JP3024512B2

JP3024512B2 - 無電解ニッケル−ホウ素めっき皮膜の活性化方法

Info

Publication number: JP3024512B2
Application number: JP7132032A
Authority: JP
Inventors: 康之森田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 2000-03-21
Anticipated expiration: 2015-03-21
Also published as: JPH08325744A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱や熱処理等を受け
たために表面が不活性となった無電解ニッケル−ホウ素
(Ni−Ｂ) めっき皮膜の活性化方法に関する。本発明の
具体的な適用分野としては、無電解Ni−Ｂめっき後に高
温でろう付け工程 (例えば、ピンのろう付け) を行い、
次いで置換金めっきを行うセラミックＩＣパッケージの
製造が挙げられるが、本発明はこの用途に制限されるも
のではなく、無電解ニッケル−ホウ素めっき皮膜を加熱
または熱処理してから、さらにその上にめっきやはんだ
付け等の濡れ性が必要な被覆ないし付着処理を行う任意
の製造工程に適用することができる。

【０００２】

【従来の技術】配線パターンが複雑なピン型セラミック
ＩＣパッケージ [例、PGA (pin gridarray)、MCM (mult
i chip module) など] の製造方法は概略次の通りであ
る。

【０００３】主に焼結アルミナ製のセラミック基板上
に、導電粉としてＷやMo−Mn合金などの耐火性金属の粉
末を多量に含有する導電ペーストをスクリーン印刷し、
還元性雰囲気で焼成して、回路となるメタライズ層を形
成する。或いは、グリーンシート法として知られるよう
に、メタライズ層の焼成を基板セラミックの焼結と同時
に行う (特に多層セラミック基板の場合) 。

【０００４】このメタライズ層はろう付けが不可能であ
るので、ろう付けを可能にするためにメタライズ層を無
電解めっき法によりニッケルで被覆する。次いで、ピン
（外部接続用のリード）をろう付けした後、ワイヤボン
ディング時の接合性を確保するため、置換めっき法によ
り薄く (0.2 μｍ以下) 金めっきを施し、さらに無電解
めっき法で厚付け (２〜３μｍ）の金めっきを行う。BG
A (ball grid array)などで採用されるボールボンディ
ング法の場合には、置換金めっきによる薄付け(0.1 μ
ｍ以下) の金めっきだけでよい。その後、ＩＣチップを
所定位置にはんだにより装着 (マウント) するダイボン
ディングを行ってから、ワイヤボンディングまたはボー
ルボンディングによりチップと外部リードとの接続を確
保し、最後にセラミックまたは金属製の蓋をかぶせて溶
接、はんだ、または低融点ガラスなどにより気密封止
し、ハンダめっき等の後処理を行うと、セラミックＩＣ
パッケージが完成する。

【０００５】無電解ニッケルめっき法により形成された
ニッケルめっき皮膜は、還元剤の種類によって、Ni−Ｐ
合金 (還元剤は次亜りん酸塩) とNi−Ｂ合金 (還元剤は
アミンボラン化合物または水素化ホウ素ナトリウム) の
いずれかになる。いずれのめっき皮膜も表面の活性は高
いが、Ni−Ｂ合金めっき皮膜の方がはんだ付け性に優れ
ており、またメタライズ層との密着性がよい。そのた
め、上記のＩＣパッケージの製造工程においては、メタ
ライズ層を形成した後、還元剤としてアミンボラン化合
物 (特に、ジメチルアミンボラン) を使用して、Ni−Ｂ
合金めっき皮膜を形成するように無電解ニッケルめっき
を行うのが普通である。

【０００６】このアミンボラン還元剤による無電解ニッ
ケルめっき法で形成されためっき皮膜は、ニッケル以外
に還元剤に由来するホウ素を含有するNi−Ｂ合金めっき
皮膜であって、そのＢ含有量は重量％で１％以下から数
％程度に及ぶ。従って、このめっき方法は、他の無電解
ニッケルめっきと区別するために、無電解ニッケル−ホ
ウ素めっきと呼ばれる。本発明は、この無電解ニッケル
−ホウ素めっき法により形成されためっき皮膜、即ち、
無電解ニッケル−ホウ素めっき皮膜 (以下、無電解Ni−
Ｂめっき皮膜という) に関するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のＩＣパッケージ
の製造工程において、無電解Ni−Ｂめっき後に行うピン
のろう付けの雰囲気によっては、表面活性が低下して、
その後に行う置換金めっき時の金の析出不良や、チップ
のマウント時のはんだ濡れ性不良が起こり、製品が不合
格となることが経験されてきた。この表面活性の低下現
象は、ピンのろう付け (高温で行われることから、シン
ター＜焼結＞とも呼ばれる) 時の雰囲気が水素100 ％で
はなく、窒素を含有する非酸化性雰囲気である場合に顕
著に認められた。

