JP6025259B2 - めっき物 - Google Patents

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Description

本発明は、銅またはアルミニウムを主成分とする導体層上に無電解めっき法を用いて形成された、リンを含有するニッケルめっき層と、パラジウムめっき層とを有するめっき物に関する。
銅表面を有する基板、リードフレームなどの電子部品にははんだ接合する箇所や、銅表面を有する接点やコネクター端子などがあり、基材の銅そのままでは機器の組立て工程や使用中に銅の表面が酸化されるため、その表面を、例えばNi膜を介して、最終的には金皮膜を設ける処理が行われる。最終表面を金とする目的は、優れたはんだ性や接点としての特性を確保することであるが、高価な金を使用するためめっき加工費が高価になる欠点がある。そのため、銅よりも優れた耐酸化性を保持しつつ、金を使わない皮膜として、例えばニッケル−パラジウム皮膜が検討されている。又、ニッケル−金めっきの接合信頼性を向上させるためにニッケルと金の間にパラジウムをはさむニッケル−パラジウム−金めきも広く行われている。この場合はNi皮膜上に置換パラジウムめっき又は還元パラジウムめっきを行う。
又、アルミニウムは半導体ウェハ表面上に乾式めっきなどの方法を用いてアルミニウム層を薄膜で形成させることによって、ウェハ用の電極として用いられている。プリント配線板等の回路基板上にICチップ等の半導体装置(以下ではICチップで代表させる)を搭載する方法として、フリップチップ実装法と呼ばれる方法がある。この実装方法は、ICチップの電極側を回路基板側に向けて搭載し、回路基板の電極とICチップの電極とをはんだ層や導電性接着剤等によって接続する実装方法である。はんだ層を用いて接続する場合には、アルミニウム電極に直接にはんだ接合することが困難であるので、アルミニウム電極上にニッケルめっき膜が形成され、これを介してICチップの電極が回路基板の電極にはんだ接合される。アルミニウム電極上にニッケルめっき膜を形成する方法としては、特許文献1(特開2000−235964号公報)等に開示されているような、ジンケート処理による亜鉛膜との置換反応を初段反応とする無電解めっきがある。この無電解めっきで生成されるニッケルめっきはリンを含んだニッケルめっき層となる。このようにして得られたニッケルめっき層についても最終表面処理としてニッケル層上にパラジウムめっきやパラジウム−金めっきが行われることが一般的である。
従来のニッケル−リンめっき皮膜上に無電解パラジウムめっきを施した場合はニッケル皮膜とパラジウム皮膜の界面に大きなボイドが発生しやすい。100nmを超える大きなボイドが発生し、めっき膜自体に孔が生じると、めっき膜の密着性が低下し、耐環境試験特性や半田接合性が劣化する。
前記大きなボイドの発生を抑える方法として、特許文献2(特許第4719424号公報)には、リンを含有するニッケルめっき層に硫黄が含有され、リンを含有するニッケルめっき層とパラジウムめっき層との界面には10nm以上のボイドが形成されていないパッドが記載されている。
しかし、通常の無電解めっき法によってリン含有ニッケルめっき層を形成し、さらにその上に無電解めっき法でパラジウムめっき層を形成した場合に、10nm以上のボイドが存在しない界面を得ることは現実的には難しく、たとえ10nm以上のボイドが形成されない領域が形成できても、めっき層の一部に局所的に100nmを超える大きなボイドが形成される場合が多く、そのような場合には、局所的に形成された100nmを超えるボイドによってめっき膜自体に孔が生じて、めっき膜の密着性が低下し、耐環境試験特性や半田接合性は劣化する。
特開2000−235964号公報 特許第4719424号公報
