JP2011117068A - 置換型無電解金めっき液、及びこれを用いた金めっき層の形成方法 - Google Patents

置換型無電解金めっき液、及びこれを用いた金めっき層の形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、置換型無電解金めっき液、及びこれを用いた金めっき層の形成方法に関する。
【解決手段】本発明は、置換型無電解金めっき液、及びこれを用いた金めっき層の形成方法に関し、本発明による置換型無電解金めっき液は、有機溶剤と、前記有機溶剤中で解離して金イオンを生成する金塩と、を含む。本発明による置換型無電解金めっき液は均一な厚さの金めっき層を形成し、下地金属との結合力を高めることができる。また、多様な印刷法を通じて金めっき層を形成することもできる。
【選択図】図２

Description

本発明は、置換型無電解金めっき液、及びこれを用いた金めっき層の形成方法に関し、より詳しくは、均一な厚さの金めっき層を形成することができる置換型無電解金めっき液、及びこれを用いた金めっき層の形成方法に関する。
一般的に、置換型金めっき液は電子部品に薄膜を形成させるために利用されている。置換めっきが行われた電子部品のめっき被覆部は実装工程において半田等により他の電子部品と接合され、最終的にはパーソナルコンピュータ、携帯電話等の電子装置として組合されて使われている。
最近、電子装置の小型化と軽量化により、置換型金めっきの半田接合特性が問題となる場合が増えた。これは、電子装置の小型化と軽量化の要求に応じるために半田接合部の面積が狭くなり、電子装置の移動機会が増えることによって、機械的衝撃、圧迫や変形圧力に露出する機会が増えつつある。このため、電子回路の断線を防止するために、さらに高い半田接合強度が必要とされている。
置換型金めっきは、主に下地金属（例えば、銅、ニッケル、コバルト、パラジウム等）の腐食を防止し、半田溶融時の濡れ性を確保するために利用されているが、この置換型金めっきが確実に行われないと、半田の接合強度が低下する。即ち、このような場合、下地金属の酸化が発生するようになり、このような金めっき表面を半田接合すると、下地金属と半田の間に形成される接着層に十分な強度を付与できないことがある。
下地金属上に形成された金薄膜は、半田溶融時に半田の内部に拡散していき、界面合金層が被めっき金属と半田により形成される。
置換型金めっきとは、めっき液中の金と下地金属のイオン化傾向の差を用いた金めっき法であって、最もイオン化し難い金属である金をイオンにしてめっき液に溶解させる。めっき液に被めっき基板として下地金属を設けた基板を浸漬すると、イオン化傾向が大きい下地金属がイオンになってめっき液に溶解され、めっき液中の金イオンが金属として下地金属上に析出されて金被膜を形成する。このような置換金めっき法は還元剤を必要としない。
一方、還元剤を必要とする無電解めっきは還元型めっきともいい、置換型金めっきより厚い膜厚が必要な場合に利用されている。
特許文献１は、めっき液中に下地金属を溶解しない錯化剤及び下地金属の過剰エッチングを抑制する金析出防止剤を必須成分とする無電解めっき液が開示されている。
しかし、これは、下地金属の過度なエッチングを抑制することを目的としているが、下地金属の酸化防止に対しては考慮していない。また、下地金属を溶解しない錯化剤を利用すると、置換反応によって溶出する下地金属を安定して溶解させることができず、下地金属も金と共に再析出され易いため、得られた金めっきは褐色を帯びるようになり、金本来の色調が出なくなる。
日本特開第２００１−１４４４４１号公報
上記のような問題点を解決するために、本発明の目的は、置換反応速度及び下地金属の侵食速度の制御が可能で、金めっき層の均一な厚さ及び優れた結合力を提供する置換型無電解金めっき液、及びこれを用いた金めっき層の形成方法を提供することにある。
上記した課題を解決するための手段として、本発明の一実施形態は、有機溶剤と、上記有機溶剤中で解離して金イオンを生成する金塩と、を含む置換型無電解金めっき液を提供する。前記金塩としては、有機酸金塩又はハロゲン化金塩を用いることができる。
上記有機酸金塩は、アセチルアセトネート金塩及び酢酸金塩からなる群から選択される１つ以上であることができる。
上記有機溶剤は、アルコール、グリコール及びエーテルからなる群から選択される１つ以上であることができる。
上記有機溶剤は、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリ（プロフィリングリコール）、ジエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールジアセテート及びジエチレングリコールメチルエーテルからなる群から選択される１つ以上であることができる。
本発明の他の実施形態は、金属パッドが形成された基板を設けるステップと、上記金属パッド上に、有機溶剤及び上記有機溶剤中で解離して金イオンを生成する金塩を含む置換型無電解金めっき液を塗布するステップと、上記金属及び金イオンの置換によって金めっき層を形成するステップと、を含む金めっき層の形成方法を提供する。前記金塩としては、有機酸金塩又はハロゲン化金塩を用いることができる。
