JP2013253282A - Electroless plating bath and electroless plated film - Google Patents
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本発明は、銅イオンとニッケルイオンとを含む、次亜リン酸を還元剤とする無電解めっき浴および前記無電解めっき浴により成膜された無電解銅ニッケルめっき膜に関する。 The present invention relates to an electroless plating bath containing hypophosphorous acid containing copper ions and nickel ions, and an electroless copper nickel plating film formed by the electroless plating bath.
無電解めっき法は、金属等の導電物、または、樹脂もしくはセラミック等の電気絶縁物に金属膜を形成する方法として広く普及している。導電体として優れた特性を有する銅膜を無電解めっき法により成膜するには、還元剤としてホルマリン(ホルムアルデヒド)を使用するのが一般的である。しかし、ホルマリンは人体に対して有害であり、規制が検討されている。 The electroless plating method is widely used as a method for forming a metal film on a conductive material such as metal or an electrical insulator such as resin or ceramic. In order to form a copper film having excellent characteristics as a conductor by an electroless plating method, it is common to use formalin (formaldehyde) as a reducing agent. However, formalin is harmful to the human body and regulations are being investigated.
これに対して、次亜リン酸塩を還元剤とする無電解銅めっき浴が検討されている。しかし、次亜リン酸塩により銅イオンを直接還元することは容易ではない。発明者は、特開2000−212762号公報において、次亜リン酸塩を還元剤とする無電解銅めっき浴にニッケルイオンを添加することで連続的な銅ニッケル膜の析出が可能となることを開示している。ニッケルイオン添加浴では、次亜リン酸塩により還元析出した金属ニッケルが触媒となり、銅の析出が進行する。 On the other hand, an electroless copper plating bath using hypophosphite as a reducing agent has been studied. However, it is not easy to reduce copper ions directly with hypophosphite. The inventor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-212762 that a continuous copper-nickel film can be deposited by adding nickel ions to an electroless copper plating bath using hypophosphite as a reducing agent. Disclosure. In the nickel ion addition bath, nickel metal reduced and precipitated by hypophosphite serves as a catalyst, and copper deposition proceeds.
上記無電解銅めっき浴において、ほう酸は、陰極近傍でのpH変動を抑制するpH緩衝剤であり、安定した析出のための重要な成分である。しかし、ほう酸は溶解度が低いために、上記無電解銅めっき浴は濃縮溶液での出荷ができず、輸送等が容易であるとは言えなかった。
また、ほう酸に含まれるほう素は、人の健康に被害を生じるおそれのある物質として排水が規制さている。しかし、排水処理においてほう素濃度の低減は容易ではない。
In the above electroless copper plating bath, boric acid is a pH buffer that suppresses pH fluctuations in the vicinity of the cathode, and is an important component for stable deposition. However, since boric acid has low solubility, the electroless copper plating bath cannot be shipped as a concentrated solution, and cannot be said to be easy to transport.
Boron contained in boric acid is regulated as a substance that may cause damage to human health. However, it is not easy to reduce the boron concentration in wastewater treatment.
このため、濃縮溶液での提供が可能な無電解めっき浴、特に、ほう酸を含まない無電解めっき浴が求められていた。また、めっき膜のニッケル含有率が高くなると抵抗が増加するため、ニッケル含有率の低いめっき膜が求められていた。 For this reason, there has been a demand for an electroless plating bath that can be provided in a concentrated solution, particularly an electroless plating bath that does not contain boric acid. Further, since the resistance increases as the nickel content of the plating film increases, a plating film having a low nickel content has been demanded.
本発明の実施形態は、濃縮溶液での提供が可能な無電解めっき浴および前記無電解めっき浴を用いて製造された低抵抗のめっき膜を提供することを目的とする。 An object of an embodiment of the present invention is to provide an electroless plating bath that can be provided in a concentrated solution and a low-resistance plated film manufactured using the electroless plating bath.
本発明の実施形態の無電解めっき浴は、銅イオンと、ニッケルイオンと、錯化剤イオンと、次亜リン酸イオンと、炭酸イオンと、を含む。 The electroless plating bath according to the embodiment of the present invention includes copper ions, nickel ions, complexing agent ions, hypophosphite ions, and carbonate ions.
