JP2007023382A - ワイヤーボンディング接合用の金めっき皮膜形成用無電解金めっき液 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤーボンディング接合用の金めっき皮膜形成用無電解金めっき液を提供する。
【解決手段】シアン化金化合物と、シュウ酸及び／又はその塩とを含有し、下地金属溶出抑制剤を含まないことを特徴とするワイヤーボンディング接合用の金めっき皮膜形成用無電解金めっき液。シアン化金化合物は金イオン濃度で０．５〜１０ｇ／Ｌ、シュウ酸及び／又はその塩は５〜５０ｇ／Ｌが好ましい。前記無電解金めっき液は、下地溶出金属の隠蔽剤を含有することが好ましく、前記隠蔽剤はエチレンジアミン四酢酸及び／又はその塩が好ましい。
【選択図】 なし

Description

本発明は、無電解金めっき液に関する。更に詳述すれば、本発明は、微細配線基板の微細配線表面に、ワイヤーボンディング接合用金めっき被膜を形成する際に好適に使用される無電解金めっき液に関する。

プリント基板等の配線基板においては、通常基板上に形成された微細な銅配線の表面はニッケルめっきされ、更にその上に金めっきが施されている。近年、電子部品の小型化に伴い、配線は微細化され、かつ、基板上に多数の電気的に独立した配線が形成された配線基板が主流になっている。電気的に独立した配線が厚付け金めっきを施される場合には、無電解金めっき液を用いる皮膜形成方法が採用される(例えば、特許文献１参照)。

一般に、厚付け金めっきが施される際には、先ず銅配線の表面に形成された無電解ニッケルめっき皮膜上に厚さ０．１μｍ程度の下地金めっき皮膜が置換無電解金めっきにより形成される。次いで、必要に応じて、還元無電解金めっき(自己触媒型無電解金めっき：例えば、特許文献２参照)により、厚付け金めっき皮膜が形成される。

無電解ニッケルめっき処理と無電解金めっき処理された銅配線基板は、得られる金めっき皮膜の特性を評価するために、ワイヤーボンディング強度、半田付け性、半田ボールシェア強度等の特性評価が行われる。しかしながら、従来のシアンを含有する置換金めっき液を用いる金めっき処理(例えば、特許文献３参照)においては、置換金めっき処理時に無電解ニッケル皮膜が腐食される。

一方、置換還元タイプの無電解金めっき液(還元剤を含んだ置換金めっき液)を用いる金めっき処理においては、還元剤の還元作用により金が析出されるため、下地の無電解ニッケル皮膜は腐食されない。しかし、無電解ニッケル皮膜表面が一応金めっき皮膜で被覆されると、それ以上に金が析出して金めっき皮膜が成長し続けることはない。従って、一般の還元金めっき法によりめっき被膜が形成される場合のように、厚付け金めっき皮膜は形成されない。

この金めっき皮膜の表面には、通常更に還元金めっき処理が施され、膜厚の大きい上塗り金めっき皮膜が形成される。しかし、上記置換還元タイプの無電解金めっきにより形成される金めっき皮膜は、下地ニッケル皮膜との密着性が弱い。このため、上記上塗り金めっき皮膜と金配線とが接合されるワイヤーボンディング処理が行われると、接合されたワイヤーが下地ニッケル皮膜から剥離し易い問題がある。更に、めっき液中の還元剤の分析・補充をめっき作業中に常時行わなければならない問題がある。

この還元剤を含む置換金めっき液に対して、下地金属溶出抑制剤として作用する表面酸化抑制剤を含む置換金めっき液が提案されている。この置換めっき液には還元剤は含まれていない(例えば、特許文献４参照)。この特許文献４に記載されている金めっき処理によれば、めっき作業中における還元剤の分析・補充が不要であり、下地金属溶出が抑制されることにより、半田接合強度が改良されると記載されている。

しかし、この金めっき処理で形成された金めっき皮膜にワイヤーボンディングを行うと、接合されたワイヤーが剥離し易く、この問題については解決されていない。
特許第３１４６７５７号公報 （段落番号［０００２］〜［０００３］） 特開２０００−８７２５１号公報 （特許請求の範囲、段落番号［０００７］〜［００２２］） 特開平５−２８７５４１号公報 （特許請求の範囲、段落番号［０００４］〜［００１２］） 特再表２００４−３８０６３号公報 （特許請求の範囲、発明の概要）

本発明者は、上記問題を解決するために種々検討しているうちに、シアン化金化合物と、シュウ酸及び／又はその塩とを含有し、下地金属溶出抑制剤を含まない置換無電解金めっき液を用いて形成される金めっき被膜は、下地金属に対する密着性が高いことを見い出した。

