Ｓｎめっき銅基板、Ｓｎめっき銅基板の製造方法、およびこれを用いたリードフレームおよびコネクタ端子
【課題】外部応力が加わった場合でもウイスカが発生しにくいめっき層を安定して形成することが可能であり、半田付け性に優れる、Ｐｂを含まないＳｎめっき銅基板を提供する。
【解決手段】本発明のＳｎめっき銅基板１は、純銅板、銅合金板、又は銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板２上に、中間Ｓｎめっき層３ＩＬとＣｕめっき層４とを、この順に積層してなるめっき膜層５を１．５μｍ以上の層厚で少なくとも１膜層以上備えるとともに、このめっき膜層５上に、０．２〜１．５μｍの層厚の最外Ｓｎめっき層３ＯＬをめっき膜層５との総厚が３μｍ以上で備え、少なくとも中間Ｓｎめっき層３ＩＬ及び最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇ及び粒内３ｃのいずれかに、Ｃｕめっき層４及び金属基板２の少なくとも一方に由来するＣｕを拡散させてなるＳｎ−Ｃｕ合金相６を有する。
【解決手段】本発明のＳｎめっき銅基板１は、純銅板、銅合金板、又は銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板２上に、中間Ｓｎめっき層３ＩＬとＣｕめっき層４とを、この順に積層してなるめっき膜層５を１．５μｍ以上の層厚で少なくとも１膜層以上備えるとともに、このめっき膜層５上に、０．２〜１．５μｍの層厚の最外Ｓｎめっき層３ＯＬをめっき膜層５との総厚が３μｍ以上で備え、少なくとも中間Ｓｎめっき層３ＩＬ及び最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇ及び粒内３ｃのいずれかに、Ｃｕめっき層４及び金属基板２の少なくとも一方に由来するＣｕを拡散させてなるＳｎ−Ｃｕ合金相６を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体のリードフレームや電子部品のコネクタ端子に使用されるＳｎめっき銅基板、Ｓｎめっき銅基板の製造方法、およびこれを用いたリードフレームおよびコネクタ端子に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、半導体のリードフレームや電子機器のコネクタ端子は、半田付け性を良くするためにＳｎ−Ｐｂ合金めっきが施されているが、近年、環境問題からＰｂを用いないＳｎめっきが求められている。
【０００３】
しかしながら、Ｓｎめっき表面からは、めっき後にＳｎの単結晶でなるウイスカが針状に自発的に発生する。ウイスカは、直径数μｍ、長さは数μｍから長いものは数ｍｍにもなるため、短絡の原因になることもある。かかるウイスカは、速いものはめっき後数日以内で発生し、遅いものはめっき後数ヶ月で発生するなど様々である。
【０００４】
ウイスカの成長機構は完全には理解されていないが、Ｓｎめっき層に圧縮応力が加わると、これが駆動力となってＳｎ原子の移動と集中が誘発され、ウイスカが成長するといわれている。
ここで、Ｓｎめっき層に加わる圧縮応力としては、めっきによって生じるめっき残留圧縮応力や、めっき後に基板のＣｕと反応してめっきとＣｕ基板の界面にＳｎとＣｕの合金相（Ｃｕ３ＳｎやＣｕ６Ｓｎ５）が形成されることによる圧縮応力、めっき後の曲げ加工等によって発生する圧縮応力などが考えられる。
【０００５】
従って、Ｓｎのウイスカの発生を防止する対策の一つとして、Ｓｎめっき層に圧縮応力がかからないようにすることが挙げられる。
圧縮応力を低減してウイスカ発生を防止する方法として、（１）めっき条件やめっき方法の検討によるめっき残留応力の低減を図る、（２）ＳｎとＣｕの合金相が基板とめっきとの界面にできないように、銅や銅合金基板上に下地めっきを行う、（３）Ｓｎめっき後に熱処理を行うことで残留応力の緩和を図る、などが考えられる。
【０００６】
（１）の方法としては、例えば、特許文献１に示されるように、パルスめっきを行うことによりＳｎめっきの内部応力を緩和する方法がある。
【０００７】
（２）の方法としては、例えば、非特許文献１に報告されているように、Ｃｕ基板上にＮｉやＡｇで下地めっきを行うことによりＣｕとＳｎの合金相形成によって圧縮応力の発生が抑制され、これにより、ウイスカの発生を抑制できることが記載されている。
【０００８】
（３）の方法としては、例えば、特許文献２に示されるように、Ｓｎめっき材を１８０℃から融点温度の範囲で熱処理する方法や、特許文献３に示されるように、Ｓｎ−Ｃｕ合金めっきを２２７℃以上２７０℃以下で１５分以内の熱処理を行う方法等がある。これらの方法は、熱処理により、急速に基板とめっきとの界面に合金相が形成されるが加熱状態にあるため、発生する圧縮応力が急速に緩和されるとともに、一旦、合金相ができると合金相中のＳｎやＣｕの拡散速度は非常に遅くなるため、常温に戻したときには、合金相の成長が抑制されることになり、新たな圧縮応力の発生が抑制される。また、加熱により圧縮応力の緩和が起こった後に、加熱後の冷却によりＳｎとＣｕの熱膨張係数差により引っ張り応力が発生するため、ウイスカの発生が抑制される。
【０００９】
なお、圧縮応力の低減以外にも、Ｓｎ合金めっきによってウイスカの発生を防止する方法が報告されている。例えば、特許文献４には、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき、特許文献５には、Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき、特許文献６には、Ｓｎ-Ｃｕ合金めっき、特許文献７には、Ｓｎ−Ａｇ合金めっきについて記載されている。
【００１０】
Ｓｎ−Ｃｕ合金めっきについては、ウイスカの抑制理由については明記されていないが、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきやＳｎ−Ｚｎ合金めっきは、ＢｉやＺｎがＳｎの拡散を抑制することが記載されている。また、Ｓｎ−Ａｇ合金めっきについては、Ｓｎめっき層にＡｇの合金相が形成されるためにウイスカの発生が抑制されることが記載されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１２９２７６号公報
【特許文献２】特開昭５７―１２６９９２号公報
【特許文献３】特開２００３−１９３２８９号公報
【特許文献４】特開２００４―１６９０７３号公報
【特許文献５】特開２００３−２５３４７０号公報
【特許文献６】特開２０００−８７２０４号公報
【特許文献７】特開２００２−２２０６８２号公報
【非特許文献１】Tin Whisker Formation - Results,Test Methods and Countermeasures, IEEE (2003), pp822-826
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載されている方法では、初期のめっき残留応力を低減しても、めっき後に徐々にＳｎと基板の銅が反応して界面にＳｎと銅の合金相が形成されることによる圧縮応力が発生するために、結局ウイスカが発生するという問題がある。
また、非特許文献１に記載されている方法では、めっき後の残留圧縮応力が存在すればウイスカが発生する。従って、例えば特許文献１などとの組合せが必要となるが、めっき後に加工がなされると圧縮応力が発生するためにウイスカが発生するという問題がある。
【００１３】
また、特許文献２に記載されている方法では、加工による外部圧縮応力が発生するとウイスカが発生するという問題がある。
そして、特許文献４〜７に記載の合金めっきでは、めっき浴組成の管理が難しいため、ウイスカの発生の抑制に適しためっき層を安定して形成することが困難であるという問題がある。また、これらの合金めっきでも、外部から圧縮応力を加えられるとウイスカが発生するという問題もある。従って、これらの方法でも完全にウイスカの発生を抑制することは困難である。
【００１４】
本発明は、前記した問題に鑑みてなされたものであり、曲げ加工などの外部応力が加わった場合でもウイスカが発生しにくいめっき層を安定して形成することが可能であり、リードフレームやコネクタ端子に用いた場合に必要とされる半田付け性に優れる、Ｐｂを含まないＳｎめっき銅基板、Ｓｎめっき銅基板の製造方法、およびこれを用いたリードフレームおよびコネクタ端子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】
【００１５】
ウイスカは、ウイスカの発生場所付近以外に、そこから遠く離れたところからもＳｎ原子が拡散してウイスカの発生場所に集まり、成長するといわれている。また、本発明者らは、発生したウイスカの根元の断面を観察したところ、ウイスカは、Ｓｎめっき表面から１μｍ程度の深さまでのところに存在するＳｎめっき表層部分のＳｎめっき結晶粒が核となって成長していることを突き止めた。そこで、本発明者らは、ウイスカの成長を抑制するには、少なくともＳｎめっき表面から１μｍ程度の深さまでのＳｎめっき表層部分について、Ｓｎが拡散しにくいＳｎ−Ｃｕ合金相やＣｕめっき層によってＳｎの結晶粒をＳｎ原子が拡散してくる距離よりも小さなサイズに分断すれば、ウイスカの発生を抑制できると考えた。
このような考えの下、本発明者らはＳｎ原子の拡散に着目し、鋭意研究を行なった結果、Ｓｎめっき中にＳｎ原子の拡散速度が遅くなる合金相または金属層を形成してＳｎの結晶粒を分断することによりウイスカの発生を抑制することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１６】
〔１〕 本発明に係るＳｎめっき銅基板は、純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板上に、中間層となるＳｎめっき層と、Ｃｕめっき層とを、この順に積層してなるめっき膜層を１．５μｍ以上の層厚で少なくとも１膜層以上備えるとともに、このめっき膜層上に、０．２μｍ以上１．５μｍ以下の層厚の最外層となるＳｎめっき層を前記めっき膜層との総厚が３μｍ以上で備え、少なくとも、前記中間層および前記最外層となる各Ｓｎめっき層の粒界、前記最外層となるＳｎめっき層と前記Ｃｕめっき層との界面、前記中間層となるＳｎめっき層と前記Ｃｕめっき層との界面、および、前記中間層となるＳｎめっき層と前記金属基板との界面、のいずれかに前記Ｃｕめっき層および前記金属基板の少なくとも一方に由来するＣｕを拡散させてなるＳｎ−Ｃｕ合金相を有することを特徴としている。
【００１７】
本発明に係るＳｎめっき銅基板は、このような特定の層厚のＳｎめっき層とＣｕめっき層を備え、さらに、Ｃｕ原子がＳｎめっき層の粒界や粒内に拡散してなるＳｎ−Ｃｕ合金相を、Ｃｕめっき層や金属基板とＳｎめっき層との界面、およびＳｎめっき層の粒界に形成している。特に、最外層となるＳｎめっき層は、当該最外層となるＳｎめっき層の粒界や粒内に、下層のＣｕめっき層から最外層となるＳｎめっき層の表面まで連続するＳｎ−Ｃｕ合金相が形成されるため、当該最外層となるＳｎめっき層を結晶粒レベルで分断している。つまり、Ｓｎ−Ｃｕ合金相によって、少なくともウイスカ発生の核となる結晶粒を含む、最外層となるＳｎめっき層を、当該最外層となるＳｎめっき層と平行な方向および垂直な方向に、結晶粒レベルで分断しているので、Ｓｎ原子を集まりにくくすることができ、これによりウイスカの発生を抑制している。
【００１８】
また、本発明に係るＳｎめっき銅基板は、Ｓｎめっき層とＣｕめっき層を積層し、Ｓｎめっき層を厚く設けているため、曲げ加工などでめっき膜層の表層が削られても、めっき膜層を残留させることができる。したがって、このような場合であっても半田付け性や耐食性を維持することができる。しかも、中間層となるＳｎめっき層とＣｕめっき層の層厚を適切に調整しているので、中間層となるＳｎめっき層もＳｎ−Ｃｕ合金相で分断しているため、残存しためっき膜層もＣｕやＳｎ−Ｃｕ合金相でＳｎめっき層が分断されたままなので、曲げ部からウイスカが発生するおそれもない。また、最外層がＳｎめっき層なので半田付け性に優れる。
【００１９】
〔２〕 本発明のＳｎめっき銅基板においては、前記Ｃｕめっき層およびＳｎ−Ｃｕ合金相のうち少なくとも一方には、前記Ｃｕが拡散してなるカーケンダルボイドが形成されており、このカーケンダルボイドよりも上方に形成された前記最外層となるＳｎめっき層の結晶粒の大きさの平均が５μｍ以下であるのが好ましい。
このように、カーケンダルボイドよりも上方に形成されたＳｎめっき層の結晶粒の大きさの平均を特定の値以下とすることで、Ｓｎめっき層の分断をより確実に行うことが可能となる。したがって、Ｓｎ原子を集まりにくくすることができ、ウイスカの発生をより抑制することが可能となる。
【００２０】
〔３〕 本発明のＳｎめっき銅基板においては、前記最外層となるＳｎめっき層直下のＣｕめっき層に形成された前記カーケンダルボイドを結んでなる線よりも上方の縦断面積に占める、前記Ｓｎ−Ｃｕ合金相および前記Ｃｕめっき層の断面積比率が３０％以上９０％以下であるのが好ましい。
このように、カーケンダルボイドよりも上方の縦断面積に占めるＳｎ−Ｃｕ合金相およびＣｕめっき層の断面積比率を特定の範囲とすれば、Ｓｎめっき層の結晶粒を十分な量確保できるため、良好な半田付け性を確保しつつ、ウイスカの発生を抑制することができる。
【００２１】
また、本発明のＳｎめっき銅基板においては、前記最外層となるＳｎめっき層直下のＣｕめっき層に形成された前記カーケンダルボイドを結んでなる線から下方の中間層となるＣｕめっき層およびＳｎめっき層の層厚の合計が２μｍ以上あり、かつ、中間層となる各Ｓｎめっき層の層厚が０．５μｍ以上３μｍ以下であり、前記最外層となるＳｎめっき層直下のＣｕめっき層に形成された前記カーケンダルボイドを結んでなる線から上方のＣｕめっき層および最外層となるＳｎめっき層の層厚の合計が０．２μｍ以上１．５μｍ以下であるのが好ましい。
【００２２】
このように、カーケンダルボイドを結んでなる線から下方のＣｕめっき層およびＳｎめっき層の層厚の合計を前記した特定の範囲とすれば、Ｓｎめっき層の層厚が十分に厚いため、曲げ加工などによってめっき膜層全体が削り取られてしまうおそれをなくすことができる。また、カーケンダルボイドを結んでなる線から下方の中間層となる各Ｓｎめっき層の層厚を前記した特定の範囲とすれば、残存したＳｎめっき層もＣｕめっき層やＳｎ−Ｃｕ合金相によって、Ｓｎめっき層と平行な方向および垂直な方向に、結晶粒レベルで分断しているので、ウイスカの発生を防止しつつ、半田付け性を確保することができる。そして、カーケンダルボイドを結んでなる線から上方の中間層となる各Ｓｎめっき層の層厚を前記した特定の範囲とすれば、曲げ加工されても金属基板が露出しにくくすることができる。
【００２３】
〔４〕 本発明に係るＳｎめっき銅基板の製造方法は、純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板上に、中間層となるＳｎめっき層と、Ｃｕめっき層とを、この順に積層してなるめっき膜層を１．５μｍ以上の層厚となるように少なくとも１膜層以上積層し、さらにこのめっき膜層上に、０．２μｍ以上１．５μｍ以下の層厚の最外層となるＳｎめっき層を前記めっき膜層との総厚が３μｍ以上となるように積層する積層工程と、少なくとも、前記中間層および前記最外層となる各Ｓｎめっき層の粒界、前記最外層となるＳｎめっき層と前記Ｃｕめっき層との界面、前記中間層となるＳｎめっき層と前記Ｃｕめっき層との界面、および、前記中間層となるＳｎめっき層と前記金属基板との界面、のいずれかに前記Ｃｕめっき層および前記金属基板の少なくとも一方に由来するＣｕを拡散させてＳｎ−Ｃｕ合金相を形成する合金相形成工程と、を含むことを特徴としている。
【００２４】
本発明に係るＳｎめっき銅基板の製造方法は、このような特定の層厚をもってＳｎめっき層と、Ｃｕめっき層とを積層することで、Ｃｕ原子がＳｎめっき層の粒界や粒内に拡散しやすくなる。特に、最外層となるＳｎめっき層は、当該最外層となるＳｎめっき層の粒界や粒内に、下層のＣｕめっき層から最外層となるＳｎめっき層の表面まで連続するＳｎ−Ｃｕ合金相が形成されるため、当該最外層となるＳｎめっき層を結晶粒レベルで分断している。つまり、Ｓｎ−Ｃｕ合金相によって少なくともウイスカ発生の核となる結晶粒を含む最外層となるＳｎめっき層を、Ｓｎめっき層と平行な方向および垂直な方向に、結晶粒レベルで分断しているので、Ｓｎ原子を集まりにくくすることができ、これによりウイスカの発生を抑制することが可能となる。
【００２５】
また、本発明に係るＳｎめっき銅基板の製造方法は、Ｓｎめっき層とＣｕめっき層を積層してＳｎめっき層を厚くしているため、曲げ加工などでめっき膜層の表層が削られてもめっき膜層を残留させることができる。したがって、このような場合であっても半田付け性や耐食性を維持することができる。しかも、中間層となるＳｎめっき層とＣｕめっき層の層厚を適切に調整しているので、中間層となるＳｎめっき層もＳｎ−Ｃｕ合金相で分断しているため、残存しためっき膜層もＣｕやＳｎ−Ｃｕ合金相でＳｎめっき層が分断されたままなので、曲げ部からウイスカが発生するおそれもない。また、最外層がＳｎめっき層なので半田付け性に優れる。
【００２６】
〔５〕 本発明のＳｎめっき銅基板の製造方法においては、前記積層工程において、前記最外層となるＳｎめっき層の直下に形成されるＣｕめっき層の層厚を０．０５μｍ以上１μｍ以下に積層するのが好ましい。
最外層となるＳｎめっき層の直下に形成されるＣｕめっき層をこのような層厚で設ければ、Ｓｎ−Ｃｕ合金相によって最外層となるＳｎめっき層の粒界や粒内を十分に分断することができるので、ウイスカの発生を抑制することが可能となる。
【００２７】
〔６〕 本発明のＳｎめっき銅基板の製造方法においては、前記積層工程において、前記めっき膜層を２膜層以上積層し、このめっき膜層を構成する前記中間層となる各Ｓｎめっき層を０．５μｍ以上３μｍ以下の層厚で積層させるのが好ましい。
中間層となるＳｎめっき層をこのような層厚で積層すれば、Ｓｎめっき層の層厚が十分厚いので、曲げ加工を行って最外層となるＳｎめっき層が削り取られてしまった場合であっても金属基板を露出させにくくすることができる。つまり、このような場合であっても半田付け性を良好に保つことができる。さらに、中間層となるＳｎめっき層をこの層厚で積層すると、当該中間層となるＳｎめっき層もＳｎ−Ｃｕ合金相および／またはＣｕめっき層によってＳｎめっき層と平行な方向および垂直な方向に結晶粒レベルで分断される。そのため、曲げ加工を行って最外層となるＳｎめっき層が削り取られてしまった場合であっても、残存しためっき膜層もＣｕめっき層やＳｎ−Ｃｕ合金相でＳｎめっき層が分断されたままなので、曲げ部からウイスカが発生するおそれもない。
【００２８】
〔７〕 本発明のＳｎめっき銅基板の製造方法においては、積層工程において、前記めっき膜層を２膜層以上積層する場合は、前記中間層となるＳｎめっき層の間、および、前記中間層となるＳｎめっき層と前記最外層となるＳｎめっき層との間に挟まれた各Ｃｕめっき層の層厚を、当該Ｃｕめっき層を挟むＳｎめっき層のうちいずれか厚い層厚を有するＳｎめっき層の１／１０以上１μｍ以下の層厚で積層させるのが好ましい。
Ｃｕめっき層をこのような層厚で設けると、かかるＣｕめっき層からＳｎめっき層の粒界や粒内に拡散させるＣｕ原子の量が適切となるので、合金相形成工程でＳｎめっき層の粒界や粒内にＳｎ−Ｃｕ合金相を形成させて中間層となるＳｎめっき層も結晶粒レベルで分断することができ、かつ良好なはんだ付け性を確保することができる。
【００２９】
〔８〕 本発明のＳｎめっき銅基板の製造方法においては、前記合金相形成工程によって、前記Ｃｕめっき層中には、前記Ｃｕが拡散してなるカーケンダルボイドが形成されるのが好ましい。
カーケンダルボイドが形成されていれば、Ｓｎめっき層の粒内や粒界にＣｕ原子が十分かつ適度に拡散してＳｎ−Ｃｕ合金相を形成していることになる。したがって、Ｓｎめっき層をＳｎ−Ｃｕ合金相によって面内方向および肉厚方向に確実に分断できたＳｎめっき銅基板を得ることができる。
【００３０】
