JP3303594B2 - 耐熱銀被覆複合体とその製造方法 - Google Patents
耐熱銀被覆複合体とその製造方法Info
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Description
び銀被覆層の密着性に優れ、例えば、樹脂モールド等の
高温工程を伴う電子機器部品の製造に適した耐熱銀被覆
複合体及びその製造方法に関する。
銀合金層を被覆したもので、銅の機械的強度と導電性、
銀の耐食性と半田付性とを兼備しており、電子部品のリ
ード線や電子機器内の導体等として広く使用されてい
る。前記銀又は銀合金被覆層の厚さは、半田付性、耐食
性、経済性等を勘案して1〜10μm程度である。ところ
で、銀被覆銅線をリード線に用いたダイオードは、銀被
覆銅線を所定長さに切断し、その一端をヘッダー加工
し、ヘッダー加工部にシリコンチップを半田付けし、そ
の上に樹脂をモールドして組立てられる。前記の樹脂モ
ールド時には、銀被覆銅線は 200℃前後の大気中に約20
時間放置される。又前記シリコンチップの半田付けに
は、後の電子部品等との半田付工程で前記半田が溶融し
ないように、高Pb−Sn系の融点の高い高温半田が使
用される。この高温半田はSn量が少ないため共晶半田
に比べて銀層との反応速度が遅い。
付け時の加熱により、銅線から銅が拡散して外観が変色
し、又後の半田付け工程における半田付け性が著しく低
下する。このため銅線と銀又は銀合金被覆層の間にニッ
ケル等の下地層を拡散バリヤーとして介在させて、銅線
からの銅の拡散を抑制した銀被覆銅線が実用されてい
る。この下地層により銀又は銀合金被覆層の厚さを薄く
できる。しかし、このように下地層を設けても、半田付
け時の加熱で大気中の酸素が銀又は銀合金被覆層内に活
発に浸透して下地層が酸化する。その結果、銀又は銀合
金被覆層が剥離し易くなり、リード線としての信頼性が
低下し、又半田付け強度が低下するという問題が生じ
た。
銀被覆層を厚く形成して下地層を設けない方法、及び銀
又は銀合金被覆層の平均結晶粒径を5μm以上に大きく
して、結晶粒界を通路とする酸素の浸透を抑制する方法
(特公平5-8276号公報)が提案された。しかし、前者は
銀の使用量が増えてコスト的に不利であり、後者はシリ
コンチップの半田付性が悪化するという問題があった。
悪化について検討を行い、その原因は、結晶粒が大きく
なると銀被覆層と半田との反応速度が遅くなって、銀被
覆層の僅かな汚れや形状不良が半田付性に悪影響を及ぼ
す為であることを突き止め、更に研究を進めて本発明を
完成するに到った。本発明の目的は、半田付性、耐食
性、及び銀又は銀合金被覆層の密着性に優れた耐熱銀被
覆複合体とその製造方法を提供することにある。
少なくとも表面が導電性を有する基材上に、直接、又は
ニッケル、コバルト、若しくはそれらの合金からなる下
地層を介して、銀又は銀合金層が形成された耐熱銀被覆
複合体において、前記銀又は銀合金層の内側の平均結晶
粒径が3μm以上、外側の平均結晶粒径が2μm以下で
あることを特徴とする耐熱銀被覆複合体である。
性を有する基材には、タフピッチ銅(TPC) 、Cu−0.1
wt%Ag合金、Cu−0.15wt%Sn合金、Al、Al合
金等の導電性を有する金属材料、又は、鉄系、ニッケル
系等の金属材や、セラミックス、プラスチック上に銅等
の導電性金属をクラッド或いはめっきした複合材等が適
用される。基材の形状は、例えば、リード線等用の丸
線、角線、回路導体(印刷回路等)等用の板材、条材、
箔材等である。前記基材上に銀又は銀合金層(以下、銀
被覆層と略記する)を形成するには、通常、電気めっき
法が適用される。又その厚さは 0.5〜5.0 μm程度であ
る。銀合金被覆層にはAg-0.1〜5wt%Sn合金、Ag
-0.1〜5wt%Sb合金、Ag-0.1〜10wt%In合金等が
適用される。基材と銀被覆層の間には、必要に応じて、
ニッケル、コバルト又はそれらの合金からなる下地層を
介在させる。この下地層は基材からの銅の拡散を抑制す
るので、銀被覆層の厚さを薄くできる。
結晶粒径を3μm以上に限定した理由は、3μm未満で
は、銀被覆層の結晶粒界が多くなり、粒界を伝わって酸
