JP4759416B2 - 非シアン無電解金めっき液及び無電解金めっき方法 - Google Patents
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Description
かかるはんだボール16を銅から成るパッド14上に形成する際に、先ず、基板10の一面側にソルダレジスト等の樹脂から成るマスク層18を形成し、マスク層18にレーザ等によってパッド面が底面に露出する凹部20を形成する。
次いで、凹部20内に、下地層としてのNi-Pから成る金属層22を無電解ニッケルめっきによって形成した後、金属層22の上面に金属層22よりも薄い金層24を置換金めっきによって形成すべく、基板10を無電解金めっき液に浸漬する。
その後、金層24上にはんだボールを載置してリフローすることによって、金がはんだ中に拡散して、外部接続端子としてのはんだボール16は、金属層22のNi-Pとはんだとの合金を形成して強固に固着される。
しかし、シアン含有無電解金めっき液は、一般的にアルカリ領域で用いられるため、ソルダレジスト等の樹脂から成るマスク層18が一面側を覆う基板10をシアン含有無電解金めっき液に浸漬すると、マスク層18が侵食され易い。
また、シアン含有無電解金めっき液は、その毒性のために取扱いに特別な注意を必要とし、廃棄する場合も無毒化のための特別な操作を必要とする。
また、シアン含有無電解金めっき液は、下地Ni-P金属層22との反応(置換反応)が過剰に進行しやすく、下地Ni-P金属層にピンホールが残る、いわゆるNi腐食が発生するという課題があった。
かかる非シアン無電解金めっき液では、無電解金めっき液中の金イオンの安定化を図るべく、亜硫酸金錯体を金供給源として添加している。
しかも、亜硫酸金錯体を金供給源とする非シアン無電解金めっき液は、例えば表面技術、vol.46,No.9,1995(第775〜777頁)に記載されている如く、その安定性が極めて低いため、無電解金めっき液の交換頻度が多くなる。
この非シアン無電解金めっき液によれば、pH7以下の領域で使用可能であるので、ソルダレジスト等の樹脂からなるマスク層の侵食がなく、また、液の安定性もよいという利点がある。
MES2004第14回マイクロエレクトロニクスシンポジウム論文集(2004年10月14日、15日)(第293〜296頁)。
そこで、本発明の課題は、酸性領域で用いることができ、且つ安定性に優れているのみならず、中リンタイプのNi-Pめっき金属層からなる下地であっても該下地を荒らすこともない非シアン無電解金めっき液及びこの非シアン無電解金めっき液を用いた無電解金めっき方法を提供することにある。
無電解金めっき液のpH値を7以下とすることができ、ソルダレジスト等の樹脂からなるマスク層が一面側を覆う基板を無電解金めっき液に浸漬して無電解金めっきを施しても、マスク層の侵食を防止できる。
また、この無電解金めっき液に結晶調整剤としてのタリウム(Tl)を添加することによって、金の析出速度を向上できる。
なお、金の供給源としては、亜硫酸金塩又は塩化金酸塩を好適に用いることができる。
かかる本発明において、下地の金属層が、めっき皮膜中のリン濃度が6〜9wt%の中リンタイプのNi-Pめっき金属層であっても、めっき中に、本発明に係る無電解金めっき液によって金属層が腐食されることがなく、形成された金層上に接合したはんだボールの接合性の向上を図ることができる。
更に、本発明に係る無電解金めっき液は酸性領域で用いることができる。このため、ソルダレジスト等の樹脂から成るマスク層が一面側を覆う基板を、本発明に係る非シアン無電解金めっき液に浸漬しても、マスク層の侵食を防止できる。
また、本発明に係る非シアン無電解金めっき液は、下地の金属層が、めっき皮膜中のリン濃度が6〜9wt%の中リンタイプのNi-Pめっき金属層であっても、めっき中に、本発明に係る無電解金めっき液によって下地金属層が腐食されることがなく、形成された金層上に接合したはんだボールの接合性の向上を図ることができる。
また、金の安定化錯化剤として、ビス−(3−スルホプロピル)ジスルファイドが含まれる次の化学式の化合物を使用可能である。
ここで、亜硫酸金塩とビス−(3−スルホプロピル)ジスルファイド(SPS)とを添加した非シアン無電解金めっき液で形成される金錯体は、亜硫酸金塩とメルカプトエタンスルホン酸ナトリウム(MES)とを添加した非シアン無電解金めっき液で形成される金錯体に近似した還元電位を呈し、安定した金錯体を形成できる。
なお、上記還元電位の測定は、作用極には白金回転電極に電解金めっきを施したものを用い、対極には白金板を用いて、白金回転電極を1000rpmで回転して行った。図2から明らかな様に、曲線Eの金析出電位は、曲線Cの金析出電位と極めて近似している。
また、図2に示す還元電位の測定は、溶液のpH値を5に調整して行った。
本発明に係る非シアン無電解金めっき液は、pH調整剤によってpH値が7以下の酸性領域、更に好ましくはpH値が6以下、特に好ましくはpH値が6〜3の酸性領域に調整することが好ましい。この様に、酸性領域に調整された本発明に係る非シアン無電解金めっき液に、図1に示すソルダレジスト等の樹脂から成るマスク層18が一面側を覆う基板10を浸漬しても、マスク層18が侵食されることを防止できる。
なお、タリウム(Tl)の添加量は、0.1〜100ppmとすることが好ましい。
この際に、基板10の凹部20の底面に露出する、下地層としてのNi-Pから成る金属層22は、先ず、図1に示す基板10の一面側を覆うマスク層18に開口する凹部20の底面に露出するパッド14の露出面に、Pd等の触媒金属を析出する前処理を施した後、無電解ニッケルめっき液に基板10を所定時間浸漬することによって形成できる。
