JP3529215B2 - 多層金属メッキ層を形成した樹脂成形品、その製法及び電子部品 - Google Patents

多層金属メッキ層を形成した樹脂成形品、その製法及び電子部品

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は熱可塑性樹脂成形品
の表面に金属をメッキする場合に、耐熱性が良く、IR
リフローなどの高温環境曝露によってもメッキ剥がれ等
が発生せず、しかもワイヤーボンディングも可能な程度
に表面平滑性の良好なメッキ膜を形成する方法及びそれ
によって金属膜が形成された樹脂成形品に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】プリン
ト回路板等の電子回路用のメッキ膜は、半田耐熱性と回
路の精度を要求される。そのため、メッキ金属の内部応
力は極力低く、スルーホール内のメッキ膜厚も均一で、
スルーホール内の膜厚とそれ以外の表面の膜厚との差が
少ないメッキ膜を形成する必要がある。しかし、このよ
うなメッキには、被メッキ面のエッチング等による肌荒
れを修正するほどのレベリング効果がない。従って、樹
脂メッキの様なエッチングで荒れた表面に無電解メッキ
等の薄膜により導電性を付与した後に電解メッキをする
場合には、平滑なメッキ表面が得られない。そのためワ
イヤーボンディング等を行う電子部品の回路には不適当
である。一方、光沢剤等を使ってレベリング効果を高め
た装飾用のメッキ液(以後、光沢メッキと言う)でメッ
キすると、エッチングで荒れた表面がメッキ液中の光沢
剤等のレベリング効果により平滑になり、ワイヤーボン
ディングが可能な表面平滑性が得られるが、回路エッジ
のだれやオーバーハングが大きくなり、回路精度が悪く
なるだけでなく、メッキ膜の内部応力が高くなるために
半田処理時にメッキ膜が素地から剥離してしまう現象が
起こり、製品不良率が大きかった。
【0003】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、回路精度
や表面平滑性だけでなく、半田耐熱性も安定した電子部
品の製造方法を検討した結果、メッキ条件によるメッキ
膜の内部応力の発現に特異な現象を見出し、これをうま
くコントロールする事によって回路精度や表面平滑性に
加えて半田耐熱性も充分満足する製品を安定して製造す
る方法を確立した。その特異な現象とは、一般に、電解
メッキの場合、レベリング効果の大きい光沢メッキをし
た場合にはメッキ開始直後に内部応力が 2.5kg/mm2
くまで急激に高くなり、その後内部応力の低いレベルの
値に集束するが、一方、低応力メッキでは、メッキ初期
においても内部応力は急激には上昇せず、メッキ膜厚の
増加と共に徐々に内部応力が大きくなり、一定値に集束
するというものである。本発明者等は、以下のことを見
出し、本発明を完成するに至った。メッキ膜の密着強度
はメッキ膜と素地との界面の状態で決まるので、メッキ
初期、即ち素地界面付近の内部応力がメッキ膜の密着強
度に大きく影響する。しかも初期の内部応力の立ち上が
りは、メッキ開始から約3μm の金属膜が形成される間
に起こるため、少なくともこの間に低応力メッキを行う
ことによって密着力の良いメッキ品を得ることが出来
る。そこで、メッキ初期、即ちメッキ開始から3μm 以
上のメッキ膜が形成されるまでの間に内部応力が急激に
上昇しない低応力メッキを施し、その上に続けてレベレ
ング効果の高い光沢メッキを施すと単独ではメッキ初期
に急激な内部応力の上昇を示すレベリング効果の高い光
沢メッキが、光沢メッキ初期において急激な内部応力の
上昇を示さなくなる。つまり、出来上がったメッキ品の
表面は、第2の光沢メッキ層によって平滑化されたワイ
ヤーボンディングに充分耐え得る表面であり、しかも素
地との密着は内部応力の低い第1の低応力メッキ層によ
って確保された製品が得られる。即ち、本発明は、多層
金属メッキ層を形成した樹脂成形品において、第1の電
解メッキ層が内部応力が 1.5kg/mm2 以下の低応力メッ
キ層であり、最上層のメッキ表面粗さ(Rmax )が10μ
m 以下であることを特徴とする多層金属メッキ層を形成
した樹脂成形品を提供するものである。
【0004】
【発明の実施の形態】以下、本発明の内容をメッキ工程
を順に追って説明する。本発明で用いる基体成形品の材
質は、メッキにより金属膜を強固に付着させることので
きる合成樹脂材料であれば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹
脂のいずれでも良いが、かかる成形品が後にハンダ付加
工程等の苛酷な処理を受けることを考慮すると、耐熱性
が高く、かつ機械的強度の優れたものが望ましく、大量
生産の点では射出成形の可能な熱可塑性樹脂が好まし
く、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルホン、ポリ
