JP3220784B2 - 表面のはんだ付け性増強方法 - Google Patents

表面のはんだ付け性増強方法

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JP3220784B2
JP3220784B2 JP06420497A JP6420497A JP3220784B2 JP 3220784 B2 JP3220784 B2 JP 3220784B2 JP 06420497 A JP06420497 A JP 06420497A JP 6420497 A JP6420497 A JP 6420497A JP 3220784 B2 JP3220784 B2 JP 3220784B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は表面のはんだ付け性
を増強する表面処理法に関する。この方法はプリント回
路板の製作及び組立てに特に有用である。
【０００２】
【従来の技術】はんだ付けは一般に種々の物品への機械
的、電子機械的、又は電子的な接続を作るのに使用され
る。それぞれの用途で表面の製造にそれぞれ特有の要件
をもつため、接合点の機能間の相違は重要である。上記
３種のはんだ付け用途のうち、電子的接続が最も要求さ
れる。プリント回路を使用する電子機器の製造におい
て、プリント回路への電子要素の接続は、スルーホー
ル、周囲パッド、ランド又は他の接続区域（総称にして
「接続区域」と称する）への上記要素のリードのはんだ
付けによって行われる。代表的に、これらの接続はウェ
ーブはんだ付け技術によって行われる。
【０００３】このはんだ付け操作を促進するために、プ
リント回路の製作には、スルーホール、パッド、ランド
及び他の接続点が次のはんだ付け操作を受入れるように
配置することが必要である。従って、これらの表面はは
んだ付けによって容易に湿潤性になり、電子要素のラン
ドもしくは表面と一体の伝導接続を許すものでなければ
ならない。これらの必要性のために、プリント回路の製
作者は表面のはんだ付け性を保持し増大させる種々の方
法を考案した。
【０００４】表面の良好なはんだ付け性を調節する１つ
の手段は、表面にはんだの予備塗膜を設けることであ
る。然し、プリント回路の製作において、この方法はい
くつかの欠点をもつ。これらの区域にはんだを選択的に
与えることは容易ではないので、回路板のすべての伝導
区域をはんだでめっきしなければならない。これは次の
はんだマスクの付与にいくつかの問題を生ぜしめること
がある。これらの表面の良好なはんだ付け性を調製する
別の手段は、金、パラジウム又はロジウムのような貴金
属の最終仕上げ塗膜でこれらの表面をめっきすることで
ある。米国特許第５，２３５，１３９号（ベングストン
ら）はこの貴金属最終仕上げを達成させる方法を提案し
ている。該米国特許の教示を引用によってここにくみ入
れる。ベングストンらは、めっきすべき銅区域を無電解
ニッケル・ホウ素でめっきし、次いで金のような貴金属
塗膜を設けることを提案している。また、米国特許第
４，９４０，１８１号（ジャスキイ、ジエニアら）の教
示も参照されたい。この特許を引用によってここにくみ
入れる。この特許は無電解銅めっきとそれに続いての電
解銅によるめっき、及びそれに続いてのニッケルによる
めっき及びそれに続いてのはんだ付け性表面としての金
のめっきを開示している。これらの方法は操作性は良い
が時間がかかり高価である。
【０００５】必要な区域にのみはんだを選択的に付与す
る種々の試みが行われた。１つのこのような方法には、
はんだマスクの付与に接続のはんだめっき区域上に有機
エッチレジストを使用し、次いでこの銅トレースからス
ズ−鉛を選択的に剥離する方法がある。ダーンウイズら
の米国特許第４，９７８，４２３号参照。またラールソ
ンの米国特許第５，１６０，５７９号も参照。他の周知
の選択的はんだ付け法についてのこれらの特許の教示を
引用によってここにくみ入れる。銅表面への直接のはん
だ付けは困難で調和のないものであった。これらの問題
ははんだ付け操作中銅表面を清浄に保ち且つ酸化のない
状態に保つことができないことに主として起因してい
る。銅表面を容易にはんだ付けしうる状態に保つための