上記置換型無電解金めっき液の塗布は、印刷法によって行われることができる。
上記金属パッドは銅、ニッケル、コバルトまたはパラジウムからなることができる。
上記有機酸金塩は、アセチルアセトネート金塩及び酢酸金塩からなる群から選択される１つ以上であることができる。
上記有機溶剤は、アルコール、グリコール及びエーテルからなる群から選択される１つ以上であることができる。
上記有機溶剤は、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリ（プロフィリングリコール）、ジエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールジアセテート及びジエチレングリコールメチルエーテルからなる群から選択される１つ以上であることができる。
本発明による置換型無電解金めっき液は、有機溶剤を使用して金と下地金属の置換反応速度を制御し、下地金属の侵食を防止する。これによって、均一な厚さの金めっき層を形成し、下地金属との結合力を高めることができる。また、水を含まないため、多様な印刷法を通じて金めっき層を形成することができるという長所を有する。
また、印刷法を利用して金めっき層を形成する場合、所望する領域にのみ金めっき液を塗布することができ、金めっき液の損失を減らすことができる。
本発明の一実施形態によって金めっき層が形成される基板の一部を示す概略的な平面図である。 図１のＩ−Ｉ’に沿って切取った基板を示す概略的な断面図である。
本発明は、置換型無電解金めっき液に関するもので、本発明による置換型無電解金めっき液は、有機溶剤と、上記有機溶剤中で解離して金イオンを生成する有機酸金塩又はハロゲン化金塩と、を含む。
本発明による置換型無電解金めっき液は、従来の無電解金めっき液とは違って、水系でない有機溶剤を使用することを特徴とする。
一般的に、金塩を水に溶かして銅、ニッケル、コバルト、パラジウム等の下地金属と反応させる場合は、金と下地金属の置換反応が激しく発生し、短時間に金めっき層を形成するようになる。しかし、短時間に形成された金めっき層は厚さが均一でなく、下地金属との接着力が弱化する。
本発明による置換型無電解金めっき液は、有機溶剤を使用して金と下地金属の置換反応速度を制御し、下地金属の侵食を防止する。これによって均一な厚さの金めっき層を形成し、下地金属との結合力を高めることができる。また、水を含まないため、多様な印刷法を通じて金めっき層を形成することができるという長所を有する。
以下、本発明の置換型無電解金めっき液の各成分についてより具体的に説明する。
本発明の置換型無電解金めっき液は、有機酸金塩又はハロゲン化金塩（ハロゲン系金塩）を含む。有機酸金塩とは、有機酸の塩を含む金塩を意味し、これに制限されるものではないが、例えば、アセチルアセトネート金塩または酢酸金塩を使用してもよく、これらのうち１種以上を混合して使用してもよい。
上記有機酸金塩等の濃度はこれに制限されるものではないが、例えば、０．００１〜１．０Ｍであることができる。
上記濃度が０．００１Ｍ未満であると、形成された金めっき膜の厚さが非常に薄いため金属の酸化を防止することができず、０．１Ｍを超過すると、均一な金めっき膜を形成し難いだけでなく、めっき膜と下地金属層との接着力が低くなる。
従来は水系溶剤を使用することで、水溶性金塩であるシアン化金塩または硫酸金塩（ｓｕｌｆａｔｅ）を使用したが、本実施形態では有機溶剤を使用することで、多様な種類の有機酸金塩を使用することができる。
本発明の置換型無電解金めっき液は、上記有機酸金塩等を解離させる溶剤として、有機溶剤を使う。水が自然に追加されることもあるが、主な溶剤は有機溶剤であることを特徴とする。
有機溶剤を使用することで、金イオンと下地金属の置換反応速度、下地金属の侵食速度を制御することができる。また、置換型無電解金めっき液の粘度及び表面張力の制御が容易になる。
本発明において使用可能な有機溶剤はこれに制限されるものではないが、例えば、アルコール（ａｌｃｏｈｏｌ）、グリコール（ｇｌｙｃｏｌ）、またはエーテル（ｅｔｈｅｒ）等があり、これらのうち１種以上を混合して使用することができる。
上記アルコールの具体的な例としては、メタノール（ｍｅｔｈａｎｏｌ）、エタノール（ｅｔｈａｎｏｌ）、プロパノール（ｐｒｏｐａｎｏｌ）、イソプロパノール（ｉｓｏ−ｐｒｏｐａｎｏｌ）、ブタノール（ｂｕｔａｎｏｌ）、ペンタノール（ｐｅｎｔａｎｏｌ）、ヘキサノール（ｈｅｘａｎｏｌ）等を挙げることができる。
上記グリコールの具体的な例としては、エチレングリコール（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）、プロピレングリコール（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）、ジエチレングリコール（ｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）、トリエチレングリコール（ｔｒｉｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）、または、ポリ（プロフィリングリコール）（ｐｏｌｙ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ））等を挙げることができる。