本発明は、銅またはアルミニウムを主成分とする導体層上に無電解めっき法を用いて形成された、リンを含有するニッケルめっき層と、パラジウムめっき層とを有するめっき物において、リンを含有するニッケルめっき層とパラジウム層との界面に、局所的にも最大深さが100nmを超える大きなボイドが形成されることがなく、めっき膜の密着性や、耐環境試験特性や半田接合性に優れるめっき物を提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意検討を行った結果、以下のめっき物により上記課題が解決されることを見い出し、本発明に至った。
即ち、本発明は以下のとおりである。
(1)銅またはアルミニウムを主成分とする導体層上にリンを含有する無電解ニッケルめっき層と、前記リンを含有するニッケルめっき層上に無電解パラジウムめっき層とを有し、前記リンを含有するニッケルめっき層と前記パラジウムめっき層との界面に存在するボイドの最大深さが10〜25nm(ただし、10nmである場合を除く)に制御されていることを特徴とするめっき物。
(2)前記めっき物が、前記パラジウムめっき層上に無電解金めっき層を有することを特徴とする前記(1)に記載のめっき物。
(3)前記パラジウムめっき層の膜厚が100nm以下であることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載のめっき物。
(4)前記無電解パラジウムめっき層上に、パラジウムめっき層の酸化防止処理膜を有することを特徴とする前記(1)又は(3)のいずれか一項に記載のめっき物。
(5)前記無電解パラジウムめっき層上にパラジウムめっき層の酸化防止処理膜を有し、その上に無電解金めっき層を有することを特徴とする前記(2)記載のめっき物。
(6)銅またはアルミニウムを主成分とする導体層上に、無電解ニッケルめっき液を用いて、厚さ0.1μm以上のリンを含有するニッケルめっき層を形成した後、パラジウム濃度が5g/L以下である無電解パラジウムめっき液を用いて、35℃以下の温度でめっきを行いパラジウム層を形成することを特徴とする銅またはアルミニウムを主成分とする導体層上にリンを含有する無電解ニッケルめっき層と、前記リンを含有するニッケルめっき層上に無電解パラジウムめっき層とを有し、前記リンを含有するニッケルめっき層と前記パラジウムめっき層との界面に存在するボイドの最大深さが10〜25nmに制御されていることを特徴とするめっき物の製造方法。
(7)銅またはアルミニウムを主成分とする導体層上に、無電解ニッケルめっき液を用いて、厚さ0.1μm以上のリンを含有するニッケルめっき層を形成した後、パラジウム濃度が5g/L以下である無電解パラジウムめっき液を用いて、35℃以下の温度でめっきを行いパラジウム層を形成し、無電解金めっき液を用いてめっきを行い金めっき層を形成することを特徴とする銅またはアルミニウムを主成分とする導体層上にリンを含有する無電解ニッケルめっき層と、前記リンを含有するニッケルめっき層上に無電解パラジウムめっき層と、前記無電解パラジウムめっき層上に無電解金めっき層を有し、前記リンを含有するニッケルめっき層と前記パラジウムめっき層との界面に存在するボイドの最大深さが10〜25nmに制御されていることを特徴とするめっき物の製造方法。
(8)前記(1)〜(5)のいずれか一項に記載のめっき物を有することを特徴とする電子材料部品。
本発明によると、銅またはアルミニウムを主成分とする導体層上に無電解めっき法を用いて形成された、リンを含有するニッケルめっき層と、パラジウムめっき層とを有するめっき物において、リンを含有するニッケルめっき層とパラジウム層との界面に、局所的にも最大深さが100nmを超える大きなボイドが形成されることがなく、めっき膜の密着性や、耐環境試験特性や半田接合性に優れるめっき物を提供することができる。
実施例1で得られためっき物の断面TEM写真である。 比較例3で得られためっき物の断面TEM写真である。
本発明のめっき物は、銅またはアルミニウムを主成分とする導体層上に無電解めっき法を用いて形成されたリンを含有するニッケルめっき層と、前記リンを含有するニッケルめっき層上に無電解めっき法を用いて形成されたパラジウムめっき層とを有し、前記リンを含有するニッケルめっき層と前記パラジウムめっき層との界面に存在するボイドの最大深さが10〜100nmに制御されている。
