JP2008042071A

JP2008042071A - 無電解めっき方法

Info

Publication number: JP2008042071A
Application number: JP2006216867A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ito; 伊藤　　潔
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】プリント配線板の銅回路部や電子部品の接合部等の銅系部材上に、はんだ接合性、はんだ濡れ性に優れたＰを含有しないＮｉ含有量の高い無電解純Ｎｉめっき膜の形成を提供することを目的とした。
【解決手段】ガラスエポキシ樹脂基材５よりなるプリント配線板上に電子部品をはんだ接合するために、無電解Ｎｉめっき膜中にＰを含有しない純Ｎｉめっき層１０をＣｕ電極３上などに形成し、はんだ接合性、はんだ濡れ性の優れた無電解めっき方法を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント配線板の銅回路部、電子部品の接合部等の銅系部材上に、はんだ接合性、はんだ濡れ性に優れた無電解めっき膜の形成を行なう無電解めっき方法に関するものである。

近年、電子機器の小型化、狭ピッチ実装に伴い、微小領域への電気めっきが困難となり、無電解めっき法の用途が拡大している。特に、プリント配線板の銅（Ｃｕ）配線上への電子部品のはんだ接合においては、高い接合信頼性が要求されており、Ｃｕ配線上に無電解ニッケル（Ｎｉ）めっき処理、さらに初期のはんだ濡れ性を向上させる目的でＮｉめっきの上に置換金（Ａｕ）めっきが施されている。また、この無電解Ｎｉめっきは、還元剤に次亜リン酸塩を使用するため、Ｎｉ膜中にリン（Ｐ）が数％混入したＮｉ−Ｐめっきとなっている。しかしながら、このＮｉ−Ｐ／Ａｕめっきとはんだ接合体の接合信頼性が問題となっている。はんだとの接合の際に、その接合界面にはＰを含む金属間化合物層およびＰリッチ層が形成され、それらの脆さがはんだ接合性を低下させる要因の一つと考えられている。また、Ｎｉ膜上に形成するＡｕめっきは置換めっきであることからＮｉめっき表面を腐食することでその界面にピットが形成され、それがはんだ接合性を低下するとも考えられている。そこで、上記の問題に対する方策として、従来より、Ｐの含有量の低い無電解Ｎｉめっき膜を使用する、また、Ｎｉめっき表面を侵食しにくい無電解Ａｕめっき膜を作製する、および無電解Ｎｉめっき膜中のカーボン（Ｃ）や硫黄（Ｓ）成分とはんだ接合性とに相関があり、無電解Ｎｉめっき膜中のＣやＳの含有量の低いめっき膜を使用するなどの様々な方策が提案されている。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１、特許文献２が知られている。
特開２００２−１４６５４８号公報特開２００３−２７７９４２号公報

しかしながら、上記従来技術では、還元剤として次亜リン酸塩を使用することにより、無電解Ｎｉめっき膜中にＰを含有し、接合時に脆いＰリッチ層が必ず接合界面に形成されることから、はんだ接合性は低下する。本発明は上記従来の課題を解決するもので、プリント配線板の銅回路部、電子部品の接合部等の銅系部材上に、はんだ接合性、はんだ濡れ性に優れたＰを含有しないＮｉ含有量の高い無電解純Ｎｉめっき膜の形成を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。

本発明の請求項１に記載の発明は、膜中にＰを含有しない純Ｎｉめっき層となる無電解Ｎｉめっき膜を形成することで、はんだ濡れ性およびはんだ接合性向上が図れるという作用効果が得られる。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の純Ｎｉめっき層とのはんだ接合するはんだ材料としてＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕを使用し、特に鉛フリーはんだとのはんだ接合性が向上するという作用効果が得られる。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の純Ｎｉめっき層形成後に、その上にＡｕめっきを形成しはんだとの接合の信頼性を向上させることができるという作用効果が得られる。

本発明による無電解めっき方法によれば、プリント配線板の銅回路部や電子部品の接合部等の銅系部材上に、純Ｎｉめっき層を形成することにより、はんだ濡れ性、はんだ接合性に優れたプリント配線板と電子部品のはんだ接合ができるという効果を奏するものである。