かかる置換金めっきでは、非シアン無電解金めっき液を、そのpH値を7以下の酸性領域、好ましくはpH値を6以下、特に好ましくはpH値を6〜3の酸性領域に調整しつつ、40〜90℃に保持することが好ましい。
この様に、本発明に係る非シアン無電解金めっき液に基板10を所定時間浸漬した後、基板10を無電解金めっき液から取り出し洗浄して乾燥する。
得られた基板10では、マスク層18は基板10の一面側に密着されており、凹部20の底面には、光沢を呈する緻密な金層24が形成されている。
また、錯化剤としてMESを用いた従来の非シアン無電解金めっき液の場合には、下地Ni-Pめっき金属層が低リンタイプのものの場合には、該下地Ni-Pめっき金属層が荒らされることはなかったが、下地Ni-Pめっき金属層が中リンタイプのものの場合には、該下地Ni-Pめっき金属層にピンホールや荒れが生じた(図4)。
形成されたはんだボール16の接合強度は、シアン含有無電解金めっき液を用いて金層24を形成した場合や錯化剤としてMESを用いた従来の非シアン無電解金めっき液を用いて金層24を形成した場合に比較して良好であった。
図1に示す基板10の一面側を覆うマスク層18に開口する凹部20の底面に露出する銅から成る配線パターン12の露出面に、触媒金属としてのPdを析出 する前処理を施した後、基板10を無電解ニッケルめっき液に浸漬して厚さ5μmのNi-P層から成る金属層22を形成した。この金属層22を形成する無電解ニッケルめっき液は、めっき皮膜中のリン濃度が6〜9wt%の中リンタイプの無電解ニッケルめっき液を用いた。
無電解金めっき液として、下記表1に示す無電解金めっき液を準備した。
準備しためっき対象物を、表1に示す液に浸漬し、Ni-P層22上に厚さ0.06μmの金層24を形成した。
次いで、この金層24を市販の剥離剤を用いて剥離した後、金属層22の表面を電子顕微鏡写真で観察した結果を図3、図4、図5に示す。
図3に示すように、錯化剤としてSPSを用いた本実施例の場合、Ni-Pめっき金属層22の表面の荒れは全く生じていない。
一方、図4に示すように、錯化剤としてMESを用いた比較例2の場合、Ni-Pめっき金属層22の粒界に沿って深い溝が形成され、また多数のピンホールが生じていて、表面の荒れが著しい。
また、図5に示すように、シアン系無電解金めっき液の場合、Ni-Pめっき金属層22の粒界に沿って若干深い溝が形成され、また、大きなピンホールが生じているのがわかる。
実施例、比較例2、および比較例3の金層24上にはんだ片を載置し、リフローしてはんだボール16を形成し、このはんだボール16の各々について、引張力によってはんだボール16が破壊される状況及びその破壊強度を測定するボールプル試験を施した。その結果を図6及び図7に示す。
先ず、はんだボール16の引張力によって破壊される状況について、図7に示すMode1〜Mode4に分類し、Mode1〜Mode3の破壊状況は、はんだボール16自身が破壊されたり、はんだボール16が装着された金属層22の破壊によるものであって、はんだボール16と金属層22との剥離に因る破壊ではないため、合格(OK)とした。
一方、Mode4の破壊状況は、はんだボール16と金属層22との剥離に因る破壊に該当するため、不合格(NG)とした。
かかる引張力によってはんだボール16が破壊される状況は、図6に示す様に、実施例において、破壊状況が合格(OK)となる率は約30%あったが、比較例2および比較例3では、全てが不合格(NG)となった。
なお、このボールプル試験は、相対的な強度試験であって、比較的厳しい条件(長時間、高温)でのはんだリフローによってはんだボール16を同一条件によって形成した後、同一の引っ張り強度によって破壊試験を行ったものであって、絶対的な評価ではない。リフロー条件を厳しく(高温、長時間)することによって、ニッケルがはんだ中により拡散しやすくなるため、はんだの接合強度が低くなる。この条件下で破壊試験を行ったものであっても、実施例の場合、破壊状況が合格(OK)となる率が30%もあったということで、合格率がゼロの比較例2、比較例3のものと比して、はんだの接合強度が格段に優れているといえる(なお、比較例2、3のものにおいても、製品としては必ずしも不良品というわけではない)。
12 配線パターン
14 パッド
16 ボール
18 マスク層
20 凹部
22 金属層
24 金層
Claims (6)
- シアン系化合物を含有しない非シアン無電解金めっき液において、該無電解金めっき液には、金の安定化錯化剤として、ビス−(3−スルホプロピル)ジスルファイドが添加されていることを特徴とする非シアン無電解金めっき液。
- 無電解金めっき液のpH値が7以下である請求項1記載の非シアン無電解金めっき液。
- 無電解金めっき液に結晶調整剤としてのタリウム(Tl)が添加されている請求項1または2記載の非シアン無電解金めっき液。
- 金供給源が、亜硫酸金塩又は塩化金酸塩である請求項1〜3のいずれか1項記載の非シアン無電解金めっき液。
- 基板の一面側を覆う樹脂から成るマスク層に開口した凹部の底面に露出する金属面に、無電解金めっきによって金層を形成する際に、
該基板を浸漬する無電解金めっき液として、請求項1〜4いずれか1項記載の非シアン無電解金めっき液を用いることを特徴とする無電解金めっき方法。 - 基板の凹部の底面に金属面が露出する下地金属層を、めっき皮膜中のリン濃度が6〜9wt%の中リンタイプのNi-Pめっき金属層とすることを特徴とする請求項5記載の無電解金めっき方法。
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