上記エーテルの具体的な例としては、ジエチルエーテル（ｄｉｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジプロピレングリコールメチルエーテル（ｄｉｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｍｅｔｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジプロピレングリコールジアセテート（ｄｉｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｄｉａｃｅｔａｔｅ）、または、ジエチレングリコールメチルエーテル（ｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｃｙｏｌ ｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）等を挙げることができる。
置換型無電解金めっきは、めっき液中の金と下地金属のイオン化傾向の差を利用した金めっき法により最もイオン化し難い金属である金をイオンにしてめっき液に溶解させる。めっき液に下地金属が形成された基板を浸漬すると、イオン化傾向が大きい下地金属がイオンになってめっき液に溶解され、めっき液中の金イオンが金属として下地金属上に析出されて金被膜を形成するようになる。
この時、一般的に金と下地金属の置換反応は水中において激しく進行する。これによって、短時間内に金めっき層が形成され、このような金めっき層は厚さが不均一で、下地金属との接着力が低いという問題がある。
従来は、置換反応速度を制御するために金イオンを安定化し、且つ下地金属を溶解させない錯化剤等を含んで置換反応の速度を調節した。
これに対し、本発明による置換型無電解金めっき液は有機溶剤を含むことで金と下地金属の置換反応速度を遅らせることができる。本発明による置換型無電解金めっき液は別途の添加剤なしに有機溶剤のみで反応性を制御することができる。
これによって均一な厚さの金めっき層を形成することができ、下地金属との接着力が向上した金めっき層を形成することができる。
本発明による置換型無電解金めっき液は、上記成分のほか、必要に応じてｐＨまたは粘度等を調節するための添加剤を含むことができる。上記添加剤の例としては、脂肪族アミン（ｆａｔｔｙ ａｍｉｎｅ）、アンモニウム塩、または、アセチルアセトネート（ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ）等を挙げることができる。
本発明の他の実施形態は、上述した置換型無電解金めっき液を利用した金めっき層の形成方法を提供する。
本発明による置換型無電解金めっき液は、金塩及び有機溶剤を含むもので、水を実質的に含まないことを特徴とする。これによって、印刷法を用いて金めっき層を形成することができる。
以下、添付された図面を参照し、本発明による金めっき層の形成方法について説明する。但し、本発明の実施形態は、様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下で説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。従って、図面における構成要素の形状及びサイズなどは、より明確な説明のために誇張することもあり、図面上において同一の符号で示される構成要素は同一の構成要素である。
図１は、本発明の一実施形態によって金めっき層が形成される基板の一部を示す概略的な平面図であり、図２は、図１のＩ−Ｉ’に沿って切取った基板を示す概略的な断面図である。
図１及び図２を参照すると、めっきされる基板１０には金属パッド２０が配列されており、上記金属パッド２０が露出するように開口部が形成された保護層１１が基板上に形成されている。
金属パッド２０を形成する金属は、金よりイオン化傾向が大きい金属であれば特に制限されず、例えば、銅、ニッケル、コバルト、または、パラジウムであってもよい。
金属パッド２０の種類によって金イオンとの置換が容易なニッケル被膜２１が形成されてもよい。
開口部を介して露出した金属パッド２０またはニッケル被膜２１上に本発明による置換型無電解金めっき液３０を塗布する。上記めっき液の塗布は、印刷法によって行うことができ、これらに制限されるものではないが、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法等を使うことができる。
上述したように、本発明による置換型無電解金めっき液は有機溶剤及び上記有機溶剤中で解離して金イオンを生成する金塩を含む。
上記置換型無電解金めっき液は有機溶剤を含み、粘度及び表面張力の制御が容易である。
上記置換型無電解金めっき液は、適用される印刷法によって粘度を調節して使われることができる。
上記金属パッド２０またはニッケル被膜２１に置換型無電解金めっき液が塗布されると、金属またはニッケルと金イオン間の置換反応が進行する。
金よりイオン化傾向が大きい金属またはニッケルはイオンになってめっき液に溶解され、めっき液中の金イオンは金属パッド上に析出されて金めっき層を形成するようになる。