素が銀被覆層内に多量に浸透して、基材又は下地層を酸
化させる為である。銀被覆層内側の平均結晶粒径は7μ
m以上が好ましい。又銀被覆層の外側の平均結晶粒径を
2μm以下に限定した理由は、平均結晶粒径が2μmを
超えると、銀被覆層と半田との反応速度が遅くなり、銀
被覆層表面の汚れや形状不良が半田付性に影響する為で
ある。つまり、この発明では、銀被覆層の外側の平均結
晶粒径を2μm以下に細かくして半田との反応速度を速
めることにより、その表面の汚れ等の影響が半田付け性
に及ばないようにしたのである。銀被覆層の外側の平均
結晶粒径は 0.5μm以下が好ましい。
導電性を有する基材上に、直接、又はニッケル、コバル
ト、若しくはそれらの合金からなる下地層を介して、銀
又は銀合金層aを形成する工程、非酸化性ガス雰囲気中
にて 300℃以上の温度で加熱処理する工程、前記加熱処
理後の銀又は銀合金層上に、再度銀又は銀合金層bを形
成する工程をこの順序で施すことを特徴とする請求項1
記載の耐熱銀被覆複合体の製造方法である。
下地層を形成した銅線に、銀層aめっき→加熱処理→銀
層bめっきの工程を施す。ここで、銀層aは、銀被覆層
の内側を指し、銀層bは外側を指す。銀層aは加熱処理
工程で再結晶して結晶粒が3μm以上に大きくなる。前
記加熱処理は、窒素、アルゴン等の非酸化性ガス雰囲気
中で行う。前記加熱処理温度を 300℃以上に限定した理
由は、 300℃未満では銀層aは再結晶するものの、平均
結晶粒径が3μm未満と小さく、酸素の浸透を十分に抑
制できない為である。加熱処理温度は、 800℃を超える
と銅線等の成分が銀被覆層へ激しく拡散して銀被覆層の
外観が変色する場合があるので、 800℃以下にするのが
好ましい。又加熱処理時間は、5秒未満では3μm以上
の平均結晶粒径が得られない場合があるので、5秒以上
にするのが好ましい。前記加熱処理後の銀層a上にめっ
きする銀層bの平均結晶粒径を2μm以下に限定した理
由は、2μmを超えると半田との反応速度が遅くなり、
銀層表面の汚れ等の影響がでて半田付け性が低下する為
である。2μm以下の平均結晶粒径は、通常の銀めっき
により得られる。ストライクめっき浴を用いることによ
り、平均結晶粒径を1μm以下にできる。
後に、加工を施し、次いで加熱処理と銀層bの形成を
順次施すことも可能である。ここでは、銀層aに加工
により適量の歪みを付与しておき、次の加熱処理で前記
銀層aの結晶粒をより粗大化して、銀層aの酸素の透過
抑制効果を向上させる。加工の減面加工率は、5%未
満では歪みが不足して結晶粒の粗大化効果が十分に得ら
れず、98%を超えると歪みが大きすぎて加熱処理で結晶
粒が逆に微細化するようになる。従って加工での減面
加工率は5〜98%が好ましい。
導電性を有する基材上に、直接、又はニッケル、コバル
ト、若しくはそれらの合金からなる下地層を介して、銀
又は銀合金層aを形成する工程、非酸化性ガス雰囲気中
にて 300℃以上の温度で加熱処理する工程、30%以下の
減面加工率で加工する工程、前記加工後の銀又は銀合金
層上に、再度銀又は銀合金層bを形成する工程をこの順
序で施すことを特徴とする請求項1記載の耐熱銀被覆複
合体の製造方法である。
→加工→銀層b形成の順で行われる。即ち、加熱処理
後に加工が入る以外は請求項2記載の方法と同じであ
る。銀層aは加熱処理で再結晶して平均結晶粒径が3μ
m以上に大きくなり、次の加工で組織が緻密化し、強
度アップが図られる。前記加工の減面加工率を30%以
下に限定した理由は、減面加工率が30%を超すと、銀層
aの平均結晶粒径が3μm未満になり酸素の浸透抑制効
果が十分に得られなくなる為である。
を施し、次いで加熱処理を施すことも可能である。こ
の方法によれば、銀層aは、結晶粒径が粗大で、緻密且
つ高強度なものとなる。前述と同じ理由で、加工の減
面加工率は5〜98%が好ましく、加工の減面加工率は
30%以下とする。
り製造される耐熱銀被覆複合体に減面加工率が30%以下
の加工(加工)を施すことも可能である。この加工に
より、銀層aと銀層bは緻密で高強度なものになる。こ
こで減面加工率を30%以下とするのは、前述と同じ理由
である。
