JP5207782B2 - Gold plating film structure, gold plating film forming method, and glass ceramic wiring board - Google Patents

Gold plating film structure, gold plating film forming method, and glass ceramic wiring board Download PDF

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本発明は、低温焼成ガラスセラミック基板の配線パターンの電極に形成する金めっき皮膜構造、金めっき皮膜形成方法および金めっき皮膜構造を有するガラスセラミック配線基板に関するものである。   The present invention relates to a gold-plated film structure, a gold-plated film forming method, and a glass-ceramic wiring board having a gold-plated film structure formed on electrodes of a wiring pattern of a low-temperature fired glass ceramic substrate.

従来、半導体素子やキャパシタや抵抗など受動素子を複数個搭載するマルチチップモジュールのパッケージ用配線基板にはセラミック基板が多用されており、近年は低温焼成ガラスセラミック基板(Low Temperature Co−fired Ceramics基板;以下、LTCC基板という)なども用いられるようになってきた。これらのLTCC基板は、ガラスセラミックスから成る絶縁基材と金属材料、例えば銀を主成分とする焼結体配線パターンから構成されている。かかるLTCC基板の配線パターンの電極は、半導体素子や受動素子とワイヤボンディングで電気的に接続され、はんだを介して外部電気回路である樹脂製のプリント基板に接続される。これらLTCC基板の配線パターンの電極には、一般的に接続に必要なワイヤボンディング性とはんだ付け性の両方が満足するようなニッケルめっき膜と金めっき膜からなる多層構造の表面処理が施されている。通常、ワイヤボンド可能な表面処理仕様としては金めっき厚さとして0.3μm以上、ニッケルめっき厚さとして2〜6μm程度のめっきが施される。   Conventionally, a ceramic substrate has been widely used as a wiring substrate for a package of a multichip module on which a plurality of passive elements such as semiconductor elements, capacitors, and resistors are mounted. In recent years, a low temperature fired glass ceramic substrate (Low Temperature Co-fired Ceramics substrate; Hereinafter, it is also used as an LTCC substrate). These LTCC substrates are composed of an insulating base material made of glass ceramics and a sintered body wiring pattern mainly containing silver, for example, silver. The electrodes of the wiring pattern of the LTCC substrate are electrically connected to a semiconductor element or a passive element by wire bonding, and are connected to a resin printed board as an external electric circuit via solder. The electrodes of the wiring pattern of the LTCC substrate are generally subjected to a surface treatment of a multilayer structure composed of a nickel plating film and a gold plating film that satisfies both wire bonding and solderability required for connection. Yes. Usually, as a surface treatment specification capable of wire bonding, plating with a gold plating thickness of 0.3 μm or more and a nickel plating thickness of about 2 to 6 μm is performed.

さて、LTCC基板の配線パターンにワイヤボンド可能な0.3μm以上の厚付け金めっき膜を形成する方法としては、例えば特許文献1に開示されるような無電解めっき工法が用いられている。   As a method for forming a thick gold plating film having a thickness of 0.3 μm or more that can be wire-bonded on the wiring pattern of the LTCC substrate, an electroless plating method as disclosed in Patent Document 1, for example, is used.

特許文献1に開示されているガラスセラミック基板への無電解めっき方法は、表面活性化、触媒化、無電解ニッケルめっき、置換型無電解金めっき、還元型無電解金めっきからなる工程で構成される。金めっきが2段階の工程で処理されるのは、置換型の無電解金めっき液が通常は0.1μm未満の金厚さしか得られず、0.3μm以上の金厚さを得るには還元剤を含有する還元型の無電解金めっきで処理する必要があるためである。また、還元型の無電解金めっき液は不安定となりやすいため、めっき前にめっき処理面を完全に金で覆っておく必要があり、このため置換型の無電解金めっき処理を先行して実施している。   The method of electroless plating on a glass ceramic substrate disclosed in Patent Document 1 is composed of processes comprising surface activation, catalysis, electroless nickel plating, substitutional electroless gold plating, and reduction electroless gold plating. The Gold plating is processed in a two-step process because the substitutional electroless gold plating solution can usually only obtain a gold thickness of less than 0.1 μm, and to obtain a gold thickness of 0.3 μm or more. This is because it is necessary to treat with a reducing type electroless gold plating containing a reducing agent. In addition, since the reduced electroless gold plating solution tends to be unstable, the plating surface must be completely covered with gold before plating. doing.

ところで、本願発明に関連する文献として、特許文献2には、後述するガラスセラミック基板の溶解を防ぐために、中性の無電解めっき液を用いる方法が開示されている。   By the way, as a document related to the present invention, Patent Document 2 discloses a method of using a neutral electroless plating solution in order to prevent dissolution of a glass ceramic substrate described later.

また、非特許文献1には、無電解ニッケルめっきと置換型無電解金めっきの組み合わせによって無電解ニッケルめっき膜に局所的な溶解孔が形成され、はんだ接続信頼性が低くなることが記載されている。   Non-Patent Document 1 describes that a local dissolution hole is formed in the electroless nickel plating film by the combination of electroless nickel plating and substitutional electroless gold plating, and the solder connection reliability is lowered. Yes.

特開2004−332036号公報JP 2004-332036 A 特開2000−297380号公報JP 2000-297380 A 日立化成テクニカルレポート、p21、No36(2001−1)Hitachi Chemical Technical Report, p21, No36 (2001-1)

しかしながら、上記特許文献1に開示されるような従来のLTCC基板の厚付け金めっき皮膜を形成する技術には、次の2つの問題があった。   However, the conventional technology for forming a thick gold plating film on an LTCC substrate as disclosed in Patent Document 1 has the following two problems.

第一の問題はLTCC基板の配線パターン間に金の微粒子が析出するというパターン間金異常析出問題である。無電解ニッケルめっき膜上に0.3μm以上の無電解金めっき膜を形成させる場合、先ず無電解ニッケルめっきを施した後に置換型の無電解金めっきを0.03μmから0.1μm程度形成させ、その後厚付け還元型の無電解金めっき液で所望の厚さまで金めっきを行う。この還元型の無電解金めっき液は非常に過敏であり、LTCC基板の表面状態によって電極上だけでなく絶縁物である配線パターン間に金が析出する不具合を発生する場合があった。このように配線パターン間に金が析出すると、パターン間の絶縁性能を保つことが出来ないので、配線基板として使うことができなくなってしまう。本願発明者らは、この第一の問題は、pHが略中性でない無電解ニッケルめっき液を所定の条件で使用することによって引き起こされることを発見した。   The first problem is an abnormal deposition problem of gold between patterns in which gold fine particles are deposited between the wiring patterns of the LTCC substrate. When forming an electroless gold plating film having a thickness of 0.3 μm or more on the electroless nickel plating film, the electroless nickel plating is first performed, and then a substitutional electroless gold plating is formed from about 0.03 μm to about 0.1 μm. Thereafter, gold plating is performed to a desired thickness with a thickened reduction type electroless gold plating solution. This reduction-type electroless gold plating solution is very sensitive, and there may be a problem that gold is deposited not only on the electrodes but also between the wiring patterns as an insulator depending on the surface state of the LTCC substrate. If gold is deposited between the wiring patterns in this way, the insulating performance between the patterns cannot be maintained, and thus it cannot be used as a wiring board. The inventors of the present application have found that this first problem is caused by using an electroless nickel plating solution whose pH is not substantially neutral under predetermined conditions.