（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に請求項１〜３に記載の発明について説明する。

本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳説する。

図１に、今回用いたテスト用基板を示す。厚さ０．６ｍｍのガラスエポキシ樹脂基材（ＦＲ−４）５を用い、Ｃｕ電極（０．６５×０．６５ｍｍ）３上にフォトソルダーレジスト（ＰＳＲ）４をカバーし、φ０．５５ｍｍのＣｕ電極３を作製した。Ｃｕ電極３上にＰを含有しない純ＮｉおよびＰ含有率が異なる計４種の無電解Ｎｉめっき２を約３μｍ施した。Ｐを含有しない純Ｎｉめっきは以下のめっき液組成に調整し、使用した。

［めっき液組成］
酢酸ニッケル：３５ｇ／Ｌ
乳酸：６２ｍｌ／Ｌ
ＥＤＴＡ：１９ｇ／Ｌ
ホウ酸：２５ｇ／Ｌ
ヒドラジン水和物：４９ｍｌ／Ｌ
ｐＨ：１１〜１２（水酸化ナトリウムで調整）
浴温：８０℃
また、Ｎｉ−Ｐめっきは市販されている市販浴（ＮＩ−６５０１，ＮＩ−８６５，ＮＩ−８７５Ｍ）を用いた。それぞれのＰ含有率は４，８，１２ｍａｓｓ％（以下、Ｎｉ−４Ｐ，Ｎｉ−８Ｐ，Ｎｉ−１２Ｐとする）である。次に、置換金（Ａｕ）めっき（はんだ付けで拡散するので図１には記載なし）を市販浴（Ａｕ１２００）を用いて施し、膜厚を約０．０５μｍとした。めっき処理を施したパッド上に、ロジン系のフラックスを塗布し、φ０．７６ｍｍのＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだボールを配置した後、リフロー炉によりＮ₂雰囲気中で予熱を４２４Ｋで４０秒間行った後、ピーク温度５１９Ｋで１５秒間保持し、接合した。図２（ａ）〜（ｃ）に加熱式はんだボールプル試験の模式図を示す。図２（ａ）は、はんだボールにプローブ６を近づける様子を示した図、図２（ｂ）は、はんだボールにプローブを当接させた様子を示した図、図２（ｃ）は、はんだボールをプローブにより引き上げた様子を示した図である。プル強度の測定には、ボンドテスター（ＤＡＧＥ社製ＰＣ２４００）を用いて、加熱式はんだボールプル試験を行った。試験条件は、設定温度５８８Ｋ，ヒーティング時間５秒間，クーリングオフ温度３２３Ｋでテストスピードは推奨値である３００μｍ／ｓの一定条件とし、それぞれ２０ヶ所測定を行い、その平均プル強度および測定値のばらつきを示すＣＶ値（％）＝｛３×σ（プル強度の標準偏差）／平均プル強度｝×１００を求めた。

また、上記テスト基板には図３（ａ）に示す１０×１０ｍｍのＣｕ電極３も混載しており、上記同様にＮｉめっき、Ａｕめっき処理した後、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだボールを配置し、リフロー炉にて同条件処理した後のはんだ濡れ広がり量３ａ（図３（ｂ））を求めた。図４にそれぞれのＮｉめっきに対するはんだ濡れ広がり量を示す。濡れ広がり量はＰ含有率が高くなるほど低くなった。無電解Ｎｉめっき膜中にＰを含有しない純Ｎｉめっき層ははんだ濡れ広がり量が平均２．２ｍｍと高く、Ｎｉ−１２Ｐめっきは平均０．８ｍｍと低くなり、Ｐを含有しない純Ｎｉめっきははんだ濡れ性に優れることがいえる。図５にＮｉ−１２Ｐめっき層９とはんだボール接合後の断面のＳＩＭ像（走査イオン像）の模式図を示す。図５に示すように、デンドライト状の（Ｃｕ，Ｎｉ）₆Ｓｎ₅金属間化合物層７とＰリッチ層８が形成されている。また、図６に純Ｎｉめっき層１０とはんだボール接合後の断面のＳＩＭ像の模式図を示す。２〜３μｍの厚さの均一な（Ｃｕ，Ｎｉ）₆Ｓｎ₅金属間化合物層７が観察される。また、はんだボールプル試験の結果を図７に示す。Ｎｉ−１２Ｐめっきを用いた場合、プル強度の平均値は１２．１Ｎ、最小値は１０．０Ｎである。図７に示すように、プル強度はＰ含有率が低くなるほど向上する。純Ｎｉめっきを用いた場合、プル強度の平均値は１６．６Ｎ、最小値は１５．６Ｎとなり、Ｎｉ−１２Ｐめっきに比べて、平均値で約３７％向上する。また、測定値のばらつきを示すＣＶ値は、Ｎｉ−Ｐめっきを用いた場合には、３０〜５０％であるに対して、純Ｎｉめっきを用いた場合には１０％程度に減少している。このように、膜中のＰ含有率の増加はプル強度の低下と測定値のばらつきを示すＣＶ値の増加に影響し、接合信頼性に密接に関係している。

