JP2009149958A - パターンめっき及びパターンめっきの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板又はウエハー上に形成されたアルミニウム又は銅からなる導体パターンを被覆するパターンめっきとその形成方法を提供する。
【解決手段】プリント基板又はウエハー１上に形成された銅又はアルミニウムからなる導体パターン３上に形成されたパターンめっき９であって、導体パターン３上に順次形成された無電解ニッケルめっき皮膜５、無電解金-パラジウム合金めっき皮膜７からなるパターンめっき。ニッケルめっき皮膜の膜厚は1〜20μｍ、金-パラジウム合金めっき皮膜の膜厚は0.01μm以上とすることが好ましい。金-パラジウム合金めっきには、可溶性金塩、可溶性パラジウム塩、水溶性アミン塩、カルボン酸塩および還元剤を含有する無電解金-パラジウム合金めっき液を使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板またはウエハーの導体パターン上に形成された、接合強度が高いパターンめっきと、その形成方法に関する。

BGA（ボールグリッドアレイ）、PCB（プリントサーキットボード）等のプリント基板、シリコン、半導体化合物等のウエハー上には、アルミニウムあるいは銅等の導体パターンからなる金属配線パッドが形成されている。導体パターン上には、導体パターンの保護、あるいは電子部品リードとの接合を良好にすること等を目的として、無電解金めっきが施されている。無電解金めっきを施す際には、一般的に以下の処理が行われる。

最初に、亜鉛を用いたジンケート処理またはパラジウムを用いた活性化処理により、導体パターン上へめっきの核付けを行う。次いで、導体パターン上に、無電解ニッケルめっき、置換型無電解金めっきを行う。その後、置換型無電解金めっきにより形成された金皮膜上に、更に自己触媒型無電解金めっきにより、金皮膜が所望の膜厚となるまで金めっきする（特許文献１参照）。

この方法においては、無電解ニッケルめっき/置換型無電解金めっき/自己触媒型無電解金めっきの３つのめっき工程が必要とされる。

上述した方法以外に、導体パターン上へ金めっきを行う方法として、無電解ニッケルめっきを行った後、置換型無電解金めっきを行う前に無電解パラジウムめっきを施す方法も知られている（特許文献２参照）。この方法においては、無電解ニッケルめっき/無電解パラジウムめっき/置換型無電解金めっき/自己触媒型無電解金めっきの４つのめっき工程が必要とされる。
特許第３０３０１１４号公報 （発明が解決しようとする課題） 特許第３３４５５２９号公報 （特許請求の範囲）

上述した従来の無電解ニッケルめっき/置換型無電解金めっき/自己触媒型無電解金めっきでは、置換型無電解金めっき時に無電解ニッケル皮膜が腐蝕を受けて、金皮膜が形成される。そのため、得られる金めっき皮膜は半田強度特性、ワイヤーボンディング特性に劣るものとなる。このようなパターンめっきが形成されたプリント基板やウエハーは、信頼性が低いという問題がある。無電解ニッケルめっき/無電解パラジウムめっき/置換型無電解金めっき/自己触媒型無電解金めっきでは、工程数が多くなるためにめっき管理が複雑になり、生産性が低下する。そのため、工程の簡略化が求められている。また、無電解パラジウムめっき皮膜上に置換型無電解金めっき皮膜が厚くつけられないため、自己触媒型無電解金めっきが進行しない、金皮膜との密着性が乏しいなどの問題がある。

本発明の目的は、プリント基板又はウエハー上に形成されたアルミニウム、銅からなる導体パターンを被覆するパターンめっきであって、導体パターンとの密着性に優れ、高い接合強度を有するパターンめっきと、その形成方法を提供することにある。

本発明者は鋭意検討を行った結果、導体パターン上に、無電解ニッケルめっき皮膜を形成した後、所定のめっき液を用いて無電解金-パラジウム合金めっき皮膜することにより、接合強度が高く、工程が簡略化されたパターンめっきが形成できることを見出し、本発明を完成するに到った。

