JP6093646B2 - めっき膜の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、めっき膜の製造方法に関する。

例えばリードフレームと封止樹脂との接合部のように、金属製の部材と、樹脂製の部材と、の接合部は、製造工程や使用時に熱等が加えられることにより、また、経時変化により両者間に剥離を生じる場合があった。

このため、金属製の部材と、樹脂製の部材との間の接合強度を高める方法が従来から検討されてきた。例えば、金属製の部材の表面を粗化面とする方法が検討されてきた。

金属表面に粗化面を形成する方法として、例えば特許文献１には、圧延銅板を、光沢液を含む電解液中にて、所定の条件の非対称の正負のパルスでパルス電解することにより粗化された粗化圧延銅板が開示されている。

特開２００８−２２３０６３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された粗化圧延銅板においては、圧延銅板の全ての面に粗化面を有するめっき膜が形成されてしまう。

例えばリードフレーム等の用途において、一方の面のみを樹脂と接着し、他方の面は樹脂と接着しない形態とする場合がある。このような部材を樹脂封止する際に一方の面側だけではなく他方の面側にも樹脂が付着する場合があり、他方の面が粗化面であると、付着した樹脂を除去することが困難となり、生産性や歩留まりが低下するという問題があった。

特許文献１に開示された粗化圧延銅板において、例えば粗化面としない面側をマスキングテープ等によりマスクしてからめっき処理を行い、一方の面のみを粗化面とすることもできる。

しかしながら、この場合、マスキングテープを貼付し、めっき処理後に該マスキングテープを剥がす必要があるため、生産性が低下するという問題があった。さらに、リードフレーム等のようにワークの厚さが薄い場合、マスキングテープを剥がす際にワークが破損し、歩留まりが低下する等の問題もあった。

本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、１回のめっき処理で、ワークの主面のうちいずれか一方の主面に粗化面を有するめっき膜を、もう一方の主面に平滑面を有するめっき膜を形成できるめっき膜の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、一方の主面と、前記一方の主面の反対側の他方の主面と、を有するワークにめっき膜を形成する、めっき膜の製造方法であって、
前記ワークと、前記ワークの一方の主面に対向して配置された電極との間に極性反転電源を接続し、
前記ワークと、前記ワークの他方の主面と対向して配置された電極との間に直流電源を、前記ワークが陰極になるように接続し、
前記ワークの一方の主面に析出するめっき膜と、他方の主面に析出するめっき膜とが、互いに異なる表面粗度を有するように、前記ワークの一方の主面と他方の主面のめっき析出を同時に行うめっき膜の製造方法を提供する。

本発明によれば、１回のめっき処理で、ワークの主面のうちいずれか一方の主面に粗化面を有するめっき膜を、もう一方の主面に平滑面を有するめっき膜を形成できるめっき膜の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係るめっき膜の製造方法で用いるめっき槽の構成例の説明図。 ＱＦＮタイプのリードフレームの説明図。 本発明の実施形態に係る極性反転電源の電流プロファイルの説明図。 本発明の実施例において得られためっき膜のＳＥＭ像。 本発明の実施例において得られためっき膜のＡＦＭ像。

以下に、発明を実施するための形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

本実施形態においては、本発明のめっき膜の製造方法の構成例について説明する。

本実施形態のめっき膜の製造方法は、一方の主面と、一方の主面の反対側の他方の主面と、を有するワークにめっき膜を形成するものである。

まず、ワークと、ワークの一方の主面に対向して配置された電極との間に極性反転電源を接続し、ワークと、前記ワークの他方の主面と対向して配置された電極との間に直流電源を接続する。そして、極性反転電源及び直流電源によりワーク及び各電極に電圧を印加して、前記ワークの一方の主面と他方の主面のめっき処理を同時に行う。