種々の有機処理が開発された。たとえば米国特許第５，
１７３，１３０号（キノシタ）参照。そこには２−アル
キルベンズイミダゾールを銅の予備フラックスとして使
用して銅表面のはんだ付け性を保つことが記載されてい
る。キノシタの教示するような処理は、好ましい方法で
はあるが信頼性に問題があり、その改良が依然として必
要であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、種々の表
面、特に銅表面用の改良されたはんだ付け性保存剤とし
て浸漬銀塗膜の使用を提案する。浸漬銀塗膜を付与する
ための好ましい組成物も提案する。本発明の最も好まし
い態様においては、銀よりも更に貴の金属の第２の浸漬
塗膜を浸漬銀塗膜の上に設ける。この方法は銅表面の、
特にプリント回路板の銅表面及び接続区域の、はんだ付
け性を効果的に保存するための利用分野の広い低コスト
の方法である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】浸漬銀塗膜はプリント回
路板の製作に特に有用なすぐれたはんだ付け性保存剤と
なることを発見した。プリント回路の用途における単一
浸漬銀塗膜に基づくはんだ付け性は、米国特許第５，２
３５，１３９号に記載されているような従来技術のニッ
ケル・金めっき法で達成されるものを越えた且つ他の浸
漬塗膜で達成されるものを予想外に越えたことが予想外
にも発見された。後記の実施例でわかるように、本発明
の方法は悪い条件下でも非常にはんだ付けのよい表面を
生ずる。プリント回路の用途において、表面はワイヤ結
合性である。浸漬めっきは置換反応から生ずる方法であ
り、それによってめっきされる表面は溶液にとけ、同時
にめっきされる金属がめっき溶液から表面上に析出す
る。浸漬めっき法は表面の予備活性化なしに開始され
る。めっきされるべき金属は表面金属よりも一般に更に
貴である。従って浸漬めっきは通常、無電解めっきより
も制御が著しく容易であり且つ著しくコスト的に有利で
ある。無電解めっきはめっき前の活性化のために複雑な
自動触媒的めっき用溶液とプロセスを必要とするからで
ある。
【０００８】本発明者は、本発明の方法に使用するのに
特に好適な下記の浸漬銀組成物を発見した。 ａ）銀イオンの可溶性源； ｂ）酸； ｃ）イミダゾール又はイミダゾール誘導体；及び ｄ）任意に、酸化剤。 銀イオンの可溶性源は多数の銀化合物から誘導すること
ができる。本発明者は硝酸銀が最も好ましいことを見出
した。めっき溶液中の銀濃度は０．１〜２５ｇ／ｌの範
囲にありうるが、最も好ましくは０．５〜２ｇ／ｌの濃
度で存在する。種々の酸でこの配合に使用するのに好適
であるけれども、本発明者はメタンスルホン酸が最も好
ましいことを見出した。めっき溶液中の酸濃度は１〜１
５０ｇ／ｌの範囲にありうるが、好ましくは５〜５０ｇ
／ｌの範囲にある。
【０００９】本発明者は次式のイミダゾール又はイミダ
ゾール誘導体を含有させることにより、本発明の方法に
おいて使用する浸漬めっき溶液とくに浸漬銀めっき溶液
によって生ずるめっきに顕著に優れた特性が付与される
ことを発見した。
【００１０】
【化５】
【００１１】ただし式中のＲ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 及びＲ4 は
独立に置換又は非置換のアルキル基、置換又は非置換の
アリール基、ハロゲン、ニトロ基及び水素からなる群か
ら選ばれる。
【００１２】上記のイミダゾールを含有させることによ
りめっき塗膜の輝度を増加し、生成めっき塗膜の一体性
と物性を改良する。また、イミダゾールは浸漬めっき浴
の有効寿命をも延長する。本発明者はヒスチジンが本発
明の方法の目的に特に好ましいイミダゾールであること
を見出した。
【００１３】イミダゾールは浸漬めっき溶液に著しい利
点を与えるが、特に浸漬銀めっきに有用であり有利であ
る。本発明者は、イミダゾール含有めっき浴からえられ
る浸漬銀めっき塗膜が、イミダゾールを含まない浴から
めっきされた浸漬銀塗膜よりも輝度が大きく、なめらか
で、付着性がある、ということを発見した。またイミダ
ゾールを含む浸漬めっき浴は、イミダゾールを含まない