一般的に、無電解めっきは水溶性金塩を含んだめっき液をめっき槽に満たし、めっき液に被めっき基板を浸漬して行われる。このような方式は、めっき槽が汚染されている場合に金めっき層の不良率が高くなるため、めっき槽の管理が必要となる。
また、所望しない領域に金めっき層が形成されることがあり、めっき液の損失率が高いという短所がある。
また、金属薄膜を形成するために金属ナノ粒子または有機金属錯体を含むインクを用いた方法が利用されている。所望する領域に金属インクを塗布した後、焼結して金属薄膜を形成する。
しかし、このような方法は、焼結温度が基板の分解温度より一般的に高く、焼結過程で基板の損傷が発生する虞がある。また、焼結過程でインクの体積が減少するようになり、これによって金属薄膜に厚さの差が発生するようになる。また、所望しない領域にインクが塗布される虞があるという問題もある。
これに対し、本実施形態によると、有機溶剤と金塩とを含む置換型無電解めっき液を用いることにより、金と金属パッドを成す金属の置換反応速度を遅らせることができる。これによって均一な厚さの金めっき層の形成が可能で、金属パッドとの接着力に優れた金めっき層を形成することができる。
また、印刷法を利用して所望する領域にのみ金めっき液を塗布することができ、金めっき液の損失を減らすことができる。
また、本実施形態によると、金属パッドでない基板上に置換型無電解めっき液が印刷されても金イオンとの置換反応が行われないため、金めっき層が形成されない。即ち、目標としない領域に金めっき液が塗布されても、水や溶剤を利用した洗浄により簡単に除去することができる。
また、本実施形態によると、金めっき層の形成に高温の熱処理を必要としないため、基板が損傷される問題が発生しない。
本発明は、上述した実施形態及び添付された図面によって限定されるものではなく、添付された請求範囲によって限定される。従って、請求範囲に記載の本発明の技術的思想を外れない範囲内において様々な形態の置換、変形及び変更が可能であることは当技術分野において通常の知識を有する者には自明であり、これも添付された請求範囲に記載された技術的思想に属する。
１０ 基板
１１ 保護層
２０ 金属パッド
２１ ニッケル被膜
３０ 置換型無電解金めっき液

Claims (10)

  1. 有機溶剤と、
    前記有機溶剤中で解離して金イオンを生成する有機酸金塩又はハロゲン化金塩
    とを含む、置換型無電解金めっき液。
  2. 前記有機酸金塩は、アセチルアセトネート金塩及び酢酸金塩からなる群から選択される１つ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の置換型無電解金めっき液。
  3. 前記有機溶剤は、アルコール、グリコール及びエーテルからなる群から選択される１つ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の置換型無電解金めっき液。
  4. 前記有機溶剤は、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリ（プロフィリングリコール）、ジエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールジアセテート及びジエチレングリコールメチルエーテルからなる群から選択される１つ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の置換型無電解金めっき液。
  5. 金属パッドが形成された基板を設けるステップと、
    前記金属パッド上に、有機溶剤及び前記有機溶剤中で解離して金イオンを生成する有機酸金塩又はハロゲン化金塩を含む置換型無電解金めっき液を塗布するステップと、
    前記金属パット上に、無電解金めっきにより金めっき層を形成するステップと、
    を含む、金めっき層の形成方法。
  6. 前記置換型無電解金めっき液の塗布は、印刷法によって行われることを特徴とする、請求項５に記載の金めっき層の形成方法。
  7. 前記金属パッドは、銅、ニッケル、コバルトまたはパラジウムからなることを特徴とする、請求項５に記載の金めっき層の形成方法。
  8. 前記有機酸金塩は、アセチルアセトネート金塩及び酢酸金塩からなる群から選択される１つ以上であることを特徴とする、請求項５に記載の金めっき層の形成方法。
  9. 前記有機溶剤は、アルコール、グリコール及びエーテルからなる群から選択される１つ以上であることを特徴とする、請求項５に記載の金めっき層の形成方法。
  10. 前記有機溶剤は、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリ（プロフィリングリコール）、ジエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールジアセテート及びジエチレングリコールメチルエーテルからなる群から選択される１つ以上であることを特徴とする、請求項５に記載の金めっき層の形成方法。
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