ここで、本実施形態のめっき膜の製造方法においてめっき処理を行う際の構成について図面を用いて説明する。

図１に示すように、めっき槽１１内には一方の主面１２１及び他方の主面１２２を有するワーク１２が設置されている。

そして、ワーク１２の一方の主面１２１と対向して配置された電極１３と、ワーク１２との間には、極性反転電源１５が接続されている。また、ワーク１２の他方の主面１２２と対向して配置された電極１４と、ワーク１２との間には、直流電源１６が接続されている。

これらのワーク１２及び電極１３、１４はめっき槽１１内に満たされためっき液１７内に浸漬されている。

各部材について以下に説明する。

ワーク１２としては特に限定されるものではない。図１中では直方体形状のワーク１２を示しているが、形状についても特に限定されるものではなく、各種形状のワーク１２に対して適用することができる。ワークの主面のうちいずれか一方の主面に粗化面を有するめっき膜を、反対側に位置するもう一方の主面に平滑面を有するめっき膜を形成することが必要な各種部材をワーク１２として好ましく用いることができる。例えば上述のように、ワーク１２としてリードフレームを好ましく用いることができる。

特に、主面のうちいずれか一方の主面側を樹脂封止し、もう一方の主面側を樹脂から露出した形態を有するリードフレームをワーク１２としてより好ましく用いることができる。このようなリードフレームとして、例えば、ＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄ ｐａｃｋａｇｅ）タイプのリードフレームが挙げられる。ＱＦＮタイプのリードフレーム１０は、図２に示すようにリード１１とダイパッド１２を有しており、ダイパッド１２上にチップ１３を搭載し、リードフレーム１０のチップ搭載面側が樹脂１４により封止される。この際、図２に示すようにリードフレームの側面部分１０１についても樹脂１４により封止することもできる。

上記のようにＱＦＮタイプのリードフレームは、そのチップ搭載面である一面側が樹脂封止され、他面側が樹脂から露出した構造となる。このため、このようなリードフレームの一面側では樹脂との密着性が必要となり、他面側でははんだとの密着性が必要となる。本発明によれば、リードフレームの一面側に粗化めっきを施して樹脂との密着性を高め、他面側は平滑めっき面としてはんだとの密着性を確保することができる。また、リードフレームの側面まで粗化めっきを施せば、さらに樹脂との密着性が向上する。

リードフレームの材質としては一般的に銅合金等が用いられているが、製品とした際に樹脂から露出した面がある場合、製造工程で加熱等された際に樹脂から露出した部分に酸化膜が形成され、該酸化膜が剥離する場合がある。製造工程中に剥離が生じると生産ラインを汚染する恐れがあり問題があった。

これに対して本実施形態のめっき膜の製造方法によれば、ワーク１２のいずれか一方の主面には平滑なめっき膜を形成できる。このため、銅合金製リードフレーム上に形成される平滑めっき膜が酸化膜とリードフレームとの密着性を向上させることで、酸化膜の剥離を防止することができる。例えば、あらかじめ銅合金製リードフレーム上にはんだ接合層となるＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ層を形成すると、Ｎｉ層がリードフレームの酸化を防止し、はんだとリードフレームとの良好な接合性を確保することができる。本実施形態では、樹脂との密着性が高い粗化Ｎｉ層とはんだ接合に必要な平滑Ｎｉ層とを同時に得ることが可能となる。

次に、極性反転電源１５について説明する。極性反転電源１５は例えば図３に示すように、電流の向きが所定のタイミングで交互に反転する電流を供給する、すなわち、電流の極性が周期的に変化する電源である。極性反転電源１５が供給する電流は図３に示したようにパルス電流であることが好ましい。この場合、正パルスの電流を供給している時にワーク１２表面がめっきされ、負パルスの電流を供給している間にワーク１２表面がめっき液中に溶出することとなる。

パルス電流の具体的条件、すなわち、電流の大きさ、正パルス、負パルスそれぞれの通電時間については特に限定されるものではなく、成膜するめっき膜に要求される形状や、めっき液の種類等に応じて任意に選択することができる。