対応する浴よりも長い有効寿命をもつ。これらと同様の
利点は、銅、パラジウム、金、ルテニウム及びロジウム
を含む他の浸漬めっき浴中へのイミダゾールの含有によ
っても達成される。
【００１４】最後に、本発明に有用な浸漬銀組成物に関
して、このめっき溶液は任意に酸化剤も有利に含むこと
ができる。本発明者はニトロ芳香族化合物、最も好まし
くはジニトロ芳香族化合物、たとえば３，５−ジニトロ
ヒドロオキシ安息香酸がこの点で好ましいことを見出し
た。溶液中のこのような酸化剤の濃度は０．１〜２５ｇ
／ｌの範囲でありうるが、好ましくは０．５〜２ｇ／ｌ
である。
【００１５】浸漬銀溶液は本発明の方法において室温か
ら２００°Ｆまでの範囲の温度で使用することができる
が、好ましくは８０〜１２０°Ｆで使用される。めっき
浴中の浸漬時間は１〜３０分の範囲でありうるが、好ま
しくは３〜６分である。本発明の浸漬銀溶液は、はんだ
付けすべき表面上に銀の薄層をめっきするのに使用され
る。表面のはんだ付け性の効果的な増強と保存のため
に、生成する銀の塗膜は通常１〜１００マイクロインチ
の厚さ好ましくは２０〜６０マイクロインチの厚さであ
るべきである。この方法は多くの表面のはんだ付けに有
効であるけれども、プリント回路板上の接続区域のよう
な銅表面のはんだ付けに特に有用である。
【００１６】本発明の最も好ましい態様において、浸漬
銀塗膜は次いで銀よりも貴である金属、たとえば金、パ
ラジウム、ルテニウム又はロジウムの第２浸漬塗膜でそ
の上をめっきされる。本発明者は浸漬金がこの点で特に
有用であることを見出した。浸漬塗膜の単一層は浸漬塗
膜の固有の極性のためにはんだ付けの保護と増強を与え
るけれども、ベース金属よりも貴である第１金属とその
後の第１金属よりも更に貴な第２金属とからなる２重浸
漬塗膜は予想外に良好な結果を与える、ということが見
出された。第１金属は銀（ここに述べるような、又は他
の場合に）又はベースよりも貴である別の金属からなる
ことができる。ベースとしての銅の場合に、金属は銀、
スズ、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、ビスマスな
どからなることができる。第２金属はそれが第１金属よ
りも更に貴であるようにえらばなければならない。上記
の第１金属と共に操作しうる第２金属の例は金である。
然し本発明の重要性は、その方法がベースよりも貴な第
１金属と、次の第１金属よりも更に貴な第２金属とから
なる２つの浸漬塗膜からなることである。最も好ましい
のはベース金属が銅又はニッケルである場合の、浸漬銀
とその後の浸漬金とからなる浸漬塗膜の組合せである。
【００１７】理論によって拘束されることを望むわけで
はないけれども、第１（銀）浸漬塗膜は本来的に多孔質
であり、それ故に露出した下地（銅）表面への若干の通
路を残すことができる。第２浸漬塗膜を付与するとき、
これらの更に貴の金属イオンは中間金属のみならず孔を
介してベース層へも接近する。ベース層とトップ層との
標準還元−酸化電位の間の相違はベース層と中間層との
間のそれよりも大きいので、浸漬反応は孔中に（すなわ
ち露出ベース金属上に）ずっと速い速度で進行する。そ
れ故、最も貴な頂部層の金属は、それが中間金属層の上
に適当な厚さの浸漬塗膜を作る前にベース表面を完全に
密封する。従ってこの相乗効果が最適のはんだ付け性を
与えるものと思われる。
【００１８】この技術は殆どすべての表面上に有利に使
用しうるけれども、プリント回路板の製作に、特に裸銅
板上のはんだマスク（ＳＭＯＢＣ）の製作に最も有用で
ある。従って、ＳＭＯＢＣ板の製作において、はんだマ
スクは板面に適用され、次いで露光及び現像されて接続
区域を現す。これらの接続区域は板上の銅の露出区域の
みであり、残余は実質的にはんだマスクによってカバー
される。これらの露出接続区域は従って、電子要素を後
に製作サイクルにおいて板の上に配置するときに、殆ど
の場合はんだ付けによって取付け点になるように設計さ
れた。それ故、これらの露出点、一般に銅、のはんだ付
け性は増強及び保存されなければならない。
【００１９】従って本発明によれば、これらの区域は好
ましくは酸クリーナーを使用して清浄化され、次いでマ