【０００８】この問題の解決策として、ピンのろう付け
を水素100 ％またはアルゴンなどの不活性ガスからな
る、窒素を含有しない雰囲気中で行っていた。しかし、
コスト高になることは避けられない。また、水素100 ％
の雰囲気中でろう付けを行っても、はんだ濡れ性が不良
となることがあった。

【０００９】特公昭59−33665 号公報には、基板にガラ
スフリットを含有する導電ペーストをスクリーン印刷し
た後、無電解Ni−Ｂめっき皮膜を形成し、次いで非反応
性雰囲気中で750 ℃以上の温度に加熱して、めっき皮膜
中のホウ素をガラス中に拡散させると、めっき皮膜の湿
潤性低下が防止されることが記載されている。しかし、
本発明者らがアルミナ基板に対してこの方法を適用して
実験したところ、ろう付け用の加熱 (シンター) 後にホ
ウ素はアルミナ／導電ペースト界面に拡散せず、濡れ性
の低下を防止できないことが認められた。

【００１０】本発明の目的は、表面活性の高い無電解Ni
−Ｂめっき皮膜を窒素を含む雰囲気中で加熱または熱処
理した場合に、その低下した表面活性を活性化すること
ができ、濡れ性の低下が防止できる、無電解Ni−Ｂめっ
き皮膜の表面活性化方法を提供することである。

【００１１】本発明の別の目的は、この方法をセラミッ
クＩＣパッケージの製造に応用して、ろう付け工程を窒
素を含む雰囲気で行っても、その後の置換金めっき工程
での金の析出不良やチップのマウント時のはんだ濡れ性
不良が起こらない、ＩＣパッケージの製造方法を提供す
ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】１側面において、本発明
は、結晶粒構造を持つ基体上に無電解ニッケル−ホウ素
めっき皮膜を所定膜厚より２〜５μｍ厚く形成し、形成
されためっき皮膜が非酸化性雰囲気中で加熱された後、
めっき皮膜の表層をエッチングにより除去して所定厚み
にすることを特徴とする、窒素雰囲気中で加熱された無
電解ニッケル−ホウ素めっき皮膜の活性化方法である。

【００１３】別の面からは、本発明は、セラミック基板
上に導電ペーストを塗布および焼成し、その上に無電解
ニッケル−ホウ素めっき皮膜を形成し、次いでピンをろ
う付けしてから置換金めっきを施すセラミックＩＣパッ
ケージの製造において、前記無電解ニッケル−ホウ素め
っき皮膜を所定膜厚より２〜５μｍ厚く形成し、窒素雰
囲気中でピンをろう付けした後、前記めっき皮膜の表層
をエッチングにより除去して所定厚みにしてから、置換
金めっきを行うことを特徴とする、セラミックＩＣパッ
ケージの製造方法である。

【００１４】

【作用】本発明者は、無電解Ni−Ｂめっきを特に窒素含
有雰囲気中で加熱または熱処理(例、ろう付け) すると
その表面活性が低下する原因について、ＥＳＣＡ（Ｘ線
光電子分光法）やＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザ
ー）を利用して調べた結果、次の点を究明した。

【００１５】無電解Ni−Ｂめっき皮膜はホウ素 (Ｂ) を
数重量％以下の量で含有しているが、このホウ素はNi₂B
の形態で、めっき皮膜の全体にほぼ均一に分布してい
る。即ち、このめっき皮膜は、NiとNi₂Bとの混合物から
構成される。なお、Ni₂Bの存在については、視斜角入射
Ｘ線回折により確認した。

