JP2007254855A - 電子部品用銀めっき金属部材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電子部品の小型化に対応でき、かつ、従来技術に比べ、より簡便で確実な手法を用いて、ワイヤーボンディング性と樹脂接着性とを両立させた金属部材を提供する。
【解決手段】最表面に銀めっき皮膜を有する金属部材において、該銀めっき皮膜の平均結晶粒径が０.５〜１.５μｍで、かつ該銀めっき皮膜の最大表面粗さＲmaxが１０〜４０μｍであることを特徴とする電子部品用銀めっき金属部材であって、金属部材に電気銀めっきを行なって該金属部材表面に銀粒子を析出させる第１電気めっき工程、次いで該第１電気めっき工程よりも低い電流密度で電気銀めっきを行なって前記銀粒子を核として結晶成長させる第２電気めっき工程を行なって製造することができる。
【選択図】 図３
【解決手段】最表面に銀めっき皮膜を有する金属部材において、該銀めっき皮膜の平均結晶粒径が０.５〜１.５μｍで、かつ該銀めっき皮膜の最大表面粗さＲmaxが１０〜４０μｍであることを特徴とする電子部品用銀めっき金属部材であって、金属部材に電気銀めっきを行なって該金属部材表面に銀粒子を析出させる第１電気めっき工程、次いで該第１電気めっき工程よりも低い電流密度で電気銀めっきを行なって前記銀粒子を核として結晶成長させる第２電気めっき工程を行なって製造することができる。
【選択図】 図３
Description
本発明は、ワイヤーボンディング性と樹脂接着性がともに要求される電子部品用銀めっき金属部材とその製造方法に関するものである。
電子部品の小型化により、金属部材内でのワイヤーボンディング性が要求されるエリアと樹脂接着性が要求されるエリアとが近接するようになった。
ワイヤーボンディング性を満たすためには、ワイヤーと被ボンディング部との実効接触面積を大きくするために一般的には被ボンディング部の表面が平滑なほうが良い。例えば特許第３５２９２１５号公報（特許文献１）では、多層銅めっき層を形成した樹脂成形品において最上層の銅めっき層のめっき粗さＲmaxは１０μｍ以下であることが望ましいとされている。
ワイヤーボンディング性を満たすためには、ワイヤーと被ボンディング部との実効接触面積を大きくするために一般的には被ボンディング部の表面が平滑なほうが良い。例えば特許第３５２９２１５号公報（特許文献１）では、多層銅めっき層を形成した樹脂成形品において最上層の銅めっき層のめっき粗さＲmaxは１０μｍ以下であることが望ましいとされている。
一方、樹脂接着性に関しては、アンカー効果による密着力向上を目的として被ボンディング部の表面は粗いほうが良い。したがって、ワイヤーボンディングするエリアと樹脂接着するエリアとの表面処理方法を変える必要がある。今後、電子部品の小型化がさらに進んで行き、該エリアが狭くなり近づいていくにつれ、エリア精度の高い処理を行わなければならなくなり、コストアップにつながる。
次に、特開平１０−３３５５５８号公報（特許文献２）によると、銀めっき表面に薄い銅皮膜層を設けて樹脂接着性とワイヤーボンディング性を両立させる方法が開示されている。この方法は金属の種類によって樹脂接着性が変わることを利用したもので、銀よりも樹脂接着性に優れる銅を最表面に薄く施すことで、樹脂接着性を満たしている。ワイヤーボンディング性に関しては銀めっき上の銅皮膜の厚さが非常に薄いため、劣化への影響はないとのことである。しかし、この処理法では、新たに銅皮膜を形成させる工程が必要となる。
さらに、特開平１１−０４０７２２号公報（特許文献３）には、リードフレーム部材に施したパラジウムまたはパラジウム合金めっき上に金もしくは銀めっきを施し、樹脂接着性が要求されるエリアのみ熱処理をしてパラジウムと金もしくは銀の混合層を形成させる方法が開示されている。混合層においては樹脂接着性が向上し、熱処理を施していない部分はワイヤーボンディング性が維持される。しかし、この手法を小型の電子部材に適用するのは現実的ではない。なぜなら、金属は熱伝導性に優れるため、所望の狭い部分のみに熱処理を施すことは不可能であるからである。
特許第３５２９２１５号公報
特開平１０−３３５５５８号公報
