半田濡れ性低下の少ない無光沢Snめっきプロセス

ユケン工業株式会社

技術部

楠　義則

目次

１.なぜ、Pbフリー？

２.なぜ、無光沢Snめっき？

３.無光沢Snめっきプロセス　　メタスFSM-07の紹介

1.なぜ、Pbフリー？

・WEEE、RoHSについて（EUの動向）　目的　規制物質　それぞれの閾値

・他国の動向

1-1．EUの動向

製品に含まれる有害な化学物質の問題

ＷＥＥＥ指令（廃電気電子機器指令）

ＲｏＨＳ指令（特定有害物質使用制限指令）

リサイクル目的

リサイクル前（生産時）に規制

1.なぜ、Pbフリー？

1-2．WEEE指令の目的

　　Waste Electrical and Electric Equipment　(2002)

　・廃棄物のリサイクルを推進し、

　　　　　　　　　　　　　　　　ことが目的

　　　　①廃電気・電子機器の予防

　　　　②廃棄物を減らす為の、再利用、リサイクル

　　　　③生産者、流通業者および消費者の

　　 　　　　　　　　　　　　　環境パフォーマンス改善

ゴミを減らす

1.なぜ、Pbフリー？

1-3．RoHS指令の目的

Restriction of the use of certain hazardous substances

in electrical and electronic equipment (2002)

　・電気電子機器に含まれる

　　　　　　　　有害物質の使用制限

1.なぜ、Pbフリー？

1-4．RoHS指令　第４条　予防・2006月７月１日以降上市する電気電子機器に対して

以下の物質を非含有とする。

　　●鉛

　　●水銀

　　●カドミウム

　　●六価クロム

　　● PBB (ポリ臭素化ビフェニル）

　　● PBDE （ポリ臭素化ジフェニルエーテル）　　＊PBB、PBDEは、主に樹脂の難燃剤として使用される。

1.なぜ、Pbフリー？

1-5．RoHS指令　最大許容濃度（閾値）

カドミウム

PBDE

PBB

六価クロム

水銀

鉛

均質材料の重量比で最大0.1%

0.01%

1.なぜ、Pbフリー？

1-6．RoHS指令　均質材料の定義　‘Homogeneous material’ means a material that cannot be mechanically　 disjointed into different materials.

＊一層のめっき皮膜で、一つの均質材料

＊めっき液中のPb濃度は、おおよそSn濃度の1/1000が上限。

　　Sn濃度：50g/Lのめっき液では、Pb濃度：50ppmまで。

1.なぜ、Pbフリー？

1-7．アメリカの動向

・ＲｏＨＳ指令とほぼ同様の規制。

　一部の州で適用される州法ではあるが、

　流通ネットワークを考えれば事実上

　全米で適用される。

1.なぜ、Pbフリー？

1.なぜ、Pbフリー？

1-8．中国の動向

・通称中国版ＲｏＨＳとして、

　　「電子信息産品汚染控制管理弁法」発令

　　　　基本的にはＲｏＨＳ指令と同様の

　　　　６物質について徐々に減らし、非含有と

　　　　なるような措置を取らなければならない。

2.なぜ、無光沢Snめっき？

・国内コネクタメーカーの動向

・ウィスカについて

・Pbフリーめっき皮膜の候補と特徴

2-1．国内コネクタメーカーの動向

・ 2002年頃　　EUのRoHS指令を受け、Pbフリー検討開始。

　　　　　　　　　多くのコネクタメーカーで、光沢Sn/Cuめっきを採用。

・ 2003年　　　Sn/Cuめっき皮膜からのウィスカ による短絡事故。　　　　　　　　　接点用コネクタでのSn/Cuめっきが避けられる。

　　　　　　　　　　　　　Pbフリーめっき再検討開始

　