【００１６】この無電解Ni−Ｂめっきを窒素含有雰囲気
中で加熱すると、次式に示すようにNi₂Bが窒素と反応し
て、Ni金属と窒化ホウ素 (BN) に変化する。 Ni₂B + 1/2 N₂ → 2 Ni + BN (ΔG₀＝−60 kcal/J・mol) ΔG₀が負であるから、上記反応は平衡状態にあるなら
ば、熱処理により生成系に容易に移動する。また、雰囲
気中に酸素が存在すると、Ni₂Bは酸素とも反応して酸化
ホウ素 (B₂O₃) を生ずる。この反応も極めて容易に起こ
り、雰囲気ガスが微量の酸素を含んでいても起こる。

【００１７】従って、加熱雰囲気中に窒素や酸素が存在
すると、まずめっき皮膜の表面近傍のNi₂Bが窒素や酸素
と反応して窒化物 (BN) や酸化物 (B₂O₃) に変化する。
表面近傍のNi₂Bが消費されると、めっき内部からNi₂Bが
拡散してきて補給され、上記の反応がめっき皮膜表面で
引き続いて起こる。このようにして、加熱が続くと、最
終的に無電解Ni−Ｂめっき皮膜中のホウ素は窒化物や酸
化物としてめっき表層に濃化されて、めっき皮膜の表面
に析出し、めっき皮膜の内部のＢ濃度が非常に低くな
る。

【００１８】本発明者がＥＰＭＡによって確認したとこ
ろ、熱処理後の無電解Ni−Ｂめっきにおいて、Ｂは表面
から約１μｍまでの表層部に濃化し、それより内部は本
質的に純Niであった。なお、上記のような反応機構は示
されていないが、無電解Ni−Ｂめっきを熱処理するとホ
ウ素が完全にめっき皮膜の表面に拡散し、皮膜本体から
ホウ素が消失することは、M.T. Evans et al., J. Elec
trochem. Soc., Vol.141, No. 1 (1994), pp. 78-82に
も記載されている。

【００１９】このめっき皮膜の表層に濃化したBNやB₂O₃
が不活性であり、湿潤性に乏しいため、置換めっきにお
ける金の析出やはんだ濡れ性を阻害する。従って、金め
っきの析出不良やはんだ濡れ性不良を防止する手段とし
ては、上記のホウ素の窒化および酸化反応を防止するこ
とが考えられる。しかし、そのためには、水素または不
活性ガス (例、アルゴン) が100 ％という高純度ガスか
らなる雰囲気中で加熱を行う必要があり、コストがかか
る。

【００２０】以上より、安価な窒素や酸素を含む雰囲気
ガスを使用した場合には、無電解Ni−Ｂめっき皮膜の表
層にBNやB₂O₃が生成して表面活性が低下することは避け
られないとの結論のもとに、本発明者はこうして不活性
になっためっき皮膜表面を活性化する手段について検討
した。その結果、エッチングにより、表層のBNやB₂O₃を
除去できることを見出したのである。

【００２１】窒化ホウ素 (BN) は化学的に安定で、酸や
アルカリの水溶液に溶解させて除去することは困難であ
る。また、無電解Ni−Ｂめっき皮膜の表層に生成した三
酸化二ホウ素 (B₂O₃) も、予想に反して酸やアルカリの
水溶液に不溶性であることが判明した（これは、純粋な
B₂O₃ではなく、ＢリッチまたはＯリッチに化学的にシフ
トしているためと考えられる）。従って、酸やアルカリ
の水溶液を用いたエッチングによりこれらを除去するこ
とは、化学常識からは考えられない。しかし、次に述べ
る理由により、結晶粒構造を持つ基体上に形成された無
電解Ni−Ｂめっき皮膜の表層に存在するBNやB₂O₃は、エ
ッチングにより容易に除去できることが判明した。

【００２２】例えば、セラミックＩＣパッケージでは、
前述したように、粉末冶金法により形成されたアルミナ
基板に導電ペーストを塗布し、焼成した導体層の上に無
電解Ni−Ｂめっきが施される。この場合には、基板のア
ルミナは、金属のような表面ではなく、結晶粒の集合体
であり、粒界が存在する。また、ＷやMo−Mn合金などの
耐火性金属粉末を含有する導電ペーストの塗布と焼成に
よって形成された導体層も、同様に結晶粒構造を持つ表
面である。