その理由に付、本発明者は以下のように考えた。即ち、一般に置換型無電解金めっき液は、金めっき皮膜の下地となるニッケル皮膜の腐食を抑制する目的で、下地金属溶出抑制剤が配合されている。この下地金属溶出抑制剤により、めっき中にニッケル皮膜表面の酸化が抑制され、ニッケル皮膜表面は平滑に保たれる。この平滑なニッケル皮膜表面に形成される金めっき皮膜は、ニッケル表面が平滑であるため、ニッケル皮膜との密着性に劣る。その結果、無電解上塗り金めっき処理後、この上塗り金めっき皮膜にワイヤーボンディングすると、接合されたワイヤーが剥離しやすくなる。

一方、下地金属溶出抑制剤を含まない置換無電解金めっき液を用いて、ニッケル皮膜に金めっきをする場合、ニッケル皮膜表面はめっきの最中に適度に酸化されて表面に凹凸を生じ、表面積が増加している。従って、ニッケル皮膜表面にめっきされて生じる金めっき皮膜は、ニッケル皮膜との接触面積が増える。その結果、ニッケル皮膜と金めっき皮膜との密着性が高くなる。即ち、適度に腐食されたニッケル皮膜には、いわゆる適度なアンカー効果があることを見出した。

このアンカー効果により、下地金属溶出抑制剤を含まないめっき液は、ワイヤーボンディング接合用置換無電解金めっき液の下地金めっき液として優れていることを知得し、本発明を完成するに到った。

従って、本発明の目的とするところは、上述した問題点を解決した無電解金めっき液を提供することにある。

上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。

〔１〕 シアン化金化合物と、シュウ酸及び／又はその塩とを含有し、下地金属溶出抑制剤を含まないことを特徴とするワイヤーボンディング接合用の金めっき皮膜形成用無電解金めっき液。

〔２〕 シアン化金化合物を金イオン濃度で０．５〜１０ｇ／Ｌ、シュウ酸及び／又はその塩を５〜５０ｇ／Ｌ含有する〔１〕に記載のワイヤーボンディング接合用の金めっき皮膜形成用無電解金めっき液。

〔３〕 下地溶出金属の隠蔽剤を含有する〔１〕に記載のワイヤーボンディング接合用の金めっき皮膜形成用無電解金めっき液。

〔４〕 下地溶出金属隠蔽剤がエチレンジアミン四酢酸及び／又はその塩である〔３〕に記載のワイヤーボンディング接合用の金めっき皮膜形成用無電解金めっき液。

〔５〕結晶調整剤を含有し、前記結晶調整剤が砒素化合物、タリウム化合物及び鉛化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種類である〔１〕に記載のワイヤーボンディング接合用の金めっき皮膜形成用無電解金めっき液。

本発明の無電解金めっき液は、シアン化金化合物とシュウ酸若しくはその塩を含有し、下地金属溶出抑制剤を含まないので、このめっき液を用いてめっきを行うと、下地のニッケル表面に適度の腐食を生じ、表面積が増加する。その結果、ニッケル皮膜表面と金めっき皮膜との間で適度なアンカー効果が生じ、両者の密着性が高まる。この金めっき皮膜にワイヤーボンディングされたワイヤーは良好な接合強度を示す。

以下、本発明のワイヤーボンディング接合用の金めっき皮膜形成用置換無電解金めっき液について詳細に説明する。

本発明の無電解金めっき液は、必須成分として、シアン化金化合物と、シュウ酸及び／又はその塩とを含有する。

シアン化金化合物としては、シアン化金ナトリウム、シアン化金カリウム等が好ましい。本無電解金めっき液中の金イオン濃度は、好ましくは０．５〜１０ｇ／Ｌ、更に好ましくは１〜５ｇ／Ｌである。金イオン濃度が０．５ｇ／Ｌ未満であると、金めっき皮膜の析出速度が小さい。１０ｇ／Ｌを超える場合、金めっき皮膜析出に関する問題はないが、金イオン濃度を高めても、それに見合う利点が無く、むしろ経済的観点から好ましくない。

シュウ酸及び／又はその塩の濃度は、好ましくは５〜５０ｇ／Ｌ、更に好ましくは１０〜３０ｇ／Ｌである。シュウ酸及び／又はその塩の濃度が５ｇ／Ｌ未満であるか、あるいは５０ｇ／Ｌを超えると、下地金属である無電解ニッケル皮膜の腐食を過度に起こしやすい傾向にある。塩としてはナトリウム塩、カリウム塩が好ましい。

