JP2000064084A

JP2000064084A - 電子部品の放熱板用めっき材

Info

Publication number: JP2000064084A
Application number: JP10233670A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Isono; 誠昭磯野; Satoshi Maruo; 聡丸尾
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2000-02-29

Abstract

(57)【要約】【課題】銅合金基材の表面にＮｉ又はＮｉ合金めっき
を有する放熱板用めっき材において、樹脂との密着性に
優れためっき材を得る。【解決手段】Ｎｉ又はＮｉ合金めっき表面をＥＳＣＡ
分析したとき、Ｎｉ２Ｐの酸化物及び水酸化物のピーク
のメタルのピークに対する強度比が０．１〜０．８の範
囲内にあり、かつ、めっきの光沢度が１．５以下である
Ｎｉ又はＮｉ合金めっき材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置等の電
子部品の放熱板用めっき材に関する。特に樹脂密着性に
優れ、ＢＧＡ（Ball Grid Alley）用の放熱板として好
適なＮｉ又はＮｉ合金めっき材に関し、さらに詳しく
は、エポキシ系樹脂又は接着剤により基板に接着される
放熱板用として好適なＮｉ又はＮｉ合金めっき材に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣは高集積化、信号の高速化が進んで
いる。このため、半導体パッケージ、特に、ＭＰＵ、Ａ
ＳＩＣ等の高集積半導体では、パッケージの放熱性が重
要な課題となっている。ＢＧＡ（Ball Grid Alley）で
は、放熱板を装着したＰＢＧＡ（プラスチック基板ＢＧ
Ａ）やＴＢＧＡ（テープ基板ＢＧＡ）がある。これら
は、樹脂基板に放熱板を接着することによって製造され
る。

【０００３】これらのパッケージは、通常、リフローは
んだ付けによって、一括して実装されるが、その際の熱
応力などによる放熱板と樹脂基板の剥離が問題となって
いる。この放熱板と樹脂基板の剥離は、樹脂基板が空気
中の水分を吸収することによって、より起こり易くな
る。このため、基板を作成してからＬＳＩをボンデイン
グするなどのアッセンブリの間、また、パッケージとな
ってからも、実装されるまでの期間は低湿な保管条件に
保つ一方、これらの期間自体をより短くする必要があっ
た。また、ＩＣチップと放熱板が剥離し、その間に隙間
ができると、放熱性が劣化し、部品の機能を失うことに
なる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の剥離の問題の改
善策として、放熱板と樹脂基板やＩＣチップとの密着性
を強化する必要がある。放熱板には、通常、銅又は銅合
金やその他金属が使用され、その表面にはＮｉめっきが
広く行われている。基板やＩＣチップが接着される面は
Ｎｉめっきが行われるため、このＮｉめっきと基板やＩ
Ｃチップとの接着の強度が重要である。従って、本発明
は、電子部品の放熱板として用いられ、樹脂接着剤との
密着性に優れたＮｉ又はＮｉ合金めっき材を得ることを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】Ｎｉ又はＮｉ合金めっき
を行った放熱板と樹脂基板やＩＣチップとの接着強度を
高くするには、樹脂接着剤とＮｉの化学的な結合力を高
める必要がある。例えば銅合金リードフレームとモール
ド樹脂の場合、両者の間に強固な接着力を得るために
は、銅合金リードフレームの表面に一定量以上の銅酸化
物が必要であることが知られている。しかし、本発明者
らは、Ｎｉ又はＮｉ合金めっきの場合は逆に、めっき表
面のＮｉ酸化物の厚さの増大とともに、めっきと樹脂の
間の密着力（接着強度）が減少することを見いだした。