【００２３】そのため、その上 (即ち、結晶粒構造を持
つ基体の表面) に形成された無電解Ni−Ｂめっき皮膜
は、図１に模式的に示すように、結晶粒が集合してでき
た微細構造を持ち、基板のアルミナと同様に粒界が存在
する。また、このめっき皮膜の表面に熱処理により析出
したBNやB₂O₃は、めっき皮膜の表面を完全に被覆する連
続相を形成するのではなく、図１に示すように、非連続
の付着物として表面に析出している。

【００２４】この皮膜構造により、熱処理した無電解Ni
−Ｂめっき皮膜の表面には、金属Niが部分的に露出して
いる。そして、この構造のめっき皮膜を、Niを溶解除去
できるエッチング液で処理すると、エッチング液はNiの
露出部分からめっき皮膜に侵入し、特に粒界に沿ってめ
っき皮膜中を浸透し、粒界近傍からNiを溶解除去してい
く。それにより、表層部のNiの結晶粒が、その上に付着
したBNやB₂O₃と一緒にめっき皮膜から剥離して除去され
る。即ち、エッチングによってBNやB₂O₃を溶解除去する
のではなく、その下のNiを溶解することで、下層のNiご
とBNやB₂O₃を除去する。これにより、BNやB₂O₃が除去さ
れ、本質的にNiからなる、活性なめっき表面が得られ
る。

【００２５】本発明はこの知見を利用したものである。
図２に示すように、結晶粒構造を持つ基体 (この場合に
は導電ペーストをスクリーン印刷して形成した導体層)
の上に、無電解Ni−Ｂめっき皮膜を、所定膜厚より２〜
５μｍ厚く形成する。例えば、所望のめっき厚みが４μ
ｍであるとすると、その上に余分に２〜５μｍのめっき
皮膜を形成して、合計６〜９μｍとする。

【００２６】このめっき皮膜を非酸化性雰囲気、特に窒
素を含有する非酸化性雰囲気中で加熱または熱処理
(例、ろう付け) を行う。それにより、前述したよう
に、めっき皮膜内のＢが表面に拡散してBNやB₂O₃の形で
表層に濃化され、図２(A) に示すような構造となる。そ
の後、エッチング液でめっき皮膜を処理して、めっき皮
膜の表層の余分な厚み部分を、表層に濃化したホウ素化
合物（BN, B₂O₃) と一緒に除去すると、図２(B) に示す
ように、ホウ素化合物を実質的に含有しない、本質的に
Niのみからなる、表面が活性で濡れ易いめっき皮膜が残
る。従って、このめっき皮膜は次工程以降において置換
めっきやはんだ付けなどの濡れ性を必要とする処理に支
障なく使用できる。

【００２７】ここで、余分なめっき皮膜の厚みが２μｍ
未満であると、表層に濃化したＢをエッチングにより確
実に完全除去できない可能性がある。また、余分なめっ
き厚みが５μｍを超えると、Ni−Ｂめっき膜厚が厚くな
りすぎ、ブリード（微細配線パターンの短絡）発生等の
不具合を生じる恐れがある上、エッチングに要する時間
やエッチング液の量も多くなり、経済的に不利である。

【００２８】無電解Ni−Ｂめっきは、めっき膜厚を上記
のように厚くすることを除いて、従来と同様に形成すれ
ばよい。無電解めっき液の還元剤としてはアミンボラン
化合物 (例、ジメチルアミンボラン、ジエチルアミンボ
ランなど) ならびに水素化ホウ素ナトリウムが使用でき
るが、ジメチルアミンボランが好ましい。無電解めっき
液は、還元剤の他に、ニッケル塩 (例、硫酸ニッケル)
、錯化剤 (例、クエン酸、乳酸などのヒドロキシカル
ボン酸またはその塩) 、ｐＨ調整剤などを含有する。

【００２９】この厚く形成した無電解Ni−Ｂめっきの加
熱または熱処理の雰囲気は、非酸化性雰囲気である。こ
の非酸化性雰囲気は、全体として酸化性がなければ、少
量の酸素を含有していてもよい。非酸化性雰囲気は、還
元性ガス雰囲気、不活性ガス雰囲気および真空を包含す
る。空気のような酸化性雰囲気で熱処理を行うと、Niま
で酸化されてしまう。本発明での使用が特に有利な雰囲
気は、窒素を含有する非酸化性雰囲気、例えば、70〜90
％のN₂と30〜10％のH₂とからなる混合ガスである。