特に、正パルス電流値（析出側電流値）をＩ_ｐ、正パルス側電解時間（析出側電解時間）をＴ_Ｐ、負パルス電流値（溶出側電流値）をＩ_Ｒ、負パルス側電解時間（溶出側電解時間）をＴ_Ｒとしたとき、以下の式１で表わされるＣｒａｔｉｏがめっき液の組成に応じた値となるように選択することが好ましい。なお、Ｃｒａｔｉｏの値はめっき液の組成や成膜するめっき膜の特性に応じて変化するため、特に限定されるものではない。ただし、ワーク１２の表面にめっき膜を形成するため、供給する電流のうち、正パルス電流を供給する比率が、負パルス電流を供給する比率よりも高いことが好ましい。すなわち、Ｃｒａｔｉｏが少なくとも１より大きいことが好ましい。

Ｃｒａｔｉｏ＝（Ｉ_Ｐ×Ｔ_Ｐ）／（Ｉ_Ｒ×Ｔ_Ｒ） （式１）
次に、直流電源１６について説明する。直流電源１６は、電極１４と、ワーク１２との間に一定の電流を供給する電源である。この際直流電源１６が供給する電流の大きさは特に限定されるものではなく、成膜するめっき膜に要求される形状や、めっき液の種類等に応じて任意に選択することができる。直流電源１６を、電極１４と、ワーク１２に接続する際、ワーク１２の電極１４と対向する他方の主面１２２にめっき膜を形成するため、直流電源１６は、ワーク１２が陰極になるように接続することが好ましい。

めっき液１７の種類は特に限定されるものではなく、形成するめっき膜に応じて各種めっき液を用いることができる。めっき膜として析出する金属としては例えば、Ｃｕ、Ｎｉ等が挙げられる。このため、めっき液としては、例えば電解銅めっき液や電解ニッケルめっき液を好ましく用いることができる。これらのめっき液の具体的な組成は特に限定されるものではない。また、ブライトナー、レベラー、ポリマー等の各種添加成分を添加しておくこともできる。

そして、図１に示したように極性反転電源１５、直流電源１６を接続してめっきを行った場合、本実施形態のめっき膜の製造方法によれば、上記のように、ワーク１２が有する２つの主面１２１、１２２にめっき膜を形成することができる。この際、ワーク１２が有する２つの主面のうちいずれか一方の面のめっき膜を粗化面とし、もう一方の面のめっき膜を平滑面とすることができる。ワーク１２の２つの主面１２１、１２２のうち、粗化面、平滑面となる面はめっき液の組成や、めっきの条件等により変化する。

この点について、まず、ワークと電極との間に直流電流を供給した場合に、該直流電流により粗化面を形成するめっき液を用いた場合を例に説明する。この場合、ワーク１２の２つの主面のうち、直流電源１６と接続された電極１４と対向するワーク１２の他方の主面１２２に粗化面を有するめっき膜（粗化めっき膜）が析出される。そして、極性反転電源１５と接続された電極１３と対向するワーク１２の一方の主面１２１には平滑面を有するめっき膜（平滑めっき膜）が析出される。

まず、ワーク１２の他方の主面１２２に粗化面を有するめっき膜が形成されるのは、ワーク１２の他方の主面１２２とこれと対向する電極１４との間には、直流電源１６が接続されているため、用いためっき液の特性に従っためっき膜が形成されたためである。

ワーク１２の一方の主面１２１に平滑面を有するめっき膜が形成される点について説明する。まず、ワーク１２の一方の主面１２１とこれに対向する電極１３との間には極性反転電源１５が接続されおり、正パルス電流を供給している間にはワークの主面には用いためっき液の特性に従って粗化面が形成される。そして、電流の極性を反転させ負パルス電流を供給した場合、ワーク主面に形成された粗化面を構成する凸部に電流が集中することを利用して陽極電解が行われ、凸部を優先的に溶解する。このため平滑面を有するめっき膜が形成される。