〔９〕 本発明のリードフレームは、前記した本発明に係るＳｎめっき銅基板を用いたリードフレームであって、前記Ｓｎめっき銅基板を帯状に形成して、かつ、複数のリード部分およびこれと連続するボンディングパッドを、打ち抜きまたはエッチング処理により形成したことを特徴としている。
このようにすれば、前記したＳｎめっき銅基板を用いているので、良好な半田付け性を確保しつつ、ウイスカを発生しにくいリードフレームとすることができる。
【００３１】
〔１０〕 本発明のリードフレームは、前記した本発明に係るＳｎめっき銅基板を用いて、複数のリード部分およびこれと連続するボンディングパッドを形成したリードフレームであって、前記Ｓｎめっき銅基板に用いる前記金属基板は、予め前記複数のリード部分および前記ボンディングパッドが形成されていることを特徴としている。
【００３２】
このようにすれば、リードフレームの打ち抜き端面にもＳｎめっきがなされるため、金属基板の露出がなく、耐食性や半田付け性を確保できる。また、リードフレームの表面と打ち抜き端面とのエッジ部やコーナー部は、めっき圧縮応力が高くなるが、本発明のリードフレームは、めっき層膜と、この上に積層する最外層となるＳｎめっき層を積層し、これらが有する界面や粒界にＳｎ−Ｃｕ合金相を形成させ、これにより当該最外層となるＳｎめっき層と平行な方向および垂直な方向に、結晶粒レベルで分断しているので、ウイスカを発生しにくくすることができる。
【００３３】
〔１１〕 本発明のリードフレームは、前記リード部分がプレス曲げ加工されていることを特徴としている。
このようにすれば、めっき層膜と最外層となるＳｎめっき層とを有しているので、良好な半田付け性を確保しつつ、ウイスカを発生しにくいリードフレームとすることができる。
【００３４】
〔１２〕 本発明のコネクタ端子は、前記した本発明に係るＳｎめっき銅基板を用いたコネクタ端子であって、前記Ｓｎめっき銅基板を薄板に形成して、かつ、所定形状にプレス加工したことを特徴としている。
このようにすれば、前記したＳｎめっき銅基板を用いているので、良好な半田付け性を確保しつつ、ウイスカを発生しにくいコネクタ端子とすることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のＳｎめっき銅基板によれば、Ｓｎめっき層と、Ｃｕめっき層を含み得るＳｎ−Ｃｕ合金相と、を形成することによって、曲げ加工などの外部応力が加わった場合でもウイスカの発生を抑制することができ、リードフレームやコネクタ端子に用いた場合に必要とされる半田付け性に優れる。また、かかるめっき膜層は、Ｐｂを含まないので環境負荷が少ない。
【００３６】
本発明のＳｎめっき銅基板の製造方法によれば、曲げ加工などの外部応力が加わった場合でもウイスカが発生しにくいめっき膜層を安定して形成することが可能であり、リードフレームやコネクタ端子に用いた場合に必要とされる半田付け性に優れる、Ｐｂを含まないＳｎめっき銅基板を製造することができる。
【００３７】
そして、本発明のリードフレームやコネクタ端子によれば、曲げ加工などの外部応力が加わった場合でもウイスカが発生しにくいので、短絡するおそれを低減させることができ、かつ半田付け性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
次に、本発明に係るＳｎめっき銅基板、Ｓｎめっき銅基板の製造方法、およびこれを用いたリードフレームおよびコネクタ端子について詳細に説明する。
【００３９】
まず、本発明に係るＳｎめっき銅基板１について、図１および図２を参照して説明する。なお、図１は、本発明のＳｎめっき銅基板の一構成例を例示する断面図であり、図２は、本発明のＳｎめっき銅基板の他の構成を例示する断面図である。
【００４０】
図１および図２に示すように、本発明に係るＳｎめっき銅基板１は、純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板２上に、中間層となるＳｎめっき層３（以下、説明の便宜上これを「中間Ｓｎめっき層３ＩＬ」という。）と、Ｃｕめっき層４とを、この順に積層してなるめっき膜層５を１．５μｍ以上の層厚で少なくとも１膜層（つまり、中間Ｓｎめっき層３ＩＬとＣｕめっき層４との一組でなる層をいう）以上備えるとともに、このめっき膜層５上に、０．２μｍ以上１．５μｍ以下の層厚の最外層となるＳｎめっき層３（以下、説明の便宜上これを「最外Ｓｎめっき層３ＯＬ」という。）をめっき膜層５との総厚（これらを合計した層厚をいう）が３μｍ以上となるように備えられている。
【００４１】
そして、かかるＳｎめっき銅基板１は、少なくとも、中間Ｓｎめっき層３ＩＬおよび最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇ、最外Ｓｎめっき層３ＯＬとＣｕめっき層４との界面３４ｏ、中間Ｓｎめっき層３ＩＬとＣｕめっき層４との界面３４ｉ、および、中間Ｓｎめっき層３ＩＬと金属基板２との界面３２のいずれかに、前記したＣｕめっき層４および金属基板２の少なくとも一方に由来するＣｕ原子を拡散させてなるＳｎ−Ｃｕ合金相６を有している。
かかるＳｎ−Ｃｕ合金相６により、ウイスカ発生に効く最外Ｓｎめっき層３ＯＬは結晶粒レベルで分断され、Ｓｎ原子の移動と集中を抑制することができる。
【００４２】
ここで、中間Ｓｎめっき層３ＩＬと、Ｃｕめっき層４とを、この順に積層してなるめっき膜層５を、１．５μｍ以上の層厚で少なくとも１膜層以上備えるのは、最外Ｓｎめっき層３ＯＬとの関係もあるが、曲げ加工などした際に削れて金属基板２が露出してしまい、半田付け性が悪くなるのを防ぐためである。めっき膜層５は、２μｍ以上であるとより好ましい。
【００４３】
一方、中間Ｓｎめっき層３ＩＬを厚くすると、Ｃｕめっき層４の層厚にもよるが、中間Ｓｎめっき層３ＩＬを挟む金属基板２からＣｕめっき層４、または、中間Ｓｎめっき層３ＩＬを挟む一方のＣｕめっき層４から他方のＣｕめっき層４まで連続するＳｎ−Ｃｕ合金相６で中間Ｓｎめっき層３ＩＬの粒界３ｇを分断することができなくなる。Ｓｎめっき後に曲げ加工が行われない場合や、曲げ加工が行われても最外Ｓｎめっき層３ＯＬが削り取られない弱い曲げ加工の場合、あるいは、曲げ加工で最外Ｓｎめっき層３ＯＬが削りとられても半田付けによって削りとられた箇所が半田で表面を完全に覆われる場合、最外Ｓｎめっき層３ＯＬのみ結晶粒レベルで分断されていれば、ウイスカの発生を抑制することができる。しかしながら、曲げ加工で最外Ｓｎめっき層３ＯＬが削り取られて、中間Ｓｎめっき層３ＩＬが露出する場合は、中間Ｓｎめっき層３ＩＬも結晶粒レベルでＳｎ−Ｃｕ合金相で分断されていないとウイスカが発生する可能性がある。中間Ｓｎめっき層３ＩＬを結晶粒レベルで分断するためには、中間Ｓｎめっき層３ＩＬの厚さが０．５μｍ以上３μｍ以下の厚さとする必要がある。また、このときのＣｕめっき層４の厚さは、そのＣｕめっき層４を挟むＳｎめっき層４，４（図２参照）のうち、いずれか厚い層厚を有するＳｎめっき層４の１／１０以上１μｍ以下とするとよい。
【００４４】
最外Ｓｎめっき層３ＯＬは、前記しためっき膜層５との総厚が３μｍ以上となるように、その層厚を０．２μｍ以上１．５μｍ以下の範囲で設けるのは、良好な半田付け性を得るとともに、当該最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇおよび粒内３ｃに向けて、本発明の所望する効果を得るために十分なＣｕ原子の拡散を行わせるためである。これにより、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇおよび界面３４ｏでＳｎと合金化させてＳｎ−Ｃｕ合金相６を形成し、最外Ｓｎめっき層３ＯＬを結晶粒レベルで分断することができる。その結果、Ｓｎ原子の移動と集中を抑制してウイスカの発生を防止することが可能となる。
【００４５】
最外Ｓｎめっき層３ＯＬが０．２μｍ未満であると、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの表面までＣｕ原子が過剰に拡散しすぎるため、表層のＳｎ−Ｃｕ合金相６の形成割合が過剰に高くなってしまう。そのため、半田付け性が悪くなる。最外Ｓｎめっき層３ＯＬは、０．３μｍ以上とするのがより好ましく、０．４μｍ以上とするのがさらに好ましい。
【００４６】
一方、最外Ｓｎめっき層３ＯＬが１．５μｍを超えると、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの表面までＣｕ原子が拡散しにくくなるため、最外Ｓｎめっき層３ＯＬを結晶粒レベルで十分に分断することができなくなり、ウイスカが発生しやすくなる。つまり、最外Ｓｎめっき層３ＯＬを結晶粒レベルで十分に分断することができないと、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６が形成される際に誘起される圧縮応力によって、Ｓｎ原子の拡散が活発化するため、却ってウイスカが発生しやすくなる。最外Ｓｎめっき層３ＯＬは、１．２μｍ以下とするのがより好ましく、１μｍ以下とするのがさらに好ましい。
【００４７】
なお、図２に示すように、中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚は、めっき膜層５を２膜層以上積層した場合においても、前記したのと同様の理由により、各中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚がそれぞれ０．５μｍ以上３μｍ以下の層厚で積層させるのが好ましい。
【００４８】
中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚、Ｃｕめっき層４の層厚、および最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚の合計を３μｍ以上とするのは、曲げ加工などによって全てのめっき（中間Ｓｎめっき層３ＩＬ、Ｃｕめっき層４、および最外Ｓｎめっき層３ＯＬ）が削り取られるのを防ぐためである。なお、中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚、Ｃｕめっき層４の層厚、および最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚の合計は、５μｍ以上とするのがより好ましい。
【００４９】
本発明のＳｎめっき銅基板１においては、Ｃｕめっき層４およびＳｎ−Ｃｕ合金相６のうち少なくとも一方には、Ｃｕ原子が拡散してなるカーケンダルボイドＫが形成されており、このカーケンダルボイドＫよりも上方に形成された最外Ｓｎめっき層３ＯＬの結晶粒の大きさの平均が５μｍ以下であるのが好ましい。
【００５０】
ここで、カーケンダルボイドＫとは、拡散係数の異なる種類の金属層同士が接している拡散対が形成されたとき、拡散の速い金属層に生じる空洞をいう。なお、このカーケンダルボイドＫは、後述するように、Ｓｎめっき層３（中間Ｓｎめっき層３ＩＬおよび最外Ｓｎめっき層３ＯＬ）およびＣｕめっき層４の層厚を適切に制御することによって形成される。なお、カーケンダルボイドＫが形成されているということは、Ｃｕめっき層４のＣｕ原子が十分にＳｎめっき層３（特に、最外Ｓｎめっき層３ＯＬ）の粒界３ｇおよび粒内３ｃに拡散してＳｎ−Ｃｕ合金相６を形成していることを意味しており、ウイスカの発生をより確実に抑制することができると考えられるためである。なお、カーケンダルボイドＫは、Ｃｕめっき層４を２層以上積層した場合は、すべてのＣｕめっき層４に形成されると好ましい。各Ｓｎめっき層３が結晶粒レベルで分断され得るからである。
【００５１】
また、カーケンダルボイドＫが形成されていると、このカーケンダルボイドＫの位置から元のＣｕめっき層４の位置がわかり、これよりも上方の最外Ｓｎめっき層３ＯＬや中間Ｓｎめっき層３ＩＬ、およびこれよりも下方の中間Ｓｎめっき層３ＩＬのおおよその層厚もわかる。すなわち、カーケンダルボイドＫを連ねる線を引くと、その上の部分が大よそその上方の最外Ｓｎめっき層３ＯＬまたは中間Ｓｎめっき層３ＩＬであり、下の部分が大よそその下方の中間Ｓｎめっき層３ＩＬであるといえる。Ｃｕ原子がＣｕめっき層４を上下で挟むＳｎめっき層３に均等に拡散しているとすれば、カーケンダルボイドＫは元のＣｕめっき層４の中央にできると考えられるため、例えば、カーケンダルボイドＫより上方の最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚からＣｕめっき層４の層厚の半分の層厚を引けば元のＳｎめっき層３の層厚がわかる。これは、カーケンダルボイドＫより下方のＳｎめっき層３の層厚も同様である。
【００５２】
最外Ｓｎめっき層３ＯＬの結晶粒の大きさの平均は、例えば、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）装置によって撮影した画像を用いて、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６によって分断されている最外Ｓｎめっき層３ＯＬの複数（例えば、７つなど）の結晶粒について、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６と最外Ｓｎめっき層３ＯＬの境界とめっき表面の線が交わる点と点の間の長さを測定し、その平均値を結晶粒の大きさとして算出することで求めることができる。
このようにして求められた最外Ｓｎめっき層３ＯＬの結晶粒の大きさの平均が５μｍよりも大きいと、最外Ｓｎめっき層３ＯＬが結晶粒レベルで十分分断されていないために、ウイスカが発生しやすくなる。最外Ｓｎめっき層３ＯＬの結晶粒の大きさの平均は、３μｍ以下であるのがより好ましい。
【００５３】
また、本発明のＳｎめっき銅基板１においては、最外Ｓｎめっき層３ＯＬ直下のＣｕめっき層４に形成されたカーケンダルボイドＫを結んでなる線よりも上方の縦断面積に占める、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６およびＣｕめっき層４の断面積比率が３０％以上９０％以下であるのが好ましい。ここで、カーケンダルボイドＫを結んでなる線とは、Ｓｎめっき銅基板１の板厚方向の断面において、同じＣｕめっき層４中に形成されるカーケンダルボイドＫ全体を、板幅方向に連続的に繋げて想定される線をいう。
【００５４】
かかるカーケンダルボイドＫよりも上方の縦断面積に占めるＳｎ−Ｃｕ合金相６およびＣｕめっき層４の断面積比率が９０％を超えると、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの表層に存在するＳｎ−Ｃｕ合金相６の形成割合が多くなるので、半田付け性が悪くなる。
一方、カーケンダルボイドＫよりも上方の縦断面積に占めるＳｎ−Ｃｕ合金相６およびＣｕめっき層４の断面積比率が３０％未満であると、最外Ｓｎめっき層３ＯＬが結晶粒レベルで十分分断されていないために、ウイスカが発生しやすくなる。
【００５５】
なお、カーケンダルボイドＫよりも上方の縦断面積に占めるＳｎ−Ｃｕ合金相６およびＣｕめっき層４の断面積比率の上限は、８０％以下であるのがより好ましく、７０％以下であるのがさらに好ましい。また、カーケンダルボイドＫよりも上方の縦断面積に占めるＳｎ−Ｃｕ合金相６およびＣｕめっき層４の断面積比率の下限は、３５％以上であるのがより好ましく、４０％以上であるのがさらに好ましい。
【００５６】
また、本発明においては、最外Ｓｎめっき層３ＯＬ直下のＣｕめっき層４に形成されたカーケンダルボイドＫを結んでなる線から下方のＣｕめっき層４および中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚の合計が２μｍ以上あり、かつ、中間層となる各Ｓｎめっき層（各中間Ｓｎめっき層３ＩＬ）の層厚が０．５μｍ以上３μｍ以下であり、最外Ｓｎめっき層３ＯＬ直下のＣｕめっき層４に形成されたカーケンダルボイドＫを結んでなる線から上方のＣｕめっき層４および最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚の合計が０．２μｍ以上１．５μｍ以下であるのが好ましい。
【００５７】
最外Ｓｎめっき層３ＯＬ直下のＣｕめっき層４に形成されたカーケンダルボイドＫを結んでなる線から下方のＣｕめっき層４および中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚の合計が２μｍ未満であると、曲げ加工などした場合に、最外Ｓｎめっき層３ＯＬやＣｕめっき層４などが削り取られて金属基板２が露出し、半田付け性や耐食性を損なうおそれがある。最外Ｓｎめっき層３ＯＬ直下のＣｕめっき層４に形成されたカーケンダルボイドＫを結んでなる線から下方のＣｕめっき層４およびＳｎめっき層３の層厚の合計は、３μｍ以上とするのがより好ましく、５μｍ以上とするのがさらに好ましい。
【００５８】
また、最外Ｓｎめっき層３ＯＬ直下のＣｕめっき層４に形成されたカーケンダルボイドＫを結んでなる線から上方のＣｕめっき層４および最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚の合計が０．２μｍ未満であると、特に、最外Ｓｎめっき層３ＯＬが殆ど全てＳｎ−Ｃｕ合金になってしまうため、ウイスカは発生しないものの、半田付け性が悪くなる。カーケンダルボイドＫを結んでなる線から上方のＣｕめっき層４および最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚の合計は、０．３μｍ以上とするのがより好ましく、０．４μｍ以上とするのがさらに好ましい。
【００５９】
一方、最外Ｓｎめっき層３ＯＬ直下のＣｕめっき層４に形成されたカーケンダルボイドＫを結んでなる線から上方のＣｕめっき層４および最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚の合計が１．５μｍを超えると、Ｃｕ原子が最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇや粒内３ｃに拡散しても表面まで到達する割合が減り、最外Ｓｎめっき層３ＯＬを結晶粒レベルで十分に分断できなくなるため、ウイスカが発生しやすくなる。また、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの結晶粒レベルでの分断が不十分であると、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６が形成されることにより誘起される圧縮応力によって、Ｓｎ原子の拡散が活発化するため、却ってウイスカが発生しやすくなるおそれがある。最外Ｓｎめっき層３ＯＬ直下のＣｕめっき層４に形成されたカーケンダルボイドＫを結んでなる線より上方のＣｕめっき層４および最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚の合計は、１．２μｍ以下とするのがより好ましく、１μｍ以下とするのがさらに好ましい。
【００６０】
次に、図３を参照して、本発明に係るＳｎめっき銅基板の製造方法について説明する。なお、図３は、本発明のＳｎめっき銅基板の製造方法のフローを示す図である。
図３に示すように、本発明に係るＳｎめっき銅基板の製造方法は、積層工程Ｓ１と、合金相形成工程Ｓ２と、を含んでなる。
【００６１】
なお、めっき膜層５の層厚を１．５μｍ以上とする臨界的意義、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚を０．２μｍ以上１．５μｍ以下とする臨界的意義、および、０．２μｍ以上１．５μｍ以下の層厚の最外Ｓｎめっき層３ＯＬをめっき膜層５との総厚が３μｍ以上とする臨界的意義など、各層厚を特定の範囲に規定した理由については、本発明のＳｎめっき銅基板の説明で述べたとおりであるので、その説明を省略する。
