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鉛フリーめっきの変色とは？
- 半導体ＰＫＧのＣuリードフレームに施されたＳｎ－Ｂｉメッキがリフロー時に黄色褐色に変色する現象が発生しています。
- この変色現象はあるメッキメーカーの製品にのみ起きており、板厚の薄いフレームでは起きないという特徴があります。
- 変色の原因としては、メッキメーカーの製品や処理条件に何らかの問題がある可能性が考えられます。
- メッキ
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めっきの荒さについて ?電流密度 ⇒スピードを変えるということは、めっきの電流密度を変えるということです。 そのため、めっき皮膜の粒子状態が変わる可能性があります。 ?前処理 前処理の中でも、エッチング工程で荒さが決まります。 前処理液の検討で様々な液を評価しましたが、Cu表面の荒れ具合が全く異なります。また、濃度や温度でも異なってきます。 液によって、 １）表面を均一にする（凸部分を選択的に削る） ２）表面を荒くする（凹凸両方削る⇒凹凸が激しくなる） など、特性があります。 その他、スピードを変えたために、エッチングの浸漬時間が変わってしまった可能性があります。 ?まとめ 「めっき荒さが違う」「前処理を変えたら変色がなくなった」とのことですので、液を使い込みすぎたため、エッチング量が落ちたのが原因の一つと思われます。エッチング液への定期補充や、更新頻度の短期間化を検討してください。 また、加工スピードを上げたことによる、エッチング不足も考えられます。 それに加え「2社間でクロスしてめっきすると・・・」を考えると、めっき液自体にも、何らかの原因があると思った方がよいかもしれません。 変色前後で、条件を変えていないか確認してください。 それでは～ ピンホールがあるということは、やっぱりめっき条件を変えたような気がします。 ＜加工スピードアップ＞ ?めっき電流密度が高くなる。（角のところでピンホールが発生しやすい。） ?前処理時間が短くなる。（脱脂不足、エッチング不足） ?後処理が短くなる。（水洗不足や乾燥不足によるシミ発生）
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恐らくメッキ液が悪いのではないでしょうか、当社では様々なめっき液を 取扱っています。 当社が取扱っております新商品「鉛フリーすず‐銅合金電気めっき液」 のご紹介をさせて頂きますので宜しくお願い致します。 特徴としては、下記の通りです。 １、鉛フリーめっき・良好な排水処理性 ２、アノードのメンテナンスが容易 ３、バレルめっきからラックレス高速めっきまで対応可能 ４、実装時に鉛フリーフローはんだを汚染しない ５、ウイスカー抑制、機械的特性良好、はんだ漏れ性良好 ６、低コスト化と高信頼性を実現 その他、各種メッキ用化学薬品も取扱っておりますのでご参考にして下さい。
お礼
ありがとうございます。
?ピンホールについて めっき液のマスバランス(添加剤の量など)が悪いか、めっき方法が悪いのどちらかかもしれませんね。 めっき厚が同じでも、電流密度が異なる可能性があるため、確認してください。電流密度が大きいと、添加剤の吸着量が多くなり、変色しやすくなる傾向があります。 また、板厚が厚いと、電気の流れが違うためピンホールが発生しやすいとかあるかも・・・ ?めっき液について Ｉ社のＳｎＢｉですかぁ。もしかしたら弊社と同じ液かもしれませんねぇ。 ここまで来ると、めっき液の違いしか思い当たりませんm(_ _)m 新しいめっき液でも同じく発生するなら、めっき液を変更するしかないです。 それでもダメなら、工程の改造が必要です・・・(- -;)
お礼