必要に応じて、パラジウムめっき層上に無電解めっき法を用いて形成された金めっき層を有していても良いし、パラジウムめっき層上に、パラジウムめっき層の酸化防止処理膜を有していても良い。
また、前記パラジウムめっき層の膜厚は100nm以下であることが好ましい。
前記リンを含有するニッケルめっき層と前記パラジウムめっき層との界面に存在するボイドの深さは、断面TEM像により測定することができる。TEM像は高倍率でみることができ、局所的なボイドを見ることができる。
本発明のめっき物は、リンを含有するニッケルめっき層とパラジウムめっき層との界面に存在するボイドの最大深さが10〜100nmに制御され、局所的にも最大深さが100nmを超える大きなボイドが存在しない。
又、小さいボイドは存在することもあるが、均一に分散しているため、環境試験特性やはんだ接合性の面において良好な特性を有する。
ボイドの最大深さは10〜80nmに制御されていることが好ましい。
前記めっき物は、銅またはアルミニウムを主成分とする導体層上に、無電解ニッケルめっき液を用いて、厚さ0.1μm以上のリンを含有するニッケルめっき層を形成した後、パラジウム濃度が5g/L以下である無電解パラジウムめっき液を用いて、65℃以下の温度でめっきを行いパラジウム層を形成することにより得ることが出来る。
尚、リンを含有するニッケルめっき層の厚みが0.1μm未満であると、パラジウムめっき皮膜は析出しない。リンを含有するニッケルめっき層の厚みは、0.2〜10μmがより好ましい。
更にパラジウムめっき皮膜を形成する際にパラジウムめっき液のパラジウム濃度は5g/Lを超えたり、処理温度が65℃を超えるとボイドは最大深さが100nmを超える場合があり、その場合耐環境試験特性や半田接合性は劣化する。
前記銅又はアルミニウムを主成分とする導体層としては、銅、アルミニウム、及びこれらの合金が挙げられる。これらの合金としては、銅−錫合金、チタン銅合金、コルソン合金、リン青銅、黄銅、洋白、アルミ銅合金、アルミケイ素合金、アルミケイ素チタン合金、アルミケイ素銅合金等が挙げられる。
本発明において、銅又はアルミニウムを主成分とする導体層とは、銅又はアルミニウムを50質量%以上含有する導体層をいう。
前記リンを含有するニッケル層を形成する無電解ニッケルめっき液としては、ニッケル化合物、次亜リン酸ナトリウムを含有し、ニッケル濃度が1g/L以上であることが好ましい。
前記ニッケル化合物としては、水溶性ニッケル塩を使用することができる。例えば硫酸ニッケル、塩化ニッケル、次亜リン酸ニッケル、などが挙げられる。
ニッケル濃度を1g/L以上にすることによりリンを含有するニッケルめっき層の厚みを0.1μm以上とし易くなる。
前記無電解ニッケルめっき液に次亜リン酸ナトリウムを添加することにより、リンを含有するニッケル層が形成される。
無電解ニッケルめっき液は、前記ニッケル化合物、次亜リン酸ナトリウム等を水に溶解することにより得られる。
無電解ニッケルめっき方法は、前記無電解ニッケルめっき液に前記導体層を有する被めっき材を浸漬すれば良い。
めっき液の温度は20〜95℃が好ましく、めっき時間は5〜120分が好ましい。
前記パラジウム層を形成する無電解パラジウムめっきとしては、パラジウム濃度が5g/L以下である無電解パラジウムめっき液が好ましい。
前記パラジウム化合物としては、水溶性のパラジウム化合物であればいずれでもよく、塩化パラジウム、酢酸パラジウム、塩化テトラアンミンパラジウム、硝酸パラジウム、硫酸パラジウム、ジニトロジアンミンパラジウムなどが挙げられ、これらを1種単独で又は2種以上を併用して使用することができる。
本発明の無電解パラジウムめっき俗におけるパラジウム化合物の含有量は、0.1〜5g/Lが好ましく、特に好ましくは0.2〜2g/Lである。
パラジウム化合物の含有量が少なすぎると、十分な膜厚の皮膜が得られず、多すぎるとパラジウムの持ち出しが多く、コスト上のメリットが出ない。
無電解パラジウムめっきは、前記無電解パラジウムめっき液に被めっき材を浸漬すれば良く、浸漬することにより、パラジウムめっき層を被めっき材上に形成する。被めっき材としては、前記ニッケル層を形成したものであり、前記ニッケル層上にパラジウムめっき層を形成する。
