無Pb的Sn系材料、配線用導體、終端連接部和無Pb軟釬焊合金制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供在無Ｐｂ的Ｓｎ系材料部的表面抑制晶須產(chǎn)生的無Ｐｂ的Ｓｎ系材料、配線用導體、終端連接部以及無Ｐｂ軟釬焊合金。本發(fā)明專利技術(shù)所涉及的配線用導體是在至少部分表面上具有無Ｐｂ的Ｓｎ系材料部的配線用導體，其為在Ｓｎ系材料部中添加從Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ中選擇的至少一種來作為相變延遲元素，并且添加從Ｇｅ、Ｐ、Ｋ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｖ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ中選擇的至少一種來作為氧化抑制元素，并進行回流處理。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及用于電子機器的無Pb的Sn系材料、配線用導體、終端連接 部和無Pb軟釬焊合金。
技術(shù)介紹
以往，在配線材料，特別是銅和銅合金制的配線材料的表面上，為了防 止氧化，實施鍍Sn、鍍Ag、鍍Au或者鍍Ni。例如如圖1所示，在連接器1 和柔性扁平電纜(以下稱做FFC ) 3的終端連接部中，在連接器(連接部件) 1的連接銷(金屬端子)2、 FFC3的導體4的表面等實施了鍍層。其中，Sn 由于其成本低廉、工業(yè)上優(yōu)良，所以， 一般廣泛地使用表面上實施了鍍Sn的 配線材料。作為該鍍Sn用合金，以往使用耐晶須性良好的Sn-Pb合金。但是，近年來，出于環(huán)境方面的考慮，需要使用無鉛材料(非鉛材料)、 無卣素材料，需要實現(xiàn)用于配線材料的各種材料的無鉛化、無鹵素化。但是， 伴隨著鍍Sn的無鉛化，特別是在純Sn鍍敷中，會在鍍Sn膜表面產(chǎn)生Sn的 針狀結(jié)晶的晶須，如圖2所示，這些晶須5有可能造成鄰接配線材料(導體4) 之間發(fā)生短路。于是考慮到，為了緩和作為產(chǎn)生晶須的原因的向Sn鍍膜的負 荷應力，通過對實施了電鍍等的Sn鍍膜進行回流處理，來降低晶須的產(chǎn)生， 其中，回流處理是在Sn鍍膜上進行熔融-再固化處理。專利文獻l:特開2001-131663號公報專利文獻2:特開2002-317295號公報專利文獻3:特開2003-211283號公報專利文獻4:特開2000-208934號公報專利文獻5:特開2003-129278號公報
技術(shù)實現(xiàn)思路
專利技術(shù)要解決的問題但是，現(xiàn)在尚未正確理解晶須的產(chǎn)生機理以及減少(抑制)晶須的機理，而且，在使配線材料和連接器相嵌合的終端連接部等受到新的外部應力的部 位，即使實施回流處理，也不能夠抑制晶須的產(chǎn)生，目前尚無有效的對策?？紤]到上述情況而提出的本專利技術(shù)的目的是，提供在無Pb的Sn系材料部 的表面上抑制晶須產(chǎn)生的無Pb的Sn系材料，配線用導體，終端連接部，以 及無Pb軟釬焊合金。解決問題的手段為了達到上述目標，為了在使用時抑制伴隨著體積變化而發(fā)生的無Pb的 Sn系材料的晶體結(jié)構(gòu)相變和氧化，為了抑制在無Pb的Sn系材料內(nèi)部的應變 能的產(chǎn)生，本專利技術(shù)的無Pb的Sn系材料是，在Sn系材料的母材中添加了作為 第1添加成分的延遲晶體結(jié)構(gòu)相變的元素(以下將第1添加成分的元素稱為延 遲相變的元素，，)，并添加了作為第2添加成分的抑制母材的金屬材料氧化的元 素(以下將第2添加成分的元素稱為氧化抑制元素)。