【００３０】熱処理の雰囲気は100 ％水素ガスであって
もよく、この場合でも、程度は小さいものの、本発明に
よりめっき表面が活性化される。100 ％水素ガスを使用
しても、一般にろう付けに採用されるベルト炉のような
開放式の加熱炉では、入口と出口で空気に曝されるた
め、雰囲気ガスは微量の酸素や窒素を含んでおり、それ
によりめっき表面がいくらか不活性になるからではない
かと考えられる。

【００３１】エッチングに用いるエッチング液は、Ni金
属を溶解できるものであればよく、市販品を利用するこ
ともできる。好ましいエッチング液は、酢酸／硝酸／フ
ッ酸を重量比で１／３／１の割合で混合した混合液であ
る。この混合液を使用した場合の室温でのエッチング速
度は約１μｍ／分であるので、エッチング時間の調整が
容易である。エッチングは加温下に行ってもよい。

【００３２】次に、本発明にかかるセラミックＩＣパッ
ケージの製造方法について工程順に簡単に説明する。回路形成未焼成または焼成したセラミック基板上に導電ペースト
(例、Ｗおよび／またはMo−Mn合金粉末とバインダーと
を含有するペースト) をスクリーン印刷した後、焼成し
て、表面に回路となる導体層を形成したセラミック基板
を得る。

【００３３】無電解Ni−Ｂめっき導体層を形成した基板を無電解Ni−Ｂめっき液中に浸漬
して、導体層上に無電解Ni−Ｂめっき皮膜を析出させ
る。この時、所望の膜厚より２〜５μｍ厚くめっき皮膜
を形成する。めっき皮膜の膜厚は、めっき時間などによ
り容易に調整できる。

【００３４】ピンろう付け基板を高温のろう付け温度に加熱し、外部リードとなる
ピンを無電解Ni−Ｂめっき皮膜で被覆された導体層の所
定位置にろう付けする。この時の加熱雰囲気は、非酸化
性であれば任意のガス雰囲気でよい。即ち、空気は酸化
性ガスであるため使用できないが、安価なN₂／H₂混合ガ
スなどの窒素含有ガスが使用できる。もちろん、水素ガ
ス、不活性ガス、真空も可能である。

【００３５】エッチング上記のろう付け工程で高温に加熱されたことにより、雰
囲気に酸素や窒素が含まれていると (真空でも微量の酸
素や窒素は存在する) 、無電解Ni−Ｂめっき皮膜の表面
の活性や濡れ性が低下する。そのため、上記のようにエ
ッチングして表層から２〜５μｍの余分なめっき層を除
去し、表層に濃化したＢを除去する。それにより、めっ
き表面が活性化される。このエッチングにより活性化さ
れためっき皮膜は、Ｂが除去されているので、実質的に
Niめっき皮膜である。

【００３６】置換金めっき金置換めっき液 (金化合物の他に、通常は密着性を改善
するための添加剤を含有する) に基板を浸漬すると、局
部電池作用 (金属間のイオン化置換反応) により、より
卑なNiがイオン化し、より貴な金がめっき液から上記の
Niめっき皮膜上に析出して、金めっきが行われる。

【００３７】この時、上記のエッチングを行わないと、
Ni−Ｂめっき皮膜が上記のろう付け工程での加熱により
表面活性の低下を生じており、金の析出不良が起こる
が、本発明では、めっき表面が活性化されていて、この
析出不良が避けられ、良好な金めっき皮膜が形成され
る。なお、この置換金めっきは、エッチング工程の終了
後、水洗しただけの表面が水で十分に濡れている、未乾
燥の状態の時に行うことが好ましい。必要であれば、さ
らに無電解金めっきを行って、厚付きの金めっき皮膜を
形成する。

【００３８】マウント (ダイボンディング) はんだを用いてＩＣチップを所定位置に固定して装着す
る。この時も、無電解Ni−Ｂめっき皮膜が活性化されて
いるため、はんだ濡れ性がよく、チップを確実に所定位
置に固定でき、またはんだのはみ出し等による不良品の
発生が防止される。