第二の問題は金とニッケルめっき皮膜間に係わる問題である。無電解ニッケルめっき膜上に置換型の無電解金めっきと厚付け還元型の無電解金めっきを行う場合、この無電解ニッケルめっきと置換及び還元型の無電解金めっきの組み合わせによっては、金とニッケルめっき皮膜間の密着強度が小さく、ワイヤボンド時に金めっき膜がニッケルめっき膜から剥がれてしまうという不良が生じることがあった。また、はんだとして鉛フリーはんだを用いる場合、はんだがはじかれる現象が発生したり、非特許文献1に記述されるように、はんだ付け後の電極のはんだ継ぎ手の強度が弱いという問題が生じることがあった。本願発明者らは、結晶質のニッケル−リン合金膜の上に還元型の無電解金めっき膜を形成すると、還元型の無電解金めっき膜にピンホールが生じ、これが還元型無電解金めっきを行った際にボイドを発生させ、これによって第二の問題が引き起こされていることを発見した。   The second problem is related to the gold and nickel plating film. When substitutional electroless gold plating and thickened reduction type electroless gold plating are performed on an electroless nickel plating film, depending on the combination of electroless nickel plating and substitutional and reduction type electroless gold plating, The adhesion strength between the nickel plating films is small, and a defect that the gold plating film is peeled off from the nickel plating film at the time of wire bonding may occur. In addition, when lead-free solder is used as the solder, a phenomenon that the solder is repelled may occur, or a problem that the strength of the solder joint of the electrode after soldering is weak as described in Non-Patent Document 1 may occur. there were. When the inventors of the present invention form a reduced electroless gold plating film on a crystalline nickel-phosphorus alloy film, a pinhole is formed in the reduced electroless gold plating film, which is reduced electroless gold plating. It was discovered that a void was generated when this was done, which caused a second problem.

第一の問題と第二の問題は何れも無電解めっき皮膜に係わる問題であり、めっき皮膜を形成するめっき液の選定如何によって上記問題が発生するリスクが大きくなる。   The first problem and the second problem are both problems related to the electroless plating film, and the risk of occurrence of the above problem increases depending on the selection of the plating solution for forming the plating film.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、かかるLTCC基板の配線パターン間の金異常析出不具合、金とニッケルめっき皮膜間の密着不良、はんだはじき現象、およびはんだ継ぎ手の強度劣化などの問題の発生を低減したLTCC基板の金めっき皮膜構造、金めっき皮膜形成方法およびガラスセラミック配線基板を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, such as abnormal precipitation of gold between wiring patterns of such LTCC substrate, poor adhesion between gold and nickel plating film, solder repelling phenomenon, and deterioration of solder joint strength, etc. An object of the present invention is to obtain a gold-plated film structure of an LTCC substrate, a method of forming a gold-plated film, and a glass ceramic wiring board with reduced occurrence of problems.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ガラスセラミック絶縁基材の上に金属焼結体配線パターンを有するガラスセラミック配線基板へ形成された金めっき皮膜構造であって、略中性の次亜リン酸塩を還元剤とする無電解ニッケルめっき液を用いて前記金属焼結体配線パターンの上に形成されたニッケル−リン合金の第一層構造と、形成される層構造が7重量パーセント以上のリンを含有し、イオウ成分を含有しない弱酸性の無電解ニッケルめっき液を用いて前記第一層構造の上に形成された非晶質でイオウを含有しないニッケル−リン合金の第二層構造と、置換型無電解金めっき液を用いて前記第二層構造の上に形成された金の第三層構造と、還元型無電解金めっき液を用いて前記第三層構造の上に形成された金の第四層構造とを有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the present invention is a gold plating film structure formed on a glass ceramic wiring substrate having a metal sintered body wiring pattern on a glass ceramic insulating substrate, First layer structure of nickel-phosphorus alloy formed on the metal sintered body wiring pattern using an electroless nickel plating solution having a substantially neutral hypophosphite as a reducing agent, and a layer to be formed Amorphous, sulfur-free nickel-phosphorus formed on the first layer structure using a weakly acidic electroless nickel plating solution containing at least 7 weight percent phosphorus and not containing a sulfur component A second layer structure of an alloy, a third layer structure of gold formed on the second layer structure using a substitutional electroless gold plating solution, and a third layer structure using a reduced electroless gold plating solution. Fourth of gold formed on the layer structure And having a structure.

この発明によれば、略中性の次亜リン酸塩を還元剤とする無電解ニッケルめっき液を用いてニッケル−リン合金の第一層構造を形成することにより、第一の問題を引き起こす原因となる略中性以外の次亜リン酸塩を還元剤とする無電解ニッケルめっき液を使用する時間を少なくし、形成される層構造が7重量パーセント以上のリンを含有しイオウ成分を含有しない無電解ニッケルめっき液を用いて非晶質でイオウを含有しないニッケル−リン合金の第二層構造を形成し、その上に形成する置換型無電解金めっきの第三層構造とこの第三層構造の上に形成する還元型無電解金めっき膜の第四層構造を形成するようにしたので、ニッケル−リン合金の第二層構造と置換型無電解金めっきの第三層構造との界面に生じるピンホールやボイドなどの発生を低減するようにしたので、結果として配線パターン間の金異常析出不具合、金とニッケルめっき皮膜間の密着不良、はんだはじき現象、およびはんだ継ぎ手の強度劣化などの問題の発生を低減したLTCC基板の金めっき皮膜構造を得ることができる。   According to the present invention, the first problem is caused by forming the first layer structure of the nickel-phosphorus alloy using the electroless nickel plating solution containing the substantially neutral hypophosphite as the reducing agent. The time to use an electroless nickel plating solution containing a hypophosphite other than substantially neutral as a reducing agent is reduced, and the layer structure formed contains 7 weight percent or more of phosphorus and does not contain a sulfur component. A third layer structure of a substitutional electroless gold plating formed on the second layer structure of an amorphous nickel-phosphorus alloy containing no sulfur using an electroless nickel plating solution and the third layer Since the fourth layer structure of reduced electroless gold plating film formed on the structure is formed, the interface between the second layer structure of nickel-phosphorus alloy and the third layer structure of substitutional electroless gold plating Pinholes and voids As a result, the LTCC board has reduced the occurrence of problems such as abnormal gold deposition defects between wiring patterns, poor adhesion between gold and nickel plating film, solder repellency, and solder joint strength deterioration. A gold plating film structure can be obtained.

最初に、本願発明者らの調査および研究により得た上記第一および第二の問題に関する知見を述べる。   First, knowledge on the first and second problems obtained through the investigation and research by the inventors of the present application will be described.

まず、第一の問題であるLTCC基板の配線パターン間に金の微粒子が析出するという異常析出原因としては、めっき液の劣化や水洗不足によるPd触媒の残留などの影響もあるが、無電解ニッケルめっき液のpHが大きく関わっていることを本願の発明者らは見出した。   First of all, the cause of abnormal precipitation of gold fine particles precipitating between the wiring patterns of the LTCC substrate, which is the first problem, is due to the deterioration of the plating solution and the residual Pd catalyst due to lack of water washing. The inventors of the present application have found that the pH of the plating solution is greatly related.