また、少なくとも、中間Ｓｎめっき層３ＩＬおよび最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇおよび界面３４ｉ、３４ｏのいずれかにＳｎ−Ｃｕ合金相６を有することの意義、Ｃｕめっき層４およびＳｎ−Ｃｕ合金相６のうち少なくとも一方にカーケンダルボイドＫを形成させると好適である点など、本発明のＳｎめっき銅基板の好適な実施態様やそのようにする理由等についても、本発明のＳｎめっき銅基板の説明で述べたとおりであるので、その説明を省略する。
【００６２】
リードフレームやコネクタ端子にＳｎめっき銅基板１を使用する場合、これらの部品は合金相形成工程Ｓ２後に曲げ加工等されることが多いため、めっき膜層５が薄すぎると加工治具と擦れた箇所のめっきの表層が削り取られて金属基板２が露出し、その部分の半田付け性や耐食性が著しく低下する。これを防止するため、本発明では、Ｓｎめっき層３の粒界３ｇ、および当該Ｓｎめっき層３の粒内３ｃにＣｕを拡散させて合金化し、Ｓｎめっき層３の粒界３ｇ、およびＣｕめっき層４や金属基板２とＳｎめっき層３との界面３４ｏ、３４ｉ、３２で、Ｓｎめっき層３を結晶粒レベルで分断することにより、Ｓｎ原子の移動と集中を抑制してウイスカの発生の防止を図っている。ただし、Ｃｕ原子の粒界３ｇへの拡散距離は１〜２μｍ程度であるため、このような方法でＳｎめっき層３を分断するためには、前記したように、少なくとも最外Ｓｎめっき層３ＯＬについては、その層厚を１〜２μｍ以下にしなければ、その表面までＣｕ原子が拡散できないため、最外Ｓｎめっき層３ＯＬを結晶粒レベルで分断することができない。つまり、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚を厚くしすぎるとＣｕ原子の拡散が十分に行われないのでウイスカの発生を防止することができない。
【００６３】
本発明では、これを加味して、以下のような条件で積層工程Ｓ１を行う。
〔積層工程〕
積層工程Ｓ１は、純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板２上に、中間Ｓｎめっき層３ＩＬと、Ｃｕめっき層４とを、この順に積層してなるめっき膜層５を１．５μｍ以上の層厚となるように少なくとも１膜層以上積層し、さらにこのめっき膜層５上に、０．２μｍ以上１．５μｍ以下の層厚の最外Ｓｎめっき層３ＯＬを、前記しためっき膜層５との総厚が３μｍ以上となるように積層する。
これにより、最外Ｓｎめっき層３ＯＬがＳｎ−Ｃｕ合金相６によって、後記するように結晶粒レベルで分断される前の状態のＳｎめっき銅基板１’（図１および図２参照）を得ることができる。
【００６４】
なお、Ｓｎめっき層３（中間Ｓｎめっき層３ＩＬおよび最外Ｓｎめっき層３ＯＬ）の層厚は、予め金属基板に対して種々の時間でＳｎめっきを行い、金属基板に形成したＳｎめっき層の付着量とめっき面積から単位面積当たりのめっき付着量を求め、この値でＳｎの理論密度を除することによって、Ｓｎめっき層の形成速度を求め、この形成速度を基に所定の層厚をめっきするのに必要なめっき時間を割り出すことで、Ｓｎめっき層３の層厚の制御を行うことができる。これは、Ｃｕめっき層４の層厚の制御も同様である。
【００６５】
なお、この積層工程Ｓ１において、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの直下に形成されるＣｕめっき層４の層厚は０．０５μｍ以上１μｍ以下に積層するのが好ましい。最外Ｓｎめっき層３ＯＬの直下のＣｕめっき層４をこのような範囲で積層すると、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇおよび粒内３ｃにＣｕ原子を適度に拡散させることができる。そのため、最外Ｓｎめっき層３ＯＬを結晶粒レベルで分断することが可能となる。
【００６６】
最外Ｓｎめっき層３ＯＬの直下に形成されるＣｕめっき層４の層厚が０．０５μｍ未満であると、その層厚が薄すぎるため、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇおよび粒内３ｃに拡散するＣｕ原子が不足し、最外Ｓｎめっき層３ＯＬを結晶粒レベルで分断することができない。したがって、ウイスカが発生しやすくなる。最外Ｓｎめっき層３ＯＬの直下に形成されるＣｕめっき層４の層厚は、０．１μｍ以上とするのがより好ましい。
【００６７】
他方、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの直下に形成されるＣｕめっき層４の層厚が１μｍを超えると、その層厚が厚すぎるため、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇおよび粒内３ｃにＣｕ原子が拡散しすぎてしまう。そのため、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの表層にＳｎ−Ｃｕ合金相６が多く形成されることとなり、半田付け性が悪くなる。最外Ｓｎめっき層３ＯＬの直下に形成されるＣｕめっき層４の層厚は、０．６μｍ以下とするのがより好ましい。
【００６８】
この積層工程Ｓ１において、めっき膜層５を構成する各中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚を０．５μｍ以上３μｍ以下で積層するのが好ましい。各中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚をこの範囲とするのは、その界面３４ｉおよび粒界３ｇにＳｎ−Ｃｕ合金相６を形成させることによって中間Ｓｎめっき層３ＩＬを結晶粒レベルで分断させて、Ｓｎ原子の移動と集中を抑制できるからである。これによって、曲げ加工などによって表面のＳｎめっき層３が削り取られて中間Ｓｎめっき層３ＩＬが表面に露出しても、露出した中間Ｓｎめっき層３ＩＬはＣｕ−Ｓｎ合金相６で当該中間Ｓｎめっき層３ＩＬが分断されているために、曲げ部からウイスカが発生するおそれがない。
【００６９】
中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚が０．５μｍ未満であると、Ｃｕめっき層４の層厚にもよるが、Ｃｕ原子の拡散により、中間Ｓｎめっき層３ＩＬ全体がＳｎ−Ｃｕ合金相６となってしまうおそれがある。このような状態で、曲げ加工時に表面から中間Ｓｎめっき層３ＩＬの中間の位置まで削り取られてしまうと、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６のみが表面に露出することになり、半田付け性が悪くなることがある。中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚は、１μｍ以上とするのがより好ましい。
一方、中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚が３μｍよりも厚いと、Ｃｕ原子の拡散によって中間Ｓｎめっき層３ＩＬを結晶粒レベルで十分に分断することができなくなるおそれがある。つまり、曲げ加工時に表面から中間Ｓｎめっき層３ＩＬの中間の位置まで削り取られて、かかる中間Ｓｎめっき層３ＩＬが露出するとウイスカが発生しやすくなる場合がある。中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚は、２．５μｍ以下とするのがより好ましい。
【００７０】
また、積層工程Ｓ１において、各中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚を０．５μｍ以上３μｍ以下で積層する場合は、中間Ｓｎめっき層３ＩＬの間、および、中間Ｓｎめっき層３ＩＬと最外Ｓｎめっき層３ＯＬとの間に挟まれた各Ｃｕめっき層４の層厚を、それぞれのＣｕめっき層４を挟む中間Ｓｎめっき層３ＩＬのうちいずれか厚い層厚を有する中間Ｓｎめっき層３ＩＬの１／１０以上１μｍ以下の層厚で積層させるのが好ましい。
【００７１】
Ｃｕめっき層４の層厚が、当該Ｃｕめっき層４を挟む中間Ｓｎめっき層３ＩＬのうちいずれか厚い方の層厚の１／１０未満であると、拡散するＣｕ原子の量が少ないために、Ｃｕ原子が中間Ｓｎめっき層３ＩＬの粒界３ｇおよび粒内３ｃに十分に拡散できず、中間Ｓｎめっき層３ＩＬを結晶粒レベルで分断することができない。Ｃｕめっき層４の層厚は、当該Ｃｕめっき層４を挟む中間Ｓｎめっき層３ＩＬのうちいずれか厚い方の層厚を有する中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚の１／５以上とするのがより好ましい。
【００７２】
一方、この場合において、中間Ｓｎめっき層３ＩＬに挟まれたＣｕめっき層４の層厚が１μｍを超えると、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６が形成されすぎるために、曲げ加工された部分の半田付け性が低下する。Ｃｕめっき層４の層厚は、０．８μｍ以下とするのがより好ましい。
【００７３】
〔合金相形成工程〕
次に、合金相形成工程Ｓ２は、少なくとも中間Ｓｎめっき層３ＩＬおよび最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇ、最外Ｓｎめっき層３ＯＬとＣｕめっき層４との界面３４ｏ、中間Ｓｎめっき層３ＩＬとＣｕめっき層４との界面３４ｉ、および、中間Ｓｎめっき層３ＩＬと金属基板２との界面３２、のいずれかにＣｕめっき層４および金属基板２の少なくとも一方に由来するＣｕ原子を拡散させてＳｎ−Ｃｕ合金相６を形成させる。これにより、少なくとも最外Ｓｎめっき層３ＯＬはＳｎ−Ｃｕ合金相６によって結晶粒レベルで分断され、本発明に係るＳｎめっき銅基板１を製造することができる。
【００７４】
Ｃｕ原子は、室温でＳｎめっき層３、特にその粒界３ｇを高速で拡散する。Ｓｎめっき層３の層厚にもよるが、Ｃｕ原子は、例えば、Ｓｎめっき層３の層厚が０．５μｍ程度であれば１日で粒界３ｇを拡散する。合金相形成工程Ｓ２の温度条件を高くすれば粒界３ｇへの拡散が促進され、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６が早期に形成される。
【００７５】
しかし、合金相形成工程Ｓ２の温度条件を高くしすぎると、Ｓｎめっき層３中の粒界拡散と粒内拡散の速度が等しくなるため、Ｓｎめっき層３の粒界３ｇが先行して合金化することができず、Ｓｎめっき層３の粒内３ｃも粒界３ｇと同程度の速度で合金化することになる。そのため、Ｓｎめっき層３の粒界３ｇと、Ｓｎめっき層３の粒内３ｃとが、一様の厚さでＳｎ−Ｃｕ合金相６となってしまい、Ｓｎめっき層３を結晶粒レベルで分断することができない。
【００７６】
つまり、Ｃｕ原子の粒内３ｃへの拡散が必要以上に促進される結果、拡散に寄与するＣｕ原子の量が比較的少ない場合は、Ｃｕ原子がＳｎめっき層３の表面まで拡散することができず、ウイスカの発生を抑制することができない。他方、拡散に寄与するＣｕ原子の量が比較的多い場合は、Ｓｎめっき層３すべてがＳｎ−Ｃｕ合金相６となってしまい、半田付け性が悪くなる。
したがって、合金相形成工程Ｓ２の温度条件は、Ｓｎめっき層３の粒界３ｇと粒内３ｃにおけるＣｕ原子の拡散速度に差が出る温度に制御するのが好ましい。例えば、合金相形成工程Ｓ２の温度条件は、１６０℃以下とするのが好ましく、１４０℃以下とするのがより好ましく、１３０℃以下とするのがさらに好ましい。
なお、拡散に寄与するＣｕ原子の量はＣｕめっき層４の層厚で決まるため、Ｃｕめっき層４の層厚は、前記した特定の範囲で制御するのが好ましい。
【００７７】
また、合金相形成工程Ｓ２によって、Ｃｕめっき層４およびＳｎ−Ｃｕ合金相６の少なくとも一方には、Ｃｕ原子が拡散してなるカーケンダルボイドＫが形成されるのが好ましい。なお、カーケンダルボイドＫは、合金相形成工程Ｓ１を実施したＣｕめっき層４中に形成される。なお、Ｃｕめっき層４の層厚が薄い場合や合金相形成温度条件によっては、Ｃｕめっき層４全体がＳｎ−Ｃｕ合金相６となることがある。この場合は、結果としてカーケンダルボイドＫは当然Ｓｎ−Ｃｕ合金相中に形成される。Ｃｕめっき層４を２層以上積層した場合は、すべてのＣｕめっき層４にこれが形成され得る。
【００７８】
なお、カーケンダルボイドＫは、前記した積層工程Ｓ１において、Ｓｎめっき層３（中間Ｓｎめっき層３ＩＬおよび最外Ｓｎめっき層３ＯＬ）およびＣｕめっき層４の各層厚を、それぞれ前記した範囲で積層すると好適に形成させることができる。すなわち、Ｓｎめっき層３およびＣｕめっき層４の各層厚を適切に制御することにより、Ｃｕめっき層４のＣｕ原子をＳｎめっき層３の粒界３ｇおよび粒内３ｃに適切に拡散させることが可能となるため、カーケンダルボイドＫを形成させることができる。
【００７９】
次に、本発明のリードフレームおよびコネクタ端子について図４および図５を参照して説明する。なお、図４は、本発明のリードフレームの一例を示す構成図である。図５は、本発明のコネクタ端子の一例を示す一部断面図であって、（ａ）は、雄端子と雌端子を嵌合する前の状態を示す図であり、（ｂ）は、雄端子と雌端子を嵌合した後の状態を示す図である。
【００８０】
図４に示すように、本発明のリードフレーム１００は、例えば、１つ以上のボンディングパッド１０１と、これと連続する複数のリード部分１０２と、を有する一般的なリードフレームとして形成することができる。
かかるリードフレーム１００は、例えば、前記したＳｎめっき銅基板１を帯状に形成して、かつ、複数のリード部分１０２およびボンディングパッド１０１を所定の形状の精密金型などを使用して打ち抜き処理（スタンピング処理）やエッチング処理により形成することで製造することができる。また、前記した本発明のＳｎめっき銅基板１に用いる金属基板２は、予め前記した複数のリード部分１０２および前記したボンディングパッド１０１を形成しておき、これにめっき層膜５、最外Ｓｎめっき層３ＯＬ、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６を形成してもよい。この場合は、打ち抜きやエッチングによって形成される金属基板２の端面もめっき層膜５、最外Ｓｎめっき層３ＯＬ、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６で覆われるため、金属基板２の耐食性や端面での半田付け性が良好となる。さらに、金属基板２表面と端面が成すエッジ部やコーナー部では、めっきの残留圧縮応力が発生しやすく、従来のようにＳｎめっきのみであるとウイスカが発生し易いが、本発明のように中間Ｓｎめっき層３ＩＬと、Ｃｕめっき層４と、最外Ｓｎめっき層３ＯＬと、を有し、さらにＳｎ−Ｃｕ合金相６を形成したリードフレーム１００においては、そのような心配がない。したがって、本発明のリードフレーム１００は、必要によりプレス曲げ加工等を行い、リード部分１０２を折り曲げたりしてもよい。
なお、前記した打ち抜き処理やエッチング処理、プレス曲げ加工等は、一般的に用いられる手法によって行うことができる。
【００８１】
また、図５（ａ）に示すように、本発明のコネクタ端子２００は、前記したＳｎめっき銅基板１を用いて圧延等して製造した適宜の板厚の薄板を、例えば、所定の形状の金型を使用したプレス曲げ加工等することにより、雌端子２１０および／または雄端子２２０として製造することができる。
例えば、雌端子２１０は、図５（ａ）に示すように、プレス曲げ加工等によって、少なくとも一部が対向する壁部２１１との距離を狭くした曲折部２１２を有する保持部２１３を備えるように製造されている。
また、例えば、雄端子２２０は、図５（ａ）に示すように、プレス曲げ加工等によって、コードが接続される基端部２２１から延び、前記した雌端子２１０の保持部２１３に嵌合される先端部２２２を備えるように製造されている。
なお、前記したように、雌端子２１０や雄端子２２０を製造する際にプレス曲げ加工等によりめっき膜層５の表層が削り取られたとしても、既に詳述しているように、本発明のＳｎめっき銅基板１を用いているので、ウイスカの発生を抑制することができる。
【００８２】
そして、雌端子２１０と雄端子２２０とは、例えば、図５（ｂ）に示すように、雌端子２１０の保持部２１３に、雄端子２２０の先端部２２２を挿入して嵌合させることにより接続することができる。
このとき、保持部２１３と先端部２２２が接触してめっき膜層５の表層が削り取られたとしても、本発明のＳｎめっき銅基板１を用いているので、ウイスカの発生を抑制することができる。
【００８３】
このようにして製造されたリードフレームやコネクタ端子は、金属基板２の表面に形成された最外Ｓｎめっき層３ＯＬがＳｎ−Ｃｕ合金相６によって平面方向および層厚方向に、結晶粒レベルで分断されているので、Ｓｎ原子が特定の箇所に集まりにくく、ウイスカの発生が防止される。したがって、短絡しにくいので、半導体などに好適に使用することができる。また、金属基板２の表面にＳｎめっき層３（最外Ｓｎめっき層３ＯＬ）が形成されているので、良好な半田付け性を有する。
【実施例】
【００８４】
次に、本発明の効果を確認した実施例について説明する。
［実施例Ａ］
実施例１〜９、比較例１〜５に係る銅板（以下、単に「実施例１〜９、比較例１〜５」などという。）をカソードとして、ユケン工業株式会社製の電解脱脂剤パクナＦ−１５５０を５０ｇ／Ｌで溶解した水溶液に浸漬して、以下の条件で電解脱脂を行った。
〔電解脱脂条件〕
アノード：ステンレス鋼
脱脂温度：５０℃
電流密度：２Ａ／ｄｍ２
電解時間：３０秒
【００８５】
実施例１〜９、比較例１〜５を電解脱脂して水洗した後、１０質量％の硫酸水溶液に１５秒間浸漬し、再度水洗し、石原薬品株式会社製の下記の組成のＳｎめっき液を用いて、下記の条件で銅板の表面に５μｍの層厚の中間層となるＳｎめっき層（以下、「中間Ｓｎめっき層」という。）を形成した。
〔Ｓｎめっき液の組成〕
ＰＦ−ＴＩＮ：２００ｍＬ／Ｌ
ＰＦ−ＡＣＩＤ：１２５ｍＬ／Ｌ
ＰＦ−０５Ｍ：３０ｍＬ
〔Ｓｎめっき条件〕
電流密度：１０Ａ／ｄｍ２
めっき液温度：３５℃
【００８６】
なお、Ｓｎめっき層の層厚は、予め銅板に対して種々の時間でＳｎめっきを行い、銅板に形成したＳｎめっき層の付着量とめっき面積から単位面積当たりのめっき付着量を求め、この値でＳｎの理論密度を除することによって、Ｓｎめっき層の形成速度を求め、この形成速度を基に所定の層厚をめっきするのに必要なめっき時間を割り出すことで、Ｓｎめっき層の層厚の制御を行った。
【００８７】
次に、中間Ｓｎめっき層を形成した実施例１〜９、比較例１〜４を水洗した後、下記の組成のＣｕめっき液（関東化学株式会社製鹿１級試薬）を用いて、下記の条件にて表１に示す層厚のＣｕめっき層を形成した。なお、Ｃｕめっき層の層厚は、Ｓｎめっき層の層厚の制御と同様にして制御した。なお、比較例５に係る銅板については、比較のためにＣｕめっき層と、後記する最外層となるＳｎめっき層（以下、「最外Ｓｎめっき層」という。）の形成を行わなかった。
〔Ｃｕめっき液の組成〕
ＣｕＣＮ：４７．５ｇ／Ｌ
ＫＣＮ：１０．５ｇ／Ｌ
Ｋ２ＣＯ３：５４．２ｇ／Ｌ
〔Ｃｕめっき条件〕
電流密度：２Ａ／ｄｍ２
めっき温度：５５℃
【００８８】
最後に、Ｃｕめっき層を形成した実施例１〜９、比較例１〜４について、Ｃｕめっき層の上に前記と同じ組成のＳｎめっき液を用いて、前記と同じ条件でＳｎめっきを行い、表１に示す層厚の最外Ｓｎめっき層を形成した。その後、室温（２５℃）で２４時間放置することにより、Ｓｎ−Ｃｕ合金相を形成させた。
【００８９】
そして、Ｃｕめっき層の層厚と最外Ｓｎめっき層の層厚の組み合わせを種々変更した実施例１〜９、比較例１〜４、および中間Ｓｎめっき層のみを形成した比較例５を用いて、それらの縦断面をＦＩＢ（Focused Ion Beam）装置で観察した。
【００９０】
ＦＩＢ装置での観察は、まず、最外Ｓｎめっき層の表面を保護するために、その表面にカーボン保護膜を層厚約２μｍで成膜し、その後、ＦＩＢ装置のチャンバー内にサンプル（実施例１〜９、比較例１〜５）を設置して真空引きした後、加速電圧３０ｋＶ、ビーム径３２０ｎｍ、ビーム電流約３７００ｐＡのガリウムイオンをサンプルの表面（カーボン保護膜面）に垂直に照射して、サンプルの層厚方向に切断してめっきの断面を出し、さらに、この断面に平行に加速電圧３０ｋＶ、ビーム径９２ｎｍ、ビーム電流約１４００ｐＡのガリウムイオンを照射することによって断面の仕上げ加工を行った後に、加速電圧３０ｋＶ、ビーム径７ｎｍ、ビーム電流約２ｐＡのガリウムイオンをその断面に照射するときに当該断面から放出される二次電子による二次電子像（ＳＩＭ像）を得、これを観察することで行った。