図８に、はんだボールプル試験後のＮｉ−１２Ｐめっきの断面のＳＩＭ像の模式図を示す。破壊はＰリッチ層上部で起こっている。また、図９に、はんだボールプル試験後の純Ｎｉめっきの断面のＳＩＭ像の模式図を示す。破壊は（Ｃｕ，Ｎｉ）₆Ｓｎ₅金属間化合物層で起こっている。次に、はんだボールプル試験結果のばらつきについて説明する。Ｎｉ−Ｐめっきの場合、これらの脆いＰリッチ層が容易に破壊し、Ｐ含有率が高いほどプル強度が低下する。また、プル強度の測定値のばらつきはこれらのＰリッチ層、Ｐリッチ層と（Ｃｕ，Ｎｉ）₆Ｓｎ₅金属間化合物層との境界層などの脆い層が存在し、これらの層の厚さが不均一であったり、不連続であることから破壊の起点が定まらず、測定値のばらつきを示すＣＶ値が高くなったといえる。Ｐリッチ層が存在しない純Ｎｉめっきでは、均一な厚さの金属間化合物層が形成されることから、破壊は常時この層内で起こり、測定値のばらつきを示すＣＶ値が１０％と低くなり、安定した接合信頼性が得られるといえる。このように、Ｐを含有しない純Ｎｉめっき膜はＮｉ−Ｐめっき膜と比較して、はんだ濡れ性およびはんだ接合性に優れ、プリント配線板の銅回路部、電子部品の接合部等の銅系部材上への信頼性の高い表面処理（無電解めっき）方法といえる。

本発明に係る無電解めっき方法は、プリント配線板の銅回路部、電子部品の接合部等の銅系部材上に、はんだ付け性に優れた無電解めっきを施すことが可能であり、はんだ接合性、はんだ濡れ性に優れたプリント配線板の製造方法などの用途として有用である。

本発明の実施の形態におけるはんだボールプル試験を行う状態を示すプリント配線板の断面図（ａ）〜（ｃ）本発明の実施の形態におけるはんだボールプル試験の様子を示す模式図（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態におけるはんだ濡れ広がり試験の様子を示す模式図本発明の実施の形態におけるＮｉめっき膜のはんだ濡れ広がり量の特性を示す図本発明の実施の形態におけるＮｉ−１２Ｐめっきとはんだボール接合後の断面のＳＩＭ像を示す図本発明の実施の形態におけるＮｉめっきとはんだボール接合後の断面のＳＩＭ像を示す図本発明の実施の形態におけるＮｉめっき膜のはんだプル強度の特性を示す図本発明の実施の形態におけるはんだボールプル試験後のＮｉ−１２Ｐめっきの断面のＳＩＭ像を示す図本発明の実施の形態におけるはんだボールプル試験後のＮｉめっきの断面のＳＩＭ像を示す図

符号の説明

１Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだボール
２無電解Ｎｉめっき
３Ｃｕ電極
３ａはんだ濡れ広がり量
４フォトソルダーレジスト
５ガラスエポキシ樹脂基材
６プローブ
７（Ｃｕ，Ｎｉ）₆Ｓｎ₅金属間化合物層
８Ｐ−リッチ層
９Ｎｉ−１２Ｐめっき層
１０純Ｎｉめっき層

Claims

プリント配線板上に電子部品をはんだ接合するために、前記プリント配線板の銅回路部や前記電子部品の接合部の銅系部材上に、無電解Ｎｉめっき膜を形成する無電解めっき方法において、前記銅系部材上に無電解Ｎｉめっき膜として純Ｎｉめっき層を形成することを特徴とする無電解めっき方法。
プリント配線板上に電子部品を接合するはんだは、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの鉛フリーはんだであることを特徴とする請求項１に記載の無電解めっき方法。
無電解Ｎｉめっき膜を形成後、所望膜厚のＡｕめっきを形成することを特徴とする請求項１記載の無電解めっき方法。