【００３９】その後、ワイヤボンディングまたはボー
ルボンディング、および封止を行い、さらにはんだめ
っきなどの後処理を行って、セラミックＩＣパッケージ
が完成する。これらは通常通りでよい。

【００４０】本発明の無電解Ni−Ｂめっき皮膜の活性化
方法は、上述したセラミックＩＣパッケージ、特にはん
だボールボンディング型のPGA, BGA, MCM などのパッケ
ージの製造に有用であるが、それ以外にも利用可能であ
る。例えば、プラスチックＩＣパッケージでも無電解Ni
−Ｂめっきが行われることがあり、そのめっき皮膜の活
性化に本発明の方法を適用できる。また、例えば、導電
性付与の目的で絶縁性基体の表面に無電解Ni−Ｂめっき
を施した場合のめっき皮膜の活性化にも適用できる。

【００４１】

【実施例】表面にＷ粉末を導電粉とする導体層が形成さ
れている焼結アルミナ基板に対して、本発明の無電解Ni
−Ｂめっき皮膜の活性化方法を適用した。使用した基板
は、アルミナ質グリーンシートにＷ含有導電ペーストを
スクリーン印刷してから同時焼成することにより作製さ
れた、はんだボールによりチップと接合させるタイプの
BGA (ball grid array) 用基板である。

【００４２】上記基板を、市販の無電解Ni−Ｂめっき液
(還元剤としてジメチルアミンボランを含有、ｐＨ 6.
5) 中に70℃で浸漬して、Ｗを含有する導体層の上に７
μｍの厚みの無電解Ni−Ｂめっき皮膜を形成した。所望
のめっき厚みは４μｍであるので、３μｍ余分に厚いめ
っき皮膜とした。このめっき皮膜中のＢ含有量は1.02wt
％であった。なお、本実施例では、めっき膜厚はいずれ
も蛍光Ｘ線膜厚計により測定した。

【００４３】３μｍ厚く無電解Ni−Ｂめっき皮膜を形成
した基板を、次いで昇温ゾーン、温度保持ゾーン、降温
ゾーンに区分されたベルト式加熱炉内を通過させること
により熱処理を行った。この加熱炉の雰囲気は、ピン
ろう付けのシンター条件を模した900 ℃の 20%H₂−80%N
₂ 混合ガス雰囲気、およびヒートスプレッダー (ヒー
トシンクまたは放熱フィンと呼ばれる) ろう付けのシン
ター条件を模した790℃の100% H₂雰囲気の２種類とし
た。温度保持ゾーンでの加熱時間は約10分間であった。

【００４４】熱処理した基板を、市販のニッケル用エッ
チング液に45℃で約３分間浸漬し、約３μｍの厚みのめ
っき皮膜を除去して、Ni−Ｂ合金めっき皮膜の膜厚を所
定の約４μｍにし、めっき皮膜の活性化を行った。この
エッチング後のめっき皮膜 (本発明品) の表面活性を、
下記の(1) 置換金めっき析出性と(2) 置換金めっき後の
はんだ濡れ性、によって評価した。

【００４５】比較のために、基板上に上と同じ方法によ
り最初から所定の４μｍの厚みに無電解Ni−Ｂめっき皮
膜を形成し、次いで上記と同様にまたはの条件下で
熱処理した、エッチングをしていない無電解Ni−Ｂめっ
き皮膜 (従来品) の表面活性についても同様に評価し
た。

【００４６】(1) 置換金めっき析出性上記の本発明品および従来品のめっき皮膜を有する基板
を市販の置換金めっき液 [KAu(CN)₂、アミノポリカルボ
ン酸含有、ｐＨ 3.5] に90℃で10分間、20分間または60
分間浸漬して、上記のめっき皮膜上に金めっきを施し
た。析出した金めっき皮膜の膜厚は、任意抽出した５個
のサンプルの任意のパッド10点を合計50点測定し、その
平均値を算出することにより求めた。結果を次の表１に
示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１の従来品(イ) と(ハ) の比較からわかる
ように、無電解Ni−Ｂめっきを窒素含有雰囲気中で熱処
理すると、100 ％水素雰囲気中で熱処理した場合に比べ
て、置換金めっきの析出速度が著しく低下する。金めっ
きの析出厚みが、例えば10分では0.067 μｍから0.037
μｍに、60分では0.112 μｍから0.060 μｍへと、析出
速度が約半分になる。即ち、置換金めっきの析出性が低
下し、表面活性が低下していることを示している。