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〕 プリント基板又はウエハー上に形成された銅又はアルミニウムからなる導体パターン上に形成されたパターンめっきであって、導体パターン上に順次形成された無電解ニッケルめっき皮膜、無電解金-パラジウム合金めっき皮膜からなるパターンめっき。

〔２〕 無電解金-パラジウム合金めっき皮膜の膜厚が0.01μm以上である〔１〕に記載のパターンめっき。

〔３〕 プリント基板又はウエハー上に形成された銅又はアルミニウムからなる導体パターン上に形成されたパターンめっきであって、導体パターン上に順次形成された無電解ニッケルめっき皮膜、無電解金-パラジウム合金めっき皮膜、無電解金めっき皮膜からなるパターンめっき。

〔４〕 無電解金-パラジウム合金めっき皮膜の膜厚が0.01μm以上、無電解金めっき皮膜の厚さが0.1μm以上である〔３〕に記載のパターンめっき。

〔５〕 可溶性金塩、可溶性パラジウム塩、水溶性アミン塩、カルボン酸塩および還元剤を含有する無電解金-パラジウム合金めっき液。

〔６〕 プリント基板又はウエハー上に形成された銅又はアルミニウムからなる導体パターン上に、無電解ニッケルめっきを行った後、〔５〕に記載の無電解金-パラジウム合金めっき液を用いて無電解金-パラジウム合金めっきを行う〔１〕に記載のパターンめっきの形成方法。

〔７〕 プリント基板又はウエハー上に形成された銅又はアルミニウムからなる導体パターン上に、無電解ニッケルめっきを行った後、〔５〕に記載の無電解金-パラジウム合金めっき液を用いて無電解金-パラジウム合金めっきを行い、次いで無電解金めっきを行う〔３〕に記載のパターンめっきの形成方法。

本発明においては、プリント基板又はウエハーの導体パターン上に、無電解ニッケルめっき皮膜と、無電解金-パラジウム合金めっき皮膜とを形成する。これらのめっき皮膜からなるパターンめっきは、高い半田ボールシェア強度を有している。金-パラジウム合金めっき皮膜上には、任意により金めっき皮膜を形成することが可能である。

本発明によれば、導体パターン上に、無電解ニッケルめっき皮膜/無電解金-パラジウム合金めっき皮膜、又は無電解ニッケルめっき皮膜/無電解金-パラジウム合金めっき皮膜/無電解金めっき皮膜からなるパターンめっきを、簡単な工程により製造することができる。

図１は、本発明のパターンめっきの一例を示す概略断面図である。

図１中、１はプリント基板又はウエハーである。プリント基板又はウエハー１上には、銅又はアルミニウムからなる導体パターン３が形成されている。導体パターン３上には、無電解ニッケルめっき皮膜５と、無電解金-パラジウム合金めっき皮膜７とからなるパターンめっき９が形成されている。導体パターン３の表面をパターンめっき９で被覆することにより、プリント基板又はウエハー１の配線１１は化学的に安定になり、酸化等から保護される。配線１１には、バンプ、電極、端子等が含まれる。

本発明のパターンめっき９は、無電解ニッケルめっき皮膜５と、これを被覆する無電解金-パラジウム合金めっき皮膜７とから形成される。置換型金めっきのように、置換反応でニッケル皮膜を溶解させながら金を析出させるのではなく、金とパラジウムを還元反応により析出させるため、無電解ニッケル皮膜５のめっき時の腐蝕が抑制される。

無電解ニッケルめっき皮膜５の膜厚は1〜20μｍとすることが好ましく、3〜10μｍとすることがより好ましい。膜厚が1μｍ未満であると、配線１１の接合強度が悪くなりやすく、20μｍを超えると、析出する皮膜の形状が歪になり配線間に架橋が生じやすい。