【０００６】そこで、プレス油等の汚れを除去した後の
Ｎｉめっき表面のＥＳＣＡ（Electron Spectroscopy fo
r Chemical Analysis：Ｘ線光電子分光法）分析による
２Ｐ軌道の電子状態分析を行った結果、Ｎｉの酸化物あ
るいは水酸化物に対応するピーク強度の未酸化のメタル
のＮｉを表すピークに対する強度比が０．８以下のと
き、めっきと樹脂の間に優れた密着力が得られることを
見いだした。一方、この値が０．１未満となると、逆に
また樹脂密着性が低下することも見いだした。このピー
ク強度比はＮｉめっき表面のＮｉ酸化の状態を表すと考
えられる。そして、上記の結果は、Ｎｉめっきの表面の
酸化が進行し過ぎると、エポキシ樹脂との化学結合力が
弱くなって樹脂密着性が低下し、また、酸化の程度が余
りに少ない場合にも、メタルのＮｉに対するエポキシ樹
脂の化学的結合力は弱く、樹脂密着性が低下する、こと
を示すと考えられる。

【０００７】本発明はこれらの知見に基づいてなされた
もので、放熱板用のＮｉ又はＮｉ合金めっき材におい
て、ＥＳＣＡ分析によるＮｉ２Ｐの酸化物及び水酸化物
のピークのメタルのピークに対する強度比（以下、Ｎｉ
２Ｐ（oxide/metal）と略称）が、０．１〜０．８であ
ることを特徴とし、樹脂密着性に優れている。このめっ
き材では、Ｎｉ又はＮｉ合金めっきの光沢度は１．５以
下が望ましい。

【０００８】Ｎｉ又はＮｉ合金めっきのＮｉ２Ｐ（oxid
e/metal）は、めっき液の種類や、めっきの条件、すな
わち、陰極電流密度、めっき液温度により異なり、最適
なめっき条件を選ぶことで、上記の範囲内にコントロー
ルすることができる。また、めっき後の化学的処理（酸
化剤を含む酸による酸洗処理、水酸化ナトリウム等を含
むアルカリ液による処理）や加熱処理（加熱による酸
化）によってコントロールすることもできる。さらに、
このＮｉ２Ｐ（oxide/metal）は、保管雰囲気や保管時
間などによっても変化する。このため、Ｎｉ又はＮｉ合
金めっき表面に酸化防止皮膜を形成させることも考えら
れる。光沢度は、めっき液に添加する光沢剤の濃度でコ
ントロールできる。この光沢度は、Ｎｉめっきの微小表
面凹凸（基材の表面粗さを反映した凹凸ではなく、より
微小な凹凸）と相関があり、光沢度が低いほどめっき表
面の微小凹凸は大きくなると考えられる。つまり、光沢
度が低いめっきほど、表面の微小凹凸は大きくなり、樹
脂との接触面積が増加し樹脂密着性がよい。なお、この
光沢度はＧＲＡＰＨＩＣＡＲＴＳＭＡＮＵＦＡＣＴ
ＵＲＩＮＧＣＯ．のＧＡＭＭＯＤＥＬＲＤ−１４
４で測定したＧＡＭ光沢度とする。

【０００９】また、Ｎｉ又はＮｉ合金めっきの条件によ
っては上記のＮｉ２Ｐ（oxide/metal）及び光沢度が得
られないが、その場合でも、めっき表面層を０．０５〜
２μｍ化学的にエッチングして除去することで、エッチ
ング後のめっき表面を上記の範囲内のＮｉ２Ｐ（oxide/
metal）及び光沢度とすることができる。このときのエ
ッチング代は、０．０５μｍ未満では効果が少なく、ま
た、２μｍを越えると、十分な効果が得られるが経済的
に無駄となる。