本当に助かります。ありがとうございます。 頂いた知見、参考に致します。 ところで本日新たに判明したことですが、変色する時期が特定 されました。その前後で明らかに区切られます。 現品をみますと、前後区間で メッキの荒さが 前＞後です。 全く違います。 メッキ時のラインＳＰＥＥＤを下げるとメッキは荒くなると聞きますが これはどういった作用でしょうか？ また当該メーカーからの新たな調査結果で「新たな前処理液に変えたら 変色が出なくなった。メッキ荒さも荒くなった。荒くなるのは前処理 液の作用」と聞きましたが、本当でしょうか？ メッキの荒さが前処理剤で左右されるものでしょうか？ 度重なる質問で申し訳ございませんが、アドバイス頂けましたら 幸いでございます。
ほんとに訳がわかりませんね^^; 回答の順番がバラバラですが、参考程度に・・・ ?濡れ具合について（リフロー後の偏り） もしかして、2社で使用しているSnBiめっき液のメーカー違いませんか？ 弊社で使用しているSnCuめっき液も、メーカーが違うだけで同じ現象が起きます。 また、同じなら、定期的に補充している薬品の量が違うとか・・・。 メーカーに尋ねると、リフロー後の偏りをなくす成分も補充剤に含んでいるって言ってました。 ?ピンホールについて リフロー後に発生するというのが謎ですが、素材表面が汚いか(めっき直前に問題か？)、めっき液中に油が混入しているなどが考えられます。ですが、素材の半導体PKGに油が付いているのは思えないので・・・ あとは、微小ゴミとかでしょうか。フィルターは1μmが良いと思いますが。 液きりブロアーからのゴミ付着も確認してみてください。 どのような工程かわからないのが残念です。 ?表面観察の追加 EDXということは、SEMをお持ちということですよね。 通常SEMは、2次電子像を見ていますが、反射電子像を見てください。 もしかしたら、Biの偏析が起こっているかもしれません。でも、それが原因とは思えませんが・・・ ?「?メッキ２社間でメッキ前処理まで行い、メッキ施工のみを メーカー間でクロスさせても、変色発生メーカーは変わらず。」 とありますが、2社間は近距離なのでしょうか？たとえ近距離でも、めっき前処理までをおこなって、めっき施工のみをするというのは不可能です。 塗装とは異なり、めっきをする直前に、素材Cu上にある酸化皮膜（酸化銅）を除去する必要があるためです。それをしないと、未着不良、外観不良などが発生します。 ?素材Cuについて 供給メーカーが違うだけで、Cuの質はすごい差があります。SEMで確認してください。 また、JIS規格内だとしても、不純物の量が違います。海外を悪く言ってしまうのは良くありませんが、中国製の材料は、規格内でも不純物が多く、前処理を強くしないとめっきが付かない状況です。 めっき業者としては、同じ銅だからといって素材を変えられると困ってしまいます。それが原因で不良の山ができた経験あります・・・ ?めっき業者への要望 めっき直前に、SnBiめっき補充用の酸に浸漬させてはどうでしょうか？多少持ち込んでも、めっき液も壊れませんし、素材表面がめっき直前まで活性化されたままのはずです。 なにか、とんでもなく長くなってしまいました。ははは～ --;
お礼
本当に重ね重ねのコメント助かります。お礼申し上げます ?濡れ具合について（リフロー後の偏り） ★その通りです。メッキメーカーが違います。 片方は国産（I社）もう一方は海外（Ｇ)のＲ？Ｌ？社です。 ?ピンホールについて ?表面観察の追加 ★ご考察の通り、２次、反射でみていますが、１社（良）側は析出で もう１社（不）側はピンホールです。すみません あとで確認しました ところ、リフロー前からピンホールは存在します。 ?「?メッキ２社間でメッキ前処理まで行い、メッキ施工のみを ★２社間は近距離です。