無電解金-パラジウム合金めっき皮膜７の厚さは0.01μｍ以上とすることが好ましく、0.01〜0.2μｍとすることがより好ましく、0.01〜0.1μｍとすることが更に好ましい。金-パラジウム合金めき皮膜の膜厚が0.01μｍ未満であると、接合強度が悪くなる。また、後述する無電解金めっき皮膜を形成する場合には、金めっき皮膜との密着性が悪くなる。0.2μmを超えると、析出する皮膜の形状が歪になりやすい。

図２は、本発明のパターンめっきの他の例を示す概略断面図である。図１と同一部分には同じ符号を付してその説明を省略する。

図２に示すパターンめっき９は、導体パターン３の上面上に順次形成される無電解ニッケルめっき皮膜５と、無電解金-パラジウム合金めっき皮膜７と、無電解金めっき皮膜１３とからなる。

無電解金めっき皮膜の形成は本発明においては任意であるのでその膜厚も特に制限されるものではないが、2.0μm以下とすることが好ましく、0.1-2.0μmとすることがより好ましい。2.0μｍを超えると、析出皮膜形状が歪になりやすい。

本発明のパターンめっきを導体パターン上へ形成する方法は以下のとおりである。まず、レジストを用いて形成したプリント基板又はウエハーの導体パターンに、亜鉛を用いたジンケート処理、又はパラジウムを用いた活性化処理を行う。

亜鉛を用いたジンケート処理は、硝酸亜鉛を硝酸溶液に溶解させた処理液を使用できる。

パラジウムを用いた活性化処理は、塩化パラジウムを塩酸に溶解させた処理液を使用できる。

次いで、これらの処理が行われた導体パターンに、無電解ニッケル皮膜を形成する。

無電解ニッケルめっき液としては、次亜リン酸ナトリウム若しくは亜リン酸ナトリウムを還元剤として使用するニッケル-りん合金めっき液、又は水素化ホウ素ナトリウム若しくはジメチルアミンボランを還元剤として使用するニッケル-ホウ素合金めっき液を使用する。これらの無電解ニッケルめっき液自体は公知である。本発明においては、ニッケル皮膜を安定して、高速でめっきするためにニッケル-りん合金無電解ニッケルめっき液を使用することが好ましい。

導体パターン上に無電解ニッケルめっき皮膜を形成した後、ニッケル皮膜上に無電解金−パラジウムめっき皮膜を形成する。

無電解金-パラジウムめっき液には、金源として可溶性金塩、パラジウム源として可溶性パラジウム塩、水溶性アミン塩、カルボン酸塩および還元剤を含有するめっき液を使用する。

無電解金-パラジウムめっき液に添加する金源としては、シアン化金カリウム、亜硫酸金ナトリウム、亜硫酸金カリウム、亜硫酸金アンモニウム等の可溶性金塩を用いることができる。これらのうち、シアン化金カリウム、亜硫酸金ナトリウムが好ましい。無電解金-パラジウムめっき液の金濃度は0.5-5g/Lとするが、好ましくは1-2g/Lである。金濃度が0.5g/L未満であるとめっき反応が進行せず、5g/L以上であると得られるめっき皮膜特性に問題はないが、製造コストが高くなるため経済的ではない。

本発明の無電解金-パラジウムめっき液は、パラジウム源として、シアン化パラジウム、塩化パラジウム、硝酸パラジウム、硫酸パラジウムおよびジクロロアンミンパラジウム、エチレンジアミンパラジウム、テトラアンミンパラジウム等のパラジムアンミン錯体等の可溶性パラジウム塩を用いることができる。これらのうち、シアン化パラジウム、エチレンジアミンパラジウムを用いることが好ましい。

無電解金-パラジウムめっき液のパラジウム濃度は0.5-5g/Lとするが、好ましくは1-2g/Lである。パラジウム濃度が0.5g/L未満であると、めっき反応が進行せず、5g/L以上であると特性に変化はないが経済的ではない。