本発明の無電解金めっき液は下地金属溶出抑制剤を含まない。下地金属溶出抑制剤としては、主鎖又は環中に窒素原子を複数個含み、且つこれら窒素原子のうちの１個以上は−ＮＨ−構造である有機化合物が知られている。具体的にはベンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾール及びメルカプトイミダゾールなどが挙げられる。これら下地金属溶出抑制剤が無電解金めっき液に含まれていると、金めっき皮膜の析出速度が小さくなり、更にニッケル皮膜表面と金めっき皮膜との間の密着性が悪くなる。

なお、前述のように置換型無電解金めっき液の中には、ニッケル皮膜の腐食を抑制する目的で下地金属溶出抑制剤を含有するものがある。この下地金属溶出抑制剤を含有する置換型無電解金めっき液を用いてニッケル皮膜表面に金めっきをする場合、ニッケル皮膜表面は平滑に保たれる。その結果、後処理として行われる無電解金めっき上塗り処理後、この上塗り金めっき皮膜にワイヤーボンディングすると、接合されたワイヤーと金めっき皮膜との間の接合強度が不足するようになる。

ワイヤーボンディング特性について、図面を用いて具体的に説明する。図１は、銅配線基板上に形成された無電解ニッケル皮膜に、本発明の無電解金めっき液を用いて下地金めっき皮膜を形成し、更に定法により上塗り金めっき皮膜を形成することにより厚みを増加させた金めっき皮膜に、ワイヤーボンディング接合する場合の一例を示す概略説明図である。

図１において、２は、不図示のプリント基板上に形成された銅配線の銅素地部である。銅素地部２の表面には無電解めっきで形成したニッケル皮膜４が積層されている。前記ニッケル皮膜４の表面には無電解金めっき皮膜６が形成される。金めっき皮膜６には、金ワイヤー８がワイヤーボンディング接合される。ワイヤーボンディング接合は、通常超音波と荷重を付与することにより行われる。

超音波と荷重とを付与すると、ワイヤー８と金めっき皮膜６との界面１０において摩擦熱が発生する。この摩擦熱により、金めっき皮膜６と金ワイヤー線８との相互の接触面が融着し、金めっき皮膜６と金リード線８とは接合面において接合する。

本発明の無電解金めっき液は、シアン化金化合物と、シュウ酸及び／又はその塩とを含有し、下地金属溶出抑制剤を含まないので、めっき中にニッケル皮膜４の表面は適度に腐食される。その結果、図１に示すように、ニッケル皮膜４と金めっき皮膜６との界面１０には微細な凹凸が形成される。ニッケル皮膜４と金めっき皮膜６との界面１０に形成された微細な凹凸は、両者の界面における接触面積を増加させる。その結果、両者間の接着強度が向上する。

これに対し、下地金属溶出抑制剤を含有する従来の置換型無電解金めっき液で金めっきをする場合、下地金属溶出抑制剤の還元作用により、ニッケル皮膜表面は平滑に保たれる。その結果、金めっき皮膜とニッケル皮膜４との接触面積は相対的に小さい状態が維持される。従って、この金めっき皮膜に接合されたワイヤーは金めっき皮膜６とニッケル皮膜４との間で剥離されやすくなる。

図２は、金めっき皮膜２６に半田ボール接合をする場合を示している。図２（ａ）は、半田ボールを接合する前の状態を示している。図２中、２２は銅素地部、２４は無電解めっきで形成したニッケル皮膜、２６は前記ニッケル皮膜２４の表面に形成された無電解金めっき皮膜である。

図２（Ｂ）は、金めっき皮膜２６には、半田ボール３２が接合された後の状態を示している。この場合、半田ボール３２が接合している部分の金めっき皮膜２６は、接合時に半田ボール３２内に吸収されて合金化される。その結果、半田ボールはニッケル皮膜２４に直接接合される。ニッケル皮膜２４は、酸化されていない表面の方が酸化されている表面よりも、半田ボール３２との接着性が高くなる。従って、半田ボール接合をする場合には、無電解金めっき液には、下地金属溶出抑制剤を添加して、ニッケル皮膜２４の酸化を防止することが好ましいものである。なお、３４はソルダーレジストである。

本発明の無電解金めっき液は、その他の任意成分として、下地溶出金属の隠蔽剤（キレート剤）、ｐＨ緩衝剤、結晶調整剤、更には、通常金めっき液に添加される各種添加剤を添加することができる。これらの添加量は、常法に従う。