本專利技術(shù)的配線用導體為，在包括室溫在內(nèi)的同素異形相變溫度以下使用在 至少部分表面上具有無Pb的Sn系材料部的配線用導體時，為了抑制在制造 時具有體心正方晶體結(jié)構(gòu)的Sn系材料部((3Sn)轉(zhuǎn)變成具有金剛石型晶體結(jié) 構(gòu)的aSn，并且為了抑制Sn系材料部的氧化而引起的體積膨脹，在Sn系材料 的母材中，添加了從Sb、 Bi、 Cd、 In、 Ag、 Au、 Ni、 Ti、 Zr、 Hf中選擇的至 少一種元素作為延遲相變的元素，添加了從Ce、 Zn、 P、 K、 Cr、 Mn、 Na、 V、 Si、 Al、 Li、 Mg、 Ca中選4奪的至少一種元素作為氧化抑制元素，并進行回流 處理。本專利技術(shù)的配線用導體為，在包括室溫在內(nèi)的同素異形相變溫度以下使用至 少在部分金屬導體的表面上具有無Pb的Sn系材料部的配線用導體時，為了 抑制在制造時具有體心正方晶體結(jié)構(gòu)的Sn系材料部(pSn)轉(zhuǎn)變成具有金剛 石型晶體結(jié)構(gòu)的aSn，并且為了抑制Sn系材料部的氧化而引起的體積膨脹， 在Sn系材料部的上層或者金屬導體的上層設置了由從Sb、 Bi、 Cd、 In、 Ag、 Au、 Ni、 Ti、 Zr、 Hf中選擇的至少一種元素構(gòu)成的第1添加成分的層，以及 設置了由從Ce、 Zn、 P、 K、 Cr、 Mn、 Na、 V、 Si、 Al、 Li、 Mg、 Ca中選擇 的至少一種元素構(gòu)成的第2添加成分的層，并經(jīng)過回流處理。其中，希望分別以10wt。/。以下的比例在母材中添加相變延遲元素和氧化 抑制元素。此外，關(guān)于在Sn系材料部的上層或者金屬導體的上層上設置的第 1添加成分的層和第2添加成分的層的量，優(yōu)選其為Sn系材料部的10wt%以 下。如果添加量過少，則添加效果不充分，如果添加量過多，則影響Sn系材 料部的導電率和力學強度，因此，該添加量分別更優(yōu)選為0.01 ~ 1.0wt% 。此外，為了抑制在室溫放置3000hr、熱沖擊試驗3000循環(huán)、耐濕放置 3000hr的條件下的晶須的產(chǎn)生，需要使氧化抑制元素的添加量為0.01wt。/。以 上，特別需要使所使用的相變抑制元素的添加量比氧化抑制元素的添加量多， 具體而言，優(yōu)選相變抑制元素的添加量為0.1wto/。以上，更優(yōu)選lwt。/。以上。配線材料可以在由Cu系材料構(gòu)成的芯材的周圍設置了 Sn系材料部的披 覆層。此外，Sn系材料部可以是軟釬料或者硬釬料。另一方面，本專利技術(shù)的終端連接部，在金屬導體的終端之間相互連接時，至 少一方的終端由上述配線用導體構(gòu)成，或者至少一方的終端表面由上述配線用 導體所披覆，且終端之間由物理接觸來連接。此外，本專利技術(shù)的終端連接部，使由上述配線用導體構(gòu)成的配線材料與具有 由上述配線用導體構(gòu)成的金屬端子的連接部件進行物理接觸來連接，或者使由 上述配線用導體披覆金屬端子表面的連接部件之間進行物理接觸來連接。而且，本專利技術(shù)的終端連接部是通過上述軟釬料將金屬導體之間相互電力軟 釬焊而連接的。此外，本專利技術(shù)的終端連接部是通過上述的硬釬料將金屬導體之 間相互電力硬釬焊而連接的。本專利技術(shù)的無Pb軟釬焊合金中，含0.1 ~ 5wt%的Ag，含0.1 ~ 5wt%的Cu， 含有10wt。/。以下的從Sb、 Bi、 Cd、 In、 Ag、 Au、 Ni、 Ti、 Zr、 Hf中選擇的至 少一種元素作為第1添加成分，含有10wt。/。