無電解金-パラジウムめっき液の金濃度とパラジウム濃度の比率は、質量比で１：１〜１：０．２とする。パラジウム濃度が金濃度に対して前記範囲より大きいと、金の析出が抑制されて金ストライクめっき効果が少なくなり、引き続き自己触媒型無電解金めっき皮膜を形成する場合には金めっき皮膜との密着性が低下し、接合強度が悪くなる。また、パラジウム濃度が金濃度に対して前記範囲より小さいと、パラジウムの析出が抑制されるため、下地ニッケル皮膜を腐蝕し接合強度が悪くなる。金濃度とパラジウム濃度の比率は、１：０．９〜１：０．４とすることが好ましい。

本発明の無電解金-パラジウムめっき液に配合する水溶性アミン塩としては、例えばエチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸等を挙げることができる。カルボン酸塩としては、イニノ二酢酸、ニトリロ三酢酸、クエン酸、シュウ酸等を挙げることができる。水溶性アミン塩およびカルボン酸塩の濃度は、各々5-50g/Lとすることが好ましく、10-40g/Lとすることがより好ましい。水溶性アミン塩およびカルボン酸塩の濃度が5g/L未満であると、めっき液の安定性が悪くなり、液の分解が生じ、50g/Lを超えると添加量に見合った効果が得られないので経済的ではない。

無電解金-パラジウムめっき液に添加する還元剤としては、次亜リン酸ナトリウム、ヒドラジン、ヒドロキノン、アスコルビン酸、チオ尿度、ギ酸等を挙げることができる。これらのうち、ヒドロキノン、ギ酸を使用することが好ましい。還元剤の濃度としては、1-30g/Lが好ましく、2-20g/Lがより好ましい。還元剤の濃度が1g/L未満であると還元反応が弱いためにめっきが進行しにくくなり、30g/Lを超えるとめっき液の安定性が悪くなって液の分解が生じ易くなる。

無電解金-パラジウムめっき液は、pHを4-10とすることが好ましい。pHが4未満あるいは10より大きいと、めっき液の安定性が悪くなり、液の分解が生じ易くなる。

無電解金-パラジウム合金めっき液のめっき温度は、50-90℃とすることが好ましい。めっき温度が50℃未満であるとめっき反応が進行しにくくなり、90℃より大きいとめっき液の安定性が悪くなり、液の分解が生じ易くなる。

無電解金-パラジウム合金めっき皮膜７上に無電解金めっき皮膜１３を形成する場合、無電解金-パラジウム合金めっきを行った後、自己触媒型無電解金めっき液により金めっきを行う。

自己触媒型無電解金めっきに使用するめっき液の組成は、還元剤の作用により金-パラジウム合金めっき皮膜表面に金を析出させるものであればよく、特に限定されるものではない。

実施例 1
BGAプリント基板上に形成された銅端子に銅エッチング、パラジウム活性処理を行った後、表１に記載のめっきを順に行った。

実施例 2
無電解ニッケル-りん合金めっきの膜厚を8μm、無電解金-パラジウム合金めっきの膜厚を0.05μmとした以外は、実施例1と同様にめっきを行った。

実施例 3
無電解金-パラジウムめっきの膜厚を0.2μmとした以外は、実施例1と同様にめっきを行った。

実施例 4
自己触媒型無電解金めっきを行わなかった以外は、実施例1と同様にめっきを行った。

比較例 1
BGAプリント基板上に形成された銅端子に銅エッチング、パラジウム活性処理した後、表２に記載のめっきを順に行った。

比較例2
無電解パラジウムめっきを行わなかった以外は、比較例1と同様にしてめっきした。

なお、上述した実施例、比較例においてめっきに使用しためっき液の組成は、以下のとおりである。

１）無電解ニッケル-りん合金めっき（エヌ・イー ケムキャット（株）製、商品名：Super NIC 100）
組成： 硫酸ニッケル ２０ｇ/Ｌ
次亜リン酸ナトリウム ２５ｇ/Ｌ
クエン酸 ５ｇ/Ｌ

２）無電解金-パラジウムめっき
組成： 塩化パラジウム（パラジウム濃度として） １ｇ/Ｌ
亜硫酸金錯体（金濃度として） ２ｇ/Ｌ
エチレンジアミン １０ｇ/Ｌ
クエン酸 ２０ｇ/Ｌ
ギ酸 ７ｇ/Ｌ
ｐＨ ６．２