次に、ワークと電極との間に直流電流を供給した場合に、該直流電流により平滑面を形成するめっき液を用いた場合について説明する。この場合、ワーク１２の２つの主面のうち、直流電源１６と接続された電極１４と対向するワーク１２の他方の主面１２２に平滑面を有するめっき膜（平滑めっき膜）が析出される。そして、極性反転電源１５と接続された電極１３と対向するワーク１２の一方の主面１２１には粗化面を有するめっき膜（粗化めっき膜）が析出される。

ワーク１２の他方の主面１２２に平滑面を有するめっき膜が形成されるのは、ワーク１２の他方の主面１２２とこれと対向する電極１４との間には、直流電源１６が接続されているため、用いためっき液の特性に従っためっき膜が形成されたためである。

ワーク１２の一方の主面１２１に粗化面を有するめっき膜が形成される点について説明する。まず、ワーク１２の一方の主面１２１とこれに対向する電極１３との間には極性反転電源１５が接続されおり、平滑めっきが得られる適正電流値を超える正パルス電流を供給することで、ワーク主面の一部に密着性の悪いめっき膜が形成される。そして、電流の極性を反転させ負パルス電流を供給した場合、ワークの主面に形成された密着性の悪いめっき膜に対して陽極電解が行われることで、密着性の悪い部分のみが溶解する。これを繰り返すことで粗化面が形成される。このため、表面が荒らされ粗化面を有するめっき膜が形成される。

また、ここでは、ワーク１２の２つの主面１２１、１２２にめっき膜が形成される点について説明したが、本実施形態のめっき膜の製造方法においては、ワークの主面と同時にワークの側面部分にもめっき膜を形成することができる。側面のめっき膜はワーク１２の主面にめっき膜が形成される際にその一部が回りこむことにより形成される。

ワーク１２の側面部分に析出するめっき膜は特に粗化めっき膜を含んでいることが好ましい。これは、ワーク１２の側面部分のめっき膜が粗化めっき膜を含んでいる場合、樹脂との密着性をより高めることができるためである。このため、ワークの側面部分に、粗化めっき膜が形成されることが好ましい。この際、ワークの側面部分には、粗化めっき膜と平滑めっき膜とが混在して形成されていてもよい。

以上のように本実施形態のめっき膜の製造方法によれば、１回のめっき処理で、ワークの主面のうちいずれか一方の主面に粗化面を有するめっき膜を、もう一方の主面に平滑面を有するめっき膜を形成することができる。

このため、ワーク１２の主面のうちいずれか一方の主面に形成された粗化面を有するめっき膜は樹脂と接合する際に接着強度を高めることが可能になる。そして、ワーク１２の表面のうちもう一方の主面は平滑面を有するめっき膜となっているため、粗化面を有するめっき膜が設けられた主面側に樹脂を接合する際、平滑面を有するめっき膜となっているもう一方の主面側に樹脂が回りこんで付着した場合でも容易に樹脂を除去することが可能になる。

本実施例では、以下の手順によりワーク表面にめっき膜を製造した。

図１に示すように、ワーク１２と電極１３との間に極性反転電源１５を接続し、ワーク１２と電極１４との間に直流電源１６を接続してめっき膜の製造を行った。

この際、ワーク１２としては、銅合金（Ｃ１９４）からなる金属板を用いた。また、めっき液の組成としては、硫酸銅を２００ｇ／Ｌ、硫酸を１００ｇ／Ｌ、塩素を５０ｐｐｍ、ブライトナー（ロームアンドハース社製 商品名：ＭＩＣＲＯＦＩＬＬ^ＴＭＥＶＦ）を２ｍｌ／Ｌ、レベラー（ロームアンドハース社製 商品名：ＭＩＣＲＯＦＩＬＬ^ＴＭＥＶＦ）を１０ｍｌ／Ｌ、ポリマー（ロームアンドハース社製 商品名：ＭＩＣＲＯＦＩＬＬ^ＴＭＥＶＦ）を２０ｍｌ／Ｌ含むめっき液を用いた。