ちなみにメッキは全自動ラインを使用して いますので、脱脂・化研・Ｃｕ活性・プレディップ・メッキ・洗浄 は１ラインで人が介在することなく行っています。 今回Ｃｕ活性後の洗浄まで行い、その後２社間をクロスして行いました。 ?素材Cuについて ★双方 国産 その分野では 有名ブランド品です。 たしかに同じＣｕですが、添加元素に相違あります。あとの実験ですが 同じ素材で行った結果でも、不良発生メーカーのみ不具合事象が発生 しました。 ?めっき業者への要望 ★前述の通りでメッキ直前に酸で活性化しています。 この様な状況でございます。やはり「メッキそのもの」メッキ液 及び条件によるものでしょうか？ ちなみに後の実験でわかったことがもう１つ。リフロー温度が高い程、 変色（黄金色）は顕在化します。
補足
すみません 補足ですが 当不具合事象が発生するメッキ液は 海外の方です。
直接の回答にはなりませんが 考えられることだけでしたら・・・ ＜質問＞ ?板厚の薄いものと厚いものの素材は全く一緒ですか？ ? 〃 は、同じラインで加工していますか？ ? 〃 は、同じめっき厚条件ですか？ ?御社で、めっき厚および組成測定が可能ですか？ 同じX線膜厚測定器でも、検量線の作成方法で異なる値になります。 確認できるのでしたら、同条件で確認してみてください。 ＜回答もどき（--；）＞ ?めっき厚が薄い 素材Cuとの拡散が起こり、変色した。 ⇒膜厚を測定する。 ?めっき皮膜組成が違う Bi割合が異なるため、2社で融点に差ができ、それが原因で変色に至った。 ⇒組成測定および融点測定する。 ?水洗の問題 当社では電解純Snめっきをおこなっていますが、めっき前水洗不足により、リフロー後に変色してしまった例があります。また、水洗後、時間を置くと、周囲の雰囲気により変色の原因にもなるようです。 ⇒めっき業者に問い合わせおよび改善依頼 ?めっき液の劣化 めっき液は古くなると、皮膜が変色する原因になります。 ⇒めっき業者に問い合わせ ?乾燥条件 ?と同様に、Cuの拡散が発生した。または、乾燥炉内の雰囲気が悪い。 ⇒めっき業者に問い合わせ ※板厚の違いが考慮に入っていないものばかりですいません・・・
お礼
早速のご回答本当に助かります。 以下質問に対する回答です。(★部が返答になります） ＜質問＞ ?板厚の薄いものと厚いものの素材は全く一緒ですか？ ★素材はＣｕで変わりませんが、フレーム供給メーカーが違います。 （厳密にはＣｕ鋼材の製造（型番含む）メーカーが違います） ? 〃 は、同じラインで加工していますか？ ★同じラインで加工しています。 ? 〃 は、同じめっき厚条件ですか？ ★同じです。（１０±５μｍです。） ?御社で、めっき厚および組成測定が可能ですか？ ★可能です。組成は確認済みで他測定器を用いても組成に問題は なさそうです。（ＥＤＸによる元素定量分析） また実は変色が発生しているメーカー側の方は併せて、リフロー時 の「濡れ不具合⇒融点に達するとメッキが局部的に集まりだし、まるで フレーム表面に点々と島が点在するかの様な事象」も出ています。 この「変色」と「濡れ不具合」でそれぞれこれまでに判っている事実としては以下です。 【 変 色 】 ?Ｃｕフレーム厚みで違い ?前処理違い（前処理材変更） ?メッキ２社間でメッキ前処理まで行い、メッキ施工のみを メーカー間でクロスさせても、変色発生メーカーは変わらず。 ?リフロー温度違い 【 濡れ不具合 】 上記変色の?を除いた項目 本当に訳がわからない様な状況です。まとめきれておりませんが この事実から何か追加でコメント頂ければ助かります。
補足
すみません あと 「変色」「濡れ不具合」発生品にはもう１つ リフロー後において数μｍのピンホールも多発しています。
お礼
丁重なご回答ありがとうございます。 私もメッキ条件ではないかと思っています。 頂いたご回答を参考に確認してみます。 本当に勉強になりました。ありがとうございます。