以下的從Ce、 Zn、 P、 K、 Cr、 Mn、 Na、 V、 Si、 Al、 Li、 Mg、 Ca中選擇的至少一種元素作為第2添加成分， 其余部分為Sn。專利技術(shù)的效果根據(jù)本專利技術(shù)，可以得到終端連接部的連接可靠性高的無Pb的Sn系材料、 配線用導體以及無Pb軟釬焊合金，可以發(fā)揮優(yōu)良的效果。此外，根據(jù)本專利技術(shù)， 在電子機器用配線材料中，可以降低在表面實施有Sn系材料的配線材料的Sn 系材料中所產(chǎn)生的應力，其結(jié)果是，可以抑制由于對Sn系材料的應力負荷而產(chǎn)生的Sn針狀晶體的晶須，可以解決相鄰配線材料之間短路的問題。 附圖說明圖1:表示使連接器與FFC相嵌合、接觸的圖。圖2:是圖1的部分放大圖，是表示產(chǎn)生晶須，相鄰配線材料發(fā)生短路的圖。符號說明1:連接器；2:連接銷；3: FFC; 4:導體；5:晶須。 具體實施例方式說明本專利技術(shù)的一個合適的實施方式。作為配線材料的鍍材一般使用鍍Sn，鍍Sn的母合金的Sn具有兩種晶體 結(jié)構(gòu)類型，即，存在具有體心正方晶型的晶體結(jié)構(gòu)的卩Sn (白錫(whitetin)， 密度7,3g/cm3)和具有金剛石型晶體結(jié)構(gòu)的aSn (灰錫(gray tin),密度5.75 g/cm3)。卩Sn向aSn的相變(以下稱為卩—a相變)的同素異形相變點約為13 。C (或其以下)，因此，即使在制造時是(3Sn,在同素異形相變點以下的溫度 使用時也相變成為aSn。此外，Sn的氧化物本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種無Ｐｂ的Ｓｎ系材料，其特征在于，在Ｓｎ系材料的母材中，添加作為第１添加成分的延遲晶體結(jié)構(gòu)相變的相變延遲元素，以及作為第２添加成分的與所述相變延遲元素不同的元素的氧化抑制元素。

【技術(shù)特征摘要】
JP 2006-6-26 2006-175279;JP 2007-2-26 2007-0459271.一種無Pb的Sn系材料，其特征在于，在Sn系材料的母材中，添加作為第1添加成分的延遲晶體結(jié)構(gòu)相變的相變延遲元素，以及作為第2添加成分的與所述相變延遲元素不同的元素的氧化抑制元素。2. —種配線用導體，其特征在于，在至少部分表面上具有Sn系材料部的 配線用導體中，在Sn系材料部中添加從Sb、 Bi、 Cd、 In、 Ag、 Au、 Ni、 Ti、 Zr、 Hf中選擇的至少一種元素來作為第1添加成分，并且添加從Ge、 Zn、 P、 K、 Cr、 Mn、 Na、 V、 Si、 Al、 Li、 Mg、 Ca中選擇的至少一種元素來作為第 2添加成分，并進4于回流處理。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的配線用導體，其中，所述Sn系材料部中添加的 所述第1添加成分的元素和所述第2添加成分的元素分別為10wt。/。以下。4. 一種配線用導體，其特征在于，對于至少在部分金屬導體的表面上具有 無Pb的Sn系材料部的配線用導體，在所述Sn系材料部的上層或者所述金屬 導體的上層上，設置由從Sb、 Bi、 Cd、 In、 Ag、 Au、 Ni、 Ti、 Zr、 Hf中選擇 的至少一種元素構(gòu)成的第l添加成分的層，和由從Ge、 Zn、 P、 K、 Cr、...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：西甫，辻隆之，山野邊寬，沖川寬，
申請(專利權(quán))人：日立電線株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：JP[日本]