特開平１１−０４０７２２号公報
本発明の課題は、電子部品の小型化に対応でき、かつ、従来技術に比べ、より簡便で確実な手法を用いて、ワイヤーボンディング性と樹脂接着性とを両立させた金属部材を提供することである。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、ワイヤーボンディング性を向上させるためには、従来行なわれている表面を平滑化させること以外に、析出粒子を粗大化させることによっても達成できることを見出した。そして、銀めっきを析出させる工程を改良することにより、粗大な粒子を凹凸に析出させて所定の平均結晶粒径値及び所定の最大表面粗さ値とすることによってワイヤーボンディング性と樹脂接着性とを両立させるに至った。
すなわち、本発明は、第１に、最表面に銀めっき皮膜を有する電子部品用金属部材において、該銀めっき皮膜の平均結晶粒径が０.５〜１.５μｍで、かつ該銀めっき皮膜の最大表面粗さＲmaxが０〜４０μｍであることを特徴とする電子部品用銀めっき金属部材であり、第２に、下地めっきが施され最表面に銀めっき皮膜を有する電子部品用金属部材において、該銀めっき皮膜の平均結晶粒径が０.５〜１.５μｍで、かつ該銀めっき皮膜の最大表面粗さＲmaxが１０〜４０μｍであることを特徴とする電子部品用銀めっき金属部材であり、第３に、金属部材に電気銀めっきを行なって該金属部材表面に銀粒子を析出させる第１電気めっき工程、次いで該第１電気めっき工程よりも低い電流密度で電気銀めっきを行なって前記金属部材表面で前記銀粒子を核として結晶成長させる第２電気めっき工程を有することを特徴とする電子部品用銀めっき金属部材の製造方法であり、第４に、下地めっきが施された金属部材に電気銀めっきを行なって該下地めっきの皮膜表面に銀粒子を析出させる第１電気めっき工程、次いで該第１電気めっき工程よりも低い電流密度で電気銀めっきを行なって前記下地めっきの皮膜表面で前記銀粒子を核として結晶成長させる第２電気めっき工程を有することを特徴とする電子部品用銀めっき金属部材の製造方法である。
本発明によれば、ワイヤーボンディング性と樹脂接着性とを両立させ、電子部品の小型化に対応可能な銀めっき金属部材を提供することができる。
本発明の特徴を以下にさらに詳細に記載する。
（１）金属部材において、その表面（金属部材表面に下地めっき皮膜がある場合には下地めっき皮膜の表面）に電気銀めっきを施し、その成膜時の条件として、最初は高電流密度（１５Ａ／ｄｍ2以上が好ましく、２０〜６０Ａ／ｄｍ2がさらに好ましい）で電気銀めっきを施して銀粒子を析出させ、その後、より低電流密度（１５Ａ／ｄｍ2未満が好ましく、１〜１０Ａ／ｄｍ2がさらに好ましい）で電気銀めっきを施すことで、最初に析出した銀粒子を核として結晶を成長させた銀めっき皮膜（好ましくは平均厚さ０.５〜１.５μｍ）を形成すること
（２）最初に高電流密度で銀粒子を析出させることで、所望の最大表面粗さＲmaxを有した銀めっき皮膜を形成させること
（１）金属部材において、その表面（金属部材表面に下地めっき皮膜がある場合には下地めっき皮膜の表面）に電気銀めっきを施し、その成膜時の条件として、最初は高電流密度（１５Ａ／ｄｍ2以上が好ましく、２０〜６０Ａ／ｄｍ2がさらに好ましい）で電気銀めっきを施して銀粒子を析出させ、その後、より低電流密度（１５Ａ／ｄｍ2未満が好ましく、１〜１０Ａ／ｄｍ2がさらに好ましい）で電気銀めっきを施すことで、最初に析出した銀粒子を核として結晶を成長させた銀めっき皮膜（好ましくは平均厚さ０.５〜１.５μｍ）を形成すること
（２）最初に高電流密度で銀粒子を析出させることで、所望の最大表面粗さＲmaxを有した銀めっき皮膜を形成させること
（３）銀めっき皮膜の成長した結晶の平均結晶粒径が０.５〜１.５μｍであること
平均結晶粒径に関しては図１に示すように０.５μｍより小さいときはワイヤーボンディング性が低下してしまう。一方、平均結晶粒径が１.５μｍより大きいときはワイヤーボンディング性に変化は見られない（維持される）ものの、銀めっき皮膜の最大表面粗さＲmaxが４０μｍを超えてしまい、後述の図２に示すように樹脂接着性が低下してしまう。