【００４９】一方、最初に厚く無電解Ni−Ｂめっき皮膜
を形成し、熱処理後にエッチングして余分なめっき皮膜
を除去した本発明品の(ロ) と(ニ) を比較すると、窒素含
有雰囲気で熱処理した場合と、100 ％水素雰囲気で熱処
理した場合とで、置換金めっきの析出速度は同等であ
り、窒素含有雰囲気で熱処理しても、100 ％水素雰囲気
で処理した場合と同じめっき析出速度が得られている。

【００５０】しかも、これらの本発明品(ロ) と(ニ) のめ
っき析出速度を、エッチングしていない従来品の無電解
Ni−Ｂめっき皮膜を100 ％水素雰囲気で熱処理した(ハ)
と比較すると、本発明品ではいずれも(ハ) よりさらに置
換金めっきの析出速度が増大している。即ち、従来は表
面活性が低下しないと考えられていた100 ％水素雰囲気
中での熱処理の場合より、さらにめっき表面が活性化さ
れていて、より迅速かつ均一に置換めっき皮膜を析出さ
せることができ、従って、熱処理雰囲気が100％水素で
ある場合にも、本発明の表面活性化方法は有効なのであ
る。

【００５１】なお、(イ) 〜(ニ) のいずれも、析出しため
っき皮膜の膜厚は時間とともに増加する傾向にあるが、
時間に比例してはいない。この原因は、置換めっきが下
地Niのイオン化による金との置換反応であるため、表層
が全て金で被覆されると、そこで析出反応が停止するた
めである。

【００５２】以上の結果から、本発明の方法は、熱処理
雰囲気が窒素を含有するか否かに関係なく、熱処理を受
けた無電解Ni−Ｂめっき皮膜の表面活性化に有効である
ことがわかる。ただし、熱処理雰囲気が窒素を含有して
いると、無電解Ni−Ｂめっきの表面活性の低下が大きい
ので、本発明による表面活性化の効果がそれだけ大きく
なる。また、本発明によれば、熱処理雰囲気が窒素を含
有する安価なガスであっても、100 ％水素からなる高価
なガスを使用した場合と同程度まで、熱処理した無電解
Ni−Ｂめっきの表面を活性化することができる。

【００５３】(2) 置換金めっき後のはんだ濡れ性置換金めっき皮膜を形成した後のはんだ濡れ性を、溶
融はんだ浸漬後の濡れ状態と、はんだボールの濡れ広
がり径の２種類の試験により評価した。試験方法は次の
通りである。

【００５４】溶融はんだ浸漬後の濡れ状態実際に製造されているセラミックスパッケージの製造に
おいて、上記と同様にして表１の(イ) 〜(ニ) に対応する
無電解Ni−Ｂめっき皮膜の形成と所定雰囲気中でのピン
ろう付けとエッチング（本発明品のみ) とを行った後、
置換金めっきを0.05μｍ±0.03μｍの厚みに施し、これ
を240 ℃の溶融はんだ浴に浸漬して、溶融はんだの濡れ
状態を評価した。使用した溶融はんだ浴は、千住金属工
業製の低温はんだ (Sn／38.1％Pb) とフラックス (アル
ファボンド社製ANF-10) とからなるものであった。溶融
はんだの濡れ状態が良好とは、微細パッド部 (直径140
μm)が全部はんだで濡れ、また広域パッド部 (直径３m
m) の濡れ広がりが一様で、ざらつきがない状態を意味
する。この状態を満たさない場合には、濡れ性不良と評
価した。

【００５５】はんだボールの濡れ広がり径焼結アルミナのベタ基板上に、Ｗ粉を含有する導電ペー
ストを50×50 mm の正方形に印刷し、還元性雰囲気中14
00℃で１時間焼成して厚み約20μｍの導体層を形成し
た。この導体層の上に、上記と同様にして表１の(イ) 〜
(ニ) に対応する無電解Ni−Ｂめっき皮膜の形成と所定雰
囲気中での熱処理とエッチング（本発明品のみ) とを行
った後、置換金めっきを0.05μｍ±0.03μｍの厚みに施
した。