めっき液温度は、65℃以下が好ましく、10〜60℃がより好ましく、さらに好ましくは15〜55℃である。
めっき液温度が低すぎると析出速度が遅くなり、生産性が悪くなり、高すぎるとボイドの最大深さの制御と膜厚の制御が難しくなる。
処理時間は、0.2〜10minが好ましく、より好ましくは0.5〜5minである。
処理時間が短すぎると、十分な厚さのPdめっき皮膜が得られず、長すぎるとPd皮膜が厚くなりすぎたり、生産性が悪くなったりするなどの問題が生じる。
得られるPdめっき層の厚みは、100nm以下が好ましく、より好ましくは5〜100nmである。
Pdめっき層の厚みが薄すぎるとはんだ接合やワイヤボンディング性に不良を来たす恐れがあり、厚すぎるとコストの面でメリットが無くなる。
めっき層の厚みは、蛍光X線式膜厚計により測定することができる。
尚、この方法によって得られたPdめっき層は酸化防止処理を行い、パラジウム層上に酸化防止処理膜を有していてもよい。酸化防止処理剤としては、窒素やリンを含有する一般的な防錆剤を用いることができる。
酸化防止処理は、公知の酸化防止剤を用いることができ、一般的な方法により処理することができる。
本発明のめっき物は、パラジウムめっき層上に無電解めっき法を用いて形成された金めっき層を有していても良い。
金めっき層を形成する無電解金めっき液としては、公知のめっき液を用いることができ、一般的なめっき方法により形成することができる。
金めっき層の厚さは0.01〜5μmが好ましい。
本発明のめっき物を有する電子材料部品の具体例としては、プリント基板、フレキシブルプリント基板、コネクタ、端子、ウェハ、チップ部品、リードフレームなどが挙げられる。
以下に示す実施例及び比較例により更に本発明を説明する。
実施例1、3、4、6〜8、参考例2、5、比較例1〜3
銅またはアルミニウムを主成分とする導体層上に無電解ニッケルめっきによりリンを含有するニッケル層を形成し、さらに無電解パラジウムめっきによりパラジウム層を形成した。実施例5及び6においては、パラジウム層上に、無電解金めっきにより金めっき層を形成した。
銅またはアルミニウムを主成分とする導体層としては、以下の銅、銅−錫合金、アルミニウムテストパッドを用いた。材質は問わず、面積は全て5×5mmのテストパッドである。
銅 :厚さ50μmの電解銅箔を用いてエポキシ基板上に形成されたパッド
銅−錫 :錫0.15%を含有する厚さ30μmの圧延銅箔を用いてエポキシ基板
上に形成されたパッド
アルミニウム:厚さ1μmのスパッタ皮膜
無電解パラジウムめっきは、以下のPdめっき液A〜Cのいずれかを用い、表1に記載の条件で行った。
Pdめっき液A・・・パラジウム化合物、カルボン酸、アミノ化合物などを主成分とする
無電解Pdめっき液、Pd濃度1g/L
Pdめっき液B・・・パラジウム化合物、次亜リン酸ナトリウム、カルボン酸などを主成
分とする無電解Pdめっき液Pd濃度3g/L
Pdめっき液C・・・パラジウム化合物、次亜リン酸ナトリウム、カルボン酸などを主成
分とする無電解Pdめっき液Pd濃度6g/L
参考例5及び実施例6で行った無電解金めっきは、以下の金めっき液D又はEを用い、表1に記載の条件で行った。
Auめっき液D・・・シアン化金カリウム化合物、カルボン酸、アミノ化合物を主成分と
する無電解Auめっき液
Auめっき液E・・・亜硫酸金化合物、アミン化合物、カルボン酸を主成分とする無電解
Auめっき液
得られためっき物をFIBで加工後、TEMで観察し、最大ボイド深さを求めた。実施例1及び比較例3のTEM像を図1及び図2に示す。
図1及び図2において、薄い白っぽい部分がPdめっき皮膜であり、下部のグレーの部分がNiめっき皮膜である。Pdめっき皮膜とNiめっき皮膜の界面〜Ni皮膜中に存在する黒い部分がボイドを表し、図1(実施例1)は小さく、図2(比較例3)は深さが深くなっていることがわかる。
また、耐環境試験特性としてSO2試験を行った。