【００９１】
ＦＩＢ装置によって撮影を行った、本発明の要件を満たす実施例１〜９のうち、実施例３のＳＩＭ像を図６に示す。なお、図６中のスケールバーは、１μｍであることを示す。
図６に示すように、実施例３のＳＩＭ像では、金属基板である銅板の上に中間Ｓｎめっき層が積層され、その上にＣｕめっき層が積層され、さらにその上に最外Ｓｎめっき層が形成されていることが分かる。
そして、中間Ｓｎめっき層および最外Ｓｎめっき層には、その粒界および粒内（つまり、中間Ｓｎめっき層および最外Ｓｎめっき層の粒界、最外Ｓｎめっき層とＣｕめっき層との界面、中間Ｓｎめっき層とＣｕめっき層との界面、および、中間Ｓｎめっき層と銅板との界面）にＳｎ−Ｃｕ合金相が形成され、Ｃｕめっき層にはカーケンダルボイドが形成されていることも分かる。
【００９２】
さらに、図６のＳＩＭ像から、最外Ｓｎめっき層の結晶粒の大きさやその平均も分かる。例えば、図６中の(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)で示す最外Ｓｎめっき層の結晶粒の大きさは、(a)が１μｍ、(b)が１．３μｍ、(c)が０．４μｍ、(d)が３μｍ、(e)が０．５μｍ、(f)が０．９μｍ、(g)が３μｍであり、その平均は１．４μｍであった。
また、最外Ｓｎめっき層直下のＣｕめっき層に形成されたカーケンダルボイドを結んでなる線から下方のＣｕめっき層および中間Ｓｎめっき層の層厚の合計は、５〜７μｍであり、かつ、中間Ｓｎめっき層の層厚は、０．５〜３μｍであった。
【００９３】
実施例１、２、４〜９についても実施例３と同様にＳＩＭ像を観察した結果、最外Ｓｎめっき層の分断された結晶粒の大きさと、最外Ｓｎめっき層直下のＣｕめっき層に形成されたカーケンダルボイドを結んでなる線よりも上方の縦断面積に占める、Ｓｎ−Ｃｕ合金相およびＣｕめっき層の断面積比率を求めた。中間Ｓｎめっき層の層厚、Ｃｕめっき層の層厚、および最外Ｓｎめっき層の層厚とともに、最外Ｓｎめっき層の結晶粒の大きさ、およびＳｎ−Ｃｕ合金相の縦断面積比率を表１に示す。なお、表１中、「−」は該当するめっき層を形成していないことを表わす。
【００９４】
【表１】
【００９５】
ここで、表１に示す、最外Ｓｎめっき層直下のＣｕめっき層に形成されたカーケンダルボイドを結んでなる線より上方のＳｎめっき層の層厚は、めっき付着量から予め予想したＳｎめっき層の層厚とほぼ一致していた。
【００９６】
次いで、この実施例１〜９、比較例１〜５について、半田付け性の評価を行うとともに、恒温恒湿試験および外部応力試験を行って、ウイスカの発生の有無を調べた。
【００９７】
半田付け性は、メニスコグラフ法による半田濡れ性評価により評価した。メニスコグラフ法は、２４５℃で溶融したＳｎ−３質量％Ａｇ−０．５質量％Ｃｕの半田液の液面に垂直に、実施例１〜９、比較例１〜５を１０ｍｍ／秒の速度で挿入し、実施例１〜９、比較例１〜５の先端が液面から深さ８ｍｍまで挿入したときに挿入速度を０にし、５秒後に実施例１〜９、比較例１〜５を半田液から引き上げて、その間に実施例１〜９、比較例１〜５に加わる半田液からの力の経時変化を測定することで、実施例１〜９、比較例１〜５を半田液に挿入してから初めて力が０になるまでの時間（ゼロクロスタイム（図７参照））で半田付け性の良否を評価するものである。本発明においては、ゼロクロスタイムが２秒以内の場合、半田付け性に問題はない（合格）と判断し、ゼロクロスタイムが２秒を超えた場合、半田付け性に問題あり（不合格）と判断した。なお、図７は、メニスコグラフ法による半田液への浸漬時間と濡れの力の関係を模式的に説明する説明図である。
【００９８】
恒温恒湿試験は、温度８０℃、相対湿度８５ＲＨ％の条件で２００時間暴露した後、最外Ｓｎめっき層の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で５００倍に拡大して０．０４ｍｍ２の領域を任意に５箇所観察した。そして、発生しているウイスカの本数を数えて合計し、この値を５倍することにより、１ｍｍ２当たりのウイスカ発生本数とした。
【００９９】
外部応力試験は、直径２ｍｍのアルミナボールを荷重６０Ｎ（６００ｇ）でめっき表面に２４０時間押し付けた後、圧痕周辺を観察してウイスカの発生本数を調べた。
【０１００】
実施例１〜９、比較例１〜５の半田付け性（ゼロクロスタイム（秒））、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数（本／ｍｍ２）および外部応力試験後のウイスカの発生本数（本）を表２に示す。
【０１０１】
【表２】
【０１０２】
表２に示すように、実施例１〜９は、半田付け性（ゼロクロスタイム）は全て２秒以内であり、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数も比較例５と比較してすこぶる低減されていることがわかる。
【０１０３】
一方、比較例１は、Ｃｕめっき層が薄すぎて最外Ｓｎめっき層を十分分断できなかったため、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。
【０１０４】
また、比較例２は、Ｃｕめっき層が厚すぎて最外Ｓｎめっき層の大半（Ｓｎめっき層の９２％）がＳｎ−Ｃｕ合金相となってしまったために、ゼロクロスタイムが２秒を超え、半田付け性が劣る結果となった。
【０１０５】
比較例３は、最外Ｓｎめっき層が厚すぎたために、ＣｕがＳｎめっき層の表面まで拡散できなかった。そのため、最外Ｓｎめっき層を結晶粒レベルで分断できず、Ｓｎ−Ｃｕ合金相が形成されることによって誘起される圧縮応力によりＳｎ原子の拡散が活発化し、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。
【０１０６】
比較例４は、最外Ｓｎめっき層が薄すぎたため、最外Ｓｎめっき層が全て（１００％）Ｓｎ−Ｃｕ合金相化してしまったため、ゼロクロスタイムが２秒を超え、半田付け性が劣る結果となった。
【０１０７】
比較例５は、Ｓｎめっき層のみであったので、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。
【０１０８】
次いで、この実施例３および比較例５について、前記した恒温恒湿試験を行った後、その表面を５００倍の倍率で走査型顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影し、ＳＥＭ像を得た。図８（ａ）に、恒温恒湿試験後の実施例３の表面のＳＥＭ像を示す。また、図８（ｂ）に、恒温恒湿試験後の比較例５の表面のＳＥＭ像を示す。図８（ａ）（ｂ）中の右下に表すドット１区間は１０μｍ（ドット１０区間で１００μｍ）を示す。
【０１０９】
また、実施例３および比較例５について、前記した外部応力試験を行った後、その表面を５００倍の倍率でＳＥＭによって撮影し、ＳＥＭ像を得た。図９（ａ）に、外部応力試験後の実施例３の表面のＳＥＭ像を示す。また、図９（ｂ）に、外部応力試験後の比較例５の表面のＳＥＭ像を示す。図９（ａ）（ｂ）中の右下に表すドット１区間は５μｍ（ドット１０区間で５０μｍ）を示す。
【０１１０】
図８（ａ）および図９（ａ）に示すように、恒温恒湿試験後および外部応力試験後の実施例３の表面にはウイスカの発生は認められなかったが、図８（ｂ）および図９（ｂ）に示すように、恒温恒湿試験後および外部応力試験後の比較例５の表面にはウイスカが複数発生していることが分かる。
【０１１１】
［実施例Ｂ］
次に、実施例１０〜１７、比較例５〜９に係る銅板（以下、単に「実施例１０〜１７、比較例５〜９」などという。）を、［実施例Ａ］と同じ条件で電解脱脂した後、［実施例Ａ］で記載したＳｎめっき液およびＳｎめっき条件と、Ｃｕめっき液およびＣｕめっき条件によって、下記表３に示すように、銅板側から第１層（中間Ｓｎめっき層）、第２層（Ｃｕめっき層）、第３層（中間Ｓｎめっき層、または最外Ｓｎめっき層）、第４層（Ｃｕめっき層）、第５層（最外Ｓｎめっき層）の順で、第３層まで、または第５層までを形成した実施例１０〜１７、比較例６〜９を作製した。なお、［実施例Ｂ］の比較例５は、［実施例Ａ］の比較例５と同一のものである。
ここで、それぞれのめっき層の層厚は、［実施例Ａ］と同様、Ｓｎめっき層やＣｕめっき層の形成速度を求め、その形成速度を基に所定の層厚を形成するのに必要なめっき時間を割り出し、それぞれのめっき層の層厚の制御を行った。
【０１１２】
そして、実施例１０〜１７、比較例５〜９の縦断面のＳＩＭ像をＦＩＢ装置によって撮影して観察した。ＦＩＢ装置による撮影条件は、［実施例Ａ］と同様である。
ＳＩＭ像を観察して、それぞれのめっき層の層厚（μｍ）を測定し、実施例１０〜１７、比較例５〜９のそれぞれについて、その合計層厚（μｍ）を測定した。表３に、実施例１０〜１７、比較例５〜９のそれぞれのめっき層の層厚、および合計層厚（μｍ）を示す。なお、表３中、「−」は、該当するめっき層を形成していないことを表わす。
【０１１３】
【表３】
【０１１４】
次に、この実施例１０〜１７、比較例５〜９について、半田付け性の評価を行うとともに、恒温恒湿試験および外部応力試験を行って、ウイスカの発生の有無を調べた。なお、半田付け性の評価、恒温恒湿試験、および外部応力試験は、［実施例Ａ］と同じ条件で行った。また、これと併せて、実施例１０〜１７、比較例５〜９のＳＩＭ像を用いてその断面を観察し、Ｓｎめっき層の状況を確認した。
半田付け性の評価（ゼロクロスタイム（秒））、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数（本／ｍｍ２）、および外部応力試験後のウイスカの発生本数（本）を、ＳＩＭ像を用いて観察したＳｎめっき層の状況とともに、表４に示す。
【０１１５】
【表４】
【０１１６】
表４に示すように、実施例１０〜１７は、半田付け性（ゼロクロスタイム）は全て２秒以内であり、恒温恒湿試験後のウイスカ発生本数および外部応力試験後のウイスカ発生本数も比較例５と比較してすこぶる低減され、Ｓｎめっき層も結晶粒レベルで十分に分断されていることがわかった。
【０１１７】
一方、比較例５は、［実施例Ａ］でも述べたように、Ｃｕめっき層を形成していない単層構造であったので、Ｓｎめっき層の結晶粒レベルでの分断が不十分となり、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。
【０１１８】
比較例６は、第３層（最外Ｓｎめっき層）が厚すぎるため、第３層（最外Ｓｎめっき層）は結晶粒レベルでの分断が不十分であった。そのため、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。
【０１１９】
また、比較例７は、第３層（最外Ｓｎめっき層）が薄すぎたため、第３層（最外Ｓｎめっき層）の全てがＳｎ−Ｃｕ合金相化してしまった。そのため、ゼロクロスタイムが２秒を超え、半田付け性が劣る結果となった。
【０１２０】
比較例８は、第２層（Ｃｕめっき層）が厚すぎたために、第３層（最外Ｓｎめっき層）も大半がＳｎ−Ｃｕ合金相化してしまった。そのため、ゼロクロスタイムが２秒を超え、半田付け性が劣る結果となった。なお、第１層（Ｓｎめっき層）が全て合金化しているため、曲げ加工等した後の半田付け性も劣ることが予想される。
【０１２１】
比較例９は、第２層（Ｃｕめっき層）が薄すぎたため、Ｓｎ−Ｃｕ合金相を十分に形成できなかった。そのため、第３層（最外Ｓｎめっき層）は結晶粒レベルでの分断が不十分となった。したがって、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。
【０１２２】
次いで、この実施例１０について、前記した恒温恒湿試験を行った後、その表面を５００倍の倍率でＳＥＭによって撮影し、ＳＥＭ像を得た。図１０（ａ）に、恒温恒湿試験後の実施例９の表面のＳＥＭ像を示す。また、比較のため、図１０（ｂ）に、［実施例Ａ］で説明した恒温恒湿試験後の比較例５の表面のＳＥＭ像を示す。図１０（ａ）（ｂ）中の右下に表すドット１区間は１０μｍ（ドット１０区間で１００μｍ）を示す。
【０１２３】
また、実施例１０について、前記した外部応力試験を行った後、その表面を５００倍の倍率でＳＥＭによって撮影し、ＳＥＭ像を得た。図１１（ａ）に、外部応力試験後の実施例９の表面のＳＥＭ像を示す。また、比較のため、図１１（ｂ）に、［実施例Ａ］で説明した外部応力試験後の比較例５の表面のＳＥＭ像を示す。図１１（ａ）（ｂ）中の右下に表すドット１区間は５μｍ（ドット１０区間で５０μｍ）を示す。
【０１２４】
図１０（ａ）および図１１（ａ）に示すように、恒温恒湿試験後および外部応力試験後の実施例９の表面にはウイスカの発生は認められなかった。
【０１２５】
以上、本発明のＳｎめっき銅基板、Ｓｎめっき銅基板の製造方法、およびこれを用いたリードフレームおよびコネクタ端子について、発明を実施するための最良の形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明のＳｎめっき銅基板の構成を示す断面図である。
【図２】本発明のＳｎめっき銅基板の他の構成を例示する断面図である。
【図３】本発明のＳｎめっき銅基板の製造方法のフローを示す図である。
【図４】本発明のリードフレームの一例を示す構成図である。
【図５】本発明のコネクタ端子の一例を示す一部断面図であって、（ａ）は、雄端子と雌端子を嵌合する前の状態を示す図であり、（ｂ）は、雄端子と雌端子を嵌合した後の状態を示す図である。
【図６】実施例３のＳＩＭ像である。図６中のスケールバーは、１μｍであることを示す。
【図７】メニスコグラフ法による半田液への浸漬時間と濡れの力の関係を模式的に説明する説明図である。
【図８】（ａ）は、恒温恒湿試験後の実施例３の表面のＳＥＭ像であり、（ｂ）は、恒温恒湿試験後の比較例５の表面のＳＥＭ像である。図８（ａ）（ｂ）中の右下に表すドット１区間は１０μｍ（ドット１０区間で１００μｍ）を示す。
【図９】（ａ）は、外部応力試験後の実施例３の表面のＳＥＭ像であり、（ｂ）は、外部応力試験後の比較例５の表面のＳＥＭ像である。図９（ａ）（ｂ）中の右下に表すドット１区間は５μｍ（ドット１０区間で５０μｍ）を示す。
【図１０】（ａ）は、恒温恒湿試験後の実施例１０の表面のＳＥＭ像であり、（ｂ）は、［実施例Ａ］で説明した恒温恒湿試験後の比較例５の表面のＳＥＭ像である。図１０（ａ）（ｂ）中の右下に表すドット１区間は１０μｍ（ドット１０区間で１００μｍ）を示す。
【図１１】（ａ）は、外部応力試験後の実施例１０の表面のＳＥＭ像であり、（ｂ）は、［実施例Ａ］で説明した外部応力試験後の比較例５の表面のＳＥＭ像である。図１１（ａ）（ｂ）中の右下に表すドット１区間は５μｍ（ドット１０区間で５０μｍ）を示す。
【符号の説明】
【０１２７】
１ Ｓｎめっき銅基板
２ 金属基板
３ Ｓｎめっき層
３ＩＬ 中間Ｓｎめっき層（中間層となるＳｎめっき層）
３ＯＬ 最外Ｓｎめっき層（最外層となるＳｎめっき層）
３ｇ 粒界
３ｃ 粒内
３２、３４ｉ、３４ｏ 界面
４ Ｃｕめっき層
５ めっき膜層
６ Ｓｎ−Ｃｕ合金相
Ｓ１ 積層工程
Ｓ２ 合金相形成工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体のリードフレームや電子部品のコネクタ端子に使用されるＳｎめっき銅基板、Ｓｎめっき銅基板の製造方法、およびこれを用いたリードフレームおよびコネクタ端子に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、半導体のリードフレームや電子機器のコネクタ端子は、半田付け性を良くするためにＳｎ−Ｐｂ合金めっきが施されているが、近年、環境問題からＰｂを用いないＳｎめっきが求められている。
【０００３】
しかしながら、Ｓｎめっき表面からは、めっき後にＳｎの単結晶でなるウイスカが針状に自発的に発生する。ウイスカは、直径数μｍ、長さは数μｍから長いものは数ｍｍにもなるため、短絡の原因になることもある。かかるウイスカは、速いものはめっき後数日以内で発生し、遅いものはめっき後数ヶ月で発生するなど様々である。
【０００４】
ウイスカの成長機構は完全には理解されていないが、Ｓｎめっき層に圧縮応力が加わると、これが駆動力となってＳｎ原子の移動と集中が誘発され、ウイスカが成長するといわれている。
ここで、Ｓｎめっき層に加わる圧縮応力としては、めっきによって生じるめっき残留圧縮応力や、めっき後に基板のＣｕと反応してめっきとＣｕ基板の界面にＳｎとＣｕの合金相（Ｃｕ３ＳｎやＣｕ６Ｓｎ５）が形成されることによる圧縮応力、めっき後の曲げ加工等によって発生する圧縮応力などが考えられる。
【０００５】
従って、Ｓｎのウイスカの発生を防止する対策の一つとして、Ｓｎめっき層に圧縮応力がかからないようにすることが挙げられる。
圧縮応力を低減してウイスカ発生を防止する方法として、（１）めっき条件やめっき方法の検討によるめっき残留応力の低減を図る、（２）ＳｎとＣｕの合金相が基板とめっきとの界面にできないように、銅や銅合金基板上に下地めっきを行う、（３）Ｓｎめっき後に熱処理を行うことで残留応力の緩和を図る、などが考えられる。
【０００６】
（１）の方法としては、例えば、特許文献１に示されるように、パルスめっきを行うことによりＳｎめっきの内部応力を緩和する方法がある。
【０００７】
（２）の方法としては、例えば、非特許文献１に報告されているように、Ｃｕ基板上にＮｉやＡｇで下地めっきを行うことによりＣｕとＳｎの合金相形成によって圧縮応力の発生が抑制され、これにより、ウイスカの発生を抑制できることが記載されている。
【０００８】
（３）の方法としては、例えば、特許文献２に示されるように、Ｓｎめっき材を１８０℃から融点温度の範囲で熱処理する方法や、特許文献３に示されるように、Ｓｎ−Ｃｕ合金めっきを２２７℃以上２７０℃以下で１５分以内の熱処理を行う方法等がある。これらの方法は、熱処理により、急速に基板とめっきとの界面に合金相が形成されるが加熱状態にあるため、発生する圧縮応力が急速に緩和されるとともに、一旦、合金相ができると合金相中のＳｎやＣｕの拡散速度は非常に遅くなるため、常温に戻したときには、合金相の成長が抑制されることになり、新たな圧縮応力の発生が抑制される。また、加熱により圧縮応力の緩和が起こった後に、加熱後の冷却によりＳｎとＣｕの熱膨張係数差により引っ張り応力が発生するため、ウイスカの発生が抑制される。
【０００９】
なお、圧縮応力の低減以外にも、Ｓｎ合金めっきによってウイスカの発生を防止する方法が報告されている。例えば、特許文献４には、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき、特許文献５には、Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき、特許文献６には、Ｓｎ-Ｃｕ合金めっき、特許文献７には、Ｓｎ−Ａｇ合金めっきについて記載されている。
【００１０】
Ｓｎ−Ｃｕ合金めっきについては、ウイスカの抑制理由については明記されていないが、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきやＳｎ−Ｚｎ合金めっきは、ＢｉやＺｎがＳｎの拡散を抑制することが記載されている。また、Ｓｎ−Ａｇ合金めっきについては、Ｓｎめっき層にＡｇの合金相が形成されるためにウイスカの発生が抑制されることが記載されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１２９２７６号公報
【特許文献２】特開昭５７―１２６９９２号公報
【特許文献３】特開２００３−１９３２８９号公報
【特許文献４】特開２００４―１６９０７３号公報
【特許文献５】特開２００３−２５３４７０号公報
【特許文献６】特開２０００−８７２０４号公報
【特許文献７】特開２００２−２２０６８２号公報
