだ被覆ボールおよびその製造方法
JP2015520944A (ja) 金属が充填されたビアを有するセラミック基板からなるセラミックプリント基板を製造する方法
WO2018056041A1 (ja) 金属体および金属体の製造方法
TW201201322A (en) Seed layer deposition in microscale features
JP2018053369A (ja) 金属体および金属体の製造方法
JP2008166645A (ja) めっき部材およびその製造方法
JPH11317416A (ja) 複合マイクロボールとその製造方法と製造装置
JP2010216004A (ja) 電子部品用複合ボールの製造方法
Njuki et al. Preventing void growth between Ni3Sn4 and solder
EP1028180A1 (en) Method for producing very small metal ball
JPH1027873A (ja) 半導体装置用リードフレーム
JP2004285470A (ja) 貴合金はんだメッキ法
JP2020172683A (ja) 金めっき方法及びめっき皮膜
TWI544109B (zh) 利用浸鍍的金剛石附著方法及利用於此的金剛石附著裝置
JPH1192994A (ja) 微小金属球のはんだめっき法
CN105390439B (zh) 形成复合材料的方法以及用于形成复合材料的装置
JP6459293B2 (ja) はんだ被覆ボールおよびその製造方法
KR20130142630A (ko) 커켄달 보이드의 생성 억제 효과가 우수한 치아조직을 갖는 솔더 접합 구조 및 그 제조 방법
KR100535977B1 (ko) 전기 도금용 첨가제를 이용한 무전해 도금 방법
WO2022186262A1 (ja) プリフォーム層付きの接合用シート、接合体の製造方法、及びプリフォーム層付きの被接合部材
JP5397300B2 (ja) 電着樹脂膜上の金属膜製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17852818

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17852818

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1