JP2007012735A - プリント配線板の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 品質の良い部分的ニッケル／金めっき状態を、短い工程数かつ製造時間で、しかも低コストで形成することができるプリント配線板の表面処理方法の提供。
【解決手段】 所望の形状に回路配線を形成し、ソルダーレジストを被覆したプリント配線板の表層部に、熱硬化型又は紫外線硬化型のめっきレジストを部分的に塗布する工程と、当該めっきレジストを加熱又は紫外線照射により硬化せしめる工程と、当該めっきレジストが被覆されていないプリント配線板の表層部の導体表面にニッケル／金めっきを処理する工程と、前記めっきレジストを剥離する工程とを具備していることを特徴とするプリント配線板の表面処理方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリント配線板の外層の導体表面に、部分的にニッケル／金めっきを形成するめっき処理方法に関するものである。

近年、モバイル機器などに代表される携帯することに便利な情報通信端末は、その使用用途から軽量でコンパクトな商品が好まれている。それに伴い、その情報通信端末の内部に使用されている半導体電子部品のパッケージング方式もより小型で高密度なＣＳＰ（チップサイズパッケージ）が多く使用されるようになっており、加えて、当該ＣＳＰを実装する際のプリント配線板への技術的な要求も一段と高くなっている。

前記小型で高密度なＣＳＰなどを始めとする電子部品を、プリント配線板の表面の実装パッドに実装する際の背景技術について、図３を用いて説明する。

始めに、プリント配線板の絶縁材１１上に実装パッド部を含む導体部１２を回路形成工程により形成する。ここで、回路形成後の導体部１２は図３（ａ）に示されるように銅のみからなる状態である。しかし、図３（ａ）に示される銅のみからなる導体部１２は表面が酸化し易いという問題が生じる為、図３（ｂ）に示されるように当該導体部１２の表面に酸化防止などの目的のために、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）めっき１６処理を行なうことが必要である。また、当該ニッケル／金めっき処理は、前記導体部１２の酸化防止以外にも、例えば携帯電話に代表されるようなプッシュボタンのようなキー接点箇所に施されるニッケル／金めっき処理のように、接触により情報入力を行なう導体部には必要とされることが多い。

ここで、前記銅のみからなる導体部１２に、ニッケル／金めっき１６処理を行なう製造方法としては、ニッケルめっきを形成した後に金めっきを形成する。先のめっき工程のニッケルめっきは大別して電解ニッケルめっき処理と無電解ニッケルめっき処理があり、この２種類のニッケルめっき処理方法のそれぞれの特徴としては、次のようなことが挙げられる。

電解ニッケルめっき処理は、電気的通電によりニッケルめっきを所望の導体部に析出させる方法であり、ニッケルめっき液の液温度は、ほぼ室温と同程度の温度においてめっきを析出させることが可能である。加えて、めっき析出速度も速いことなどの理由から民生品などの大量生産を必要とする際には有用なめっき処理方法である。

しかしながら、電解ニッケルめっき処理の場合は、めっき処理を施す所望の導体部に電気的に通電をすることが必要になるために、ニッケルめっきを形成する所望の導体部にはリード配線を回路設計上で配置することが必要になる。民生品用のプリント配線板においては比較的大きな形状であるため、配線密度に余裕があり、特に問題を生じることなく所望のパッド部にリード配線を回路設計上で配置することができるが、携帯電話などに代表されるような高密度なプリント配線板においては、配線密度に余裕がないため所望のパッド部にリード配線を回路設計上で配置することが困難である。

一方、無電解ニッケルめっき処理の場合は、プリント配線板をニッケルめっき液に浸漬させ、当該プリント配線板の表層部において開口する導体部に、ニッケルめっきを析出させる。この際、ニッケルめっきが析出する箇所としては、めっき液に接触する導体部に、ニッケルめっきが徐々に蓄積されるような状態で析出される。また、電解ニッケルめっき処理の場合のようにリード配線を必要としないこと及び導体開口部があれば当該導体開口部にのみニッケルめっきを析出させることができるめっき処理方法のため、前記携帯電話などに代表されるような高密度なプリント配線板においては有用なめっき処理方法であり、近年の高密度なプリント配線板の要求に伴い、需要を増している。