SO2試験は、JIS H8502めっきの耐食性試験方法に基づいて試験し、条件は40℃、80%RH、SO2濃度が10ppm、12時間放置後の外観を観察した。評価基準は以下の通りである。
○…腐食なし
△…一部斑点状の腐食
×…全面腐食
はんだ接合性
Dage社製ボンドテスタSERIES4000により、下記の測定条件ではんだシェアテストを行い、以下の基準で評価した。
1条件につき20点評価し、
はんだの断裂・・・A
はんだ・めっき界面での断裂(露出したNi面が50%以下)・・・B
はんだ・めっき界面での断裂(露出したNi面が50%以上)・・・C
はんだ・めっき界面での断裂(露出したNi面が100%)・・・D
とし、断裂モードがA・Bのみの場合を「○」、1回でもCやDのモードで断裂した場合を「×」とした。
〔測定条件〕
測定方式:はんだシェアテスト
基板:BGA基板(パット径 φ0.4mm)
半田ボール:千住金属製 φ0.4mm Sn−3.0Ag−0.5Cu
リフロー:マルチリフロー(日本パルス製、RF−330)
リフロー条件:Top 260℃
リフロー回数:5回
フラックス:30%ロジンフラックス
シェア速度:380μm/秒
シェア高度:50μm/秒
降下速度:300μm/秒
結果を表1に示す。

Claims (8)

  1. 銅またはアルミニウムを主成分とする導体層上にリンを含有する無電解ニッケルめっき層と、前記リンを含有するニッケルめっき層上に無電解パラジウムめっき層とを有し、前記リンを含有するニッケルめっき層と前記パラジウムめっき層との界面に存在するボイドの最大深さが10〜25nm(ただし、10nmである場合を除く)に制御されていることを特徴とするめっき物。
  2. 前記めっき物が、前記パラジウムめっき層上に無電解金めっき層を有することを特徴とする請求項1に記載のめっき物。
  3. 前記パラジウムめっき層の膜厚が100nm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のめっき物。
  4. 前記無電解パラジウムめっき層上に、パラジウムめっき層の酸化防止処理膜を有することを特徴とする請求項1又は3のいずれか一項に記載のめっき物。
  5. 前記無電解パラジウムめっき層上にパラジウムめっき層の酸化防止処理膜を有し、その上に無電解金めっき層を有することを特徴とする請求項2記載のめっき物。
  6. 銅またはアルミニウムを主成分とする導体層上に、無電解ニッケルめっき液を用いて、厚さ0.1μm以上のリンを含有するニッケルめっき層を形成した後、パラジウム濃度が5g/L以下である無電解パラジウムめっき液を用いて、35℃以下の温度でめっきを行いパラジウム層を形成することを特徴とする銅またはアルミニウムを主成分とする導体層上にリンを含有する無電解ニッケルめっき層と、前記リンを含有するニッケルめっき層上に無電解パラジウムめっき層とを有し、前記リンを含有するニッケルめっき層と前記パラジウムめっき層との界面に存在するボイドの最大深さが10〜25nmに制御されていることを特徴とするめっき物の製造方法。
  7. 銅またはアルミニウムを主成分とする導体層上に、無電解ニッケルめっき液を用いて、厚さ0.1μm以上のリンを含有するニッケルめっき層を形成した後、パラジウム濃度が5g/L以下である無電解パラジウムめっき液を用いて、35℃以下の温度でめっきを行いパラジウム層を形成し、無電解金めっき液を用いてめっきを行い金めっき層を形成することを特徴とする銅またはアルミニウムを主成分とする導体層上にリンを含有する無電解ニッケルめっき層と、前記リンを含有するニッケルめっき層上に無電解パラジウムめっき層と、前記無電解パラジウムめっき層上に無電解金めっき層を有し、前記リンを含有するニッケルめっき層と前記パラジウムめっき層との界面に存在するボイドの最大深さが10〜25nmに制御されていることを特徴とするめっき物の製造方法。
  8. 請求項1〜5のいずれか一項に記載のめっき物を有することを特徴とする電子材料部品。
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