イクロエッチングされて許容しうる浸漬めっき用の表面
が製作される。この好ましい製作の後に、回路板を浸漬
銀めっき溶液中に浸漬して、適当な厚さの銀塗膜をつく
る。最も好ましい態様において、回路板は次に第２浸漬
めっき溶液に浸漬され、銀より貴の金がめっきされ、こ
の第３金属の頂部塗膜は通常０．５〜２５マイクロイン
チの厚さとされる。
【００２０】
【実施例】本発明を次の実施例により更に具体的に説明
するが、これらは説明のためのものであり、本発明を決
して限定するものではない。
【００２１】実施例１ いくつかのめっきしたスルーホールプリント回路板を次
のサイクルにより製作した。１． 銅クラド積層物中に
ドリルで孔をあける。 ２． 標準のめっきしたスルーホールサイクルにより上
記板を処理して、孔中に及び表面上に無電解銅めっきを
する。 ３． めっき用マスクを適用する。 ４． 孔中に及び露出回路上に所望の厚さに電解的に銅
をめっきする。 ５． 孔中に及び露出回路上にスズを電解的にめっきし
てエッチレジストとして役立たせる。 ６． めっき用レジストを剥離する。 ７． 露出銅（すなわちスズでめっきされていない銅）
をエッチングする。 ８． スズを剥離する。 ９． はんだマスクを付与し、結像し、現像して、はん
だマスクが接続区域以外の実質的にすべての板表面をカ
バーするようにする。 10. 接続区域を清浄にし且つマイクロエッチングす
る。 11. 接続区域を次の銀浸漬めっき溶液で浸漬めっきし
て２５マイクロインチの厚さにめっきする。 硝酸銀 １ｇ／ｌ メタンスルホン酸（７０％） ２０ｍｌ／ｌ ３，５−ジニトロヒドロオキシ安息香酸 １ｇ／ｌ １−ヒスチジン １ｇ／ｌ 水 １リットルにまで 温度 １００°Ｆ 時間 ５分 注： 上記のそれぞれの化学処理工程の間に新鮮な水に
よる洗浄を介在させた。 銀を銅表面上に滑らかな付着形態でめっきした。次いで
回路板を、湿潤室中で１００％相対湿度に９３℃で８時
間さらすことによって、促進熟成に付した。回路板を次
いで１３０℃で５分間乾燥した。回路板を清浄なし／残
渣なしのＩｎｔｅｒｆｌｕｘ ＩＦ ２００５Ｍフラッ
クス中に１０秒間浸漬し、６０秒間ドレイン抜きしてか
ら溶融はんだ中に４７５°Ｆで１０秒間浮遊させた。回
路板の金属表面上のはんだの塗膜をパーセント基準で検
査して約９８．９％であることを見出した。
【００２２】実施例２ いくつかのめっきしたスルーホールプリント回路板を実
施例１と同じ方法で製作した。ただし、工程１１の後に
次の系列を行った。 12. マクダーミッド浸漬金ＸＤ−６２６８（米国コネ
チカット州ウォターバリー フライト ストリート ２
４５のマクダーミッド インコーポレーテッドから入手
しうる）を使用して回路板を浸漬金めっきした。温度は
１８０°Ｆであり、時間は２分であった。次いで回路板
を実施例１と同様にして熟成し、検査した。えられる塗
膜はパーセント基準で約９９．６％であることがわかっ
た。
【００２３】実施例３ 実施例３ いくつかのめっきしたスルーホールプリント回路板を実
施例１と同じ方法で製作した。ただし、工程１０の後に
次の別の系列を行った。 11. 回路板を、マクダーミッド平面状無電解ニッケル
を使用して１７０°Ｆで５分間無電解ニッケルでめっき
する。 12. この回路板を更に、マクダーミッド浸漬金ＸＤ−
６２６８中で１８０°Ｆで５分間めっきする。 回路板を次いで実施例１と同様に熟成し検査した。えら
れる塗膜はパーセント基準で約５８．５０％であること
がわかった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド フェリア アメリカ合衆国コネチカット州 06787 トーマストン プロスペクト ストリ ート 455 (56)参考文献 特開 平３−2379（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−114081（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−228762（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−232072（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−255968（ＪＰ，Ａ) 米国特許3162512（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 18/00 - 18/54 B23K 1/20 C22C 5/06 H05K 3/24 H05K 3/34 501