また、別の実施形態のめっき膜は、銅イオンと、ニッケルイオンと、錯化剤イオンと、次亜リン酸イオンと、炭酸イオンと、を含む無電解めっき浴を用いて成膜される。 Moreover, the plating film of another embodiment is formed using an electroless plating bath containing copper ions, nickel ions, complexing agent ions, hypophosphite ions, and carbonate ions.
本発明の実施形態によれば、濃縮溶液での提供が可能な無電解めっき浴および前記無電解めっき浴を用いて製造されためっき膜を提供することができる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to provide an electroless plating bath that can be provided in a concentrated solution and a plating film manufactured using the electroless plating bath.
以下、実施形態のめっき浴1について、説明する。
めっき浴1は、以下に示すように、銅イオンと、ニッケルイオンと、錯化剤イオンと、次亜リン酸イオンと、炭酸イオンと、を含む。なお、Mは、モル/リットル(mol/L)を示す。
Hereinafter, the
As shown below, the
<めっき浴1>
硫酸銅5水和物 0.03M
硫酸ニッケル6水和物 0.01M
クエン酸3ナトリウム無水和物 0.06M
炭酸ナトリウム 0.25M
次亜リン酸ナトリウム1水和物 0.18M
界面活性剤 適量
水酸化リチウム 0.1g/リットル
浴温:45℃
pH9.0
<
Copper sulfate pentahydrate 0.03M
Nickel sulfate hexahydrate 0.01M
Trisodium citrate anhydrous 0.06M
Sodium carbonate 0.25M
Sodium hypophosphite monohydrate 0.18M
Surfactant appropriate amount Lithium hydroxide 0.1 g / liter Bath temperature: 45 ° C
pH 9.0
なお、比較のため、以下に示す、ほう酸をpH緩衝剤とする比較例のめっき浴101についてもめっき浴1と同様の成膜を行い、めっき膜103を得た。また、めっき浴1においても炭酸ナトリウムの添加量を増減して、めっき膜を成膜した。更に、炭酸ナトリウムに替えて炭酸カリウムを用いての成膜も行った。
For comparison, a plating film 103 similar to that of the
<めっき浴101>
炭酸ナトリウムに替えてほう酸を、同量の0.25M
それ以外は、めっき浴1と同じ。
<Plating bath 101>
Instead of sodium carbonate boric acid, the same amount of 0.25M
Otherwise, it is the same as plating
銅イオンおよびニッケルイオンの供給源としては、硫酸銅5水和物および硫酸ニッケル6水和物のような、各種の水性塩、例えば、塩化物、硫酸塩、蟻酸塩、酢酸塩、炭酸塩、水酸化物または他の塩等を用いる。 Sources of copper and nickel ions include various aqueous salts such as copper sulfate pentahydrate and nickel sulfate hexahydrate, such as chloride, sulfate, formate, acetate, carbonate, Use hydroxides or other salts.
銅イオンの濃度C(M)は、0.005〜0.3Mが好ましく、前記範囲以上であれば析出反応が安定して進行し、前記範囲以下であれば、硫酸銅等の沈殿が生じることがない。また、ニッケルイオンの濃度N(M)は、C/Nが、1〜10であることが好ましい。前記範囲以上であれば銅の析出反応が連続して進行し、前記範囲以下であれば、めっき膜中のニッケル含有率が低く低抵抗である。 The concentration C (M) of the copper ion is preferably 0.005 to 0.3M. If the concentration is not less than the above range, the precipitation reaction proceeds stably, and if it is not more than the above range, precipitation such as copper sulfate occurs. There is no. Further, the nickel ion concentration N (M) is preferably C / N of 1-10. If it is more than the said range, copper precipitation reaction will advance continuously, and if it is less than the said range, the nickel content rate in a plating film is low and it is low resistance.