（４）最大表面粗さＲmaxが１０〜４０μｍであること
最大表面粗さＲmaxに関しては図２に示すように１０μｍより小さい場合には樹脂接着性が低下し、また４０μｍより大きい場合も樹脂接着性が低下する。
平均結晶粒径に関しては図１に示すように０.５μｍより小さいときはワイヤーボンディング性が低下してしまう。一方、平均結晶粒径が１.５μｍより大きいときはワイヤーボンディング性に変化は見られない（維持される）ものの、銀めっき皮膜の最大表面粗さＲmaxが４０μｍを超えてしまい、後述の図２に示すように樹脂接着性が低下してしまう。
（４）最大表面粗さＲmaxが１０〜４０μｍであること
最大表面粗さＲmaxに関しては図２に示すように１０μｍより小さい場合には樹脂接着性が低下し、また４０μｍより大きい場合も樹脂接着性が低下する。
（５）本発明は金属部材にめっきを施したときの最表面の銀めっきの析出形状によるものであるので、金属部材の材質には特に指定はなく、電子部品用に用いられているものであれば、銅、銅合金をはじめとしてどのような金属、合金にでも適用することができる。
また、同様の理由により、銀めっきの下地としてニッケルや銅めっき等の金属めっき、合金めっきを施したものにも適用することができる。
さらに、置換析出防止を目的として、本発明に係る銀めっきを行なう前に銀ストライクめっき処理を施した場合であっても、銀ストライクめっきは本発明に係る銀めっきの銀粒子の析出状態に影響を及ぼさない。したがって、銀ストライクめっき処理の有無にかかわらず本発明を適用することができる。
また、同様の理由により、銀めっきの下地としてニッケルや銅めっき等の金属めっき、合金めっきを施したものにも適用することができる。
さらに、置換析出防止を目的として、本発明に係る銀めっきを行なう前に銀ストライクめっき処理を施した場合であっても、銀ストライクめっきは本発明に係る銀めっきの銀粒子の析出状態に影響を及ぼさない。したがって、銀ストライクめっき処理の有無にかかわらず本発明を適用することができる。
次に本発明の実施例を記載するが、本発明の技術的範囲は以下の記載に限定されるものではないことは言うまでもない。
［実施例１］
縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ０.３ｍｍの銅金属基板を常法により脱脂および活性化処理（併せて前処理と言う。）を施した後、電気めっき法を用いてニッケルを所定の厚さ成膜し、その上に電気めっき法で銀ストライクめっきを施した。銀ストライクめっきは、その後に行なわれる銀めっきの置換析出を防ぐ目的で施されるものであり、銀濃度の低い浴中で短時間通電し薄い皮膜を形成するものである。さらにその上に電気めっき法で銀めっきを、まず高電流密度、次に低電流密度で所定の厚さ成膜して銀めっき金属部材を作製し、ワイヤーボンディング性と樹脂接着性を評価した。以下に前処理と各メッキ条件および評価方法を示す。
縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ０.３ｍｍの銅金属基板を常法により脱脂および活性化処理（併せて前処理と言う。）を施した後、電気めっき法を用いてニッケルを所定の厚さ成膜し、その上に電気めっき法で銀ストライクめっきを施した。銀ストライクめっきは、その後に行なわれる銀めっきの置換析出を防ぐ目的で施されるものであり、銀濃度の低い浴中で短時間通電し薄い皮膜を形成するものである。さらにその上に電気めっき法で銀めっきを、まず高電流密度、次に低電流密度で所定の厚さ成膜して銀めっき金属部材を作製し、ワイヤーボンディング性と樹脂接着性を評価した。以下に前処理と各メッキ条件および評価方法を示す。
（１）前処理について
まず、銅金属基板およびＳＵＳ（ステンレス鋼）板をアルカリ脱脂液中に浸漬し、基板側をマイナス極、ＳＵＳ板をプラス極として、電圧５Ｖを加えて２分間保持した後、脱脂液から取り出して純水で洗浄し、次いで５％濃度の硫酸水溶液中に３０秒間浸漬した後、硫酸水溶液から取り出して再び純水で洗浄した。
まず、銅金属基板およびＳＵＳ（ステンレス鋼）板をアルカリ脱脂液中に浸漬し、基板側をマイナス極、ＳＵＳ板をプラス極として、電圧５Ｖを加えて２分間保持した後、脱脂液から取り出して純水で洗浄し、次いで５％濃度の硫酸水溶液中に３０秒間浸漬した後、硫酸水溶液から取り出して再び純水で洗浄した。