耐熱銀被覆複合体を製造した。基材には 0.8〜1.0 mmφ
のタフピッチ銅線を用いた。銀被覆層にはAg又はAg
−Sb合金を用いた。尚、銀被覆層の電気めっきは下記
の条件で行った。 〔Ni下地層〕浴組成:スルファミン酸ニッケル 400g
/リットル 、塩化ニッケル30g/リットル 、ホウ酸30g/リットル 。
浴温:50℃。電流密度:10A/dm2。 〔Ag層〕浴組成:シアン化銀50g/リットル 、シアン化カ
リウム60g/リットル 、炭酸カリウム30g/リットル 。浴温:30
℃。電流密度:2A/dm2。 〔Ag合金層〕浴組成:シアン化銀50g/リットル 、シアン
化カリウム60g/リットル 、酒石酸アンチモニルカリ 2.5g
/リットル 、炭酸カリウム30g/リットル 。浴温:30℃。電流密
度:2A/dm2。
濡れ時間、半田濡れ性、銀被覆層の密着性を下記条件に
より調べた。結果を、製造条件を併記して表2及び表3
に示す。 〔半田濡れ時間〕 350℃に加熱した95%Pb−Sn半田
浴に、2mm/sec.の速度で深さ2mm浸漬し、10sec.間保持
した。結果はゼロクロスタイムで評価した。 〔半田濡れ性〕銀被覆銅線を 230℃の大気中で10時間加
熱したのち、 270℃に保持された共晶半田浴に5秒間デ
ィップしたのちの半田付着面積を計測し、この面積の全
面積に対する比率(%)で表した。 〔銀被覆層の密着性〕ゲージ長さ50mmで、正方向に35
回、次に逆方向に30回捻回した後の銀被覆層の剥離程度
を観察した。
例品(実施例 1〜13) は銀(銀又は銀合金)被覆層の内
側の平均結晶粒径が3μm以上と大きい為酸素の浸透が
抑制され、その結果、半田濡れ面積が広がり半田付性が
向上した。又銀被覆層の剥離も無かった。 又銀被覆層
外側の平均結晶粒径が2μm以下と小さい為半田濡れ時
間が短かくなり、銀被覆層表面の汚れ等の影響が低減さ
れた。これに対し、比較例品の比較例 14,15は、半田濡
れ面積が減少し、又捻回試験で銀被覆層が剥離した。こ
れは、銀被覆層の平均結晶粒径が小さく、酸素が多量に
浸透して銅線表面が酸化した為である。又比較例16は、
銀層の平均結晶粒径が大きかった為、半田濡れ性及び銀
被覆層の密着性は良好だったが、半田の濡れ時間が長く
なり、表面の汚れ等により半田付性が悪影響を受けるこ
とが判明した。
ドを行うダイオードを組立て、シリコンチップの半田付
性等を調べた。その結果、本発明例品は、いずれも良好
な半田付性を示し、又外観変色等も起きず耐食性に優れ
ることが確認された。他方、比較例品は、シリコンチッ
プの半田付け強度が低く、変色も発生した。
合体は、半田付性、耐食性、及び銀被覆層の密着性に優
れ、樹脂モールド等の高温工程を伴う電子機器部品の製
造等に用いて極めて有用である。
Claims (3)
- 【請求項1】 少なくとも表面が導電性を有する基材上
に、直接、又はニッケル、コバルト、若しくはそれらの
合金からなる下地層を介して、銀又は銀合金層が形成さ
れた耐熱銀被覆複合体において、前記銀又は銀合金層の
内側の平均結晶粒径が3μm以上、外側の平均結晶粒径
が2μm以下であることを特徴とする耐熱銀被覆複合
体。 - 【請求項2】 少なくとも表面が導電性を有する基材上
に、直接、又はニッケル、コバルト、若しくはそれらの
合金からなる下地層を介して、銀又は銀合金層aを形成
する工程、非酸化性ガス雰囲気中にて 300℃以上の温度
で加熱処理する工程、前記加熱処理後の銀又は銀合金層
上に、再度銀又は銀合金層bを形成する工程をこの順序
で施すことを特徴とする請求項1記載の耐熱銀被覆複合
体の製造方法。 - 【請求項3】 少なくとも表面が導電性を有する基材上
に、直接、又はニッケル、コバルト、若しくはそれらの
合金からなる下地層を介して、銀又は銀合金層aを形成
する工程、非酸化性ガス雰囲気中にて 300℃以上の温度
で加熱処理する工程、30%以下の減面加工率で加工する
工程、前記加工後の銀又は銀合金層上に、再度銀又は銀
合金層bを形成する工程をこの順序で施すことを特徴と
する請求項1記載の耐熱銀被覆複合体の製造方法。
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