錯化剤イオンの供給源としては、クエン酸3ナトリウム無水和物のような各種の水溶性化合物、例えば、ロッシェル塩、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、アスパラギン酸、グルタミン酸、コハク酸、クエン酸、または前記化合物の塩もしくは誘導体等を用いる。錯化剤イオンの濃度は、(C+N)に対して0.5〜4が好ましく、前記範囲以上であれば沈殿が生じることがなく、前記範囲以下であれば、濃縮液の製造が容易である。 Sources of complexing agent ions include various water soluble compounds such as trisodium citrate anhydrate, such as Rochelle salt, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), aspartic acid, glutamic acid, succinic acid, citric acid, or A salt or derivative of the above compound is used. The concentration of the complexing agent ion is preferably 0.5 to 4 with respect to (C + N). If the concentration is higher than the above range, precipitation does not occur. If the concentration is lower than the above range, the concentrate can be easily manufactured. .
次亜リン酸(ホスフィン酸)イオンは、還元剤であり、供給源としては、次亜リン酸ナトリウムまたは次亜リン酸カリウム等を用いる。次亜リン酸イオンの濃度は、(C+N)に対して1〜10が好ましく、前記範囲以上であれば析出反応が安定して進行し、前記範囲以下であれば、めっき浴が自己分解することがない。 Hypophosphorous acid (phosphinic acid) ion is a reducing agent, and sodium hypophosphite or potassium hypophosphite is used as a supply source. The concentration of hypophosphite ion is preferably 1 to 10 with respect to (C + N). If the concentration is higher than the above range, the precipitation reaction proceeds stably. If the concentration is lower than the above range, the plating bath is self-decomposed. There is no.
水酸化リチウムは、pH調整および導電性向上のために添加されているが、必須成分ではなく、水酸化ナトリム等を用いてもよい。なお、めっき浴1は、pH8〜pH11の範囲が好ましく、析出反応が安定して進行し、前記範囲以下であれば、めっき浴が自己分解することがない。
Lithium hydroxide is added to adjust pH and improve conductivity, but is not an essential component, and sodium hydroxide or the like may be used. The
界面活性剤も必須成分ではないが、基材との濡れ性改善等のために添加されていることが好ましい。界面活性剤には従来からめっき浴に添加されているカチオン系、アニオン系、ノニオン系または両性界面活性剤を用いる。 A surfactant is not an essential component, but is preferably added to improve wettability with a substrate. As the surfactant, a cationic, anionic, nonionic or amphoteric surfactant that has been conventionally added to the plating bath is used.
そして、めっき浴1の特徴である炭酸イオンは、図2に示すように、pH8〜pH11の範囲でpH緩衝機能を有する。炭酸イオンの供給源としては、炭酸ナトリウム、または炭酸カリウム等の炭酸塩を用いることが好ましいが、炭酸ガスをバブリング等により溶解した炭酸水を用いてもよいし、めっき浴1に炭酸ガスをバブリングし溶解してもよい。
<成膜方法>
図1に示すように、基板としてCOP(cycloolefin polymer)を用い、紫外線照射処理、アルカリ処理、コンディショニング処理、パラジウムイオン処理、還元処理の後に、無電解めっき浴1に7分間浸漬し、めっき膜3を得た。
And the carbonate ion which is the characteristic of the
<Film formation method>
As shown in FIG. 1, COP (cyclofin polymer) is used as a substrate, and after immersion in an
<評価>
めっき膜3の組成分析および厚さ測定には、EPMAを用いた。一方、80℃、30分間の熱処理を行った後に、めっき膜3を下地導電層として20μm厚の電気銅めっきを成膜し、80℃、30分間の熱処理を行った後に、密着強度測定を行った。
<Evaluation>
EPMA was used for composition analysis and thickness measurement of the
図3に示すように、炭酸イオン濃度が0.5M以下であれば、無電解銅ニッケルめっき膜のニッケル含有量が15wt%以下である。また、炭酸供給源としては、炭酸ナトリウム(Na)よりも炭酸カリウム(K)の方が、無電解銅ニッケルめっき膜のニッケル含有量が少なかった。 As shown in FIG. 3, when the carbonate ion concentration is 0.5 M or less, the nickel content of the electroless copper nickel plating film is 15 wt% or less. Moreover, as a carbonic acid supply source, the nickel content of the electroless copper nickel plating film was smaller in potassium carbonate (K) than in sodium carbonate (Na).