一般に用いられる無電解ニッケルめっき液はpH4.5〜5.0程度の弱酸性であるが、3〜6μm程度のニッケルめっき膜を形成するには15〜30分間めっき液中にLTCC基材部分が曝されることになる。発明者らによる実験によると、弱酸性の無電解ニッケルめっき液中で10分以上の処理を行うか、厚さにして2μm以上の無電解ニッケルめっきを形成すると異常析出が発生しやすくなった。一方、pH6〜7.5の中性タイプの無電解ニッケルめっき液を使うと異常析出の発生は著しく抑制されることが判った。   The electroless nickel plating solution generally used is weakly acidic with a pH of about 4.5 to 5.0. However, in order to form a nickel plating film with a thickness of about 3 to 6 μm, the LTCC base material portion is contained in the plating solution for 15 to 30 minutes. Will be exposed. According to experiments by the inventors, abnormal deposition was likely to occur when treatment for 10 minutes or more was performed in a weakly acidic electroless nickel plating solution or when an electroless nickel plating having a thickness of 2 μm or more was formed. On the other hand, it was found that the use of a neutral type electroless nickel plating solution having a pH of 6 to 7.5 significantly suppresses the occurrence of abnormal precipitation.

LTCCはその基材がガラスセラミックであることから酸性やアルカリ性の高温溶液に溶解しやすい性質を有している。発明者らの検討によると、pH4.5〜5.0程度の弱酸性溶液であっても、長時間曝されるとLTCC基材表面のガラス成分が一部溶解し、LTCC基材表面が凸凹になる。さらに、配線パターン近傍のガラスセラミック内部に銀焼結体から拡散した銀が基材表面に析出して0.05〜0.2μm程度の微細な銀粒子が表面に形成される。この銀粒子上に金が析出することにより配線パターン近傍のガラスセラミック基材表面に金異常析出が発生する原因となっていたことが判明した。また、粗面化したLTCC基材表面は異常析出の金粒子を保持しやすくなるため、より顕著に異常析出不具合を誘発する原因となっていたことが判明した。   LTCC has the property of easily dissolving in acidic or alkaline high-temperature solutions because its base material is glass ceramic. According to the studies by the inventors, even a weakly acidic solution having a pH of about 4.5 to 5.0 partially dissolves the glass component on the surface of the LTCC substrate when exposed to a long time, and the surface of the LTCC substrate is uneven. become. Further, the silver diffused from the silver sintered body is deposited on the surface of the substrate inside the glass ceramic near the wiring pattern, and fine silver particles of about 0.05 to 0.2 μm are formed on the surface. It was found that the deposition of gold on the silver particles caused abnormal gold deposition on the surface of the glass ceramic substrate near the wiring pattern. Further, it has been found that the roughened LTCC base material surface easily retains abnormally precipitated gold particles, thereby causing abnormal precipitation defects more remarkably.

さて、この異常析出を防ぐ方法としては、pH6〜7.5の中性タイプの無電解ニッケルめっき液を使うことが有効である。中性タイプの無電解ニッケルめっき液であれば、めっき時間が長くてもめっき処理中にLTCC基材を溶解することが無く、その結果異常析出のリスクを大きく低減することが出来る。特許文献2には、ガラスセラミック基板の溶解を防ぐために中性の無電解めっき液を用いる方法が開示されている。   As a method for preventing this abnormal precipitation, it is effective to use a neutral type electroless nickel plating solution having a pH of 6 to 7.5. The neutral type electroless nickel plating solution does not dissolve the LTCC base material during the plating process even if the plating time is long, and as a result, the risk of abnormal precipitation can be greatly reduced. Patent Document 2 discloses a method using a neutral electroless plating solution in order to prevent dissolution of the glass ceramic substrate.

一方、第二の問題である金とニッケルめっき皮膜間の密着不良とはんだ継ぎ手の強度劣化の原因は、厚付けの還元型無電解金めっきを行う際にニッケルめっき皮膜に生じるボイドが主要因であると考えられている。   On the other hand, the cause of poor adhesion between the gold and nickel plating films and the deterioration of the strength of the solder joints, which is the second problem, is mainly due to voids generated in the nickel plating film during thick reduction electroless gold plating. It is thought that there is.

置換型の無電解金めっき膜には多くのピンホールがあるため、還元型の無電解金めっき処理時にもニッケルが部分的に溶け出す置換反応が継続し、金めっき下の無電解ニッケルめっき膜に無数のボイドが生じる場合がある。この場合、金めっきの外観上は全く問題は無いが、金めっき膜のみ溶解剥離すると、無電解ニッケルめっき表面に黒い網目状の亀裂が生じていることがあり、このような部分は黒い外観からブラックパッドと呼ばれている。   Substitution-type electroless gold plating film has many pinholes, so the substitution reaction where nickel partially dissolves during reduction-type electroless gold plating treatment continues, and electroless nickel plating film under gold plating An infinite number of voids may occur. In this case, there is no problem on the appearance of the gold plating, but if only the gold plating film is dissolved and peeled, a black mesh-like crack may occur on the surface of the electroless nickel plating. It is called a black pad.

このような無電解ニッケルめっきと金めっきの界面にボイドが多いめっき膜が形成されると、金とニッケルめっき皮膜間の密着強度が低下し、例えばワイヤボンド時に金めっき膜がニッケルめっきから剥がれてしまうという不良を発生させる原因になる。また、このようなボイドが多いめっき膜に鉛フリーはんだを用いてはんだ付けを行うと、金は容易にはんだ内部に拡散して消失するが、ニッケルとスズが濡れないためにはんだが弾かれる現象が起こることがあった。さらに、ニッケルとはんだ間の拡散層(スズニッケル化合物層)に多くのボイドが生じ、はんだ継ぎ手の強度が低下するという問題が生じることもあった。非特許文献1には、無電解ニッケルめっきと置換型無電解金めっきとの組み合わせによって無電解ニッケルめっき膜に局所的な溶解孔が形成され、はんだ接続信頼性が低くなることが記述されている。   When a plating film with many voids is formed at the interface between such electroless nickel plating and gold plating, the adhesion strength between the gold and nickel plating films decreases, for example, the gold plating film peels off from the nickel plating during wire bonding. This causes a failure to occur. In addition, when lead-free solder is used to solder a plating film with many voids, gold easily diffuses and disappears inside the solder, but the nickel and tin do not get wet and the solder is repelled. Sometimes happened. Furthermore, many voids are generated in the diffusion layer (tin-nickel compound layer) between nickel and solder, and there is a problem that the strength of the solder joint is lowered. Non-Patent Document 1 describes that a combination of electroless nickel plating and substitutional electroless gold plating forms local dissolution holes in the electroless nickel plating film, resulting in low solder connection reliability. .

発明者らは、このようなブラックパッドは無電解ニッケルめっきと無電解金めっきの組み合わせによって発生し、特に中性タイプの低リン濃度の無電解ニッケルめっきやイオウ系添加剤を含む無電解ニッケルめっき液を用いる場合に顕著に発生することを見出した。すなわち、低リン濃度の無電解ニッケルめっき皮膜構造は結晶質であるため、結晶粒界部分で置換型の無電解金めっき反応が起こりやすく、結晶粒界などニッケルが溶解する部分と金が覆い被さる部分に不均一が生じ、ニッケルが溶出し続けるボイドやピンホールが多く形成されるものと考えられる。また、イオウ成分を含む無電解ニッケルめっき皮膜も耐食性が悪いため、同様のボイドが生じやすいと考えられる。   The inventors have found that such a black pad is generated by a combination of electroless nickel plating and electroless gold plating, in particular, an electroless nickel plating containing a neutral type low phosphorus concentration or a sulfur-based additive. It has been found that this phenomenon occurs remarkably when a liquid is used. That is, since the electroless nickel plating film structure with a low phosphorus concentration is crystalline, a substitutional electroless gold plating reaction is likely to occur at the crystal grain boundary, and the part where the nickel dissolves such as the crystal grain boundary is covered with gold. It is considered that non-uniformity occurs in the portion, and many voids and pinholes in which nickel continues to elute are formed. Moreover, since the electroless nickel plating film containing a sulfur component has poor corrosion resistance, it is considered that similar voids are likely to be generated.