フェニレンオキサイド、ポリイミド、ポリエーテルケト
ン、ポリアリレート、液晶性ポリエステル及びこれらの
組成物等が望ましいが、これらに限定されるものではな
い。
【0005】本発明では、先ず、射出成形等により成形
された合成樹脂製成形品にエッチング等のメッキ前処理
を施した後、無電解メッキを行って表面に導電性を付与
する。尚、この無電解メッキは、樹脂成形品に導電性を
付与するためのものであり、樹脂成形品自体が電解メッ
キするのに十分な導電性があるものは無電解メッキの必
要はなく、また、成形品表面に導電性を付与する他の方
法を用いてもかまわない。
【0006】次に、メッキ初期における内部応力のピー
クが 1.5kg/mm2 以下となるように第1層の電解メッキ
を形成する。即ち、ここで第1層の電解メッキ初期にお
ける内部応力のピークが 1.5kg/mm2 より大きいと、半
田処理時にメッキ膜が素地から剥離してしまう現象が起
こる。この低応力電解メッキを得る方法は、低応力メッ
キが得られれば、いずれの方法を用いてもかまわない
が、例えば、メッキ液として、通常プリント配線板等の
電子回路に用いられるメッキ液であって、低応力でスル
ーホール内部などにも膜厚の差が少なくメッキできる均
一電着性を重視したメッキ添加剤処方であるものを使用
することによって得られる。これらの添加剤は、各種メ
ッキ薬品会社が提供しているもので特に限定されない。
また、上記のメッキ液を使用しても繰り返し使用により
不純物が蓄積したり、老化により副生成物が蓄積、また
は比較的高電流密度(約5A/dm2 以上)でメッキした
場合には、メッキ膜に高い応力が発生するので好ましく
ない。また、内部応力の立ち上がりは、通常、メッキ開
始から約3μm の金属膜が形成される間に起こるため、
低応力メッキ膜を約3μm 以上形成すれば、次工程のレ
ベリング効果の大きい光沢電解メッキをしてもメッキ膜
の内部応力は大きくなることはない。また、低応力メッ
キ層は、30μm もあれば電子回路の機能として十分であ
り、それ以上厚くする必要はない。なお、本発明で言う
内部応力とは、溶液中の金属イオンが電解によって金属
膜として析出する際に金属結晶粒界の歪によって発生す
る金属膜内部の引張り又は圧縮応力のことであり、スパ
イラルメッキ応力計によって測定される。A.Brenner 及
びS.Senderoff によって提案された方法、即ち、金属製
のスパイラル試験片の内側に絶縁塗料を塗り、外側に所
定のメッキを施すとメッキ膜の内部応力によってスパイ
ラル試験片が捻れを起こす。その捻れ角から計算によっ
て求めたものである。
【0007】次に本発明は、低応力電解メッキ層上にレ
ベリング効果の大きい光沢電解メッキ層を形成するもの
である。これにより、ワイヤーボンディングが可能な程
度に表面が平滑のメッキが最終的に得られるのである。
表面の平滑の程度は、ワイヤーボンディング可能であれ
ば、本発明の目的は達しているが、表面粗さ(Rmax
で10μm 以下であることが望ましい。ここで言うレベリ
ング効果とは、素地上の微細な研磨キズやエッチングで
荒れた表面の凹凸の凹面を金属結晶が生長して埋め、メ
ッキ面を平滑にする効果である。第2層の光沢メッキ
は、最終的なメッキ表面がワイヤーボンディング可能な
程度に平滑になっていれば、何れの方法を用いてもかま
わないが、通常、装飾メッキ等に用いられるメッキ液を
用いた電解メッキによって得られる。このメッキ液に
は、鏡面仕上げのためのレベリング効果を持つレベリン
グ剤(平滑化剤)を含んだメッキ液を用いる。レベリン
グ剤としては、シスチン、メチオニン、フェノールスル
ホン酸、ナフタレンジスルホン酸、チオ尿素、サッカリ
ン、ブチンジオール、プロパギルアルコール等があり、
各種メッキ製薬会社が提供しており、特に限定されるも
のではない。また、必要であれば、更に所望のメッキ膜
を積層することは可能である。
【0008】本発明の電子部品に電気回路を形成する方
法は、一般にプリント配線板の製造に使用されている方
法を用いることが出来るが、例えば、無電解銅メッキの
後、電着フォトレジストを施し、回路パターンを露光、
現像して回路部分の無電解銅メッキを露出させ、露出し
た部分に低応力メッキをする。次にレベリング効果の大
きいメッキを重ねて行い、レジストを剥離し、回路以外
の部分に残っている無電解銅メッキ膜をエッチング除去
すると、表面がワイヤーボンディング可能な程度に平滑
なメッキ回路が出来る。更に出来上がった電気回路に導
電性接着剤(銀ペースト等)で半導体素子(LEDやI
C等)を接着固定し、その半導体素子の対極となる表面
に超音波ワイヤーボンダー等で金線やアルミ線を接続す
る。
【0009】しかし、これらは単に電気回路を形成する
ための1例であってこの方法に限定されるものではな
い。
【0010】
【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明を更に
