無鉛的錫鍍覆構件和形成鍍覆層的方法

2023-11-03 22:34:32

專利名稱：無鉛的錫鍍覆構件和形成鍍覆層的方法
技術領域：
本發明涉及一種鍍覆構件和形成鍍覆層的方法，尤其涉及一種在其表面上具有鍍 覆層作為電子元件如IC晶片安裝在引線框上的半導體器件中的外部端子的鍍覆構件，以 及在這種鍍覆構件中形成鍍覆層的方法。
背景技術：
對於電子元件如半導體器件中的外部端子，使用銅、銅合金、黃銅和合金42(金屬 合金，含42重量％的鎳和至少的鐵)。然而，由於外部端子的表面在作為基礎金屬自身使用 的情況下可被氧化，這可能因焊接缺陷等導致導電性缺陷。因此，通常通過鍍覆在外部端子 的表面上形成保護膜(鍍覆層)以防止氧化。在相關技術中，當使用Sn合金等作為鍍覆層的材料時，使用含鉛合金。然而，最近 期望的是使用無鉛材料用於鍍覆層，以降低環境負荷。因此，使用無鉛的材料例如純錫(Sn) 或錫合金如Sn-CiuSn-Bi和Sn-^Vg合金用於外部端子的鍍覆層的材料。但是，如果電子元件 的外部端子的表面用無鉛材料鍍覆，則例如由鍍覆層產生晶須，所述晶須是錫的針狀單晶。晶須可生長到幾百微米。如果電子部件中外部端子之間的間隔窄至幾百微米，則 所產生的晶須可導致外部端子之間短路。因此，期望對晶須產生的預防措施。晶須如何產生和生長的機理尚未完全了解。然而，據認為鍍覆層內累積的內應力 是因素之一。有人提出通過消除鍍覆層的內應力來防止晶須產生。例如，日本專利申請公開 2006-249460 (JP-A-2006-249460)公開了通過在鍍覆過程之後在高於合金熔點的溫度下加 熱由無1 的Sn合金形成的鍍覆層來施加回流過程，由此釋放內應力，並且由此可以防止晶 須的產生。還提出，控制鍍覆層的結晶取向面及其取向指數來防止產生晶須。例如， JP-A-2006-249460公開了如下技術在Sn鍍覆層的結晶晶粒邊界上形成Sn合金相以防止 產生晶須。在該技術中，增加鍍覆層中(220)面和(321)面的取向指數，以有利於Sn合金 相的形成。此外，日本專利申請公開2001-26898 (JP-A-200H6898)公開了當利用Sn-Cu鍍 覆浴進行無1 電鍍時，將光亮劑混入鍍覆溶液中，並且在0.01至lOOA/dm2的電流密度下 進行電鍍。很難說相關技術中提出的預防晶須的方法足夠有效。仍然需要改進。具體而言， 尚未對通過控制鍍覆層的結晶取向面及其取向指數來預防晶須產生進行足夠的分析。

發明內容
本發明提供一種具有無鉛材料的鍍覆層的鍍覆構件，其中所述鍍覆層具有能夠防 止晶須產生的結晶取向面及其取向指數。本發明提供一種形成這種鍍覆層的方法。本發明的第一方面涉及一種具有基材和無鉛鍍覆層的鍍覆構件，所述無鉛鍍覆層 由Sn組成並且形成在所述基材的表面上。在所述鍍覆構件中，在所述鍍覆層表面上的結晶取向面中(101)面和(112)面的取向指數大於其他結晶取向面的取向指數。在根據第一方面的鍍覆構件中，(101)面的所述取向指數可以不小於1並且不大 於5，並且(112)面的取向指數可以不小於5並且不大於20。上述配置可以防止由所述鍍覆層產生晶須。在根據第一方面的鍍覆構件中，所述基材可以是合金42，其含有42重量％的Ni和 至少鐵。本發明的第二方面涉及一種在基材表面上形成由錫(Sn)組成的無鉛鍍覆層的方 法。所述方法包括在其中將金屬Sn和光亮劑混入酸性溶劑中的鍍覆溶液和所述基材的表 面之間施加電流；和在電流施加中設定電流密度，使得在所形成的鍍覆層中的結晶取向面 中(101)面和(112)面的取向指數大於其他結晶取向面的取向指數。根據上述配置，所形成的鍍覆層具有比其他結晶取向面的取向指數大的(101)面 和(112)面的取向指數，並且可以防止產生晶須。在根據第二方面的方法中，所述光亮劑可以是酮光亮劑或非離子表面活性劑。在 根據第二方面的方法中，所形成的鍍覆層可由純Sn形成。所設定的電流密度可以不小於 ΙΑ/dm2並且不大於3A/dm2。根據第二方面的方法還可以包括將所形成的鍍覆層加熱到規定溫度。在根據第二方面的方法中，預定溫度可以不高於金屬Sn的熔點，可以為100°C至 150°C，並且可以為125°C。上述配置允許進一步增加(112)面的取向指數。此外，可以更確定地防止由所述
鍍覆層產生晶須。在根據第二方面的方法中，所述基材可以是合金42，其含有42重量％的Ni並且至 少含有鐵。在根據第二方面的方法中，金屬Sn組分可以是硫酸亞錫，所述酸性溶劑可以是稀 硫酸。在根據第二方面的方法中，(101)面的取向指數可以不小於1並且不大於5，並且 (112)面的取向指數可以不小於5並且不大於20。鍍覆構件可以具有通過根據第二方面的方法在基材表面上形成的鍍覆層。