これに対し、皮膜中のリン酸濃度が7wt%以上となるように制御して無電解ニッケルめっきを行うと、非晶質な皮膜構造を有するニッケル−リン合金めっき膜を得ることができる。ニッケルめっき皮膜が非晶質で、かつイオウを含まない場合、置換型の無電解金めっき反応が均一にかつ穏やかに起こり、ボイドやピンホールの形成が抑えられることが判明した。   On the other hand, when electroless nickel plating is performed while controlling the phosphoric acid concentration in the film to be 7 wt% or more, a nickel-phosphorus alloy plating film having an amorphous film structure can be obtained. It has been found that when the nickel plating film is amorphous and does not contain sulfur, the substitutional electroless gold plating reaction occurs uniformly and gently, and the formation of voids and pinholes can be suppressed.

しかしながら、皮膜中のリン酸濃度が7wt%以上となるように無電解ニッケルめっきを行うためには、現在は弱酸性タイプの無電解ニッケルめっき液を使わざるを得ない。このめっき液を使う場合は、第一の問題の解決に至らない。   However, in order to perform electroless nickel plating so that the phosphoric acid concentration in the film is 7 wt% or more, it is currently necessary to use a weakly acidic type electroless nickel plating solution. When this plating solution is used, the first problem cannot be solved.

そこで、本発明の実施の形態の金めっき皮膜構造および金めっき皮膜形成方法では、中性タイプの無電解ニッケルめっき液を用いて所望とするニッケルめっき皮膜の厚さの大部分を形成した後、該ニッケルめっき皮膜の上に、リンを7wt%以上含み、イオウを含まない非晶質のニッケルめっき皮膜を薄く形成して全体として所望の厚さのニッケルめっき皮膜とし、該皮膜の上から置換型の無電解金めっきを行うように工夫することによって、上記第一および第二の問題を解決した。以下に、図面を用いて本発明の実施の形態を具体的に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Therefore, in the gold plating film structure and the gold plating film forming method of the embodiment of the present invention, after forming most of the thickness of the desired nickel plating film using a neutral type electroless nickel plating solution, An amorphous nickel plating film containing 7 wt% or more of phosphorus and not containing sulfur is thinly formed on the nickel plating film to form a nickel plating film having a desired thickness as a whole. The first and second problems were solved by devising to perform electroless gold plating. Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態.
本発明にかかる実施の形態の金めっき皮膜形成方法と、該方法により作成される金めっき皮膜構造を、比較のために作成する3つの比較例を示しながら説明する。図1は、本実施の形態の金めっき皮膜形成方法と、比較例とを対比して説明する図である。本実施の形態の金めっき皮膜形成方法により作成された金めっき皮膜構造をサンプル1、比較のための金めっき皮膜形成方法により作成された金めっき皮膜構造を、サンプル2、3、および4としている。
Embodiment.
A gold plating film forming method according to an embodiment of the present invention and a gold plating film structure created by the method will be described with reference to three comparative examples created for comparison. FIG. 1 is a diagram illustrating the gold plating film forming method of the present embodiment and a comparative example for comparison. The gold plating film structure created by the gold plating film forming method of the present embodiment is sample 1, and the gold plating film structures created by the comparative gold plating film forming method are samples 2, 3, and 4. .

(サンプル1)
本実施の形態における金めっき皮膜形成方法によって作成した金めっき皮膜構造であるサンプル1は、図2に示すような層構造となっている。図2において、サンプル1は、ガラスセラミックからなる絶縁基材1の上に、銀を主成分とする金属焼結体の配線パターン2と、この銀の配線パターン2の上に第一層構造である第一の無電解ニッケルめっき膜3、第二層構造である第二の無電解ニッケルめっき膜4、第三層構造である置換型無電解金めっき膜5、および第四層構造である厚付けの還元型無電解金めっき膜6が、この順番で形成された構造となっている。以下に、図1を用いて本実施の形態の方法により作成されたサンプル1の作成工程を説明する。
(Sample 1)
Sample 1 which is a gold plating film structure created by the gold plating film forming method in the present embodiment has a layer structure as shown in FIG. In FIG. 2, a sample 1 has a wiring pattern 2 made of a sintered metal mainly composed of silver on an insulating base material 1 made of glass ceramic, and a first layer structure on the wiring pattern 2 made of silver. A certain first electroless nickel plating film 3, a second electroless nickel plating film 4 having a second layer structure, a substitutional electroless gold plating film 5 having a third layer structure, and a thickness having a fourth layer structure The attached reduced electroless gold plating film 6 has a structure formed in this order. In the following, the process of creating the sample 1 created by the method of the present embodiment will be described with reference to FIG.

先ず、銀の配線パターン2が形成されている絶縁基材1を通常の方法で脱脂・表面活性化処理を実施し、銀の配線パターン2の電極表面からガラス成分や酸化膜を除去する。   First, the insulating base material 1 on which the silver wiring pattern 2 is formed is degreased and surface activated by a normal method, and the glass component and the oxide film are removed from the electrode surface of the silver wiring pattern 2.

続いて、パラジウム等を含む触媒液に浸漬し、銀の配線パターン2の電極表面にパラジウム触媒を付与する。   Subsequently, it is immersed in a catalyst solution containing palladium or the like, and a palladium catalyst is applied to the electrode surface of the silver wiring pattern 2.

続いて、第一の無電解ニッケルめっきとして中性タイプの無電解ニッケルめっき液を用いて所望とする厚さより僅かに少ない厚さにニッケル−リン合金めっき膜を形成する。めっき厚さとしては銀焼結体の配線パターンが完全に覆われる厚さ以上であれば良く、具体的には1μm以上であることが望ましい。めっき膜のリン濃度は特に限定するものではないが、中性型の無電解ニッケルめっきであることから、リン濃度は1〜6wt%で結晶質のニッケル−リン合金めっき膜となる。サンプル1においては、この配線パターンの上に、金属塩として硫酸ニッケル、還元剤として次亜リン酸ナトリウム、錯化剤としてグルタミン酸塩類、無機酸としてホウ酸等を含みpHを7.0に調整した第一の無電解ニッケルめっき液を用いて、液温80℃、めっき時間20分という条件で、リン濃度4wt%のニッケル−リン合金からなる第一の無電解ニッケルめっき膜3を4μm形成した。   Subsequently, a nickel-phosphorus alloy plating film is formed to a thickness slightly smaller than a desired thickness using a neutral type electroless nickel plating solution as the first electroless nickel plating. The plating thickness may be equal to or greater than the thickness at which the wiring pattern of the silver sintered body is completely covered, and specifically, it is preferably 1 μm or greater. The phosphorus concentration of the plating film is not particularly limited. However, since it is neutral electroless nickel plating, the phosphorus concentration is 1 to 6 wt%, and a crystalline nickel-phosphorus alloy plating film is obtained. In Sample 1, the pH was adjusted to 7.0 on the wiring pattern, including nickel sulfate as a metal salt, sodium hypophosphite as a reducing agent, glutamates as a complexing agent, boric acid as an inorganic acid, and the like. Using the first electroless nickel plating solution, 4 μm of the first electroless nickel plating film 3 made of a nickel-phosphorus alloy having a phosphorus concentration of 4 wt% was formed under the conditions of a solution temperature of 80 ° C. and a plating time of 20 minutes.