しかしながら、無電解ニッケルめっき処理の場合は、導体部上に、徐々に蓄積されるような状態で析出されるためめっき析出速度が遅い。そのため工業的量産過程においては、無電解ニッケルめっき液の温度を上げて、具体的には９０℃前後の温度環境下においてニッケルめっき処理することが行なわれる。

このようにしてプリント配線板の実装パッドなどの導体部に無電解ニッケルめっきを施した後に、金めっき処理を行ない、次いで、ＣＳＰのような電子部品をプリント配線板の表面に実装する。また、当該実装の際に、例えばＣＳＰのような電子部品の場合は、図３（ｃ）に示されるように、はんだボール１７などの電気的な接続部材を使用して電子部品とプリント配線板の実装パッドとの接続が行われる。この際に、無電解ニッケルめっき／金めっき１６とはんだボール１７の接合部分の界面１８において不具合を生じることがある。

すなわち、前記電子部品をプリント配線板の表面に実装を行なう場合には、リフロー加熱などにより、はんだボールやはんだペーストを熱溶融させて行なうが、この際に、主にニッケルなどがはんだの組成金属である錫（Ｓｎ）などに溶融、混合して合金組成物を形成する。加えて、ニッケル内部に含有するリン（Ｐ）の濃度が一部で高くなりリンの偏析部を生じることとなる。このようにして生成された合金組成物及びリンの偏析部は、前記電子部品とプリント配線板の実装パッドとの接続部の強度を低下させるために、電子部品のプリント配線板からの脱落や電気的接続不良を生じ得て、つまりは携帯電話などの製品としての不具合を生じ易い。

したがって、上記のような電子部品をはんだ接続によってプリント配線板の表面に実装を行なう場合は、当該接続箇所のみにニッケルめっき／金めっき処理をしないことで上記の不具合を抑制することが必要になる。

以上をまとめると、プリント配線板の表面の導体部へニッケル／金めっきは処理を形成することは、酸化防止やキー接点箇所においては必要であり、加えて、携帯電話などに代表する高密度なプリント配線板においては、リード配線を必要としない無電解ニッケル／金めっき処理が有効である。しかしながら、ＣＳＰのような高密度な電子部品で、特にはんだ接続により導通が形成される箇所においては、ニッケル／金めっき処理をしないことが望ましい。

このような背景において、部分的に必要とする箇所のみに、ニッケル／金めっき処理を行なう技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

図４は、前記部分的に必要とする箇所のみに、ニッケル／金めっき処理を行なう技術を説明するものである。すなわち、絶縁材２１に形成された導体部２２において、ニッケル／金めっき処理を必要としない箇所に、あらかじめめっきレジスト２０の被覆を行ない、導体部を保護する。その一方で、酸化防止やキー接点箇所などのニッケル／金めっき処理を必要とする箇所においては、めっきレジスト開口部を設け、当該開口部に図４に示すようにニッケル／金めっき２６処理を施すものである。

上記めっきレジスト２０を使用した部分的なニッケル／金めっき処理方法は、前記必要とする箇所にのみニッケル／金めっき処理できる方法として有用であったが、次のような問題を生じる。

第１の問題としては、前記記載のめっきレジストは主に露光及び現像タイプのものが使用されることが多かった。これにより、めっきレジストをプリント配線板の全面に張り合わせた後に、露光及び現像を必要とするために、工程数が多いという問題が生じていた。

また、第２の問題としては、露光及び現像を必要とするめっきレジストを使用する場合、めっきレジストの現像後で、次工程のニッケル／金めっき処理をするまでの間隔の時間が長い場合には、当該めっきレジストのプリント配線板への密着がさらに強固になることが生じ、さらに次工程のめっきレジストの剥離において剥離残渣を生じることが問題点であった。