３）自己触媒型無電解金めっき（エヌ・イー ケムキャット（株）製、商品名：SuperMex♯850）
組成： 亜硫酸金塩 （金濃度として） 4ｇ/Ｌ
亜硫酸塩 20ｇ/Ｌ
エチレンジアミン 10ｇ/Ｌ
イニノ二酢酸 50ｇ/Ｌ
ヒドラジン 15ｇ/Ｌ

４）無電解パラジウムめっき(エヌ・イー ケムキャット（株）製、商品名：Pallamex)
組成： 塩化パラジウム（パラジウム濃度として） 2ｇ/Ｌ
トリエタノールアミン 12ｇ/Ｌ
シュウ酸 30ｇ/Ｌ

５）置換型無電解金めっき(エヌ・イー ケムキャット（株）製、商品名：SuperMex♯230)
組成： 亜硫酸金錯体（金濃度として） 2ｇ/Ｌ
亜硫酸塩 20ｇ/Ｌ
エチレンジアミン 4ｇ/Ｌ
イニノ二酢酸 15ｇ/Ｌ

〔半田ボールシェア強度の測定〕
実施例1〜4と比較例1,2で得られた銅端子上のめっき皮膜の接合強度試験を行った。めっき皮膜を170℃で5時間熱処理した後、めっき皮膜に半田ボールを接合した。アークテック社製 ＭＫ−３０を用いてシェア強度（半田ボールシェア強度）を10点測定した。結果を表３に示す。

実施例1-4のめっき皮膜は、めっきプロセスが簡略化できたにもかかわらず、比較例1と同等の特性を示した。また、実施例1-4の皮膜は、比較例2と比べて、著しく接合強度(半田ボールシェア強度)が大きかった。

本発明のパターンめっきの一例を示す概略断面図である。 本発明のパターンめっきの他の例を示す概略断面図である。

符号の説明

１ プリント基板又はウエハー
３ 導体パターン
５ 無電解ニッケルめっき皮膜
７ 無電解金-パラジウム合金めっき皮膜
９ パターンめっき
１１ 配線
１３ 無電解金めっき皮膜

Claims (7)

1. プリント基板又はウエハー上に形成された銅又はアルミニウムからなる導体パターン上に形成されたパターンめっきであって、導体パターン上に順次形成された無電解ニッケルめっき皮膜、無電解金-パラジウム合金めっき皮膜からなるパターンめっき。
2. 無電解金-パラジウム合金めっき皮膜の膜厚が0.01μm以上である請求項１に記載のパターンめっき。
3. プリント基板又はウエハー上に形成された銅又はアルミニウムからなる導体パターン上に形成されたパターンめっきであって、導体パターン上に順次形成された無電解ニッケルめっき皮膜、無電解金-パラジウム合金めっき皮膜、無電解金めっき皮膜からなるパターンめっき。
4. 無電解金-パラジウム合金めっき皮膜の膜厚が0.01μm以上、無電解金めっき皮膜の厚さが0.1μm以上である請求項３に記載のパターンめっき。
5. 可溶性金塩、可溶性パラジウム塩、水溶性アミン塩、カルボン酸塩および還元剤を含有する無電解金-パラジウム合金めっき液。
6. プリント基板又はウエハー上に形成された銅又はアルミニウムからなる導体パターン上に、無電解ニッケルめっきを行った後、請求項５に記載の無電解金-パラジウム合金めっき液を用いて無電解金-パラジウム合金めっきを行う請求項１に記載のパターンめっきの形成方法。
7. プリント基板又はウエハー上に形成された銅又はアルミニウムからなる導体パターン上に、無電解ニッケルめっきを行った後、請求項５に記載の無電解金-パラジウム合金めっき液を用いて無電解金-パラジウム合金めっきを行い、次いで無電解金めっきを行う請求項３に記載のパターンめっきの形成方法。

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