この工程で使用する無電解ニッケルめっき液は中性であるため、長時間浸漬してもLTCC基材表面が侵されることが無い。従って、最終的に得られる金めっき皮膜構造において金の異常析出を生じることなく任意の厚さにニッケルめっき膜を形成することができる。   Since the electroless nickel plating solution used in this step is neutral, the LTCC base material surface is not affected even when immersed for a long time. Therefore, the nickel plating film can be formed to an arbitrary thickness without causing abnormal precipitation of gold in the gold plating film structure finally obtained.

続いて、第二の無電解ニッケルめっきとして弱酸性タイプでイオウ成分を含まない無電解ニッケルめっき液を用いてリン濃度が7wt%以上でイオウを含まないニッケル−リン合金めっき膜を形成する。現在は、リン濃度が7〜10wt%のリン−ニッケル合金めっき膜を形成できる弱酸性タイプの無電解ニッケルめっき液が入手できる。めっき厚さとしては、はんだ付け時にはんだ中に溶解して消失しない程度の厚さであり、かつできるだけ短時間で処理されることが望ましく、具体的には1μm以下となるように形成させる。サンプル1においては、金属塩として硫酸ニッケル、還元剤として次亜リン酸ナトリウム、錯化剤として乳酸もしくはプロピオン酸、トリエタノールアミン等を含みpHを4.5に調整した第二の無電解ニッケルめっき液を用いて、液温80℃、めっき時間5分という条件で、リン濃度8wt%のニッケル−リン合金からなる第二の無電解ニッケルめっき膜4を0.8μm形成した。   Subsequently, a nickel-phosphorus alloy plating film having a phosphorus concentration of 7 wt% or more and containing no sulfur is formed using a weakly acidic type electroless nickel plating solution as the second electroless nickel plating. Currently, a weak acid type electroless nickel plating solution capable of forming a phosphorus-nickel alloy plating film having a phosphorus concentration of 7 to 10 wt% is available. The plating thickness is such that it does not dissolve and disappear in the solder during soldering, and is preferably processed in as short a time as possible. Specifically, it is formed to be 1 μm or less. In sample 1, the second electroless nickel plating containing nickel sulfate as the metal salt, sodium hypophosphite as the reducing agent, lactic acid or propionic acid as the complexing agent, triethanolamine, etc. and adjusted to pH 4.5. Using the solution, a second electroless nickel plating film 4 made of a nickel-phosphorus alloy having a phosphorus concentration of 8 wt% was formed to a thickness of 0.8 μm under the conditions of a solution temperature of 80 ° C. and a plating time of 5 minutes.

この工程において作成される第二の無電解ニッケルめっき膜4は、リンを7wt%以上含むので、非晶質な皮膜構造を多く有し、続く置換型の無電解金めっきとの反応が緩やかで均一に起こるためピンホールが少なく、かつイオウを含まないので、その後に還元型の無電解金めっき処理を行ってもボイドやピンホールが増大することは無い。このため、最終的に得られる金めっき皮膜構造においては、ワイヤボンディング性に優れ、かつはんだ付け時においてもはんだ継ぎ手強度を劣化させることの無い金めっき膜が形成される。また、この工程においては弱酸性タイプの無電解ニッケルめっき液を使用するが、得られる厚さを1μm以下とするように短時間の処理で行うだけでよいので、金の異常析出を生じるほどのLTCC基板の腐食は起きない。   The second electroless nickel plating film 4 created in this step contains 7 wt% or more of phosphorus, and thus has a lot of amorphous film structure, and the reaction with the subsequent substitution type electroless gold plating is slow. Since it occurs uniformly, there are few pinholes and it does not contain sulfur. Therefore, voids and pinholes do not increase even if reduction-type electroless gold plating is performed thereafter. For this reason, in the gold plating film structure finally obtained, a gold plating film which is excellent in wire bonding property and does not deteriorate the solder joint strength even during soldering is formed. In this process, a weakly acidic type electroless nickel plating solution is used, but it is sufficient to perform the treatment in a short time so that the thickness obtained is 1 μm or less. The LTCC substrate does not corrode.

続いて、第二の無電解ニッケルめっき膜4の上に置換型無電解金めっきを行う。サンプル1においては、シアン化金カリウム、およびシアン化カリウム等を含む置換型の無電解金めっき液を用いて、pH6.8、液温90℃、めっき時間10分という条件で0.05μmの置換型無電解金めっき膜5を形成した。置換型の無電解金めっき膜5の厚さは特に規定するものではなく、0.05μm以外の厚さであってもよい。   Subsequently, substitutional electroless gold plating is performed on the second electroless nickel plating film 4. In sample 1, a substitutional electroless gold plating solution containing potassium gold cyanide, potassium cyanide, etc. was used, and the substitution type was not changed to 0.05 μm under the conditions of pH 6.8, solution temperature 90 ° C., plating time 10 minutes. An electrolytic gold plating film 5 was formed. The thickness of the substitutional electroless gold plating film 5 is not particularly specified, and may be a thickness other than 0.05 μm.

最後に、置換型無電解金めっき膜5の上に、還元型無電解めっきにより、厚付け金めっきを行う。サンプル1においては、シアン化金カリウム、シアン化ナトリウム、水酸化ナトリウム、還元剤として水素化ホウ素ナトリウム等を含む還元型無電解金めっき液を用いて、液温75℃、めっき時間30分という条件で、0.7μmの厚付け無電解金めっき膜6を形成した。厚付け無電解金めっき膜6の金は、純度99%以上の純金となった。ここで、めっき厚さは、ワイヤボンド可能な厚さ、すなわち0.3μm以上であれば、0.7μmに限る必要はない。   Finally, thick gold plating is performed on the substitutional electroless gold plating film 5 by reduction electroless plating. In sample 1, using a reduced electroless gold plating solution containing potassium gold cyanide, sodium cyanide, sodium hydroxide, sodium borohydride and the like as a reducing agent, a solution temperature of 75 ° C. and a plating time of 30 minutes Thus, a 0.7 μm thick electroless gold plating film 6 was formed. Gold of the thick electroless gold plating film 6 was pure gold having a purity of 99% or more. Here, the plating thickness is not limited to 0.7 μm as long as it is a wire bondable thickness, that is, 0.3 μm or more.

(サンプル2)
次に、比較として作成されたサンプル2について説明する。サンプル2は、図2におけるサンプル1の作成工程から第二の無電解ニッケルめっき膜4を形成する工程を削除した作成工程によって作成された。この工程により作成されたサンプル2は、図3のような構造となる。
(Sample 2)
Next, sample 2 created as a comparison will be described. Sample 2 was created by a creation step in which the step of forming the second electroless nickel plating film 4 was omitted from the creation step of Sample 1 in FIG. The sample 2 created by this process has a structure as shown in FIG.

図3において、サンプル2のLTCC基板は、サンプル1と同様にガラスセラミックからなる絶縁基材1と銀を主成分とする金属焼結体からなる配線パターン2から構成されている。配線パターン2の表面の金属めっき膜構成は、配線パターン2から順に第一の無電解ニッケルめっき膜3、置換型無電解金めっき膜5、厚付け還元型無電解金めっき膜6の順となっている。第一の無電解ニッケルめっき膜3はリン濃度1〜6wt%のニッケル−リン合金で、厚さは4μmである。置換型無電解金めっき膜5の厚さは0.05μm程度であり、厚付け置換型無電解金めっき膜6の厚さは0.7μmである。   In FIG. 3, the LTCC substrate of Sample 2 is composed of an insulating base material 1 made of glass ceramic and a wiring pattern 2 made of a metal sintered body containing silver as a main component, as in Sample 1. The structure of the metal plating film on the surface of the wiring pattern 2 is in order of the first electroless nickel plating film 3, the substitutional electroless gold plating film 5, and the thickened reduction type electroless gold plating film 6 in order from the wiring pattern 2. ing. The first electroless nickel plating film 3 is a nickel-phosphorus alloy having a phosphorus concentration of 1 to 6 wt% and a thickness of 4 μm. The thickness of the substitutional electroless gold plating film 5 is about 0.05 μm, and the thickness of the thickened substitutional electroless gold plating film 6 is 0.7 μm.