【非特許文献１】Tin Whisker Formation - Results,Test Methods and Countermeasures, IEEE (2003), pp822-826
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載されている方法では、初期のめっき残留応力を低減しても、めっき後に徐々にＳｎと基板の銅が反応して界面にＳｎと銅の合金相が形成されることによる圧縮応力が発生するために、結局ウイスカが発生するという問題がある。
また、非特許文献１に記載されている方法では、めっき後の残留圧縮応力が存在すればウイスカが発生する。従って、例えば特許文献１などとの組合せが必要となるが、めっき後に加工がなされると圧縮応力が発生するためにウイスカが発生するという問題がある。
【００１３】
また、特許文献２に記載されている方法では、加工による外部圧縮応力が発生するとウイスカが発生するという問題がある。
そして、特許文献４〜７に記載の合金めっきでは、めっき浴組成の管理が難しいため、ウイスカの発生の抑制に適しためっき層を安定して形成することが困難であるという問題がある。また、これらの合金めっきでも、外部から圧縮応力を加えられるとウイスカが発生するという問題もある。従って、これらの方法でも完全にウイスカの発生を抑制することは困難である。
【００１４】
本発明は、前記した問題に鑑みてなされたものであり、曲げ加工などの外部応力が加わった場合でもウイスカが発生しにくいめっき層を安定して形成することが可能であり、リードフレームやコネクタ端子に用いた場合に必要とされる半田付け性に優れる、Ｐｂを含まないＳｎめっき銅基板、Ｓｎめっき銅基板の製造方法、およびこれを用いたリードフレームおよびコネクタ端子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】
【００１５】
ウイスカは、ウイスカの発生場所付近以外に、そこから遠く離れたところからもＳｎ原子が拡散してウイスカの発生場所に集まり、成長するといわれている。また、本発明者らは、発生したウイスカの根元の断面を観察したところ、ウイスカは、Ｓｎめっき表面から１μｍ程度の深さまでのところに存在するＳｎめっき表層部分のＳｎめっき結晶粒が核となって成長していることを突き止めた。そこで、本発明者らは、ウイスカの成長を抑制するには、少なくともＳｎめっき表面から１μｍ程度の深さまでのＳｎめっき表層部分について、Ｓｎが拡散しにくいＳｎ−Ｃｕ合金相やＣｕめっき層によってＳｎの結晶粒をＳｎ原子が拡散してくる距離よりも小さなサイズに分断すれば、ウイスカの発生を抑制できると考えた。
このような考えの下、本発明者らはＳｎ原子の拡散に着目し、鋭意研究を行なった結果、Ｓｎめっき中にＳｎ原子の拡散速度が遅くなる合金相または金属層を形成してＳｎの結晶粒を分断することによりウイスカの発生を抑制することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１６】
〔１〕 本発明に係るＳｎめっき銅基板は、純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板上に、中間層となるＳｎめっき層と、Ｃｕめっき層とを、この順に積層してなるめっき膜層を１．５μｍ以上の層厚で少なくとも１膜層以上備えるとともに、このめっき膜層上に、０．２μｍ以上１．５μｍ以下の層厚の最外層となるＳｎめっき層を前記めっき膜層との総厚が３μｍ以上で備え、少なくとも、前記中間層および前記最外層となる各Ｓｎめっき層の粒界、前記最外層となるＳｎめっき層と前記Ｃｕめっき層との界面、前記中間層となるＳｎめっき層と前記Ｃｕめっき層との界面、および、前記中間層となるＳｎめっき層と前記金属基板との界面、のいずれかに前記Ｃｕめっき層および前記金属基板の少なくとも一方に由来するＣｕを拡散させてなるＳｎ−Ｃｕ合金相を有することを特徴としている。
【００１７】
本発明に係るＳｎめっき銅基板は、このような特定の層厚のＳｎめっき層とＣｕめっき層を備え、さらに、Ｃｕ原子がＳｎめっき層の粒界や粒内に拡散してなるＳｎ−Ｃｕ合金相を、Ｃｕめっき層や金属基板とＳｎめっき層との界面、およびＳｎめっき層の粒界に形成している。特に、最外層となるＳｎめっき層は、当該最外層となるＳｎめっき層の粒界や粒内に、下層のＣｕめっき層から最外層となるＳｎめっき層の表面まで連続するＳｎ−Ｃｕ合金相が形成されるため、当該最外層となるＳｎめっき層を結晶粒レベルで分断している。つまり、Ｓｎ−Ｃｕ合金相によって、少なくともウイスカ発生の核となる結晶粒を含む、最外層となるＳｎめっき層を、当該最外層となるＳｎめっき層と平行な方向および垂直な方向に、結晶粒レベルで分断しているので、Ｓｎ原子を集まりにくくすることができ、これによりウイスカの発生を抑制している。
【００１８】
また、本発明に係るＳｎめっき銅基板は、Ｓｎめっき層とＣｕめっき層を積層し、Ｓｎめっき層を厚く設けているため、曲げ加工などでめっき膜層の表層が削られても、めっき膜層を残留させることができる。したがって、このような場合であっても半田付け性や耐食性を維持することができる。しかも、中間層となるＳｎめっき層とＣｕめっき層の層厚を適切に調整しているので、中間層となるＳｎめっき層もＳｎ−Ｃｕ合金相で分断しているため、残存しためっき膜層もＣｕやＳｎ−Ｃｕ合金相でＳｎめっき層が分断されたままなので、曲げ部からウイスカが発生するおそれもない。また、最外層がＳｎめっき層なので半田付け性に優れる。
【００１９】
〔２〕 本発明のＳｎめっき銅基板においては、前記Ｃｕめっき層およびＳｎ−Ｃｕ合金相のうち少なくとも一方には、前記Ｃｕが拡散してなるカーケンダルボイドが形成されており、このカーケンダルボイドよりも上方に形成された前記最外層となるＳｎめっき層の結晶粒の大きさの平均が５μｍ以下であるのが好ましい。
このように、カーケンダルボイドよりも上方に形成されたＳｎめっき層の結晶粒の大きさの平均を特定の値以下とすることで、Ｓｎめっき層の分断をより確実に行うことが可能となる。したがって、Ｓｎ原子を集まりにくくすることができ、ウイスカの発生をより抑制することが可能となる。
【００２０】
〔３〕 本発明のＳｎめっき銅基板においては、前記最外層となるＳｎめっき層直下のＣｕめっき層に形成された前記カーケンダルボイドを結んでなる線よりも上方の縦断面積に占める、前記Ｓｎ−Ｃｕ合金相および前記Ｃｕめっき層の断面積比率が３０％以上９０％以下であるのが好ましい。
このように、カーケンダルボイドよりも上方の縦断面積に占めるＳｎ−Ｃｕ合金相およびＣｕめっき層の断面積比率を特定の範囲とすれば、Ｓｎめっき層の結晶粒を十分な量確保できるため、良好な半田付け性を確保しつつ、ウイスカの発生を抑制することができる。
【００２１】
また、本発明のＳｎめっき銅基板においては、前記最外層となるＳｎめっき層直下のＣｕめっき層に形成された前記カーケンダルボイドを結んでなる線から下方の中間層となるＣｕめっき層およびＳｎめっき層の層厚の合計が２μｍ以上あり、かつ、中間層となる各Ｓｎめっき層の層厚が０．５μｍ以上３μｍ以下であり、前記最外層となるＳｎめっき層直下のＣｕめっき層に形成された前記カーケンダルボイドを結んでなる線から上方のＣｕめっき層および最外層となるＳｎめっき層の層厚の合計が０．２μｍ以上１．５μｍ以下であるのが好ましい。
【００２２】
このように、カーケンダルボイドを結んでなる線から下方のＣｕめっき層およびＳｎめっき層の層厚の合計を前記した特定の範囲とすれば、Ｓｎめっき層の層厚が十分に厚いため、曲げ加工などによってめっき膜層全体が削り取られてしまうおそれをなくすことができる。また、カーケンダルボイドを結んでなる線から下方の中間層となる各Ｓｎめっき層の層厚を前記した特定の範囲とすれば、残存したＳｎめっき層もＣｕめっき層やＳｎ−Ｃｕ合金相によって、Ｓｎめっき層と平行な方向および垂直な方向に、結晶粒レベルで分断しているので、ウイスカの発生を防止しつつ、半田付け性を確保することができる。そして、カーケンダルボイドを結んでなる線から上方の中間層となる各Ｓｎめっき層の層厚を前記した特定の範囲とすれば、曲げ加工されても金属基板が露出しにくくすることができる。
【００２３】
〔４〕 本発明に係るＳｎめっき銅基板の製造方法は、純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板上に、中間層となるＳｎめっき層と、Ｃｕめっき層とを、この順に積層してなるめっき膜層を１．５μｍ以上の層厚となるように少なくとも１膜層以上積層し、さらにこのめっき膜層上に、０．２μｍ以上１．５μｍ以下の層厚の最外層となるＳｎめっき層を前記めっき膜層との総厚が３μｍ以上となるように積層する積層工程と、少なくとも、前記中間層および前記最外層となる各Ｓｎめっき層の粒界、前記最外層となるＳｎめっき層と前記Ｃｕめっき層との界面、前記中間層となるＳｎめっき層と前記Ｃｕめっき層との界面、および、前記中間層となるＳｎめっき層と前記金属基板との界面、のいずれかに前記Ｃｕめっき層および前記金属基板の少なくとも一方に由来するＣｕを拡散させてＳｎ−Ｃｕ合金相を形成する合金相形成工程と、を含むことを特徴としている。
【００２４】
本発明に係るＳｎめっき銅基板の製造方法は、このような特定の層厚をもってＳｎめっき層と、Ｃｕめっき層とを積層することで、Ｃｕ原子がＳｎめっき層の粒界や粒内に拡散しやすくなる。特に、最外層となるＳｎめっき層は、当該最外層となるＳｎめっき層の粒界や粒内に、下層のＣｕめっき層から最外層となるＳｎめっき層の表面まで連続するＳｎ−Ｃｕ合金相が形成されるため、当該最外層となるＳｎめっき層を結晶粒レベルで分断している。つまり、Ｓｎ−Ｃｕ合金相によって少なくともウイスカ発生の核となる結晶粒を含む最外層となるＳｎめっき層を、Ｓｎめっき層と平行な方向および垂直な方向に、結晶粒レベルで分断しているので、Ｓｎ原子を集まりにくくすることができ、これによりウイスカの発生を抑制することが可能となる。
【００２５】
また、本発明に係るＳｎめっき銅基板の製造方法は、Ｓｎめっき層とＣｕめっき層を積層してＳｎめっき層を厚くしているため、曲げ加工などでめっき膜層の表層が削られてもめっき膜層を残留させることができる。したがって、このような場合であっても半田付け性や耐食性を維持することができる。しかも、中間層となるＳｎめっき層とＣｕめっき層の層厚を適切に調整しているので、中間層となるＳｎめっき層もＳｎ−Ｃｕ合金相で分断しているため、残存しためっき膜層もＣｕやＳｎ−Ｃｕ合金相でＳｎめっき層が分断されたままなので、曲げ部からウイスカが発生するおそれもない。また、最外層がＳｎめっき層なので半田付け性に優れる。
【００２６】
〔５〕 本発明のＳｎめっき銅基板の製造方法においては、前記積層工程において、前記最外層となるＳｎめっき層の直下に形成されるＣｕめっき層の層厚を０．０５μｍ以上１μｍ以下に積層するのが好ましい。
最外層となるＳｎめっき層の直下に形成されるＣｕめっき層をこのような層厚で設ければ、Ｓｎ−Ｃｕ合金相によって最外層となるＳｎめっき層の粒界や粒内を十分に分断することができるので、ウイスカの発生を抑制することが可能となる。
【００２７】
〔６〕 本発明のＳｎめっき銅基板の製造方法においては、前記積層工程において、前記めっき膜層を２膜層以上積層し、このめっき膜層を構成する前記中間層となる各Ｓｎめっき層を０．５μｍ以上３μｍ以下の層厚で積層させるのが好ましい。
中間層となるＳｎめっき層をこのような層厚で積層すれば、Ｓｎめっき層の層厚が十分厚いので、曲げ加工を行って最外層となるＳｎめっき層が削り取られてしまった場合であっても金属基板を露出させにくくすることができる。つまり、このような場合であっても半田付け性を良好に保つことができる。さらに、中間層となるＳｎめっき層をこの層厚で積層すると、当該中間層となるＳｎめっき層もＳｎ−Ｃｕ合金相および／またはＣｕめっき層によってＳｎめっき層と平行な方向および垂直な方向に結晶粒レベルで分断される。そのため、曲げ加工を行って最外層となるＳｎめっき層が削り取られてしまった場合であっても、残存しためっき膜層もＣｕめっき層やＳｎ−Ｃｕ合金相でＳｎめっき層が分断されたままなので、曲げ部からウイスカが発生するおそれもない。
【００２８】
〔７〕 本発明のＳｎめっき銅基板の製造方法においては、積層工程において、前記めっき膜層を２膜層以上積層する場合は、前記中間層となるＳｎめっき層の間、および、前記中間層となるＳｎめっき層と前記最外層となるＳｎめっき層との間に挟まれた各Ｃｕめっき層の層厚を、当該Ｃｕめっき層を挟むＳｎめっき層のうちいずれか厚い層厚を有するＳｎめっき層の１／１０以上１μｍ以下の層厚で積層させるのが好ましい。
Ｃｕめっき層をこのような層厚で設けると、かかるＣｕめっき層からＳｎめっき層の粒界や粒内に拡散させるＣｕ原子の量が適切となるので、合金相形成工程でＳｎめっき層の粒界や粒内にＳｎ−Ｃｕ合金相を形成させて中間層となるＳｎめっき層も結晶粒レベルで分断することができ、かつ良好なはんだ付け性を確保することができる。
【００２９】
〔８〕 本発明のＳｎめっき銅基板の製造方法においては、前記合金相形成工程によって、前記Ｃｕめっき層中には、前記Ｃｕが拡散してなるカーケンダルボイドが形成されるのが好ましい。
カーケンダルボイドが形成されていれば、Ｓｎめっき層の粒内や粒界にＣｕ原子が十分かつ適度に拡散してＳｎ−Ｃｕ合金相を形成していることになる。したがって、Ｓｎめっき層をＳｎ−Ｃｕ合金相によって面内方向および肉厚方向に確実に分断できたＳｎめっき銅基板を得ることができる。
【００３０】
〔９〕 本発明のリードフレームは、前記した本発明に係るＳｎめっき銅基板を用いたリードフレームであって、前記Ｓｎめっき銅基板を帯状に形成して、かつ、複数のリード部分およびこれと連続するボンディングパッドを、打ち抜きまたはエッチング処理により形成したことを特徴としている。
このようにすれば、前記したＳｎめっき銅基板を用いているので、良好な半田付け性を確保しつつ、ウイスカを発生しにくいリードフレームとすることができる。
【００３１】
〔１０〕 本発明のリードフレームは、前記した本発明に係るＳｎめっき銅基板を用いて、複数のリード部分およびこれと連続するボンディングパッドを形成したリードフレームであって、前記Ｓｎめっき銅基板に用いる前記金属基板は、予め前記複数のリード部分および前記ボンディングパッドが形成されていることを特徴としている。
【００３２】
このようにすれば、リードフレームの打ち抜き端面にもＳｎめっきがなされるため、金属基板の露出がなく、耐食性や半田付け性を確保できる。また、リードフレームの表面と打ち抜き端面とのエッジ部やコーナー部は、めっき圧縮応力が高くなるが、本発明のリードフレームは、めっき層膜と、この上に積層する最外層となるＳｎめっき層を積層し、これらが有する界面や粒界にＳｎ−Ｃｕ合金相を形成させ、これにより当該最外層となるＳｎめっき層と平行な方向および垂直な方向に、結晶粒レベルで分断しているので、ウイスカを発生しにくくすることができる。
【００３３】
〔１１〕 本発明のリードフレームは、前記リード部分がプレス曲げ加工されていることを特徴としている。
このようにすれば、めっき層膜と最外層となるＳｎめっき層とを有しているので、良好な半田付け性を確保しつつ、ウイスカを発生しにくいリードフレームとすることができる。
【００３４】
〔１２〕 本発明のコネクタ端子は、前記した本発明に係るＳｎめっき銅基板を用いたコネクタ端子であって、前記Ｓｎめっき銅基板を薄板に形成して、かつ、所定形状にプレス加工したことを特徴としている。
このようにすれば、前記したＳｎめっき銅基板を用いているので、良好な半田付け性を確保しつつ、ウイスカを発生しにくいコネクタ端子とすることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のＳｎめっき銅基板によれば、Ｓｎめっき層と、Ｃｕめっき層を含み得るＳｎ−Ｃｕ合金相と、を形成することによって、曲げ加工などの外部応力が加わった場合でもウイスカの発生を抑制することができ、リードフレームやコネクタ端子に用いた場合に必要とされる半田付け性に優れる。また、かかるめっき膜層は、Ｐｂを含まないので環境負荷が少ない。
【００３６】
本発明のＳｎめっき銅基板の製造方法によれば、曲げ加工などの外部応力が加わった場合でもウイスカが発生しにくいめっき膜層を安定して形成することが可能であり、リードフレームやコネクタ端子に用いた場合に必要とされる半田付け性に優れる、Ｐｂを含まないＳｎめっき銅基板を製造することができる。
【００３７】
そして、本発明のリードフレームやコネクタ端子によれば、曲げ加工などの外部応力が加わった場合でもウイスカが発生しにくいので、短絡するおそれを低減させることができ、かつ半田付け性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
次に、本発明に係るＳｎめっき銅基板、Ｓｎめっき銅基板の製造方法、およびこれを用いたリードフレームおよびコネクタ端子について詳細に説明する。
【００３９】
まず、本発明に係るＳｎめっき銅基板１について、図１および図２を参照して説明する。なお、図１は、本発明のＳｎめっき銅基板の一構成例を例示する断面図であり、図２は、本発明のＳｎめっき銅基板の他の構成を例示する断面図である。
【００４０】
図１および図２に示すように、本発明に係るＳｎめっき銅基板１は、純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板２上に、中間層となるＳｎめっき層３（以下、説明の便宜上これを「中間Ｓｎめっき層３ＩＬ」という。）と、Ｃｕめっき層４とを、この順に積層してなるめっき膜層５を１．５μｍ以上の層厚で少なくとも１膜層（つまり、中間Ｓｎめっき層３ＩＬとＣｕめっき層４との一組でなる層をいう）以上備えるとともに、このめっき膜層５上に、０．２μｍ以上１．５μｍ以下の層厚の最外層となるＳｎめっき層３（以下、説明の便宜上これを「最外Ｓｎめっき層３ＯＬ」という。）をめっき膜層５との総厚（これらを合計した層厚をいう）が３μｍ以上となるように備えられている。
【００４１】
そして、かかるＳｎめっき銅基板１は、少なくとも、中間Ｓｎめっき層３ＩＬおよび最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇ、最外Ｓｎめっき層３ＯＬとＣｕめっき層４との界面３４ｏ、中間Ｓｎめっき層３ＩＬとＣｕめっき層４との界面３４ｉ、および、中間Ｓｎめっき層３ＩＬと金属基板２との界面３２のいずれかに、前記したＣｕめっき層４および金属基板２の少なくとも一方に由来するＣｕ原子を拡散させてなるＳｎ−Ｃｕ合金相６を有している。
かかるＳｎ−Ｃｕ合金相６により、ウイスカ発生に効く最外Ｓｎめっき層３ＯＬは結晶粒レベルで分断され、Ｓｎ原子の移動と集中を抑制することができる。
【００４２】
ここで、中間Ｓｎめっき層３ＩＬと、Ｃｕめっき層４とを、この順に積層してなるめっき膜層５を、１．５μｍ以上の層厚で少なくとも１膜層以上備えるのは、最外Ｓｎめっき層３ＯＬとの関係もあるが、曲げ加工などした際に削れて金属基板２が露出してしまい、半田付け性が悪くなるのを防ぐためである。めっき膜層５は、２μｍ以上であるとより好ましい。
【００４３】
一方、中間Ｓｎめっき層３ＩＬを厚くすると、Ｃｕめっき層４の層厚にもよるが、中間Ｓｎめっき層３ＩＬを挟む金属基板２からＣｕめっき層４、または、中間Ｓｎめっき層３ＩＬを挟む一方のＣｕめっき層４から他方のＣｕめっき層４まで連続するＳｎ−Ｃｕ合金相６で中間Ｓｎめっき層３ＩＬの粒界３ｇを分断することができなくなる。Ｓｎめっき後に曲げ加工が行われない場合や、曲げ加工が行われても最外Ｓｎめっき層３ＯＬが削り取られない弱い曲げ加工の場合、あるいは、曲げ加工で最外Ｓｎめっき層３ＯＬが削りとられても半田付けによって削りとられた箇所が半田で表面を完全に覆われる場合、最外Ｓｎめっき層３ＯＬのみ結晶粒レベルで分断されていれば、ウイスカの発生を抑制することができる。しかしながら、曲げ加工で最外Ｓｎめっき層３ＯＬが削り取られて、中間Ｓｎめっき層３ＩＬが露出する場合は、中間Ｓｎめっき層３ＩＬも結晶粒レベルでＳｎ−Ｃｕ合金相で分断されていないとウイスカが発生する可能性がある。中間Ｓｎめっき層３ＩＬを結晶粒レベルで分断するためには、中間Ｓｎめっき層３ＩＬの厚さが０．５μｍ以上３μｍ以下の厚さとする必要がある。また、このときのＣｕめっき層４の厚さは、そのＣｕめっき層４を挟むＳｎめっき層４，４（図２参照）のうち、いずれか厚い層厚を有するＳｎめっき層４の１／１０以上１μｍ以下とするとよい。