なお、リン含有量も炭酸イオン濃度0.25Mでは0.4wtであったが、炭酸イオン濃度の上昇につれて増加し、炭酸イオン濃度1.0Mを越えると、1wt%超であった The phosphorus content was 0.4 wt at a carbonate ion concentration of 0.25M, but increased as the carbonate ion concentration increased and exceeded 1 wt% when the carbonate ion concentration exceeded 1.0M.
一方、図4に示すように、炭酸イオン濃度が0.1M以上であれば析出反応が開始し、濃度が0.2M以上であれば実用に十分対応した析出速度となり、濃度が1.0Mを超えると析出速度改善効果が小さくなる。 On the other hand, as shown in FIG. 4, when the carbonate ion concentration is 0.1 M or more, the precipitation reaction starts, and when the concentration is 0.2 M or more, the deposition rate is sufficiently compatible with practical use. If it exceeds, the effect of improving the deposition rate becomes small.
また、図5に示すように、炭酸イオン濃度が1.0M以下、好ましくは0.6M以下であれば、無電解銅ニッケルめっき膜の抵抗率が大きくは増加しない。 Moreover, as shown in FIG. 5, if the carbonate ion concentration is 1.0 M or less, preferably 0.6 M or less, the resistivity of the electroless copper nickel plating film does not increase greatly.
なお、ほう酸を用いた比較例のめっき浴101から成膜された比較例の無電解銅ニッケルめっき膜のニッケル含有量は20.7wt%、リン含有量は3.1wt%、析出速度は、28.4μg/cm2/分であり、抵抗率は、63μΩ・cmであった。 In addition, the nickel content of the electroless copper nickel plating film of the comparative example formed from the plating bath 101 of the comparative example using boric acid is 20.7 wt%, the phosphorus content is 3.1 wt%, and the deposition rate is 28 It was 0.4 μg / cm 2 / min, and the resistivity was 63 μΩ · cm.
以上の結果から、炭酸イオン濃度は、0.1〜1.0Mが好ましく、特に好ましくは、0.20〜0.60Mであることが判明した。なお、ニッケル含有量が問題とならない用途では炭酸イオン濃度の上限は特にはなく、溶解限度まで含有していてもよい。 From the above results, it was found that the carbonate ion concentration is preferably 0.1 to 1.0M, and particularly preferably 0.20 to 0.60M. In applications where the nickel content is not a problem, there is no particular upper limit for the carbonate ion concentration, and it may be contained up to the solubility limit.
なお、密着強度は、比較例のめっき浴101から成膜されためっき膜では、0.8kN/mだったのに対して、めっき浴1から成膜されためっき膜でも、0.8kN/mと同等であった。
The adhesion strength was 0.8 kN / m for the plating film formed from the plating bath 101 of the comparative example, whereas 0.8 kN / m for the plating film formed from the
ここで、ほう酸の溶解度(20℃)は、47.2g/リットル(0.76M)である。更に、ほう酸ナトリムの溶解度は26.0g/リットル(0.13M)であることから、ナトリウム含有溶液への、ほう酸の溶解度は更に低くなり、溶解速度が遅く溶解に要する時間が長くなる。 Here, the solubility (20 ° C.) of boric acid is 47.2 g / liter (0.76 M). Furthermore, since the solubility of sodium borate is 26.0 g / liter (0.13 M), the solubility of boric acid in the sodium-containing solution is further lowered, the dissolution rate is slow, and the time required for dissolution is increased.
これに対して炭酸ナトリウムの溶解度は216g/リットル(2.04M)と2倍以上であり、炭酸カリウムの溶解度は1120g/リットル(8.10M)と10倍以上である。このため、炭酸イオン供給源としては炭酸カリウムが特に好ましい。なお、炭酸塩は過剰量が添加されても、気体として放出されるため沈殿等が生じることがない。 On the other hand, the solubility of sodium carbonate is 216 g / liter (2.04 M), which is 2 times or more, and the solubility of potassium carbonate is 1120 g / liter (8.10 M), which is 10 times or more. For this reason, potassium carbonate is particularly preferred as the carbonate ion supply source. In addition, even if an excessive amount of carbonate is added, since it is released as a gas, no precipitation or the like occurs.