【００５６】この置換金めっき皮膜の上に、はんだボー
ル５個を乗せ、270 ℃に保持された15% H₂／N₂雰囲気の
炉内を通過させた後 (通過時間約20分間) 、はんだの濡
れ広がり径をノギスで測定し、平均値を算出した。使用
したはんだボールは、住友金属鉱山製の直径0.9 mmのは
んだボール (Sn／38.1％Pb) であった。これらの試験結
果を表２に示す。

【００５７】

【表２】

【００５８】表２から分かるように、本発明に従って、
無電解Ni−Ｂめっき皮膜のエッチングによる表面活性化
を行ってから置換金めっきを施した場合には、この金め
っき皮膜のはんだ濡れ性が良好で、微細パッド部が全部
はんだで濡れ、広域パッド部でははんだが一様に濡れ広
がり、金めっき皮膜を覆った。これに対し、従来品で
は、熱処理雰囲気が水素雰囲気であっても、微細パッド
部に濡れない部分があり、また広域パッド部の濡れ広が
り性が悪く、いずれも濡れ性不良であった。

【００５９】また、はんだボールの濡れ広がり径でも、
熱処理後にエッチングした本発明品は、熱処理雰囲気に
かかわらず、このエッチングを行わなかった従来品より
濡れ広がり径が大きくなった。熱処理雰囲気が窒素含有
ガスである方が濡れ広がり径の増大率が大きいが、水素
雰囲気中で熱処理した場合で比べても顕著に濡れ広がり
径が増大した。即ち、はんだ濡れ性に関しても、本発明
の方法が、窒素含有雰囲気での熱処理のみならず、100
％水素中での熱処理に対しても有効であることが示され
た。

【００６０】

【発明の効果】本発明の方法により、無電解Ni−Ｂめっ
き皮膜を熱処理した場合に起こる表面活性の低下を回復
させ、熱処理雰囲気に関係なく、このめっき皮膜の表面
を活性化させることができる。その結果、この熱処理を
安価な窒素含有ガス雰囲気中で実施することが可能とな
る。また、本発明の方法により表面活性化処理された無
電解Ni−Ｂめっきは、このめっき皮膜を従来のように10
0 ％水素中で熱処理した場合より表面活性が高く、金め
っきの析出性や、その後のはんだ濡れ性が極めて良好で
あった。そのため、この方法をセラミックＩＣパッケー
ジの製造に応用した場合、ピンろう付け工程を安価な窒
素含有ガス中で行うことができ、しかも製品の品質およ
び歩留りが大きく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】無電解Ni−Ｂめっき皮膜を窒素および酸素を含
有する雰囲気中で熱処理した後のめっき皮膜表層近傍を
示す模式図である。

【図２】本発明の方法を模式的に示す説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 23/08 Ｈ０１Ｌ 23/08 Ｃ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 18/16 - 18/52 C23F 1/28 H01L 21/60 311 H01L 23/08 H05K 3/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶粒構造を持つ基体上に無電解ニッケ
ル−ホウ素めっき皮膜を所定膜厚より２〜５μｍ厚く形
成し、形成されためっき皮膜を窒素含有雰囲気中で加熱
した後、めっき皮膜の表層のBNやB₂O₃をエッチングによ
り除去して所定厚みにすることを特徴とする、非酸化性
雰囲気中で加熱された無電解ニッケル−ホウ素めっき皮
膜の活性化方法。
【請求項２】セラミック基板上に導電ペーストを塗布
および焼成し、その上に無電解ニッケル−ホウ素めっき
皮膜を形成し、次いでピンをろう付けしてから置換金め
っきを施すセラミックＩＣパッケージの製造において、
前記無電解ニッケル−ホウ素めっき皮膜を所定膜厚より
２〜５μｍ厚く形成し、窒素含有雰囲気中でピンをろう
付けした後、前記めっき皮膜の表層のBNやB₂N₃をエッチ
ングにより除去して所定厚みにしてから、めっき表面を
乾燥せずに置換金めっきを行うことを特徴とする、セラ
ミックＩＣパッケージの製造方法。