【００４４】
最外Ｓｎめっき層３ＯＬは、前記しためっき膜層５との総厚が３μｍ以上となるように、その層厚を０．２μｍ以上１．５μｍ以下の範囲で設けるのは、良好な半田付け性を得るとともに、当該最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇおよび粒内３ｃに向けて、本発明の所望する効果を得るために十分なＣｕ原子の拡散を行わせるためである。これにより、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇおよび界面３４ｏでＳｎと合金化させてＳｎ−Ｃｕ合金相６を形成し、最外Ｓｎめっき層３ＯＬを結晶粒レベルで分断することができる。その結果、Ｓｎ原子の移動と集中を抑制してウイスカの発生を防止することが可能となる。
【００４５】
最外Ｓｎめっき層３ＯＬが０．２μｍ未満であると、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの表面までＣｕ原子が過剰に拡散しすぎるため、表層のＳｎ−Ｃｕ合金相６の形成割合が過剰に高くなってしまう。そのため、半田付け性が悪くなる。最外Ｓｎめっき層３ＯＬは、０．３μｍ以上とするのがより好ましく、０．４μｍ以上とするのがさらに好ましい。
【００４６】
一方、最外Ｓｎめっき層３ＯＬが１．５μｍを超えると、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの表面までＣｕ原子が拡散しにくくなるため、最外Ｓｎめっき層３ＯＬを結晶粒レベルで十分に分断することができなくなり、ウイスカが発生しやすくなる。つまり、最外Ｓｎめっき層３ＯＬを結晶粒レベルで十分に分断することができないと、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６が形成される際に誘起される圧縮応力によって、Ｓｎ原子の拡散が活発化するため、却ってウイスカが発生しやすくなる。最外Ｓｎめっき層３ＯＬは、１．２μｍ以下とするのがより好ましく、１μｍ以下とするのがさらに好ましい。
【００４７】
なお、図２に示すように、中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚は、めっき膜層５を２膜層以上積層した場合においても、前記したのと同様の理由により、各中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚がそれぞれ０．５μｍ以上３μｍ以下の層厚で積層させるのが好ましい。
【００４８】
中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚、Ｃｕめっき層４の層厚、および最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚の合計を３μｍ以上とするのは、曲げ加工などによって全てのめっき（中間Ｓｎめっき層３ＩＬ、Ｃｕめっき層４、および最外Ｓｎめっき層３ＯＬ）が削り取られるのを防ぐためである。なお、中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚、Ｃｕめっき層４の層厚、および最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚の合計は、５μｍ以上とするのがより好ましい。
【００４９】
本発明のＳｎめっき銅基板１においては、Ｃｕめっき層４およびＳｎ−Ｃｕ合金相６のうち少なくとも一方には、Ｃｕ原子が拡散してなるカーケンダルボイドＫが形成されており、このカーケンダルボイドＫよりも上方に形成された最外Ｓｎめっき層３ＯＬの結晶粒の大きさの平均が５μｍ以下であるのが好ましい。
【００５０】
ここで、カーケンダルボイドＫとは、拡散係数の異なる種類の金属層同士が接している拡散対が形成されたとき、拡散の速い金属層に生じる空洞をいう。なお、このカーケンダルボイドＫは、後述するように、Ｓｎめっき層３（中間Ｓｎめっき層３ＩＬおよび最外Ｓｎめっき層３ＯＬ）およびＣｕめっき層４の層厚を適切に制御することによって形成される。なお、カーケンダルボイドＫが形成されているということは、Ｃｕめっき層４のＣｕ原子が十分にＳｎめっき層３（特に、最外Ｓｎめっき層３ＯＬ）の粒界３ｇおよび粒内３ｃに拡散してＳｎ−Ｃｕ合金相６を形成していることを意味しており、ウイスカの発生をより確実に抑制することができると考えられるためである。なお、カーケンダルボイドＫは、Ｃｕめっき層４を２層以上積層した場合は、すべてのＣｕめっき層４に形成されると好ましい。各Ｓｎめっき層３が結晶粒レベルで分断され得るからである。
【００５１】
また、カーケンダルボイドＫが形成されていると、このカーケンダルボイドＫの位置から元のＣｕめっき層４の位置がわかり、これよりも上方の最外Ｓｎめっき層３ＯＬや中間Ｓｎめっき層３ＩＬ、およびこれよりも下方の中間Ｓｎめっき層３ＩＬのおおよその層厚もわかる。すなわち、カーケンダルボイドＫを連ねる線を引くと、その上の部分が大よそその上方の最外Ｓｎめっき層３ＯＬまたは中間Ｓｎめっき層３ＩＬであり、下の部分が大よそその下方の中間Ｓｎめっき層３ＩＬであるといえる。Ｃｕ原子がＣｕめっき層４を上下で挟むＳｎめっき層３に均等に拡散しているとすれば、カーケンダルボイドＫは元のＣｕめっき層４の中央にできると考えられるため、例えば、カーケンダルボイドＫより上方の最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚からＣｕめっき層４の層厚の半分の層厚を引けば元のＳｎめっき層３の層厚がわかる。これは、カーケンダルボイドＫより下方のＳｎめっき層３の層厚も同様である。
【００５２】
最外Ｓｎめっき層３ＯＬの結晶粒の大きさの平均は、例えば、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）装置によって撮影した画像を用いて、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６によって分断されている最外Ｓｎめっき層３ＯＬの複数（例えば、７つなど）の結晶粒について、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６と最外Ｓｎめっき層３ＯＬの境界とめっき表面の線が交わる点と点の間の長さを測定し、その平均値を結晶粒の大きさとして算出することで求めることができる。
このようにして求められた最外Ｓｎめっき層３ＯＬの結晶粒の大きさの平均が５μｍよりも大きいと、最外Ｓｎめっき層３ＯＬが結晶粒レベルで十分分断されていないために、ウイスカが発生しやすくなる。最外Ｓｎめっき層３ＯＬの結晶粒の大きさの平均は、３μｍ以下であるのがより好ましい。
【００５３】
また、本発明のＳｎめっき銅基板１においては、最外Ｓｎめっき層３ＯＬ直下のＣｕめっき層４に形成されたカーケンダルボイドＫを結んでなる線よりも上方の縦断面積に占める、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６およびＣｕめっき層４の断面積比率が３０％以上９０％以下であるのが好ましい。ここで、カーケンダルボイドＫを結んでなる線とは、Ｓｎめっき銅基板１の板厚方向の断面において、同じＣｕめっき層４中に形成されるカーケンダルボイドＫ全体を、板幅方向に連続的に繋げて想定される線をいう。
【００５４】
かかるカーケンダルボイドＫよりも上方の縦断面積に占めるＳｎ−Ｃｕ合金相６およびＣｕめっき層４の断面積比率が９０％を超えると、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの表層に存在するＳｎ−Ｃｕ合金相６の形成割合が多くなるので、半田付け性が悪くなる。
一方、カーケンダルボイドＫよりも上方の縦断面積に占めるＳｎ−Ｃｕ合金相６およびＣｕめっき層４の断面積比率が３０％未満であると、最外Ｓｎめっき層３ＯＬが結晶粒レベルで十分分断されていないために、ウイスカが発生しやすくなる。
【００５５】
なお、カーケンダルボイドＫよりも上方の縦断面積に占めるＳｎ−Ｃｕ合金相６およびＣｕめっき層４の断面積比率の上限は、８０％以下であるのがより好ましく、７０％以下であるのがさらに好ましい。また、カーケンダルボイドＫよりも上方の縦断面積に占めるＳｎ−Ｃｕ合金相６およびＣｕめっき層４の断面積比率の下限は、３５％以上であるのがより好ましく、４０％以上であるのがさらに好ましい。
【００５６】
また、本発明においては、最外Ｓｎめっき層３ＯＬ直下のＣｕめっき層４に形成されたカーケンダルボイドＫを結んでなる線から下方のＣｕめっき層４および中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚の合計が２μｍ以上あり、かつ、中間層となる各Ｓｎめっき層（各中間Ｓｎめっき層３ＩＬ）の層厚が０．５μｍ以上３μｍ以下であり、最外Ｓｎめっき層３ＯＬ直下のＣｕめっき層４に形成されたカーケンダルボイドＫを結んでなる線から上方のＣｕめっき層４および最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚の合計が０．２μｍ以上１．５μｍ以下であるのが好ましい。
【００５７】
最外Ｓｎめっき層３ＯＬ直下のＣｕめっき層４に形成されたカーケンダルボイドＫを結んでなる線から下方のＣｕめっき層４および中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚の合計が２μｍ未満であると、曲げ加工などした場合に、最外Ｓｎめっき層３ＯＬやＣｕめっき層４などが削り取られて金属基板２が露出し、半田付け性や耐食性を損なうおそれがある。最外Ｓｎめっき層３ＯＬ直下のＣｕめっき層４に形成されたカーケンダルボイドＫを結んでなる線から下方のＣｕめっき層４およびＳｎめっき層３の層厚の合計は、３μｍ以上とするのがより好ましく、５μｍ以上とするのがさらに好ましい。
【００５８】
また、最外Ｓｎめっき層３ＯＬ直下のＣｕめっき層４に形成されたカーケンダルボイドＫを結んでなる線から上方のＣｕめっき層４および最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚の合計が０．２μｍ未満であると、特に、最外Ｓｎめっき層３ＯＬが殆ど全てＳｎ−Ｃｕ合金になってしまうため、ウイスカは発生しないものの、半田付け性が悪くなる。カーケンダルボイドＫを結んでなる線から上方のＣｕめっき層４および最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚の合計は、０．３μｍ以上とするのがより好ましく、０．４μｍ以上とするのがさらに好ましい。
【００５９】
一方、最外Ｓｎめっき層３ＯＬ直下のＣｕめっき層４に形成されたカーケンダルボイドＫを結んでなる線から上方のＣｕめっき層４および最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚の合計が１．５μｍを超えると、Ｃｕ原子が最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇや粒内３ｃに拡散しても表面まで到達する割合が減り、最外Ｓｎめっき層３ＯＬを結晶粒レベルで十分に分断できなくなるため、ウイスカが発生しやすくなる。また、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの結晶粒レベルでの分断が不十分であると、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６が形成されることにより誘起される圧縮応力によって、Ｓｎ原子の拡散が活発化するため、却ってウイスカが発生しやすくなるおそれがある。最外Ｓｎめっき層３ＯＬ直下のＣｕめっき層４に形成されたカーケンダルボイドＫを結んでなる線より上方のＣｕめっき層４および最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚の合計は、１．２μｍ以下とするのがより好ましく、１μｍ以下とするのがさらに好ましい。
【００６０】
次に、図３を参照して、本発明に係るＳｎめっき銅基板の製造方法について説明する。なお、図３は、本発明のＳｎめっき銅基板の製造方法のフローを示す図である。
図３に示すように、本発明に係るＳｎめっき銅基板の製造方法は、積層工程Ｓ１と、合金相形成工程Ｓ２と、を含んでなる。
【００６１】
なお、めっき膜層５の層厚を１．５μｍ以上とする臨界的意義、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚を０．２μｍ以上１．５μｍ以下とする臨界的意義、および、０．２μｍ以上１．５μｍ以下の層厚の最外Ｓｎめっき層３ＯＬをめっき膜層５との総厚が３μｍ以上とする臨界的意義など、各層厚を特定の範囲に規定した理由については、本発明のＳｎめっき銅基板の説明で述べたとおりであるので、その説明を省略する。
また、少なくとも、中間Ｓｎめっき層３ＩＬおよび最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇおよび界面３４ｉ、３４ｏのいずれかにＳｎ−Ｃｕ合金相６を有することの意義、Ｃｕめっき層４およびＳｎ−Ｃｕ合金相６のうち少なくとも一方にカーケンダルボイドＫを形成させると好適である点など、本発明のＳｎめっき銅基板の好適な実施態様やそのようにする理由等についても、本発明のＳｎめっき銅基板の説明で述べたとおりであるので、その説明を省略する。
【００６２】
リードフレームやコネクタ端子にＳｎめっき銅基板１を使用する場合、これらの部品は合金相形成工程Ｓ２後に曲げ加工等されることが多いため、めっき膜層５が薄すぎると加工治具と擦れた箇所のめっきの表層が削り取られて金属基板２が露出し、その部分の半田付け性や耐食性が著しく低下する。これを防止するため、本発明では、Ｓｎめっき層３の粒界３ｇ、および当該Ｓｎめっき層３の粒内３ｃにＣｕを拡散させて合金化し、Ｓｎめっき層３の粒界３ｇ、およびＣｕめっき層４や金属基板２とＳｎめっき層３との界面３４ｏ、３４ｉ、３２で、Ｓｎめっき層３を結晶粒レベルで分断することにより、Ｓｎ原子の移動と集中を抑制してウイスカの発生の防止を図っている。ただし、Ｃｕ原子の粒界３ｇへの拡散距離は１〜２μｍ程度であるため、このような方法でＳｎめっき層３を分断するためには、前記したように、少なくとも最外Ｓｎめっき層３ＯＬについては、その層厚を１〜２μｍ以下にしなければ、その表面までＣｕ原子が拡散できないため、最外Ｓｎめっき層３ＯＬを結晶粒レベルで分断することができない。つまり、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの層厚を厚くしすぎるとＣｕ原子の拡散が十分に行われないのでウイスカの発生を防止することができない。
【００６３】
本発明では、これを加味して、以下のような条件で積層工程Ｓ１を行う。
〔積層工程〕
積層工程Ｓ１は、純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板２上に、中間Ｓｎめっき層３ＩＬと、Ｃｕめっき層４とを、この順に積層してなるめっき膜層５を１．５μｍ以上の層厚となるように少なくとも１膜層以上積層し、さらにこのめっき膜層５上に、０．２μｍ以上１．５μｍ以下の層厚の最外Ｓｎめっき層３ＯＬを、前記しためっき膜層５との総厚が３μｍ以上となるように積層する。
これにより、最外Ｓｎめっき層３ＯＬがＳｎ−Ｃｕ合金相６によって、後記するように結晶粒レベルで分断される前の状態のＳｎめっき銅基板１’（図１および図２参照）を得ることができる。
【００６４】
なお、Ｓｎめっき層３（中間Ｓｎめっき層３ＩＬおよび最外Ｓｎめっき層３ＯＬ）の層厚は、予め金属基板に対して種々の時間でＳｎめっきを行い、金属基板に形成したＳｎめっき層の付着量とめっき面積から単位面積当たりのめっき付着量を求め、この値でＳｎの理論密度を除することによって、Ｓｎめっき層の形成速度を求め、この形成速度を基に所定の層厚をめっきするのに必要なめっき時間を割り出すことで、Ｓｎめっき層３の層厚の制御を行うことができる。これは、Ｃｕめっき層４の層厚の制御も同様である。
【００６５】
なお、この積層工程Ｓ１において、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの直下に形成されるＣｕめっき層４の層厚は０．０５μｍ以上１μｍ以下に積層するのが好ましい。最外Ｓｎめっき層３ＯＬの直下のＣｕめっき層４をこのような範囲で積層すると、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇおよび粒内３ｃにＣｕ原子を適度に拡散させることができる。そのため、最外Ｓｎめっき層３ＯＬを結晶粒レベルで分断することが可能となる。
【００６６】
最外Ｓｎめっき層３ＯＬの直下に形成されるＣｕめっき層４の層厚が０．０５μｍ未満であると、その層厚が薄すぎるため、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇおよび粒内３ｃに拡散するＣｕ原子が不足し、最外Ｓｎめっき層３ＯＬを結晶粒レベルで分断することができない。したがって、ウイスカが発生しやすくなる。最外Ｓｎめっき層３ＯＬの直下に形成されるＣｕめっき層４の層厚は、０．１μｍ以上とするのがより好ましい。
【００６７】
他方、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの直下に形成されるＣｕめっき層４の層厚が１μｍを超えると、その層厚が厚すぎるため、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇおよび粒内３ｃにＣｕ原子が拡散しすぎてしまう。そのため、最外Ｓｎめっき層３ＯＬの表層にＳｎ−Ｃｕ合金相６が多く形成されることとなり、半田付け性が悪くなる。最外Ｓｎめっき層３ＯＬの直下に形成されるＣｕめっき層４の層厚は、０．６μｍ以下とするのがより好ましい。
【００６８】
この積層工程Ｓ１において、めっき膜層５を構成する各中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚を０．５μｍ以上３μｍ以下で積層するのが好ましい。各中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚をこの範囲とするのは、その界面３４ｉおよび粒界３ｇにＳｎ−Ｃｕ合金相６を形成させることによって中間Ｓｎめっき層３ＩＬを結晶粒レベルで分断させて、Ｓｎ原子の移動と集中を抑制できるからである。これによって、曲げ加工などによって表面のＳｎめっき層３が削り取られて中間Ｓｎめっき層３ＩＬが表面に露出しても、露出した中間Ｓｎめっき層３ＩＬはＣｕ−Ｓｎ合金相６で当該中間Ｓｎめっき層３ＩＬが分断されているために、曲げ部からウイスカが発生するおそれがない。
【００６９】
中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚が０．５μｍ未満であると、Ｃｕめっき層４の層厚にもよるが、Ｃｕ原子の拡散により、中間Ｓｎめっき層３ＩＬ全体がＳｎ−Ｃｕ合金相６となってしまうおそれがある。このような状態で、曲げ加工時に表面から中間Ｓｎめっき層３ＩＬの中間の位置まで削り取られてしまうと、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６のみが表面に露出することになり、半田付け性が悪くなることがある。中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚は、１μｍ以上とするのがより好ましい。