下地溶出金属の隠蔽剤としては、エチレンジアミン四酢酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、ニトロ三酢酸等のイミノ二酢酸構造を分子内に有する各種キレート剤、及び／又はその塩が好ましい。これらの中で、エチレンジアミン四酢酸が特に好ましい。無電解金めっき液における下地溶出金属の隠蔽剤の濃度は、好ましくは１〜３０ｇ／Ｌ、更に好ましくは３〜１０ｇ／Ｌである。下地溶出金属の隠蔽剤の濃度が１ｇ／Ｌ未満では溶出金属の隠蔽効果が弱く、３０ｇ／Ｌを超えると無電解ニッケル皮膜の腐食を起こしやすくなる。塩としてはナトリウム塩、カリウム塩が好ましい。

ｐＨ緩衝剤としては、リン酸塩、ホウ酸塩、フタル酸塩等を用いることができる。リン酸塩としては、例えば、リン酸水素カリウム、リン酸二水素カリウム及びリン酸水素二カリウムを用いることができる。無電解金めっき液におけるｐＨ緩衝剤の濃度は、好ましくは１〜５０ｇ／Ｌ、更に好ましくは３〜３０ｇ／Ｌである。緩衝剤濃度が３ｇ／Ｌ未満の場合はｐＨの変動が大きく、５０ｇ／Ｌを超える場合は特に問題はないが、経済的でなくなる。

結晶調整剤としては、砒素化合物、タリウム化合物及び鉛化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種類が挙げられる。砒素化合物、タリウム化合物及び鉛化合物としては、例えば、亜砒酸、砒酸、酢酸タリウム、硫酸タリウム、硝酸タリウム、ギ酸タリウム、マロン酸タリウム、酢酸鉛、硝酸鉛及び塩化鉛などを用いることができる。

本発明の無電解金めっき液における砒素化合物、タリウム化合物及び鉛化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種類の含有量は、合計が好ましくは１〜１００ｍｇ／Ｌ、更に好ましくは２〜５０ｍｇ／Ｌである。これら結晶調整剤の含有量が１ｍｇ／Ｌ未満であると平滑な結晶成長を促す効果が無く、１００ｍｇ／Ｌを超えるとめっき外観が悪くなる傾向にある。

本発明の無電解金めっき液のｐＨは４．５〜７．０が好ましく、５．０〜６．５がより好ましく、５．０〜６．０が特に好ましい。ｐＨが４．５未満の場合は、めっき液の安定性が悪くなる。ｐＨが７．０を超える場合は、下地金属を腐食しやすくなる傾向にある。ｐＨは、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム及び水酸化アンモニウムなどを添加することにより行うことが好ましい。

本発明の無電解金めっき液は、液温６０〜９５℃で使用可能であるが、７０〜９０℃で使用することがより好ましい。めっき液の温度が６０℃未満の場合は、めっきの進行が遅く、９５℃を超えるとめっき液が分解しやすくなる。

めっき時間は、めっき温度にも関係するが、通常１〜２０分間が好ましく、３〜１０分間がより好ましく、５分間程度が通常のめっき時間である。

本発明について、実施例を挙げて更に詳しく説明する。

［実施例１］
ソルダーレジストを使用して形成した、大きさ５０×５０ｍｍの銅素地微細回路を有する樹脂製テスト基板(線幅５０〜１００μｍ、ボンディング用パッド、シェア強度用のランド径０．６ｍｍ)を用意した。このテスト基板上に、市販の無電解ニッケルめっき液(日本カニゼン製 ＳＮ−１５０)を用いて、厚さ５μｍの無電解ニッケルめっき皮膜を形成した。以下、この無電解ニッケルめっきを施した基板をニッケルめっき試料と称する。

純水にシアン化金カリウムをＡｕとして２ｇ／Ｌ、シュウ酸カリウム一水和物を２０ｇ／Ｌ、エチレンジアミン四酢酸を５ｇ／Ｌ、リン酸二水素カリウムを５ｇ／Ｌ溶解させて、下地金めっき用置換無電解金めっき液を調製した。

この下地金めっき液をｐＨ５．０に調整し、液温８５℃として上記ニッケルめっき試料をこれに５分間浸漬し、下地金めっき処理を施した。以下、この下地金めっき処理を施した基板を下地金めっき試料と称する。下地金めっき試料をめっき液から取出し、膜蛍光Ｘ線厚計測定器で析出膜厚を測定した。下地金めっき試料の金膜厚は０．０５μｍであった。