（２）ニッケルめっき方法について
スルファミン酸ニッケル（３５０ｇ／Ｌ）、塩化ニッケル（１０ｇ／Ｌ）、ホウ酸（３０ｇ／Ｌ）および光沢剤（レベリング剤）からなるめっき浴中に前記の前処理を行った銅金属基板とニッケル電極板とを浸漬して、銅金属基板をマイナス極、ニッケル電極板をプラス極に接続し、電流密度を５.０Ａ／ｄｍ2に設定し、銅金属基板上に各サンプルに対応して膜厚が１.０μｍになるまでニッケルをめっきした。なお、上記Ｎｉめっき成膜において、めっき浴の撹拌はスターラーを３００ｒｐｍで回転させることで行い、浴温は５０℃に保持して行った。
スルファミン酸ニッケル（３５０ｇ／Ｌ）、塩化ニッケル（１０ｇ／Ｌ）、ホウ酸（３０ｇ／Ｌ）および光沢剤（レベリング剤）からなるめっき浴中に前記の前処理を行った銅金属基板とニッケル電極板とを浸漬して、銅金属基板をマイナス極、ニッケル電極板をプラス極に接続し、電流密度を５.０Ａ／ｄｍ2に設定し、銅金属基板上に各サンプルに対応して膜厚が１.０μｍになるまでニッケルをめっきした。なお、上記Ｎｉめっき成膜において、めっき浴の撹拌はスターラーを３００ｒｐｍで回転させることで行い、浴温は５０℃に保持して行った。
（３）銀ストライクめっき方法について
シアン化銀カリウム（３ｇ／Ｌ）、およびシアン化カリウム（９０ｇ／Ｌ）からなるめっき浴中に前記のような前処理およびニッケルめっきを行った銅金属基板と白金でコーティングされたチタン電極板とを浸漬して、銅金属基板をマイナス極、白金／チタン電極板をプラス極に接続し、電流密度を４.０Ａ／ｄｍ2に設定し、１０秒間通電して銀ストライクめっきを行なった。めっき浴の撹拌はスターラーを３００ｒｐｍで回転させることで行い、浴温は２５℃に保持して行った。
シアン化銀カリウム（３ｇ／Ｌ）、およびシアン化カリウム（９０ｇ／Ｌ）からなるめっき浴中に前記のような前処理およびニッケルめっきを行った銅金属基板と白金でコーティングされたチタン電極板とを浸漬して、銅金属基板をマイナス極、白金／チタン電極板をプラス極に接続し、電流密度を４.０Ａ／ｄｍ2に設定し、１０秒間通電して銀ストライクめっきを行なった。めっき浴の撹拌はスターラーを３００ｒｐｍで回転させることで行い、浴温は２５℃に保持して行った。
（４）銀めっき方法
シアン化銀カリウム（１５０ｇ／Ｌ）、およびシアン化カリウム（９０ｇ／Ｌ）からなるめっき浴中に前記の前処理、ニッケルめっき及び銀ストライプめっきを行った銅金属基板と銀電極板とを浸漬して、銅金属基板をマイナス極、銀電極板をプラス極に接続した。この状態で、まず、電流密度を４０Ａ／ｄｍ2（高電流密度）で３秒間通電した。その後、５Ａ／ｄｍ2（低電流密度）に設定し１６秒間通電した。この場合の銀めっき皮膜の平均結晶粒径は０.６２μｍであり、最大表面粗さＲmaxは１９.８μｍであり、平均厚さは１.１μｍであった。また、ワイヤーボンディング性と樹脂接着性を表１に示す。
シアン化銀カリウム（１５０ｇ／Ｌ）、およびシアン化カリウム（９０ｇ／Ｌ）からなるめっき浴中に前記の前処理、ニッケルめっき及び銀ストライプめっきを行った銅金属基板と銀電極板とを浸漬して、銅金属基板をマイナス極、銀電極板をプラス極に接続した。この状態で、まず、電流密度を４０Ａ／ｄｍ2（高電流密度）で３秒間通電した。その後、５Ａ／ｄｍ2（低電流密度）に設定し１６秒間通電した。この場合の銀めっき皮膜の平均結晶粒径は０.６２μｍであり、最大表面粗さＲmaxは１９.８μｍであり、平均厚さは１.１μｍであった。また、ワイヤーボンディング性と樹脂接着性を表１に示す。
さらに、それぞれの通電時間を調整することで図１に示す平均結晶粒径を持つ銀めっき皮膜を作製した。また、最初の通電時の高電流密度値を変え図２に示すような最大表面粗さＲmaxを持つ銀めっき皮膜も作製した。なお、上記銀めっき成膜において、めっき浴の撹拌はスターラーを３００ｒｐｍで回転させることで行い、浴温は２５℃に保持して行った。
［比較例１］