參照附圖，從以下示例性實施方案的說明中，本發明的前述和其他目的、特徵和優 點將變得明顯，附圖中相同的附圖標記用於表示相同的元件/要素，其中圖1是示出試驗的鍍覆構件的圖；圖2A是根據本發明第一實施方案的鍍覆構件的鍍覆層表面的照片，其上未產生 晶須；圖2B是根據第一對比例的鍍覆構件的鍍覆層表面的照片，其上產生晶須；圖3是根據本發明第二實施方案的鍍覆層表面的X射線分析的圖(電流密度 3. OA/dm2)；圖4是根據本發明第二實施方案的鍍覆層表面的X射線分析的圖(電流密度 0. 5A/dm2)；
圖5是根據本發明第二實施方案的鍍覆層表面的X射線分析的圖(電流密度 1. OA/dm2)；圖6是根據本發明第二實施方案的鍍覆層表面的X射線分析的圖(電流密度 5. OA/dm2)；圖7是示出(101)面和(112)面的取向指數與電流密度之間的關係的圖；和圖8是在熱處理之前和之後(112)面的取向指數的對比的圖。
具體實施例方式下文將對實施方案和對比例進行說明。在第一實施方案中，如圖1中所示，在下表1的條件下在由合金42 (含有42重量％ 的Ni和至少鐵的合金)形成的基材1上進行電鍍。在基材1的表面上形成純Sn鍍覆層2， 以形成試驗的鍍覆構件3。[表 1]
權利要求
1.一種鍍覆構件，其包括基材和無鉛鍍覆層，所述無鉛鍍覆層由Sn組成並且形成在所 述基材的表面上，其特徵在於在所述鍍覆層表面上的結晶取向面中，(101)面和(112)面的 取向指數大於其他結晶取向面的取向指數。
2.根據權利要求1所述的鍍覆構件，其中所述(101)面的取向指數不小於1並且不大 於5，所述(112)面的取向指數不小於5並且不大於20。
3.根據權利要求1或2所述的鍍覆構件，其中所述基材是合金42，所述合金42含有42 重量％的Ni並且至少含有鐵。
4.一種在基材表面上形成由Sn組成的無鉛鍍覆層的方法，其特徵在於包括在其中金屬Sn組分和光亮劑混入酸性溶劑中的鍍覆溶液和所述基材的表面之間施加 電流；和在電流施加中設定電流密度，使得在所形成的鍍覆層中的結晶取向面中，(101)面和 (112)面的取向指數大於其他結晶取向面的取向指數。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所設定的電流密度為不小於ΙΑ/dm2並且不大於 3A/dm2。
6.根據權利要求4或5所述的方法，還包括將所形成的鍍覆層加熱到規定溫度。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述規定溫度為100°C至150°C。
8.根據權利要求7所述的方法，其中施加所述加熱40小時，並且所述規定溫度為 125°C。
9.根據權利要求4-8中任一項所述的方法，其中所述基材是合金42，所述合金42含有 42重量％的Ni並且至少含有鐵。
10.根據權利要求4-9中任一項所述的方法，其中所述金屬Sn組分是硫酸亞錫，所述酸 性溶劑是稀硫酸。
11.根據權利要求4-10中任一項所述的方法，其中所述光亮劑是酮光亮劑或非離子表 面活性劑。
12.根據權利要求4-11中任一項所述的方法，其中所述(101)面的取向指數不小於1 並且不大於5，所述(112)面的取向指數不小於5並且不大於20。
13.一種鍍覆的構件，其特徵在於包括基材；和通過根據權利要求4-12中任一項的方法在所述基材的表面上形成的鍍覆層。
全文摘要
具有在基材1表面上的無鉛材料的純Sn鍍覆層(2)的鍍覆構件(3)中，將純Sn鍍覆層的(101)面和(112)面的取向指數增加至比其他結晶取向面的取向指數高的值。
文檔編號H05K3/24GK102066621SQ200980123261
公開日2011年5月18日 申請日期2009年6月18日 優先權日2008年7月3日
發明者東勝人, 坂野充, 市川勇, 本田純一, 柴田靖文, 水谷裡志, 近田滋, 野村隆史 申請人:豐田自動車株式會社