上記条件によりめっき膜の製造を行ったところ、ワーク１２の電極１３と対向する一方の主面１２１側に形成されためっき膜が粗化面となり、ワーク１２の電極１４と対向する他方の主面１２２側に形成されためっき膜が平滑面となっていることが確認された。

形成されためっき膜について、ＳＥＭ（日本電子株式会社製 型番：ＪＳＭ−５６００ＬＶ）を用いて表面観察を行った。ＳＥＭの観察画像を図４に示す。なお、ＳＥＭの観察は、各主面の中央部において行っている。

図４（Ａ）はワーク１２の一方の主面１２１側のめっき膜の観察画像を示しており、微細な粒がその表面に形成され、粗化面になっていることが確認できる。また、図４（Ｂ）は、ワーク１２の他方の主面１２２側のめっき膜の観察画像を示しており、図４（Ａ）に示したワーク１２の一方の主面１２１側のめっき膜とは異なり、平滑面となっていることが分かる。

次に、形成されためっき膜について、ＡＦＭ（セイコーインスツル株式会社製 型番：Ｎａｎｏ Ｎａｖｉ Ｎａｎｏｃｕｔｅ）により観察した結果と、粗度測定結果を示す。ＡＦＭによる観察画像を図５に示す。また、粗度測定結果を表１に示す。

図５（Ａ）は、ワーク１２の一方の主面１２１側のめっき膜の観察画像を示しており、図５（Ｂ）は、ワーク１２の他方の主面１２２側のめっき膜の観察画像を示している。図５に示した画像からも一方の主面１２１側のめっき膜は粗化面となっており、他方の主面１２２側のめっき膜は平滑面となっていることが確認できる。

このことは、表１中、粗化めっき面として示したワーク１２の一方の主面１２１側の方が、表中平滑めっき面として示したワーク１２の他方の主面１２２側よりも、算術平均粗さＳａ、最大高さＰ−Ｖ、表面積率Ｓｒａｔｉｏの全てについて大きくなっていることからも確認できる。

また、リードフレームの用途においては、リードフレーム表面のワイヤボンディングを行う部分に銀めっきが施されるが、銀めっきは酸化膜を生成しないため、樹脂との密着性が特に問題となりやすい。このため、本実施例で形成しためっき膜上にさらに銀めっきを施した後の試料の表面についても粗度を測定した。

この際、銀めっきは、シアン化銀を含むめっき液を用い、パルス電源により行った。

また、比較のため、ワーク１２の表面上に直接銀めっきを行った場合の粗度についてもあわせて測定を行った。なお、この場合の銀めっきは粗化面を有するめっき膜上に銀めっきを行った場合と同様の条件で成膜した。

なお、粗度の測定はレーザ顕微鏡（オリンパス株式会社 型番：ＯＬＳ４０００）を用いて行った。結果を表２に示す。

表２に示したように、粗化面上に銀めっきを形成した場合と、めっき膜が形成されていないワーク１２表面上に直接銀めっきを行った場合とを比較すると、粗化面上に銀メッキを形成した場合の方が、表面が粗くなっていた。

つまり、粗化面を有するめっき膜を形成後に銀めっきを行った場合でも、粗化面を有するめっき膜の形状の影響を受け、銀めっき表面も同様に粗化面にできることが確認できた。このため、粗化面を有するめっき膜を形成後、更に他のめっき膜を形成する場合でも同様に樹脂との密着性を保てることが確認できた。

本実施例で用いた銅合金Ｃ１９４は、リードフレーム等の用途に用いられているが、空気中で加熱されることにより、また、経時変化により表面に銅酸化物が形成され、酸化膜が剥離する場合がある。係る酸化膜の剥がれを抑制できているかの確認を行った。