上記実施例１において、銀めっき成膜時に低電流密度の銀めっきを行なわず、４０Ａ／ｄｍ2の高電流密度のみ通電した以外は同一の条件で銀めっき皮膜を作製した。その結果を表１に示す。
上記実施例１において、銀めっき成膜時に低電流密度の銀めっきを行なわず、４０Ａ／ｄｍ2の高電流密度のみ通電した以外は同一の条件で銀めっき皮膜を作製した。その結果を表１に示す。
［比較例２］
上記実施例１において、銀めっき成膜時に高電流密度の銀めっきを行なわず、５Ａ／ｄｍ2の低電流密度のみ通電した以外は同一の条件で銀めっき皮膜を作製した。その結果を表１に示す。
上記実施例１において、銀めっき成膜時に高電流密度の銀めっきを行なわず、５Ａ／ｄｍ2の低電流密度のみ通電した以外は同一の条件で銀めっき皮膜を作製した。その結果を表１に示す。
以下、上記の銀めっきを成膜した銅金属基板を供試片と記載する。
ワイヤーボンディング性と樹脂接着性の評価方法は以下の通りである。
まず、ワイヤーボンディング評価に関しては、ワイヤーボンダーはWEST BOND製５４００−４５Ｇウエッジ−ウエッジ型ボンダーを用い、ボンディング条件は、使用した金ワイヤーΦ２５μｍ、 荷重８０ｇｆ、 温度１２０℃、超音波出力８００ｍＷ、時間７０ｍｓｅｃである。ボンディング強度はハイソル製簡易型プルテスターＷＰＴ３００を用いて測定を行なった。これらの測定結果を図１、図３、表１に示す。
ワイヤーボンディング性と樹脂接着性の評価方法は以下の通りである。
まず、ワイヤーボンディング評価に関しては、ワイヤーボンダーはWEST BOND製５４００−４５Ｇウエッジ−ウエッジ型ボンダーを用い、ボンディング条件は、使用した金ワイヤーΦ２５μｍ、 荷重８０ｇｆ、 温度１２０℃、超音波出力８００ｍＷ、時間７０ｍｓｅｃである。ボンディング強度はハイソル製簡易型プルテスターＷＰＴ３００を用いて測定を行なった。これらの測定結果を図１、図３、表１に示す。
次に、樹脂接着性評価は、巴川製紙所製のエポキシ系樹脂製接着シートＴＬＦ−Ｙ２０の上下両面に２枚の供試片を張り合わせた後、この２枚を上下に引っ張り、上記樹脂製接着シートからはがれたときの力を測定した。これらの測定結果を図２、図３、表１に示す。
図３および表１に示したように、銀めっきを高電流密度でのみ成膜し、最大表面粗さＲmaxを大きくした比較例１は、樹脂接着性には優れるものの、ワイヤーボンディング性は劣る。銀めっきを低電流密度でのみ成膜し、最大表面粗さＲmaxを小さくした比較例２については、平均結晶粒径は小さいものの表面が平滑であるため、ワイヤーボンディング性には優れている。しかし、表面が平滑であるため、樹脂接着におけるアンカー効果が得られず、樹脂接着性には劣る。一方、銀めっきを、最初は高電流密度、次に低電流密度で成膜し、平均結晶粒径を大きくし、最大表面粗さＲmaxも大きくした実施例１は、ワイヤーボンディング性、樹脂接着性ともに優れている。
Claims (4)
- 最表面に銀めっき皮膜を有する電子部品用金属部材において、該銀めっき皮膜の平均結晶粒径が０.５〜１.５μｍで、かつ該銀めっき皮膜の最大表面粗さＲmaxが１０〜４０μｍであることを特徴とする電子部品用銀めっき金属部材。
- 下地めっきが施され最表面に銀めっき皮膜を有する電子部品用金属部材において、該銀めっき皮膜の平均結晶粒径が０.５〜１.５μｍで、かつ該銀めっき皮膜の最大表面粗さＲmaxが１０〜４０μｍであることを特徴とする電子部品用銀めっき金属部材。
- 金属部材に電気銀めっきを行なって該金属部材表面に銀粒子を析出させる第１電気めっき工程、次いで該第１電気めっき工程よりも低い電流密度で電気銀めっきを行なって前記金属部材表面で前記銀粒子を核として結晶成長させる第２電気めっき工程を有することを特徴とする電子部品用銀めっき金属部材の製造方法。
- 下地めっきが施された金属部材に電気銀めっきを行なって該下地めっきの皮膜表面に銀粒子を析出させる第１電気めっき工程、次いで該第１電気めっき工程よりも低い電流密度で電気銀めっきを行なって前記下地めっきの皮膜表面で前記銀粒子を核として結晶成長させる第２電気めっき工程を有することを特徴とする電子部品用銀めっき金属部材の製造方法。
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