一方、中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚が３μｍよりも厚いと、Ｃｕ原子の拡散によって中間Ｓｎめっき層３ＩＬを結晶粒レベルで十分に分断することができなくなるおそれがある。つまり、曲げ加工時に表面から中間Ｓｎめっき層３ＩＬの中間の位置まで削り取られて、かかる中間Ｓｎめっき層３ＩＬが露出するとウイスカが発生しやすくなる場合がある。中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚は、２．５μｍ以下とするのがより好ましい。
【００７０】
また、積層工程Ｓ１において、各中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚を０．５μｍ以上３μｍ以下で積層する場合は、中間Ｓｎめっき層３ＩＬの間、および、中間Ｓｎめっき層３ＩＬと最外Ｓｎめっき層３ＯＬとの間に挟まれた各Ｃｕめっき層４の層厚を、それぞれのＣｕめっき層４を挟む中間Ｓｎめっき層３ＩＬのうちいずれか厚い層厚を有する中間Ｓｎめっき層３ＩＬの１／１０以上１μｍ以下の層厚で積層させるのが好ましい。
【００７１】
Ｃｕめっき層４の層厚が、当該Ｃｕめっき層４を挟む中間Ｓｎめっき層３ＩＬのうちいずれか厚い方の層厚の１／１０未満であると、拡散するＣｕ原子の量が少ないために、Ｃｕ原子が中間Ｓｎめっき層３ＩＬの粒界３ｇおよび粒内３ｃに十分に拡散できず、中間Ｓｎめっき層３ＩＬを結晶粒レベルで分断することができない。Ｃｕめっき層４の層厚は、当該Ｃｕめっき層４を挟む中間Ｓｎめっき層３ＩＬのうちいずれか厚い方の層厚を有する中間Ｓｎめっき層３ＩＬの層厚の１／５以上とするのがより好ましい。
【００７２】
一方、この場合において、中間Ｓｎめっき層３ＩＬに挟まれたＣｕめっき層４の層厚が１μｍを超えると、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６が形成されすぎるために、曲げ加工された部分の半田付け性が低下する。Ｃｕめっき層４の層厚は、０．８μｍ以下とするのがより好ましい。
【００７３】
〔合金相形成工程〕
次に、合金相形成工程Ｓ２は、少なくとも中間Ｓｎめっき層３ＩＬおよび最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇ、最外Ｓｎめっき層３ＯＬとＣｕめっき層４との界面３４ｏ、中間Ｓｎめっき層３ＩＬとＣｕめっき層４との界面３４ｉ、および、中間Ｓｎめっき層３ＩＬと金属基板２との界面３２、のいずれかにＣｕめっき層４および金属基板２の少なくとも一方に由来するＣｕ原子を拡散させてＳｎ−Ｃｕ合金相６を形成させる。これにより、少なくとも最外Ｓｎめっき層３ＯＬはＳｎ−Ｃｕ合金相６によって結晶粒レベルで分断され、本発明に係るＳｎめっき銅基板１を製造することができる。
【００７４】
Ｃｕ原子は、室温でＳｎめっき層３、特にその粒界３ｇを高速で拡散する。Ｓｎめっき層３の層厚にもよるが、Ｃｕ原子は、例えば、Ｓｎめっき層３の層厚が０．５μｍ程度であれば１日で粒界３ｇを拡散する。合金相形成工程Ｓ２の温度条件を高くすれば粒界３ｇへの拡散が促進され、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６が早期に形成される。
【００７５】
しかし、合金相形成工程Ｓ２の温度条件を高くしすぎると、Ｓｎめっき層３中の粒界拡散と粒内拡散の速度が等しくなるため、Ｓｎめっき層３の粒界３ｇが先行して合金化することができず、Ｓｎめっき層３の粒内３ｃも粒界３ｇと同程度の速度で合金化することになる。そのため、Ｓｎめっき層３の粒界３ｇと、Ｓｎめっき層３の粒内３ｃとが、一様の厚さでＳｎ−Ｃｕ合金相６となってしまい、Ｓｎめっき層３を結晶粒レベルで分断することができない。
【００７６】
つまり、Ｃｕ原子の粒内３ｃへの拡散が必要以上に促進される結果、拡散に寄与するＣｕ原子の量が比較的少ない場合は、Ｃｕ原子がＳｎめっき層３の表面まで拡散することができず、ウイスカの発生を抑制することができない。他方、拡散に寄与するＣｕ原子の量が比較的多い場合は、Ｓｎめっき層３すべてがＳｎ−Ｃｕ合金相６となってしまい、半田付け性が悪くなる。
したがって、合金相形成工程Ｓ２の温度条件は、Ｓｎめっき層３の粒界３ｇと粒内３ｃにおけるＣｕ原子の拡散速度に差が出る温度に制御するのが好ましい。例えば、合金相形成工程Ｓ２の温度条件は、１６０℃以下とするのが好ましく、１４０℃以下とするのがより好ましく、１３０℃以下とするのがさらに好ましい。
なお、拡散に寄与するＣｕ原子の量はＣｕめっき層４の層厚で決まるため、Ｃｕめっき層４の層厚は、前記した特定の範囲で制御するのが好ましい。
【００７７】
また、合金相形成工程Ｓ２によって、Ｃｕめっき層４およびＳｎ−Ｃｕ合金相６の少なくとも一方には、Ｃｕ原子が拡散してなるカーケンダルボイドＫが形成されるのが好ましい。なお、カーケンダルボイドＫは、合金相形成工程Ｓ１を実施したＣｕめっき層４中に形成される。なお、Ｃｕめっき層４の層厚が薄い場合や合金相形成温度条件によっては、Ｃｕめっき層４全体がＳｎ−Ｃｕ合金相６となることがある。この場合は、結果としてカーケンダルボイドＫは当然Ｓｎ−Ｃｕ合金相中に形成される。Ｃｕめっき層４を２層以上積層した場合は、すべてのＣｕめっき層４にこれが形成され得る。
【００７８】
なお、カーケンダルボイドＫは、前記した積層工程Ｓ１において、Ｓｎめっき層３（中間Ｓｎめっき層３ＩＬおよび最外Ｓｎめっき層３ＯＬ）およびＣｕめっき層４の各層厚を、それぞれ前記した範囲で積層すると好適に形成させることができる。すなわち、Ｓｎめっき層３およびＣｕめっき層４の各層厚を適切に制御することにより、Ｃｕめっき層４のＣｕ原子をＳｎめっき層３の粒界３ｇおよび粒内３ｃに適切に拡散させることが可能となるため、カーケンダルボイドＫを形成させることができる。
【００７９】
次に、本発明のリードフレームおよびコネクタ端子について図４および図５を参照して説明する。なお、図４は、本発明のリードフレームの一例を示す構成図である。図５は、本発明のコネクタ端子の一例を示す一部断面図であって、（ａ）は、雄端子と雌端子を嵌合する前の状態を示す図であり、（ｂ）は、雄端子と雌端子を嵌合した後の状態を示す図である。
【００８０】
図４に示すように、本発明のリードフレーム１００は、例えば、１つ以上のボンディングパッド１０１と、これと連続する複数のリード部分１０２と、を有する一般的なリードフレームとして形成することができる。
かかるリードフレーム１００は、例えば、前記したＳｎめっき銅基板１を帯状に形成して、かつ、複数のリード部分１０２およびボンディングパッド１０１を所定の形状の精密金型などを使用して打ち抜き処理（スタンピング処理）やエッチング処理により形成することで製造することができる。また、前記した本発明のＳｎめっき銅基板１に用いる金属基板２は、予め前記した複数のリード部分１０２および前記したボンディングパッド１０１を形成しておき、これにめっき層膜５、最外Ｓｎめっき層３ＯＬ、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６を形成してもよい。この場合は、打ち抜きやエッチングによって形成される金属基板２の端面もめっき層膜５、最外Ｓｎめっき層３ＯＬ、Ｓｎ−Ｃｕ合金相６で覆われるため、金属基板２の耐食性や端面での半田付け性が良好となる。さらに、金属基板２表面と端面が成すエッジ部やコーナー部では、めっきの残留圧縮応力が発生しやすく、従来のようにＳｎめっきのみであるとウイスカが発生し易いが、本発明のように中間Ｓｎめっき層３ＩＬと、Ｃｕめっき層４と、最外Ｓｎめっき層３ＯＬと、を有し、さらにＳｎ−Ｃｕ合金相６を形成したリードフレーム１００においては、そのような心配がない。したがって、本発明のリードフレーム１００は、必要によりプレス曲げ加工等を行い、リード部分１０２を折り曲げたりしてもよい。
なお、前記した打ち抜き処理やエッチング処理、プレス曲げ加工等は、一般的に用いられる手法によって行うことができる。
【００８１】
また、図５（ａ）に示すように、本発明のコネクタ端子２００は、前記したＳｎめっき銅基板１を用いて圧延等して製造した適宜の板厚の薄板を、例えば、所定の形状の金型を使用したプレス曲げ加工等することにより、雌端子２１０および／または雄端子２２０として製造することができる。
例えば、雌端子２１０は、図５（ａ）に示すように、プレス曲げ加工等によって、少なくとも一部が対向する壁部２１１との距離を狭くした曲折部２１２を有する保持部２１３を備えるように製造されている。
また、例えば、雄端子２２０は、図５（ａ）に示すように、プレス曲げ加工等によって、コードが接続される基端部２２１から延び、前記した雌端子２１０の保持部２１３に嵌合される先端部２２２を備えるように製造されている。
なお、前記したように、雌端子２１０や雄端子２２０を製造する際にプレス曲げ加工等によりめっき膜層５の表層が削り取られたとしても、既に詳述しているように、本発明のＳｎめっき銅基板１を用いているので、ウイスカの発生を抑制することができる。
【００８２】
そして、雌端子２１０と雄端子２２０とは、例えば、図５（ｂ）に示すように、雌端子２１０の保持部２１３に、雄端子２２０の先端部２２２を挿入して嵌合させることにより接続することができる。
このとき、保持部２１３と先端部２２２が接触してめっき膜層５の表層が削り取られたとしても、本発明のＳｎめっき銅基板１を用いているので、ウイスカの発生を抑制することができる。
【００８３】
このようにして製造されたリードフレームやコネクタ端子は、金属基板２の表面に形成された最外Ｓｎめっき層３ＯＬがＳｎ−Ｃｕ合金相６によって平面方向および層厚方向に、結晶粒レベルで分断されているので、Ｓｎ原子が特定の箇所に集まりにくく、ウイスカの発生が防止される。したがって、短絡しにくいので、半導体などに好適に使用することができる。また、金属基板２の表面にＳｎめっき層３（最外Ｓｎめっき層３ＯＬ）が形成されているので、良好な半田付け性を有する。
【実施例】
【００８４】
次に、本発明の効果を確認した実施例について説明する。
［実施例Ａ］
実施例１〜９、比較例１〜５に係る銅板（以下、単に「実施例１〜９、比較例１〜５」などという。）をカソードとして、ユケン工業株式会社製の電解脱脂剤パクナＦ−１５５０を５０ｇ／Ｌで溶解した水溶液に浸漬して、以下の条件で電解脱脂を行った。
〔電解脱脂条件〕
アノード：ステンレス鋼
脱脂温度：５０℃
電流密度：２Ａ／ｄｍ２
電解時間：３０秒
【００８５】
実施例１〜９、比較例１〜５を電解脱脂して水洗した後、１０質量％の硫酸水溶液に１５秒間浸漬し、再度水洗し、石原薬品株式会社製の下記の組成のＳｎめっき液を用いて、下記の条件で銅板の表面に５μｍの層厚の中間層となるＳｎめっき層（以下、「中間Ｓｎめっき層」という。）を形成した。
〔Ｓｎめっき液の組成〕
ＰＦ−ＴＩＮ：２００ｍＬ／Ｌ
ＰＦ−ＡＣＩＤ：１２５ｍＬ／Ｌ
ＰＦ−０５Ｍ：３０ｍＬ
〔Ｓｎめっき条件〕
電流密度：１０Ａ／ｄｍ２
めっき液温度：３５℃
【００８６】
なお、Ｓｎめっき層の層厚は、予め銅板に対して種々の時間でＳｎめっきを行い、銅板に形成したＳｎめっき層の付着量とめっき面積から単位面積当たりのめっき付着量を求め、この値でＳｎの理論密度を除することによって、Ｓｎめっき層の形成速度を求め、この形成速度を基に所定の層厚をめっきするのに必要なめっき時間を割り出すことで、Ｓｎめっき層の層厚の制御を行った。
【００８７】
次に、中間Ｓｎめっき層を形成した実施例１〜９、比較例１〜４を水洗した後、下記の組成のＣｕめっき液（関東化学株式会社製鹿１級試薬）を用いて、下記の条件にて表１に示す層厚のＣｕめっき層を形成した。なお、Ｃｕめっき層の層厚は、Ｓｎめっき層の層厚の制御と同様にして制御した。なお、比較例５に係る銅板については、比較のためにＣｕめっき層と、後記する最外層となるＳｎめっき層（以下、「最外Ｓｎめっき層」という。）の形成を行わなかった。
〔Ｃｕめっき液の組成〕
ＣｕＣＮ：４７．５ｇ／Ｌ
ＫＣＮ：１０．５ｇ／Ｌ
Ｋ２ＣＯ３：５４．２ｇ／Ｌ
〔Ｃｕめっき条件〕
電流密度：２Ａ／ｄｍ２
めっき温度：５５℃
【００８８】
最後に、Ｃｕめっき層を形成した実施例１〜９、比較例１〜４について、Ｃｕめっき層の上に前記と同じ組成のＳｎめっき液を用いて、前記と同じ条件でＳｎめっきを行い、表１に示す層厚の最外Ｓｎめっき層を形成した。その後、室温（２５℃）で２４時間放置することにより、Ｓｎ−Ｃｕ合金相を形成させた。
【００８９】
そして、Ｃｕめっき層の層厚と最外Ｓｎめっき層の層厚の組み合わせを種々変更した実施例１〜９、比較例１〜４、および中間Ｓｎめっき層のみを形成した比較例５を用いて、それらの縦断面をＦＩＢ（Focused Ion Beam）装置で観察した。
【００９０】
ＦＩＢ装置での観察は、まず、最外Ｓｎめっき層の表面を保護するために、その表面にカーボン保護膜を層厚約２μｍで成膜し、その後、ＦＩＢ装置のチャンバー内にサンプル（実施例１〜９、比較例１〜５）を設置して真空引きした後、加速電圧３０ｋＶ、ビーム径３２０ｎｍ、ビーム電流約３７００ｐＡのガリウムイオンをサンプルの表面（カーボン保護膜面）に垂直に照射して、サンプルの層厚方向に切断してめっきの断面を出し、さらに、この断面に平行に加速電圧３０ｋＶ、ビーム径９２ｎｍ、ビーム電流約１４００ｐＡのガリウムイオンを照射することによって断面の仕上げ加工を行った後に、加速電圧３０ｋＶ、ビーム径７ｎｍ、ビーム電流約２ｐＡのガリウムイオンをその断面に照射するときに当該断面から放出される二次電子による二次電子像（ＳＩＭ像）を得、これを観察することで行った。
【００９１】
ＦＩＢ装置によって撮影を行った、本発明の要件を満たす実施例１〜９のうち、実施例３のＳＩＭ像を図６に示す。なお、図６中のスケールバーは、１μｍであることを示す。
図６に示すように、実施例３のＳＩＭ像では、金属基板である銅板の上に中間Ｓｎめっき層が積層され、その上にＣｕめっき層が積層され、さらにその上に最外Ｓｎめっき層が形成されていることが分かる。
そして、中間Ｓｎめっき層および最外Ｓｎめっき層には、その粒界および粒内（つまり、中間Ｓｎめっき層および最外Ｓｎめっき層の粒界、最外Ｓｎめっき層とＣｕめっき層との界面、中間Ｓｎめっき層とＣｕめっき層との界面、および、中間Ｓｎめっき層と銅板との界面）にＳｎ−Ｃｕ合金相が形成され、Ｃｕめっき層にはカーケンダルボイドが形成されていることも分かる。
【００９２】
さらに、図６のＳＩＭ像から、最外Ｓｎめっき層の結晶粒の大きさやその平均も分かる。例えば、図６中の(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)で示す最外Ｓｎめっき層の結晶粒の大きさは、(a)が１μｍ、(b)が１．３μｍ、(c)が０．４μｍ、(d)が３μｍ、(e)が０．５μｍ、(f)が０．９μｍ、(g)が３μｍであり、その平均は１．４μｍであった。
また、最外Ｓｎめっき層直下のＣｕめっき層に形成されたカーケンダルボイドを結んでなる線から下方のＣｕめっき層および中間Ｓｎめっき層の層厚の合計は、５〜７μｍであり、かつ、中間Ｓｎめっき層の層厚は、０．５〜３μｍであった。
【００９３】
実施例１、２、４〜９についても実施例３と同様にＳＩＭ像を観察した結果、最外Ｓｎめっき層の分断された結晶粒の大きさと、最外Ｓｎめっき層直下のＣｕめっき層に形成されたカーケンダルボイドを結んでなる線よりも上方の縦断面積に占める、Ｓｎ−Ｃｕ合金相およびＣｕめっき層の断面積比率を求めた。中間Ｓｎめっき層の層厚、Ｃｕめっき層の層厚、および最外Ｓｎめっき層の層厚とともに、最外Ｓｎめっき層の結晶粒の大きさ、およびＳｎ−Ｃｕ合金相の縦断面積比率を表１に示す。なお、表１中、「−」は該当するめっき層を形成していないことを表わす。
【００９４】
【表１】
【００９５】
ここで、表１に示す、最外Ｓｎめっき層直下のＣｕめっき層に形成されたカーケンダルボイドを結んでなる線より上方のＳｎめっき層の層厚は、めっき付着量から予め予想したＳｎめっき層の層厚とほぼ一致していた。
【００９６】
次いで、この実施例１〜９、比較例１〜５について、半田付け性の評価を行うとともに、恒温恒湿試験および外部応力試験を行って、ウイスカの発生の有無を調べた。
【００９７】
半田付け性は、メニスコグラフ法による半田濡れ性評価により評価した。メニスコグラフ法は、２４５℃で溶融したＳｎ−３質量％Ａｇ−０．５質量％Ｃｕの半田液の液面に垂直に、実施例１〜９、比較例１〜５を１０ｍｍ／秒の速度で挿入し、実施例１〜９、比較例１〜５の先端が液面から深さ８ｍｍまで挿入したときに挿入速度を０にし、５秒後に実施例１〜９、比較例１〜５を半田液から引き上げて、その間に実施例１〜９、比較例１〜５に加わる半田液からの力の経時変化を測定することで、実施例１〜９、比較例１〜５を半田液に挿入してから初めて力が０になるまでの時間（ゼロクロスタイム（図７参照））で半田付け性の良否を評価するものである。本発明においては、ゼロクロスタイムが２秒以内の場合、半田付け性に問題はない（合格）と判断し、ゼロクロスタイムが２秒を超えた場合、半田付け性に問題あり（不合格）と判断した。なお、図７は、メニスコグラフ法による半田液への浸漬時間と濡れの力の関係を模式的に説明する説明図である。
【００９８】
恒温恒湿試験は、温度８０℃、相対湿度８５ＲＨ％の条件で２００時間暴露した後、最外Ｓｎめっき層の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で５００倍に拡大して０．０４ｍｍ２の領域を任意に５箇所観察した。そして、発生しているウイスカの本数を数えて合計し、この値を５倍することにより、１ｍｍ２当たりのウイスカ発生本数とした。
【００９９】
外部応力試験は、直径２ｍｍのアルミナボールを荷重６０Ｎ（６００ｇ）でめっき表面に２４０時間押し付けた後、圧痕周辺を観察してウイスカの発生本数を調べた。
【０１００】
実施例１〜９、比較例１〜５の半田付け性（ゼロクロスタイム（秒））、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数（本／ｍｍ２）および外部応力試験後のウイスカの発生本数（本）を表２に示す。
【０１０１】
【表２】
【０１０２】
表２に示すように、実施例１〜９は、半田付け性（ゼロクロスタイム）は全て２秒以内であり、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数も比較例５と比較してすこぶる低減されていることがわかる。
【０１０３】
一方、比較例１は、Ｃｕめっき層が薄すぎて最外Ｓｎめっき層を十分分断できなかったため、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。
【０１０４】
また、比較例２は、Ｃｕめっき層が厚すぎて最外Ｓｎめっき層の大半（Ｓｎめっき層の９２％）がＳｎ−Ｃｕ合金相となってしまったために、ゼロクロスタイムが２秒を超え、半田付け性が劣る結果となった。
【０１０５】
比較例３は、最外Ｓｎめっき層が厚すぎたために、ＣｕがＳｎめっき層の表面まで拡散できなかった。そのため、最外Ｓｎめっき層を結晶粒レベルで分断できず、Ｓｎ−Ｃｕ合金相が形成されることによって誘起される圧縮応力によりＳｎ原子の拡散が活発化し、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。
【０１０６】
比較例４は、最外Ｓｎめっき層が薄すぎたため、最外Ｓｎめっき層が全て（１００％）Ｓｎ−Ｃｕ合金相化してしまったため、ゼロクロスタイムが２秒を超え、半田付け性が劣る結果となった。
【０１０７】
比較例５は、Ｓｎめっき層のみであったので、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。
【０１０８】
次いで、この実施例３および比較例５について、前記した恒温恒湿試験を行った後、その表面を５００倍の倍率で走査型顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影し、ＳＥＭ像を得た。図８（ａ）に、恒温恒湿試験後の実施例３の表面のＳＥＭ像を示す。また、図８（ｂ）に、恒温恒湿試験後の比較例５の表面のＳＥＭ像を示す。図８（ａ）（ｂ）中の右下に表すドット１区間は１０μｍ（ドット１０区間で１００μｍ）を示す。