(サンプル3)
次に、サンプル2とは異なる比較例として作成されたサンプル3について説明する。サンプル3は、図2におけるサンプル1の作成工程から第一の無電解ニッケルめっき膜3を形成する工程を削除し、第二の無電解ニッケルめっき膜4を作成する工程の時間を30分に変更し、第二の無電解ニッケルめっき膜4の厚さを5μmとした作成工程によって作成された。この工程により作成されたサンプル3には、LTCC基板の配線パターン2の上に、5μmの第二の無電解ニッケルめっき膜4、0.05μmの置換型無電解金めっき膜5、および0.7μmの厚付け還元型無電解金めっき膜6が形成されている。
(Sample 3)
Next, Sample 3 created as a comparative example different from Sample 2 will be described. In sample 3, the process of forming first electroless nickel plating film 3 is deleted from the process of creating sample 1 in FIG. 2, and the time of the process of forming second electroless nickel plating film 4 is changed to 30 minutes. The second electroless nickel plating film 4 was formed by a manufacturing process in which the thickness was 5 μm. Sample 3 created by this process includes a second electroless nickel plating film 4 of 5 μm, a substitutional electroless gold plating film 5 of 0.05 μm, and 0.7 μm on the wiring pattern 2 of the LTCC substrate. The thick reduction type electroless gold plating film 6 is formed.

(サンプル4)
次に、さらに別の比較例として作成されたサンプル4について説明する。サンプル4は、第二の無電解ニッケルめっき膜4を作成する工程において、イオウ成分であるチオ尿素を含有する市販のプリント基板用の無電解ニッケルめっき液を用いて、1μmのイオウを含有するリン濃度7wt%のニッケル−リン合金を作成したことがサンプル1の作成工程と異なる。すなわち、サンプル4では、LTCC基板の配線パターン2の上に、4μmの第一の無電解ニッケルめっき膜、1μmのイオウを含有する無電解ニッケルめっき膜、0.05μmの置換型無電解金めっき膜5、および0.7μmの厚付け還元型無電解金めっき膜6が形成されている。
(Sample 4)
Next, sample 4 created as still another comparative example will be described. Sample 4 is a phosphorous containing 1 μm sulfur using a commercially available electroless nickel plating solution for printed circuit boards containing thiourea, which is a sulfur component, in the step of forming second electroless nickel plating film 4. The preparation of the nickel-phosphorus alloy with a concentration of 7 wt% is different from the preparation process of Sample 1. That is, in sample 4, a 4 μm first electroless nickel plating film, an electroless nickel plating film containing 1 μm sulfur, and a 0.05 μm substitutional electroless gold plating film on the wiring pattern 2 of the LTCC substrate. 5 and 0.7 μm thick reduced electroless gold plating films 6 are formed.

このように作成されたサンプル1〜4について、外観の観察による比較と前記する問題1および問題2に関するめっき特性試験を実施した。まず、外観の比較結果を説明する。図4は、サンプル1〜4の外観観察結果を説明する図である。   The samples 1 to 4 thus prepared were subjected to a comparison by appearance observation and a plating characteristic test related to the above problems 1 and 2. First, the appearance comparison results will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining the appearance observation results of Samples 1 to 4.

図4において、配線パターン2上の還元型無電解金めっき膜6の外観は何れのサンプルも山吹色で綺麗な金色をしていたが、唯一サンプル3のみ配線パターン2と平行に配置された配線パターン2の間に茶色い金の異常析出が生じ、配線基板として正常なめっきが出来ていないことがわかった。   In FIG. 4, the appearance of the reduced electroless gold plating film 6 on the wiring pattern 2 is a bright gold color in any sample, but only the sample 3 is arranged in parallel with the wiring pattern 2. An abnormal precipitation of brown gold occurred between the patterns 2 and it was found that normal plating as a wiring board was not possible.

さらに、サンプル1〜4をシアン化カリウム(10g/L濃度)等を含む金めっき剥離液中に浸漬し、金を剥離した後の無電解ニッケルめっき面を観察したところ、図4に示すように、サンプル2ではほぼ全面、サンプル4では部分的にブラックパッドが観察された。サンプル1および3の金めっき剥離後の無電解ニッケルめっき面には黒い外観は認められなかった。   Furthermore, the samples 1 to 4 were immersed in a gold plating stripper containing potassium cyanide (10 g / L concentration) and the electroless nickel plated surface after stripping the gold was observed. As shown in FIG. The black pad was observed almost entirely in 2 and partially in sample 4. No black appearance was observed on the electroless nickel-plated surfaces of Samples 1 and 3 after peeling off the gold plating.

すなわち、金の異常析出が起きず、かつブラックパッドが生じなかったのはサンプル1のみであった。   That is, only Sample 1 did not cause abnormal gold deposition and no black pad.

次に、めっき特性試験の結果を説明する。めっき特性試験としては、金めっきの密着性比較のためにテープを貼って勢いよくはがすテープテストと、金ワイヤでワイヤボンディングし、この金ワイヤを引っ張って破断試験するワイヤボンド引張試験と、ニッケル製のL型アングルを鉛フリーはんだで接続してこのアングルを引っ張って破断するか否かを試験する鉛フリーはんだ接続継ぎ手の強度評価とを実施した。ただし、サンプル3については、異常析出のため正常な金めっきができていない事から、金めっき膜の特性試験は実施しなかった。図5は、サンプル1、2、4について行った金めっき膜の特性試験の結果を説明する図である。   Next, the results of the plating characteristic test will be described. For the plating characteristics test, a tape test to peel off the tape by applying a tape to compare the adhesion of the gold plating, a wire bond tensile test in which wire bonding is performed with a gold wire, and the gold wire is pulled to test for breaking, and nickel The L-shaped angle of the lead was connected with lead-free solder, and the strength of the lead-free solder joint was tested to test whether this angle was pulled and broken. However, with respect to Sample 3, the gold plating film was not subjected to a characteristic test because normal gold plating was not possible due to abnormal precipitation. FIG. 5 is a diagram for explaining the results of the gold plating film characteristic test performed on samples 1, 2, and 4. FIG.

図5において、まずテープテストの結果について説明する。テープテストでは、各サンプル1、2、4の配線パターン2の上に20mm幅の市販セロハンテープを貼り付け、垂直方向に勢いよく引き剥がした後のサンプルの外観を調べた。サンプル2のみ部分的に無電解金めっき膜5および6が剥がれ、下地の第一の無電解ニッケルめっき膜3が露出している部分が存在したが、サンプル1および4のLTCC基板には異常は認められなかった。   In FIG. 5, the result of the tape test will be described first. In the tape test, a commercially available cellophane tape having a width of 20 mm was applied on the wiring pattern 2 of each of the samples 1, 2, and 4, and the appearance of the sample after being peeled off in the vertical direction was examined. Although only the sample 2 was partially peeled off the electroless gold plating films 5 and 6 and the underlying first electroless nickel plating film 3 was exposed, there was an abnormality in the LTCC substrates of the samples 1 and 4 I was not able to admit.