【００１０】ところで、放熱板用のＮｉ又はＮｉ合金め
っき材は、一方の面のめっきの表面粗さ（ＪＩＳＢ０
６０１に定義する最大高さＲmax）を０．８μｍ〜１．
５μｍとし、他方の面のめっきの表面粗さを０．８μｍ
未満とするのが望ましい。このめっき材が放熱板として
使用されるとき、一方の面が樹脂と接触する面となり、
他方の面が大気中に露出され、そこにユーザー名などが
印刷されるが、樹脂と接触する面の表面粗さを０．８〜
１．５μｍとし、他方の面の表面粗さを０．８μｍ未満
とする。これは、樹脂と接触する面において、表面粗さ
が０．８μｍ未満ではアンカー効果（表面の凹凸に樹脂
が食い込む現象）が小さく樹脂密着性が劣り、一方、表
面粗さが１．５μｍを超えると、エポキシ樹脂とＮｉ又
はＮｉ合金めっきとの濡れ性が低下し、十分な接合面積
が得られず樹脂密着性が低下するためである。また、他
方の面において表面粗さが０．８μｍ以上では、にじみ
のない印字が困難になるためである。

【００１１】Ｎｉ又はＮｉ合金めっきの表面粗さＲmax
は、Ｎｉ又はＮｉ合金めっきを行なう前の基材（銅合金
材等）の表面粗さＲmaxを調整することでコントロール
できる。基材の表面粗さを調整する手段は、ブラシ研磨
等の機械的手段、エッチングなどの化学的手段などいず
れを用いてもかまわない。なお、このＮｉ又はＮｉ合金
めっき材の樹脂と接触する側の面のめっきは、前記のＮ
ｉ２Ｐ（oxide/metal）と光沢度の値を満たすのが望ま
しい。

【００１２】本発明の放熱板用のＮｉ又はＮｉ合金めっ
き材としては、銅又は銅合金材にＮｉ又はＮｉ合金めっ
きを行っためっき材はもちろん、アルミニウム、アルミ
ニウム合金やその他の金属、合金にＮｉ又はＮｉ合金め
っきを行なったものも含まれる。また、Ｎｉ合金めっき
としては、Ｎｉ−ＰめっきやＮｉ−Ｆｅめっき等、Ｎｉ
の重量％が５０％以上のものが含まれる。

【００１３】

【実施例】（実施例１）Ｃｕ−０．１Ｆｅ−０．０３Ｐ
合金板に、表１に示すめっき条件でＮｉめっきを４μｍ
行い、さらにアルカリ性の処理液（水酸化ナトリウム水
溶液）に浸漬し、Ｎｉ２Ｐ（oxide/metal）の異なるサ
ンプルを作製した。また、光沢度はＮｉめっき液に添加
する光沢剤の濃度を変えることでコントロールした。得
られた試験材について、Ｎｉ２Ｐ（oxide/metal）、光
沢度及び樹脂密着力を下記要領で測定し、その測定結果
を表２に示す。Ｎｉ２Ｐ（oxide/metal）；ＶＧＳＣＩＥＮＣＥ社製
のＸ線光電子分光装置ＥＳＣＡＬＡＢ−２１０Ｄ（商品
名）を用い、線源：Ｍｇ、加速電圧１５ｋＶ、試料電流
２０ｍＡの条件で測定した。光沢度；前記の方法で測定した。樹脂密着力；得られた試験材にＳｉチップをエポキシ樹
脂で接着し、そのせん断強度を樹脂密着力として測定し
た。。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】表２に示すように、Ｎｏ．１〜６はＥＳＣ
Ａ分析によるＮｉ２Ｐ（oxide/metal）が０．１〜０．
８、かつ光沢度が１．５以下であり、樹脂密着力が高
く、樹脂密着性に優れていた。なお、Ｓｉチップとの密
着力が大きいものは樹脂基板との密着力も大きいことを
確認した。一方、Ｎｏ．７、８はＮｉ２Ｐ（oxide/meta
l）が０．１〜０．８の範囲内から外れ、樹脂密着力が
低かった。また、Ｎｏ．９はめっき光沢度が２．０と高
く、Ｎｏ．１〜６に比べると樹脂密着力が低かった。