具体的には、本実施例で両主面にめっき膜を形成した試料について空気中、３００℃で１５分間加熱を行った。加熱後、冷却を経て、両主面のめっき膜上にテープ（住友スリーエム株式会社製 商品名：スコッチ（登録商標）メンティングテープ８１０）を貼付し、これを引き剥がし、膜剥がれが発生していないかを確認した。膜剥がれが発生した場合には×、膜剥がれが発生しなかった場合には○として評価を行っており、粗化面、平滑面についてそれぞれ評価を行った。結果を表３中に示す。表３中、本実施形態の試料についての評価はめっき膜を形成した試料として表示している。なお、ここで評価を行った試料は、上記銀めっきを行う前の試料で、銅めっきのみが形成された試料である。

また、比較のため、めっき膜を形成する前のワーク、すなわち、板状の銅合金についても同様の試験を行った。表中めっき膜無しとして示している。結果を表３にあわせて示す。

表３に示したように、めっき膜を形成していない試料については、酸化膜剥がれが生じた。これに対して、めっき膜を形成した試料については、粗化面、平滑面であるかを問わず、膜剥がれを抑制できることが確認できた。

１２ ワーク
１２１ 一方の主面
１２２ 他方の主面
１３、１４ 電極
１５ 極性反転電源
１６ 直流電源

Claims (8)

1. 一方の主面と、前記一方の主面の反対側の他方の主面と、を有するワークにめっき膜を形成する、めっき膜の製造方法であって、
   前記ワークと、前記ワークの一方の主面に対向して配置された電極との間に極性反転電源を接続し、
   前記ワークと、前記ワークの他方の主面と対向して配置された電極との間に直流電源を、前記ワークが陰極になるように接続し、
   前記ワークの一方の主面に析出するめっき膜と、他方の主面に析出するめっき膜とが、互いに異なる表面粗度を有するように、前記ワークの一方の主面と他方の主面のめっき析出を同時に行うめっき膜の製造方法。
2. 前記ワークの側面部分にもめっき膜が形成される請求項１に記載のめっき膜の製造方法。
3. 前記ワークがリードフレームである請求項１または２に記載のめっき膜の製造方法。
4. 前記ワークの一方の主面に平滑めっき膜を析出させ、
   前記ワークの他方の主面に粗化めっき膜を析出させ、
   前記ワークの他方の主面に析出される前記粗化めっき膜は、一方の主面に析出される前記平滑めっき膜よりも表面粗度が大きい請求項１乃至３いずれか一項に記載のめっき膜の製造方法。
5. 前記ワークの一方の主面に粗化めっき膜を析出させ、
   前記ワークの他方の主面に平滑めっき膜を析出させ、
   前記ワークの一方の主面に析出される前記粗化めっき膜は、他方の主面に析出される前記平滑めっき膜よりも表面粗度が大きい請求項１乃至３いずれか一項に記載のめっき膜の製造方法。
6. 前記ワークの側面部分に粗化めっき膜が形成される請求項１乃至５いずれか一項に記載のめっき膜の製造方法。
7. 前記ワークの側面部分に、粗化めっき膜と平滑めっき膜とが混在して形成される請求項１乃至６いずれか一項に記載のめっき膜の製造方法。
8. 前記極性反転電源がパルス電流を供給しており、
   正パルス電流値（析出側電流値）をＩ _Ｐ 、正パルス側電解時間（析出側電解時間）をＴ _Ｐ 、負パルス電流値（溶出側電流値）をＩ _Ｒ 、負パルス側電解時間（溶出側電解時間）をＴ _Ｒ としたとき、以下の式１で算出されるＣｒａｔｉｏが１より大きい請求項１乃至７のいずれか一項に記載のめっき膜の製造方法。
   Ｃｒａｔｉｏ＝（Ｉ _Ｐ ×Ｔ _Ｐ ）／（Ｉ _Ｒ ×Ｔ _Ｒ ） （式１）