［実施例２］
実施例１で調製して得ためっき液を水酸化カリウムでｐＨ７．０に調整し、液温８５℃として、これにニッケルめっき試料を５分間浸漬した。５分後に下地金めっき試料を取出し、膜蛍光Ｘ線厚計測定器で析出膜厚を測定した。下地金めっき試料の金膜厚は０．０５μｍであった。

［比較例１］
純水にシアン化金カリウムをＡｕとして２ｇ／Ｌ、シュウ酸カリウム一水和物を２０ｇ／Ｌ、エチレンジアミン四酢酸を５ｇ／Ｌ、リン酸二水素カリウムを５ｇ／Ｌ、ベンゾトリアゾールを５ｇ／Ｌ溶解させ置換無電解金めっき液を調製した。

この水溶液をｐＨ５．０に調整し、液温８５℃としてニッケルめっき試料を５分間浸漬した。５分後に下地金めっき試料をめっき液から取出し、膜蛍光Ｘ線厚計測定器で析出膜厚を測定した。下地金めっき試料の金膜厚は０．０４μｍであった。

［比較例２］
比較例１で調製して得ためっき液を水酸化カリウムでｐＨ７．０に調整し、液温８５℃としてニッケルめっき試料を５分間浸漬した。５分後にめっき液から下地金めっき試料を取出し、膜蛍光Ｘ線厚計測定器で析出膜厚を測定した。下地金めっき試料の金膜厚は０．０３μｍであった。

［評価試験］
実施例１〜２及び比較例１〜２で得られた下地金めっき処理済の試料を、更に還元金めっき液(エヌ・イー ケムキャット製 スーパーメックス＃８５０)を用いて無電解金めっき上塗り処理を施し、金膜厚を０．５μｍとした。以下、この上塗り金めっきを施した基板を上塗り金めっき試料と称する。得られた上塗り金めっき試料についてワイヤーボンディングプル強度試験を行い、表１に示す試験結果を得た。

表１中、ワイヤー接合不能とは、ワイヤーボンディングを２０本行い、ワイヤーが接合されなかった本数を示す。

[実施例３]
ＥＤＴＡを添加していない以外は実施例１と同様の下地金めっき用置換無電解金めっき液を用いて、実施例１と同様に操作した。

膜蛍光Ｘ線厚計測定器で析出膜厚を測定した。下地金めっき試料の金膜厚は０．０５μｍであった。金めっき皮膜の性状は、実施例１と同様であった。同操作を３回更に繰返したが、異常は生じず、金めっき皮膜の性状は良好なものであった。

試験結果は、実施例１〜２が比較例１〜２に比べ、ワイヤー接合個数、プル強度とも良好であった。

本発明の無電解金めっき液を用いて形成された無電解金めっき皮膜に対するワイヤーボンディング接合する例を示す概略説明図である。 従来の無電解金めっき液を用いて形成された無電解金めっき皮膜に対するめっきボール接合をする例を示す概略説明図である。図２（ａ）は、半田ボールを接合する前の状態を示している。図２（Ｂ）は、金めっき皮膜２６に、半田ボール３２が接合された後の状態を示している。

符号の説明

２ 銅配線基板の銅素地部
４ 無電解ニッケル皮膜
６ 無電解金めっき皮膜
８ 金リード線
１０ ニッケル皮膜と金めっき皮膜との界面
２２ 銅素地部
２４ ニッケル皮膜
２６ 無電解金めっき皮膜
３２ 半田ボール
３４ ソルダーレジスト

Claims (5)

1. シアン化金化合物と、シュウ酸及び／又はその塩とを含有し、下地金属溶出抑制剤を含まないことを特徴とするワイヤーボンディング接合用の金めっき皮膜形成用無電解金めっき液。
2. シアン化金化合物を金イオン濃度で０．５〜１０ｇ／Ｌ、シュウ酸及び／又はその塩を５〜５０ｇ／Ｌ含有する請求項１に記載のワイヤーボンディング接合用の金めっき皮膜形成用無電解金めっき液。
3. 下地溶出金属の隠蔽剤を含有する請求項１に記載のワイヤーボンディング接合用の金めっき皮膜形成用無電解金めっき液。
4. 下地溶出金属隠蔽剤がエチレンジアミン四酢酸及び／又はその塩である請求項３に記載のワイヤーボンディング接合用の金めっき皮膜形成用無電解金めっき液。
5. 結晶調整剤を含有し、前記結晶調整剤が砒素化合物、タリウム化合物及び鉛化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種類である請求項１に記載のワイヤーボンディング接合用の金めっき皮膜形成用無電解金めっき液。

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