次に、ワイヤボンド引張試験の結果について説明する。ワイヤボンド引張試験においては、各サンプル1、2、4の無電解金めっき処理した電極に直径25μmの金ワイヤを用いてワイヤボンディングを実施し、その後ワイヤを垂直方向に引っ張って破断試験を実施した。各々100本のワイヤの引張試験を実施した結果、サンプル1およびサンプル4では全ての金ワイヤが破断し、金ワイヤと金めっき間や金めっき剥がれ等は認められなかった。これに対し、サンプル2では全ワイヤのうち約1/5のワイヤにおいてワイヤ破断強度の平均値よりも小さい強度で金めっき膜とニッケルめっき間が剥がれた。   Next, the results of the wire bond tensile test will be described. In the wire bond tensile test, wire bonding was performed using a gold wire having a diameter of 25 μm on the electroless gold-plated electrode of each sample 1, 2, and 4, and then a break test was performed by pulling the wire in the vertical direction. . As a result of performing a tensile test on 100 wires each, in sample 1 and sample 4, all the gold wires were broken, and no gold wire-gold plating or gold plating peeling was observed. On the other hand, in sample 2, about 1/5 of all the wires were separated from the gold plating film and the nickel plating with a strength smaller than the average value of the wire breaking strength.

最後に、鉛フリーはんだ接続継ぎ手の強度評価の結果について説明する。鉛フリーはんだ接続継ぎ手の強度評価においては、ニッケル製のL型アングルをLTCC基板の2mm×2mmの四角い電極パッドにはんだ付けし、125℃で12時間のアニーリング後に垂直方向に引っ張って破断部分を観察した。試験に供した電極パッド数は各々50箇所である。なお、はんだ材料としてスズ96.5wt%、銀3wt%、銅0.5wt%の鉛フリーはんだを用いた。サンプル1は全て銀の焼結体配線パターン2もしくは絶縁基材1が破壊されるかL型アングルの界面で剥離し、LTCCのめっき皮膜の界面で壊れることは無かった。これに対し、サンプル2および4では、無電解ニッケルめっきが残存する形態でL型アングルが剥がれ、めっき皮膜の界面で破断が生じる場合があった。サンプル2および4の比較では、サンプル2のほうがめっき皮膜界面での破断が顕著であった。   Finally, the results of strength evaluation of lead-free solder joints will be described. When evaluating the strength of lead-free solder joints, a nickel L-shaped angle was soldered to a 2 mm x 2 mm square electrode pad on an LTCC substrate, and annealed at 125 ° C for 12 hours and pulled vertically to observe the fractured part. did. The number of electrode pads subjected to the test is 50 each. Note that a lead-free solder of 96.5 wt% tin, 3 wt% silver, and 0.5 wt% copper was used as a solder material. In all samples 1, the silver sintered body wiring pattern 2 or the insulating base material 1 was broken or peeled off at the interface of the L-shaped angle, and it was not broken at the interface of the LTCC plating film. On the other hand, in samples 2 and 4, the L-shaped angle peeled off in a form in which electroless nickel plating remained, and breakage sometimes occurred at the interface of the plating film. In comparison between Samples 2 and 4, Sample 2 was more noticeable at the plating film interface.

この外観の観察による比較の結果およびめっき特性試験の結果より明らかな様に、金の異常析出発生がないこと、ブラックパッドがないこと、ニッケルめっき膜と金めっき膜の密着性が良いこと、ワイヤボンド引張試験で金めっき膜が剥離しないこと、はんだ付け部の引き剥がし試験でニッケルめっき皮膜界面での破断が無いことの何れの条件も満足するのは本実施の形態の金めっき皮膜形成方法で作成したサンプル1のみであった。すなわち、ニッケルめっきを行う際、中性型無電解ニッケルめっき液を用いてニッケルめっき膜を作成する工程を行うことにより、中性タイプ以外の無電解ニッケルめっき液にLTCC基板が曝される時間が短くなるようにしたことから、配線パターン間の金異常析出を防ぐという効果が得られた。また、金めっき膜の下地膜として、イオウを含まず、リン濃度が7wt%以上になるようにして制御することによってイオウを含まない非晶質のニッケル−リン合金皮膜を形成するようにしたので、置換金めっき液との反応を穏やかにしてピンホールの発生を低減し、ブラックパッドを形成せず、ボイドの少ない金とニッケル皮膜の界面を形成したために、結果として金めっきの密着性やはんだ継ぎ手の強度を強くするという効果が得られた。   As is clear from the results of comparison of appearance observation and plating characteristics test, there is no abnormal gold deposition, no black pad, good adhesion between nickel plating film and gold plating film, wire The gold plating film forming method of the present embodiment satisfies both the conditions that the gold plating film does not peel in the bond tensile test and that there is no breakage at the nickel plating film interface in the peeling test of the soldered portion. Only sample 1 was prepared. That is, when performing nickel plating, the time for which the LTCC substrate is exposed to an electroless nickel plating solution other than the neutral type by performing a step of creating a nickel plating film using a neutral type electroless nickel plating solution. Since the length was shortened, the effect of preventing abnormal gold deposition between the wiring patterns was obtained. In addition, as an undercoat film for the gold plating film, an amorphous nickel-phosphorus alloy film that does not contain sulfur is formed by controlling so that the phosphorus concentration does not contain sulfur and the phosphorus concentration is 7 wt% or more. , The reaction with the displacement gold plating solution is moderated to reduce the occurrence of pinholes, the black pad is not formed, and the gold-nickel film interface with few voids is formed. The effect of increasing the strength of the joint was obtained.

以上のように、本発明の実施の形態によれば、略中性の次亜リン酸塩を還元剤とする無電解ニッケルめっき液を用いてニッケル−リン合金の第一層構造を形成することにより、第一の問題を引き起こす原因となる略中性以外の次亜リン酸塩を還元剤とする無電解ニッケルめっき液を使用する時間を少なくし、形成される層構造が7重量パーセント以上のリンを含有しイオウ成分を含有しない無電解ニッケルめっき液を用いて非晶質でイオウを含有しないニッケル−リン合金の第二層構造を形成し、その上に形成する置換型無電解金めっきの第三層構造とこの第三層構造の上に形成する還元型無電解金めっき膜の第四層構造を形成するようにしたので、ニッケル−リン合金の第二層構造と置換型無電解金めっきの第三層構造との界面に生じるピンホールやボイドなどの発生を低減するようにしたので、結果として配線パターン間の金異常析出不具合、金とニッケルめっき皮膜間の密着不良、はんだはじき現象、およびはんだ継ぎ手の強度劣化などの問題の発生を低減したLTCC基板の金めっき皮膜構造を得ることができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, the first layer structure of the nickel-phosphorus alloy is formed by using the electroless nickel plating solution using the substantially neutral hypophosphite as the reducing agent. Therefore, the time for using an electroless nickel plating solution having a non-neutral hypophosphite that causes the first problem as a reducing agent is reduced, and the formed layer structure is 7 weight percent or more. A second layer structure of an amorphous, non-sulfur-containing nickel-phosphorous alloy is formed using an electroless nickel plating solution that contains phosphorus and does not contain a sulfur component. Since the fourth layer structure of the reduced-type electroless gold plating film formed on the third-layer structure and the third-layer structure is formed, the second-layer structure of the nickel-phosphorus alloy and the replacement-type electroless gold Piping generated at the interface with the third layer structure of the plating The generation of holes and voids has been reduced, resulting in problems such as abnormal gold deposition between wiring patterns, poor adhesion between gold and nickel plating film, solder repellency, and solder joint strength deterioration. It is possible to obtain a gold-plated film structure of an LTCC substrate with reduced resistance.