第３の問題としては、前記背景技術で説明のように、携帯電話などに代表される高密度なプリント配線板へのニッケル／金めっき処理方法は無電解ニッケルめっき方法が有効であるが、当該無電解ニッケルめっき方法は９０℃位の高温なニッケルめっき液での処理が必要である。そのため、高温なニッケルめっき液の中に、前記めっきレジストを被覆させたプリント配線板を浸漬させると、めっきレジストが高温めっき液に溶出する問題が生じていた。

この第３の問題に関しては、めっき液温度がほぼ室温の状態で行なわれる前記電解ニッケルめっき処理方法では生じない問題であった。すなわち、従来のプリント配線板は近年ほどの高密度な配線が要求されておらず、それに相応して、ニッケルめっき処理をする導体部に通電用のリード配線を形成できたために、電解ニッケルめっき処理が使用されていた。しかしながら、前記記載の如く、高密度な配線が要求される中で、高密度なプリント配線板においてリード配線の形成が困難となり、無電解ニッケルめっき処理が使用されたこととなった背景において始めて生じた、高密度プリント配線板の製造方法における問題である。

また、第４の問題としては、前記めっきレジストが高温のニッケルめっき液に溶け出すことから、めっき液にめっきレジストからなる有機成分が含有することとなり、徐々にニッケルが析出する無電解ニッケルめっきの性質上、前記ニッケル析出の際に溶融した有機成分が含有して析出することとなり、プリント配線板の品質の低下を生じる問題が生じていた。

特開平５−１３９３４号公報

このような背景に基づき本発明が解決しようとする課題は、プリント配線板の表層の導体部へ行なうニッケル／金めっき処理方法において、短い工程数かつ製造時間で、しかも低コストでめっき加工することができる処理方法を提供すること、及び当該ニッケル／金めっき処理の際に、めっき液などの汚染をすることが無く、品質の良いめっき状態を形成することができる部分的ニッケル／金めっき処理方法を提供することにある。

発明者は上記課題を解決するために種々研究を重ねた。その結果、熱硬化型又は紫外線硬化型のめっきレジストを使用し、当該めっきレジストをプリント配線板のニッケル／金めっき処理を必要としない箇所に塗布した後に、ニッケル／金めっき処理すれば、極めて良い結果が得られることを見い出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、所望の形状に回路配線を形成し、ソルダーレジストを被覆したプリント配線板の表層部に、熱硬化型又は紫外線硬化型のめっきレジストを部分的に塗布する工程と、当該めっきレジストを加熱又は紫外線照射により硬化せしめる工程と、当該めっきレジストが被覆されていないプリント配線板の表層部の導体表面にニッケル／金めっきを処理する工程と、前記めっきレジストを剥離する工程とを具備していることを特徴とするプリント配線板の表面処理方法により上記課題を解決したものである。

また、本発明は、前記ニッケル／金めっき処理を、無電解ニッケル／金めっき処理方法又は／及び電解ニッケル／金めっき処理方法により行なうことを特徴とするプリント配線板の表面処理方法により上記課題を解決したものである。

また、本発明は、前記めっきレジストの部分的塗布を、スクリーン印刷方法により行なうことを特徴とするプリント配線板の表面処理方法により上記課題を解決したものである。

本発明におけるプリント配線板の表面処理方法は、熱硬化型又は紫外線硬化型のめっきレジストを使用しているために、短い工程数かつ製造時間で、しかも低コストでめっき加工をすることができる。加えて、めっき液に溶出することのないめっきレジストを使用するために、めっき液などの汚染をすることが無く、品質の良いニッケル／金めっき状態を形成することができる。

本発明を実施するための最良の形態に関し、図１及び図２を使用すると共に、本発明の製造方法の各工程を、従来の製造方法の各工程と対比させた表１を使用して説明する。

図１は、本発明の部分的ニッケル／金めっき処理方法における、製造方法について示した工程概要図である。

始めに、絶縁材１の上にＣＳＰを始めとする電子部品の実装パッド３及び回路配線などを含む導体部２を形成する。この製造工程は、表１内の工程番号Ａ１に対応する製造工程である。