・ 2007年現在　Pbフリーめっきの　決定打は提案されず。

2.なぜ、無光沢Snめっき？

2.なぜ、無光沢Snめっき？

2-2．ウィスカとは？

・Sn、Sn合金から成長する、Sn単結晶・針状（真性）、ノジュール状、hillrock等の形状がある。

針状（真性）ウィスカ端子同士を短絡し、重大な事故を引き起こす。

2.なぜ、無光沢Snめっき？

2-3．ウィスカトラブル事例

・2003年に発生したウィスカー発生事例（デジタルカメラ）

　

　　　　　FPCとの接点用コネクタにおいて、接点部よりウィスカ発生。

　　　　・外部からの圧力がウィスカ発生を助長させることが判明。

FPC

2-4．ウィスカ発生・成長の要因

・ウィスカは、Sn、Sn系合金皮膜に加えられた圧縮応力　を解放するために、発生・成長する。

圧縮応力の原因と対策

2.なぜ、無光沢Snめっき？

？外部からの圧力

下地にNiめっきを行う。

熱処理により、層間に化合物層を形成。

下地からの異種金属拡散

めっき液の改善。

ユケンの全製品において解決済み。

皮膜固有の応力

対策原因

2.なぜ、無光沢Snめっき？

2-5．Pbフリーめっき皮膜の候補

・比較的、耐ウィスカ性に優れ、Auに比べて安価である無光沢Snめっきが好まれる傾向にある。

△○◎△光沢Sn-Cu

×○～△○～△◎Au

△○○～×○～△リフロー

◎×△○～△無光沢

光沢 ○○○△Sn

コスト耐削れ性半田濡れ性耐ウィスカ性

（外部圧力下）

2.なぜ、無光沢Snめっき？

2-6．無光沢Snめっき皮膜の特長・無光沢めっき皮膜から発生するウィスカは、光沢めっき皮膜から発生するウィスカに比べ、太く、短くなる傾向がある。

無光沢Snめっき

太く短いウィスカ（40μm）

光沢Snめっき

細く長いウィスカ（300μm）

2.なぜ、無光沢Snめっき？

2-7．Snリフローの課題

・加熱により成長した拡散層（金属間化合物層）が、皮膜表面に達してしまうと、著しくはんだ濡れ性が劣化する。

Snリフロー皮膜断面図

Sn

Sn/Ni金属間化合物

Ni

素材（リン青銅）

3.無光沢Snめっきプロセス　　　メタスFSM-07の紹介

・メタスFSM-07の特長　半田濡れ性　均一外観　管理方法

3.メタスFSM-07の紹介

3-1．メタスFSM-07の特長

・優れた半田濡れ性

・広い電流密度で均一な外観

・簡便な管理方法

3.メタスFSM-07の紹介

3-2．無光沢Snめっき皮膜の課題

・光沢Sn、Sn/Cuめっき皮膜に比べ、半田濡れ性の低下が早い。

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

as plated after PCT

ZCT[sec]

光沢Snめっき

無光沢Snめっき

非活性フラックス使用時

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

as plated after PCT

ZCT[sec] 光沢Snめっき

無光沢Snめっき

メタスFSM-07

3.メタスFSM-07の紹介

3-3．メタスFSM-07めっき皮膜の半田濡れ性

・一般的な無光沢Snめっき皮膜と比べ、半田濡れ性の低下が　非常に少ない。

非活性フラックス使用時

3.メタスFSM-07の紹介

3-4．メタスFSM-07のハルセル外観

棒撹拌：5m/min

撹拌

1min時間

5A電流値

広い電流密度で均一な外観が得られる。

3.メタスFSM-07の紹介

3-5．メタスFSM-07めっき皮膜のSEM画像

20ASD10ASD5ASD

広い電流密度で、安定した結晶が得られる。

観察倍率：5000倍

3.メタスFSM-07の紹介

3-6．メタスFSM-07添加剤濃度の管理

1.分光光度計で測定可能

2.添加剤濃度変動のめっき皮膜への影響が少ない。

75ml/L50ml/L（標準）25ml/L

観察倍率：2000倍

3.メタスFSM-07の紹介

3-7．メタスFSM-07めっき皮膜ウィスカ特性

　アクリル加圧試験

500倍200倍