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ）はんだ付けの前に表面に銀を次式 【化１】 ただし、Ｒ 1 ，Ｒ 2 ，Ｒ 3 及びＲ 4 は独立に置換又は非
    置換のアルキル基、置換又は非置換のアリール基、ハロ
    ゲン、ニトロ基及び水素からなる群から選ばれる、のイ
    ミダゾールを含む溶液を用いて浸漬めっきし；そして
    ｂ）この銀めっきに直接にはんだ付けする；ことからな
    ることを特徴とする表面のはんだ付け性増強方法。
  2. 【請求項２】 表面が銅、ニッケル及びそれらの合金か
    らなる群から選ばれる請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 表面がプリント回路板上の面である請求
    項１の方法。
  4. 【請求項４】 銀が１〜１００マイクロインチの厚さに
    めっきされる請求項１の方法。
  5. 【請求項５】 表面がプリント回路板上の面である請求
    項２の方法。
  6. 【請求項６】 ａ）表面上に、銀を次式 【化２】 ただし、Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 及びＲ4 は独立に置換又は非
    置換のアルキル基、置換又は非置換のアリール基、ハロ
    ゲン、ニトロ基及び水素からなる群から選ばれるのイミ
    ダゾールを含む溶液を用いて浸漬めっきし；そしてその
    後にｂ）その表面上に銀よりも貴である金属を浸漬めっ
    きする；ことからなることを特徴とする表面のはんだ付
    け性増強方法。
  7. 【請求項７】 銀よりも貴である金属が金、ルテニウ
    ム、ロジウム及びパラジウムからなる群からえらばれる
    請求項６の方法。
  8. 【請求項８】 銀が１〜１００マイクロインチの厚さに
    めっきされる請求項６の方法。
  9. 【請求項９】 金属基質を、 ａ）銀イオンの可溶性源、 ｂ）酸、 ｃ）任意に、酸化剤、及び ｄ）次式のイミダゾール、 【化３】 ただし、Ｒ 1 ，Ｒ 2 ，Ｒ 3 及びＲ 4 は独立に置換又は非
    置換のアルキル基、置換又は非置換のアリール基、ハロ
    ゲン、ニトロ基及び水素からなる群から選ばれるを含む
    溶液と接触させることを特徴金属基質上に銀を浸漬めっ
    きする方法。
  10. 【請求項１０】 酸化剤がジニトロ芳香族化合物である
    請求項９の方法。
  11. 【請求項１１】 酸がメタンスルホン酸である請求項１
    ０の方法。
  12. 【請求項１２】 組成物が、 ａ）銀イオンの可溶性源、 ｂ）酸、 ｃ）任意に、酸化剤、及び ｄ）次式のイミダゾール、 【化４】 ただし、Ｒ 1 ，Ｒ 2 ，Ｒ 3 及びＲ 4 は独立に置換又は非
    置換のアルキル基、置換又は非置換のアリール基、ハロ
    ゲン、ニトロ基及び水素からなる群から選ばれるを含む
    ことを特徴とする金属基質上に銀をめっきするのに有用
    な組成物。
JP06420497A 1996-03-22 1997-03-18 表面のはんだ付け性増強方法 Expired - Lifetime JP3220784B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/621,098 US5733599A (en) 1996-03-22 1996-03-22 Method for enhancing the solderability of a surface
US621098 1996-03-22

Publications (2)

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