以上のように、本発明にかかる金めっき皮膜構造、金めっき皮膜形成方法およびガラスセラミック配線基板は、低温焼成ガラスセラミック基板の配線パターンの電極に形成する金めっき皮膜構造、金めっき皮膜形成方法およびガラスセラミック配線基板に適用して好適である。   As described above, the gold plating film structure, the gold plating film forming method, and the glass ceramic wiring board according to the present invention include a gold plating film structure, a gold plating film forming method, and a gold plating film forming method that are formed on the electrodes of the wiring pattern of the low-temperature fired glass ceramic substrate. It is suitable for application to a glass ceramic wiring board.

本発明の実施の形態および比較例の金めっき皮膜形成方法を説明する図である。It is a figure explaining the gold plating film formation method of an embodiment and a comparative example of the present invention. 本実施の形態の金めっき皮膜形成方法によって形成されたサンプル1の層構造を説明する図である。It is a figure explaining the layer structure of the sample 1 formed by the gold plating film forming method of this Embodiment. 比較例の金めっき形成方法によって形成されたサンプル2の層構造を説明する図である。It is a figure explaining the layer structure of the sample 2 formed by the gold plating formation method of the comparative example. サンプル1〜4の外観比較の結果を説明する図である。It is a figure explaining the result of appearance comparison of samples 1-4. サンプル1、2および4のめっき特性試験の結果を説明する図である。It is a figure explaining the result of the plating characteristic test of samples 1, 2, and 4.

符号の説明Explanation of symbols

1 絶縁基材
2 配線パターン
3 第一の無電解ニッケルめっき膜
4 第二の無電解ニッケルめっき膜
5 置換型無電解金めっき膜
6 還元型無電解金めっき膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulation base material 2 Wiring pattern 3 1st electroless nickel plating film 4 2nd electroless nickel plating film 5 Substitution type electroless gold plating film 6 Reduction type electroless gold plating film

Claims (6)

ガラスセラミック絶縁基材の上に金属焼結体配線パターンを有するガラスセラミック配線基板へ形成された金めっき皮膜構造であって、
略中性の次亜リン酸塩を還元剤とする無電解ニッケルめっき液を用いて前記金属焼結体配線パターンの上に形成されたニッケル−リン合金の第一層構造と、
形成される層構造が7重量パーセント以上のリンを含有し、イオウ成分を含有しない弱酸性の無電解ニッケルめっき液を用いて前記第一層構造の上に形成された非晶質でイオウを含有しないニッケル−リン合金の第二層構造と、
置換型無電解金めっき液を用いて前記第二層構造の上に形成された金の第三層構造と、
還元型無電解金めっき液を用いて前記第三層構造の上に形成された金の第四層構造とを有することを特徴とする金めっき皮膜構造。
A gold plating film structure formed on a glass ceramic wiring substrate having a metal sintered body wiring pattern on a glass ceramic insulating base material,
A first layer structure of a nickel-phosphorous alloy formed on the metal sintered body wiring pattern using an electroless nickel plating solution containing a substantially neutral hypophosphite as a reducing agent;
The formed layer structure contains 7% by weight or more of phosphorus and contains amorphous sulfur formed on the first layer structure using a weakly acidic electroless nickel plating solution containing no sulfur component. A second layer structure of a nickel-phosphorus alloy that does not
A third layer structure of gold formed on the second layer structure using a substitutional electroless gold plating solution;
A gold-plated film structure comprising a gold fourth-layer structure formed on the third-layer structure using a reduced electroless gold plating solution.
前記第二層構造を形成する無電解ニッケルめっきにおいて、無電解ニッケルめっき液が略中性以外のpHであるめっき液を用いる場合、前記第二層構造の厚さは1μm以下とすることを特徴とする請求項1に記載の金めっき皮膜構造。   In the electroless nickel plating for forming the second layer structure, when a plating solution having a pH other than substantially neutral is used as the electroless nickel plating solution, the thickness of the second layer structure is 1 μm or less. The gold plating film structure according to claim 1. 前記第四層構造は0.3μm以上の厚さであることを特徴とする請求項1または2に記載の金めっき皮膜構造。   The gold plating film structure according to claim 1 or 2, wherein the fourth layer structure has a thickness of 0.3 µm or more. 前記略中性とは、pH6〜7.5の範囲であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1つに記載の金めっき皮膜構造。   The said substantially neutral is the range of pH 6-7.5, The gold plating film structure as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. ガラスセラミック絶縁基材の上に金属焼結体配線パターンを有するガラスセラミック配線基板への金めっき皮膜形成方法であって、
略中性の次亜リン酸塩を還元剤とする無電解ニッケルめっき液を用いて前記金属焼結体配線パターンの上にニッケル−リン合金の第一層構造を形成する第一の無電解めっき工程と、
形成される層が7重量パーセント以上のリンを含有し、イオウ成分を含有しない弱酸性の無電解ニッケルめっき液を用いることによって前記第一層構造の上に非晶質でイオウを含有しないニッケル−リン合金の第二層構造を形成する第二の無電解めっき工程と、
置換型無電解金めっき液によって前記第二層構造の上に金の第三層構造を形成する第三の無電解めっき工程と、
還元型無電解金めっき液によって前記第三層構造の上に金の第四層構造を形成する第四の無電解めっき工程と
を含むことを特徴とする金めっき皮膜形成方法。
A method for forming a gold plating film on a glass ceramic wiring board having a metal sintered body wiring pattern on a glass ceramic insulating substrate,
First electroless plating for forming a first layer structure of a nickel-phosphorus alloy on the metal sintered body wiring pattern using an electroless nickel plating solution containing a substantially neutral hypophosphite as a reducing agent Process,
The formed layer contains 7% by weight or more of phosphorus, and uses a weakly acidic electroless nickel plating solution containing no sulfur component. A second electroless plating step to form a second layer structure of the phosphorus alloy;
A third electroless plating step of forming a gold third layer structure on the second layer structure with a substitutional electroless gold plating solution;
And a fourth electroless plating step of forming a gold fourth layer structure on the third layer structure with a reduced electroless gold plating solution.
金属焼結体配線パターンを有するガラスセラミック絶縁基材と、
略中性の次亜リン酸塩を還元剤とする無電解ニッケルめっき液を用いて前記金属焼結体配線パターンの上に形成されたニッケル−リン合金の第一層構造と、
形成される層構造が7重量パーセント以上のリンを含有し、イオウ成分を含有しない弱酸性の無電解ニッケルめっき液を用いて前記第一層構造の上に形成された非晶質でイオウを含有しないニッケル−リン合金の第二層構造と、
置換型無電解金めっき液を用いて前記第二層構造の上に形成された金の第三層構造と、
還元型無電解金めっき液を用いて前記第三層構造の上に形成された金の第四層構造とを有することを特徴とするガラスセラミック配線基板。
A glass ceramic insulating substrate having a metal sintered body wiring pattern;
A first layer structure of a nickel-phosphorous alloy formed on the metal sintered body wiring pattern using an electroless nickel plating solution containing a substantially neutral hypophosphite as a reducing agent;
The formed layer structure contains 7% by weight or more of phosphorus and contains amorphous sulfur formed on the first layer structure using a weakly acidic electroless nickel plating solution containing no sulfur component. A second layer structure of a nickel-phosphorus alloy that does not
A third layer structure of gold formed on the second layer structure using a substitutional electroless gold plating solution;
A glass ceramic wiring board comprising: a fourth layer structure of gold formed on the third layer structure using a reduced electroless gold plating solution.
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