次いで、ソルダーレジスト４を所望の形状で形成した図１（ａ）に示されるプリント配線板を用意する。この製造工程は、表１内の工程番号Ａ２に対応する製造工程である。

本発明におけるプリント配線板の表面処理方法は、表面処理として使用するものであるため、ここで用意する図１（ａ）に示されるプリント配線板は特定のものに限定されることはなく、ニッケル／金めっき処理を必要とする種々のプリント配線板にて使用できる。

また、ここで形成したソルダーレジスト４の形状は、図１（ａ）に示されるように、導体部２の一部に被覆するオーバーレジスト構造のソルダーレジスト４ａでも良く、導体部２に被覆しないクリアランス構造のソルダーレジスト４ｂでも良い。

次いで、図１（ｂ）に示されるように、ニッケル／金めっき処理を形成ない部分にめっきレジスト５を塗布する。ここでは、背景技術に記載の如く、ＣＳＰの実装パッド３に当該めっきレジスト５の塗布を行なうが、それに限定されることはなく、目的とするニッケル／金めっき処理を形成しない部分にめっきレジスト５を塗布する。この製造工程は、表１内の工程番号Ａ３に対応する製造工程である。

ここで使用するめっきレジスト５としては、加熱により硬化するタイプの材料又は紫外線照射により硬化するタイプの材料を使用する。加熱により硬化するタイプのものとしては、例えば、エポキシ系オリゴマー及びエポキシ系モノマーを主成分とする材料が好適に使用される。また、紫外線照射により硬化するタイプのものとしては、例えば、アクリル系オリゴマー及びアクリル系モノマーを主成分とする互応化学工業株式会社製の「ＰＬＡＳ＿ＦＩＮＥ（ＰＥＲ−５２Ｂ−３）：（商品名）」が好適に使用される。

また、前記めっきレジスト５の塗布方法としては、従来技術における種々の塗布方法が使用することができるが、特にスクリーン印刷法による塗布方法が好適なものとして挙げられる。

ここでのめっきレジスト５のプリント配線板の塗布は、ニッケル／金めっき処理を形成しない部分にめっきレジスト５を塗布する。この塗布の状態をプリント配線板の表面からの観察図を図２に示した。

図２では、携帯電話に使用されるプリント配線板を例として、図２（ａ）はめっきレジスト５が塗布される前の状態図を示し、図２（ｂ）はめっきレジスト５が塗布された後の状態図を示している。本発明の部分的めっきレジスト５を塗布する態様としては、このように、当該プリント配線板の特にＣＳＰ部分の実装パッドにのみめっきレジスト５を塗布するように使用する。

このようにしてめっきレジスト５が塗布された図１（ｂ）に示される状態のプリント配線板に紫外線を照射し、当該めっきレジスト５を硬化させる。あるいは、加熱処理を行ない当該めっきレジスト５を硬化させる。この製造工程は、表１内の工程番号Ａ５に対応する製造工程である。

ここで紫外線照射による硬化を行なう場合は、例えば紫外線照射条件を９００ｍｊとして、毎分８．７ｍ程度の水平コンベアにて搬送しつつ、紫外線照射を同時に行なう製造方法が特に有利である。

次いで、図１（ｂ）に示されるように、ニッケル／金めっき処理を形成する。ここでのニッケル／金めっき処理は、無電解ニッケル／金めっき処理や電解ニッケル／金めっき処理の何れも使用できるが、特に携帯電話などに使用される高密度なプリント配線板にニッケル／金めっき処理する際には、無電解ニッケル／金めっき処理が好適に使用される。この製造工程は、表１内の工程番号Ａ７に対応する製造工程である。

