半田濡れ性低下の少ない 無光沢snめっきプロセス2007/09/05 · メタスfsm-07...
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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
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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
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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
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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?
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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?
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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?
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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?
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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?
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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?
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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?
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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。
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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
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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?
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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。
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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
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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
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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)
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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)
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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)
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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
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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
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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
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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
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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。
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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
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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
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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