そして、めっき浴1では、銅イオン供給源、ニッケルイオン供給源、錯化剤イオン供給源、および次亜リン酸イオン供給源も、炭酸イオン供給源である炭酸ナトリウムと同様に、溶解度が、いずれも200g/リットル(20℃)以上である。
In the
すなわち、溶解度(20℃)は以下の通りである。
硫酸銅5水和物 317g/リットル
硫酸ニッケル6水和物 650g/リットル
クエン酸3ナトリウム無水和物 730g/リットル
次亜リン酸ナトリウム1水和物 1000g/リットル
That is, the solubility (20 ° C.) is as follows.
Copper sulfate pentahydrate 317 g / liter Nickel sulfate hexahydrate 650 g / liter Trisodium citrate anhydrous 730 g / liter Sodium hypophosphite monohydrate 1000 g / liter
このため、比較例のめっき浴101は、2倍濃縮すると、ほう酸が沈殿してしまった。なお、濃縮液の濃縮率Nは、濃縮液の体積/濃縮前の溶液の体積である。これに対して、めっき浴1は10倍濃縮しても長期間、沈殿が生じないで安定していた。
For this reason, when the plating bath 101 of the comparative example was concentrated twice, boric acid was precipitated. The concentration ratio N of the concentrated liquid is the volume of the concentrated liquid / the volume of the solution before the concentration. On the other hand, the
そして、10倍濃縮されためっき浴1を、水で希釈して使用しても、濃縮しないめっき浴1と同じ結果が得られた。なお、めっき浴1は、全成分が溶解できる範囲まで濃縮してもよい。
Even when the
なお、めっき浴1の濃縮液は、pH調整剤を除く全ての化合物を含む状態で濃縮する、いわゆる一液型であってもよいし、溶解度および安定性に応じた複数の濃縮液から構成されていてもよい。なお、還元剤である次亜リン酸と金属塩とは別の濃縮液とし建浴時に混合されることが好ましい。
In addition, the concentrated solution of the
例えば、めっき浴1は、以下の濃縮液Aと濃縮液Bとからなる、2液型濃縮液とすることができる。
For example, the
<濃縮液A>
硫酸銅5水和物 0.3M
硫酸ニッケル6水和物 0.1M
クエン酸3ナトリウム無水和物 0.4M
炭酸ナトリウム 2.5M
水酸化リチウム 1.0g/リットル
界面活性剤 適量の10倍
<Concentrate A>
Copper sulfate pentahydrate 0.3M
Nickel sulfate hexahydrate 0.1M
Trisodium citrate anhydrous 0.4M
Sodium carbonate 2.5M
Lithium hydroxide 1.0 g /
<濃縮液B>
次亜リン酸ナトリウム1水和物 1.8M
クエン酸3ナトリウム無水和物 0.2M
<Concentrate B>
Sodium hypophosphite monohydrate 1.8M
Trisodium citrate anhydrous 0.2M
無電解めっき浴1の建浴は、0.8リットルの水に、濃縮液Aを0.1リットル、濃縮液Bを0.1リットル加えて、更に必要に応じて炭酸ナトリウムを用いてpH調整が行われる。
The
上記2液型濃縮液では、無電解めっき浴1を1リットル建浴するのに必要な濃縮液は合計0.2リットルであり、濃縮率は5倍である。
In the above-described two-component concentrate, the total concentration required for 1 liter of the
無電解めっき浴1は、2倍以上、例えば10倍の濃縮液を水で希釈することにより作製されるため、輸送等が容易である。
Since the
以上の説明のように実施形態の無電解めっき浴1は、ほう素を含んでおらず濃縮溶液での提供が可能である。また、実施形態の無電解めっき浴によれば、ニッケル含有率の低い低抵抗の銅ニッケルめっき膜を作製できる。
As described above, the
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
Claims (7)
ニッケルイオンと、
錯化剤イオンと、
次亜リン酸イオンと、
炭酸イオンと、を含むことを特徴とする無電解めっき浴。 Copper ions,
With nickel ions,
A complexing agent ion;
Hypophosphite ions,
An electroless plating bath comprising carbonate ions.
ニッケル含有量が15wt%以下であることを特徴とする無電解めっき膜。 It forms into a film using the electroless-plating bath of any one of Claims 3-5,
An electroless plating film having a nickel content of 15 wt% or less.
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