無電解ニッケル／金めっき処理は、例えば次のような条件の下に行なわれる。始めに、前めっきレジスト５の硬化が終了したプリント配線板を主に洗浄する目的で、脱脂、水洗、酸洗、ソフトエッチング、水洗を順に行なう。次いで、触媒を表面に処理した後に、９０℃のニッケルめっき液の浴槽に投入し、１μｍあたり３〜５分のめっき速度にて５μｍ程度の無電解ニッケルめっきを付着させる。次いで、水洗後に９０℃の金めっき液の浴槽に投入し、０．０３μｍ程度の無電解金めっきを３〜５分のめっき速度にて付着させる。

ここで、前記めっき処理は９０℃のめっき温度にて処理されるため、従来の技術においてはめっきレジストが溶出し、めっき液を汚染するなどの問題を生じ、加えて、汚染しためっき液によりプリント配線板に表面処理されるニッケル／金めっきは質が悪く、良品なプリント配線板を得ることが困難であった。

しかしながら、本発明の製造方法において使用されるめっきレジスト５は、前記めっき液においても溶出することが無く、また塗布面積も必要とする箇所にのみに塗布されることから少ないために、めっき液を汚染することはない。

次いで、図１（ｄ）に示されるように、めっきレジスト５を剥離する。この際には、例えば約３％の水酸化ナトリウム水溶液を使用して剥離する。この製造工程は、表１内の工程番号Ａ８に対応する製造工程である。

このような一連の処理方法により、本発明のプリント配線板の表面処理は行われる。斯かる本発明の処理方法は、従来の処理方法と比較した場合に、回路配線の形成（表１内Ａ１工程、Ｂ１工程）、ソルダーレジストの形成（表１内Ａ２工程、Ｂ２工程）、無電解ニッケル／金めっき（表１内Ａ７工程、Ｂ７工程）、めっきレジスト剥離（表１内Ａ８工程、Ｂ８工程）においては製造工程が短縮されることはない。

しかしながら、従来の製造工程における、めっきレジストのラミネート（表１内Ｂ４工程）、露光用マスク貼付け（表１内Ｂ５工程）、めっきレジストの露光（表１内Ｂ６工程）、めっきレジストの現像（表１内Ｂ６工程）が、本発明の処理工程における、めっきレジストの塗布（表１内Ａ３工程）と紫外線硬化（表１内Ａ５工程）にて対応できるために、短い工程数及び製造時間、加えて低コストでめっき加工をすることができる。

また、最終工程でめっきレジストを剥離した部分に、更に水溶性プリフラックス処理やはんだレベラーなどのはんだ表面処理を行なうのが、部品実装パッドの表面を酸化から保護する上で望ましい。

本発明の実施の形態を示す断面工程図。 本発明の実施の形態を示す断面工程図。 界面部分の説明図。 従来方法による部分的Ｎｉ／Ａｕめっきの概略図。

符号の説明

１：絶縁材
２：導体部
３：実装パッド
４，４ａ，４ｂ：ソルダーレジスト
５：めっきレジスト
６：ニッケル／金めっき
１０：プリント配線板
１１：絶縁材
１２：導体部
１６：ニッケル／金めっき
１７：はんだボール
１８：界面
２０：レジスト
２１：絶縁材
２２：導体部
２６：ニッケル／金めっき

Claims (4)

1. 所望の形状に回路配線を形成し、ソルダーレジストを被覆したプリント配線板の表層部に、熱硬化型又は紫外線硬化型のめっきレジストを部分的に塗布する工程と、当該めっきレジストを加熱又は紫外線照射により硬化せしめる工程と、当該めっきレジストが被覆されていないプリント配線板の表層部の導体表面にニッケル／金めっきを処理する工程と、前記めっきレジストを剥離する工程とを具備していることを特徴とするプリント配線板の表面処理方法。
2. 前記ニッケル／金めっき処理を、無電解ニッケル／金めっき処理方法又は／及び電解ニッケル／金めっき処理方法により行なうことを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板の表面処理方法。
3. 前記めっきレジストの部分的塗布を、スクリーン印刷方法により行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載のプリント配線板の表面処理方法。
4. めっきレジストを剥離した後、露出した部品実装表面パッドに、更に水溶性プリフラックス処理又ははんだ表面処理を施すことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のプリント配線板の表面処理方法。