【０１０９】
また、実施例３および比較例５について、前記した外部応力試験を行った後、その表面を５００倍の倍率でＳＥＭによって撮影し、ＳＥＭ像を得た。図９（ａ）に、外部応力試験後の実施例３の表面のＳＥＭ像を示す。また、図９（ｂ）に、外部応力試験後の比較例５の表面のＳＥＭ像を示す。図９（ａ）（ｂ）中の右下に表すドット１区間は５μｍ（ドット１０区間で５０μｍ）を示す。
【０１１０】
図８（ａ）および図９（ａ）に示すように、恒温恒湿試験後および外部応力試験後の実施例３の表面にはウイスカの発生は認められなかったが、図８（ｂ）および図９（ｂ）に示すように、恒温恒湿試験後および外部応力試験後の比較例５の表面にはウイスカが複数発生していることが分かる。
【０１１１】
［実施例Ｂ］
次に、実施例１０〜１７、比較例５〜９に係る銅板（以下、単に「実施例１０〜１７、比較例５〜９」などという。）を、［実施例Ａ］と同じ条件で電解脱脂した後、［実施例Ａ］で記載したＳｎめっき液およびＳｎめっき条件と、Ｃｕめっき液およびＣｕめっき条件によって、下記表３に示すように、銅板側から第１層（中間Ｓｎめっき層）、第２層（Ｃｕめっき層）、第３層（中間Ｓｎめっき層、または最外Ｓｎめっき層）、第４層（Ｃｕめっき層）、第５層（最外Ｓｎめっき層）の順で、第３層まで、または第５層までを形成した実施例１０〜１７、比較例６〜９を作製した。なお、［実施例Ｂ］の比較例５は、［実施例Ａ］の比較例５と同一のものである。
ここで、それぞれのめっき層の層厚は、［実施例Ａ］と同様、Ｓｎめっき層やＣｕめっき層の形成速度を求め、その形成速度を基に所定の層厚を形成するのに必要なめっき時間を割り出し、それぞれのめっき層の層厚の制御を行った。
【０１１２】
そして、実施例１０〜１７、比較例５〜９の縦断面のＳＩＭ像をＦＩＢ装置によって撮影して観察した。ＦＩＢ装置による撮影条件は、［実施例Ａ］と同様である。
ＳＩＭ像を観察して、それぞれのめっき層の層厚（μｍ）を測定し、実施例１０〜１７、比較例５〜９のそれぞれについて、その合計層厚（μｍ）を測定した。表３に、実施例１０〜１７、比較例５〜９のそれぞれのめっき層の層厚、および合計層厚（μｍ）を示す。なお、表３中、「−」は、該当するめっき層を形成していないことを表わす。
【０１１３】
【表３】
【０１１４】
次に、この実施例１０〜１７、比較例５〜９について、半田付け性の評価を行うとともに、恒温恒湿試験および外部応力試験を行って、ウイスカの発生の有無を調べた。なお、半田付け性の評価、恒温恒湿試験、および外部応力試験は、［実施例Ａ］と同じ条件で行った。また、これと併せて、実施例１０〜１７、比較例５〜９のＳＩＭ像を用いてその断面を観察し、Ｓｎめっき層の状況を確認した。
半田付け性の評価（ゼロクロスタイム（秒））、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数（本／ｍｍ２）、および外部応力試験後のウイスカの発生本数（本）を、ＳＩＭ像を用いて観察したＳｎめっき層の状況とともに、表４に示す。
【０１１５】
【表４】
【０１１６】
表４に示すように、実施例１０〜１７は、半田付け性（ゼロクロスタイム）は全て２秒以内であり、恒温恒湿試験後のウイスカ発生本数および外部応力試験後のウイスカ発生本数も比較例５と比較してすこぶる低減され、Ｓｎめっき層も結晶粒レベルで十分に分断されていることがわかった。
【０１１７】
一方、比較例５は、［実施例Ａ］でも述べたように、Ｃｕめっき層を形成していない単層構造であったので、Ｓｎめっき層の結晶粒レベルでの分断が不十分となり、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。
【０１１８】
比較例６は、第３層（最外Ｓｎめっき層）が厚すぎるため、第３層（最外Ｓｎめっき層）は結晶粒レベルでの分断が不十分であった。そのため、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。
【０１１９】
また、比較例７は、第３層（最外Ｓｎめっき層）が薄すぎたため、第３層（最外Ｓｎめっき層）の全てがＳｎ−Ｃｕ合金相化してしまった。そのため、ゼロクロスタイムが２秒を超え、半田付け性が劣る結果となった。
【０１２０】
比較例８は、第２層（Ｃｕめっき層）が厚すぎたために、第３層（最外Ｓｎめっき層）も大半がＳｎ−Ｃｕ合金相化してしまった。そのため、ゼロクロスタイムが２秒を超え、半田付け性が劣る結果となった。なお、第１層（Ｓｎめっき層）が全て合金化しているため、曲げ加工等した後の半田付け性も劣ることが予想される。
【０１２１】
比較例９は、第２層（Ｃｕめっき層）が薄すぎたため、Ｓｎ−Ｃｕ合金相を十分に形成できなかった。そのため、第３層（最外Ｓｎめっき層）は結晶粒レベルでの分断が不十分となった。したがって、恒温恒湿試験後のウイスカの発生本数および外部応力試験後のウイスカの発生本数が多い結果となった。
【０１２２】
次いで、この実施例１０について、前記した恒温恒湿試験を行った後、その表面を５００倍の倍率でＳＥＭによって撮影し、ＳＥＭ像を得た。図１０（ａ）に、恒温恒湿試験後の実施例９の表面のＳＥＭ像を示す。また、比較のため、図１０（ｂ）に、［実施例Ａ］で説明した恒温恒湿試験後の比較例５の表面のＳＥＭ像を示す。図１０（ａ）（ｂ）中の右下に表すドット１区間は１０μｍ（ドット１０区間で１００μｍ）を示す。
【０１２３】
また、実施例１０について、前記した外部応力試験を行った後、その表面を５００倍の倍率でＳＥＭによって撮影し、ＳＥＭ像を得た。図１１（ａ）に、外部応力試験後の実施例９の表面のＳＥＭ像を示す。また、比較のため、図１１（ｂ）に、［実施例Ａ］で説明した外部応力試験後の比較例５の表面のＳＥＭ像を示す。図１１（ａ）（ｂ）中の右下に表すドット１区間は５μｍ（ドット１０区間で５０μｍ）を示す。
【０１２４】
図１０（ａ）および図１１（ａ）に示すように、恒温恒湿試験後および外部応力試験後の実施例９の表面にはウイスカの発生は認められなかった。
【０１２５】
以上、本発明のＳｎめっき銅基板、Ｓｎめっき銅基板の製造方法、およびこれを用いたリードフレームおよびコネクタ端子について、発明を実施するための最良の形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明のＳｎめっき銅基板の構成を示す断面図である。
【図２】本発明のＳｎめっき銅基板の他の構成を例示する断面図である。
【図３】本発明のＳｎめっき銅基板の製造方法のフローを示す図である。
【図４】本発明のリードフレームの一例を示す構成図である。
【図５】本発明のコネクタ端子の一例を示す一部断面図であって、（ａ）は、雄端子と雌端子を嵌合する前の状態を示す図であり、（ｂ）は、雄端子と雌端子を嵌合した後の状態を示す図である。
【図６】実施例３のＳＩＭ像である。図６中のスケールバーは、１μｍであることを示す。
【図７】メニスコグラフ法による半田液への浸漬時間と濡れの力の関係を模式的に説明する説明図である。
【図８】（ａ）は、恒温恒湿試験後の実施例３の表面のＳＥＭ像であり、（ｂ）は、恒温恒湿試験後の比較例５の表面のＳＥＭ像である。図８（ａ）（ｂ）中の右下に表すドット１区間は１０μｍ（ドット１０区間で１００μｍ）を示す。
【図９】（ａ）は、外部応力試験後の実施例３の表面のＳＥＭ像であり、（ｂ）は、外部応力試験後の比較例５の表面のＳＥＭ像である。図９（ａ）（ｂ）中の右下に表すドット１区間は５μｍ（ドット１０区間で５０μｍ）を示す。
【図１０】（ａ）は、恒温恒湿試験後の実施例１０の表面のＳＥＭ像であり、（ｂ）は、［実施例Ａ］で説明した恒温恒湿試験後の比較例５の表面のＳＥＭ像である。図１０（ａ）（ｂ）中の右下に表すドット１区間は１０μｍ（ドット１０区間で１００μｍ）を示す。
【図１１】（ａ）は、外部応力試験後の実施例１０の表面のＳＥＭ像であり、（ｂ）は、［実施例Ａ］で説明した外部応力試験後の比較例５の表面のＳＥＭ像である。図１１（ａ）（ｂ）中の右下に表すドット１区間は５μｍ（ドット１０区間で５０μｍ）を示す。
【符号の説明】
【０１２７】
１ Ｓｎめっき銅基板
２ 金属基板
３ Ｓｎめっき層
３ＩＬ 中間Ｓｎめっき層（中間層となるＳｎめっき層）
３ＯＬ 最外Ｓｎめっき層（最外層となるＳｎめっき層）
３ｇ 粒界
３ｃ 粒内
３２、３４ｉ、３４ｏ 界面
４ Ｃｕめっき層
５ めっき膜層
６ Ｓｎ−Ｃｕ合金相
Ｓ１ 積層工程
Ｓ２ 合金相形成工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板上に、
中間層となるＳｎめっき層と、Ｃｕめっき層とを、この順に積層してなるめっき膜層を１．５μｍ以上の層厚で少なくとも１膜層以上備えるとともに、このめっき膜層上に、０．２μｍ以上１．５μｍ以下の層厚の最外層となるＳｎめっき層を前記めっき膜層との総厚が３μｍ以上で備え、
少なくとも、前記中間層および前記最外層となる各Ｓｎめっき層の粒界、
前記最外層となるＳｎめっき層と前記Ｃｕめっき層との界面、
前記中間層となるＳｎめっき層と前記Ｃｕめっき層との界面、および、
前記中間層となるＳｎめっき層と前記金属基板との界面、
のいずれかに前記Ｃｕめっき層および前記金属基板の少なくとも一方に由来するＣｕを拡散させてなるＳｎ−Ｃｕ合金相を有することを特徴とするＳｎめっき銅基板。
【請求項２】
前記Ｃｕめっき層および前記Ｓｎ−Ｃｕ合金相のうち少なくとも一方には、前記Ｃｕが拡散してなるカーケンダルボイドが形成されており、このカーケンダルボイドよりも上方に形成された前記最外層となるＳｎめっき層の結晶粒の大きさの平均が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＳｎめっき銅基板。
【請求項３】
前記最外層となるＳｎめっき層直下のＣｕめっき層に形成された前記カーケンダルボイドを結んでなる線よりも上方の縦断面積に占める、前記Ｓｎ−Ｃｕ合金相および前記Ｃｕめっき層の断面積比率が３０％以上９０％以下であることを特徴とする請求項２に記載のＳｎめっき銅基板。
【請求項４】
純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板上に、
中間層となるＳｎめっき層と、Ｃｕめっき層とを、この順に積層してなるめっき膜層を１．５μｍ以上の層厚となるように少なくとも１膜層以上積層し、さらにこのめっき膜層上に、０．２μｍ以上１．５μｍ以下の層厚の最外層となるＳｎめっき層を前記めっき膜層との総厚が３μｍ以上となるように積層する積層工程と、
少なくとも、前記中間層および前記最外層となる各Ｓｎめっき層の粒界、
前記最外層となるＳｎめっき層と前記Ｃｕめっき層との界面、
前記中間層となるＳｎめっき層と前記Ｃｕめっき層との界面、および、
前記中間層となるＳｎめっき層と前記金属基板との界面、
のいずれかに前記Ｃｕめっき層および前記金属基板の少なくとも一方に由来するＣｕを拡散させてＳｎ−Ｃｕ合金相を形成する合金相形成工程と、
を含むことを特徴とするＳｎめっき銅基板の製造方法。
【請求項５】
前記積層工程において、
前記最外層となるＳｎめっき層の直下に形成されるＣｕめっき層の層厚を０．０５μｍ以上１μｍ以下に積層することを特徴とする請求項４に記載のＳｎめっき銅基板の製造方法。
【請求項６】
前記積層工程において、前記めっき膜層を２膜層以上積層する場合は、
このめっき膜層を構成する前記中間層となる各Ｓｎめっき層を０．５μｍ以上３μｍ以下の層厚で積層させることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のＳｎめっき銅基板の製造方法。
【請求項７】
前記積層工程において、前記めっき膜層を２膜層以上積層する場合は、
前記中間層となるＳｎめっき層の間、および、前記中間層となるＳｎめっき層と前記最外層となるＳｎめっき層との間に挟まれた各Ｃｕめっき層の層厚を、それぞれのＣｕめっき層を挟むＳｎめっき層のうちいずれか厚い層厚を有するＳｎめっき層の１／１０以上１μｍ以下の層厚で積層させることを特徴とする請求項６に記載のＳｎめっき銅基板の製造方法。
【請求項８】
前記合金相形成工程によって、前記Ｃｕめっき層および前記Ｓｎ−Ｃｕ合金相の少なくとも一方には、前記Ｃｕが拡散してなるカーケンダルボイドが形成されることを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか１項に記載のＳｎめっき銅基板の製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＳｎめっき銅基板を用いたリードフレームであって、
前記Ｓｎめっき銅基板を帯状に形成して、かつ、複数のリード部分およびこれと連続するボンディングパッドを、打ち抜きまたはエッチング処理により形成したことを特徴とするリードフレーム。
【請求項１０】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＳｎめっき銅基板を用いて、複数のリード部分およびこれと連続するボンディングパッドを形成したリードフレームであって、
前記Ｓｎめっき銅基板に用いる前記金属基板は、予め前記複数のリード部分および前記ボンディングパッドが形成されていることを特徴とするリードフレーム。
【請求項１１】
前記リード部分がプレス曲げ加工されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のリードフレーム。
【請求項１２】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＳｎめっき銅基板を用いたコネクタ端子であって、
前記Ｓｎめっき銅基板を薄板に形成して、かつ、所定形状にプレス加工したことを特徴とするコネクタ端子。
【請求項１】
純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板上に、
中間層となるＳｎめっき層と、Ｃｕめっき層とを、この順に積層してなるめっき膜層を１．５μｍ以上の層厚で少なくとも１膜層以上備えるとともに、このめっき膜層上に、０．２μｍ以上１．５μｍ以下の層厚の最外層となるＳｎめっき層を前記めっき膜層との総厚が３μｍ以上で備え、
少なくとも、前記中間層および前記最外層となる各Ｓｎめっき層の粒界、
前記最外層となるＳｎめっき層と前記Ｃｕめっき層との界面、
前記中間層となるＳｎめっき層と前記Ｃｕめっき層との界面、および、
前記中間層となるＳｎめっき層と前記金属基板との界面、
のいずれかに前記Ｃｕめっき層および前記金属基板の少なくとも一方に由来するＣｕを拡散させてなるＳｎ−Ｃｕ合金相を有することを特徴とするＳｎめっき銅基板。
【請求項２】
前記Ｃｕめっき層および前記Ｓｎ−Ｃｕ合金相のうち少なくとも一方には、前記Ｃｕが拡散してなるカーケンダルボイドが形成されており、このカーケンダルボイドよりも上方に形成された前記最外層となるＳｎめっき層の結晶粒の大きさの平均が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＳｎめっき銅基板。
【請求項３】
前記最外層となるＳｎめっき層直下のＣｕめっき層に形成された前記カーケンダルボイドを結んでなる線よりも上方の縦断面積に占める、前記Ｓｎ−Ｃｕ合金相および前記Ｃｕめっき層の断面積比率が３０％以上９０％以下であることを特徴とする請求項２に記載のＳｎめっき銅基板。
【請求項４】
純銅板、銅合金板、または銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板上に、
中間層となるＳｎめっき層と、Ｃｕめっき層とを、この順に積層してなるめっき膜層を１．５μｍ以上の層厚となるように少なくとも１膜層以上積層し、さらにこのめっき膜層上に、０．２μｍ以上１．５μｍ以下の層厚の最外層となるＳｎめっき層を前記めっき膜層との総厚が３μｍ以上となるように積層する積層工程と、
少なくとも、前記中間層および前記最外層となる各Ｓｎめっき層の粒界、
前記最外層となるＳｎめっき層と前記Ｃｕめっき層との界面、
前記中間層となるＳｎめっき層と前記Ｃｕめっき層との界面、および、
前記中間層となるＳｎめっき層と前記金属基板との界面、
のいずれかに前記Ｃｕめっき層および前記金属基板の少なくとも一方に由来するＣｕを拡散させてＳｎ−Ｃｕ合金相を形成する合金相形成工程と、
を含むことを特徴とするＳｎめっき銅基板の製造方法。
【請求項５】
前記積層工程において、
前記最外層となるＳｎめっき層の直下に形成されるＣｕめっき層の層厚を０．０５μｍ以上１μｍ以下に積層することを特徴とする請求項４に記載のＳｎめっき銅基板の製造方法。
【請求項６】
前記積層工程において、前記めっき膜層を２膜層以上積層する場合は、
このめっき膜層を構成する前記中間層となる各Ｓｎめっき層を０．５μｍ以上３μｍ以下の層厚で積層させることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のＳｎめっき銅基板の製造方法。
【請求項７】
前記積層工程において、前記めっき膜層を２膜層以上積層する場合は、
前記中間層となるＳｎめっき層の間、および、前記中間層となるＳｎめっき層と前記最外層となるＳｎめっき層との間に挟まれた各Ｃｕめっき層の層厚を、それぞれのＣｕめっき層を挟むＳｎめっき層のうちいずれか厚い層厚を有するＳｎめっき層の１／１０以上１μｍ以下の層厚で積層させることを特徴とする請求項６に記載のＳｎめっき銅基板の製造方法。
【請求項８】
前記合金相形成工程によって、前記Ｃｕめっき層および前記Ｓｎ−Ｃｕ合金相の少なくとも一方には、前記Ｃｕが拡散してなるカーケンダルボイドが形成されることを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか１項に記載のＳｎめっき銅基板の製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＳｎめっき銅基板を用いたリードフレームであって、
前記Ｓｎめっき銅基板を帯状に形成して、かつ、複数のリード部分およびこれと連続するボンディングパッドを、打ち抜きまたはエッチング処理により形成したことを特徴とするリードフレーム。
【請求項１０】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＳｎめっき銅基板を用いて、複数のリード部分およびこれと連続するボンディングパッドを形成したリードフレームであって、
前記Ｓｎめっき銅基板に用いる前記金属基板は、予め前記複数のリード部分および前記ボンディングパッドが形成されていることを特徴とするリードフレーム。
【請求項１１】
前記リード部分がプレス曲げ加工されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のリードフレーム。
【請求項１２】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＳｎめっき銅基板を用いたコネクタ端子であって、
前記Ｓｎめっき銅基板を薄板に形成して、かつ、所定形状にプレス加工したことを特徴とするコネクタ端子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１４４２１０（Ｐ２００９−１４４２１０Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２３９３４（Ｐ２００７−３２３９３４）
【出願日】平成１９年１２月１４日（２００７．１２．１４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（３９３０１７１１１）神鋼リードミック株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１４日（２００７．１２．１４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（３９３０１７１１１）神鋼リードミック株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
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