【００１７】（実施例２）Ｃｕ−０．１Ｆｅ−０．０３
Ｐ合金板に、表１に示すめっき条件でＮｉめっきを４μ
ｍ行なった。さらに、Ｎｉめっき剥離液（１０％ニトロ
ベンゼンスルホン酸＋１５％Ｈ_２ＳＯ_４；６０℃）に浸
漬して表面を種々の厚さエッチングした。得られた試験
材について、Ｎｉ２Ｐ（oxide/metal）、光沢度及び樹
脂密着力を前記要領で測定し、その測定結果を表３に示
す。なお、めっき剥離処理前のＮｉ２Ｐ（oxide/meta
l）は０．４、めっき光沢度は２．０であった。

【００１８】

【表３】

【００１９】表３に示すように、Ｎｏ．１０〜１５は、
めっき層の表面をエッチングして除去したことにより、
めっき光沢度が１．５以下となり、樹脂密着力が高く、
樹脂密着性に優れていた。一方、Ｎｏ．１７はエッチン
グ量が少なく、光沢度が１．５を越えるため、エッチン
グなしのＮｏ．１６と同程度の樹脂密着力であった。ま
た、Ｎｏ．１８は、光沢度が低く樹脂密着力が高くなっ
ているが、エッチング量が多く経済的に無駄である。

【００２０】（実施例３）表裏で粗さが異なるＣｕ−
０．１Ｆｅ−０．０３Ｐ合金板に、表１に示すめっき条
件でＮｉめっきを４μｍ行なった。得られた試験材につ
いて、両面のめっきの表面粗さＲmaxを測定し、樹脂接
触側にＳｉチップをエポキシ樹脂で接着し、そのせん断
強度を樹脂密着力として測定した。また、反対面（印字
側）には、インクジェットプリンターで印字を行ない、
印字の状況を観察した。印字がにじまないものを
「○」、にじむものを「×」と評価した。その測定及び
評価結果を表４に示す。なお、めっきのＮｉ２Ｐ（oxid
e/metal）は０．４〜０．７、光沢度は０．５〜１．２
の範囲内であった（いずれも樹脂接触側）。

【００２１】

【表４】

【００２２】表４に示すように、Ｎｏ．１９〜２４のめ
っき表面粗さＲmaxは、樹脂接触側が０．８〜１．５μ
ｍ、印字側が０．８μｍ未満の範囲内にあり、樹脂密着
性に優れ、印字性も良好であった。Ｎｏ．２５、２６
は、樹脂接触側の表面粗さＲmaxが０．８〜１．５μｍ
から外れているため、樹脂密着性が低かった。また、Ｎ
ｏ．２７は樹脂密着性に優れていたが、印字側の表面粗
さＲmaxが大きく、印字性が悪かった。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、樹脂密着性に優れた放
熱板用のＮｉ又はＮｉ合金めっき材を得ることができ、
これを例えばＢＧＡなどのＩＣの放熱板として用いるこ
とでＩＣの信頼性を飛躍的に向上させることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＥＳＣＡ分析によるＮｉ２Ｐの酸化物及
び水酸化物のピークのメタルのピークに対する強度比
が、０．１〜０．８であることを特徴とする放熱板用の
Ｎｉ又はＮｉ合金めっき材。
【請求項２】光沢度が１．５以下であることを特徴と
する請求項１に記載された放熱板用のＮｉ又はＮｉ合金
めっき材。
【請求項３】めっき層の表面を０．０５〜２μｍ化学
的にエッチングしたことを特徴とする請求項１又は２に
記載された放熱板用のＮｉ又はＮｉ合金めっき材。
【請求項４】一方の面の表面粗さＲmaxが０．８μｍ
〜１．５μｍで、他方の面の表面粗さＲmaxが０．８μ
ｍ未満であることを特徴とする放熱板用のＮｉ又はＮｉ
合金めっき材。