具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもの
ではない。本実施例で用いたレベリング効果が大きい装
飾用の光沢メッキ液としては、日本シェーリング(株)
の光沢剤カパラシド828 を用いた光沢硫酸銅浴を、レベ
リング効果は少ないが比較的内部応力の発生しにくいメ
ッキ液としては、メルテックス(株)の添加剤カパーグ
リーム125 を用いた両面配線板用硫酸銅浴を使用した。
各メッキ液の浴組成は、それぞれ表1に示した。内部応
力の発生状況は、山本鍍金試験機(株)製のスパイラル
めっき応力計を用いて測定し、メッキ初期の内部応力の
ピーク値を表2に示した。メッキは、先ず液晶性ポリエ
ステル樹脂(ポリプラスチックス(株)製、商品名「ベ
クトラ」)を主体とする金属密着性(メッキ性)樹脂組
成物を射出成形した平板( 120×120 ×2mm)を、前処
理として弱アルカリ性脱脂液(40g/l、エースクリー
ンA-220 、奥野製薬工業(株))で60℃×5分間脱脂し
た後、11 mol/l KOH で70℃×15分間エッチングした。
これを超音波湯洗した後、5%塩酸に35℃で3分間浸
漬、水洗後、更に 100ml/lのコンディライザーSP(奥
野製薬工業(株)製)溶液に室温で3分間浸漬した。次
に触媒付与としてキャタリストA-30(奥野製薬工業
(株)製)溶液に室温で3分間浸漬後、5%塩酸に35℃
で2分間浸漬して活性化した後、無電解銅メッキ液(OP
C-750 、奥野製薬工業(株)製)に室温で20分浸漬し
て、試験片表面に銅を析出させた。この工程までは、実
施例1〜4及び比較例1〜3の試験片を同時に処理し
た。この時、エッチング後の5%塩酸浸漬を終えた平板
を一部抜き取り、3次元表面粗さ形状測定機((株)東
京精密製サーフコム554A)を用いたエッチング表面粗さ
の測定に使用した。その他の無電解銅メッキ処理された
平板は、表1に示すメッキ液を用いて表2に示す組み合
わせで電解メッキを行い、メッキ表面粗さを測定後、熱
風乾燥機中で 260℃、1時間処理した。そして、室温ま
で放冷したサンプルのメッキ膨れを目視で観察した。ま
た、ナイフを用いて、電気銅メッキした成形品の金属層
上より樹脂層に達するように1cmのすきま間隔の切り傷
をつけ、1cm幅の帯状の金属層を試験片に対して直角方
向に引き剥がすのに要した荷重を測定して、メッキ密着
力を評価し、上記と同様の熱処理前後のメッキ密着力の
保持率を調べた。なお、電解メッキの電流密度は、実施
例2及び比較例2を除いて、各メッキ浴のカタログ標準
条件を用い、実施例2では下地メッキ時の電流密度を4
A/dm2に上げた。また比較例2の場合は下地メッキの
電流密度を5A/dm2 まで高くしてメッキした。試験結
果を表2に示す。
【0011】
【表1】
【0012】
【表2】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25D 5/10 C25D 5/56 C25D 7/00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部応力が 1.5kg/mm2 以下になるよう
    に低応力電解メッキ層を形成した後、レベリング剤を含
    メッキ液を用いて電解メッキにより最上層のメッキ層
    を形成することを特徴とする多層金属メッキ層を形成し
    た樹脂成形品の製法。
  2. 【請求項2】 低応力電解メッキ層を形成するときの電
    流密度が、5A/dm2 未満であることを特徴とする請求
    項1記載の多層金属メッキ層を形成した樹脂成形品の製
    法。
  3. 【請求項3】 多層金属メッキ層を形成した樹脂成形品
    において、第1の電解メッキ層が内部応力が 1.5kg mm
    2 以下の低応力メッキ層であり、最上層のメッキ表面粗
    さ(R max )が 10 μ m 以下であることを特徴とする多層
    金属メッキ層を形成した樹脂成形品。
  4. 【請求項4】 低応力電解メッキ層の膜厚が、3μ m
    上である請求項3記載の多層金属メッキ層を形成した樹
    脂成形品。
  5. 【請求項5】 請求項1又は2記載の方法で得られた低
    応力電解メッキ層の膜厚が3μ m 以上である、多層金属
    メッキ層を形成した樹脂成形品。
  6. 【請求項6】 多層金属メッキ層が電子回路である請求
    項3〜5の何れか1項記載の多層金属メッキ層を形成し
    た樹脂成形品。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の樹脂成形品の電子回路上
    にワイヤーボンディングによって電子素子を結合した電
    子部品。
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