JP7285123B2 - 金めっき方法及びめっき皮膜 - Google Patents

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Description

本発明は、銅又は銅合金皮膜上に銀触媒を用いてめっきする、ワイヤーボンディング接続のための金めっき方法及びめっき皮膜に関する。
従来、ワイヤーボンディング接続のための金めっきは、銅又は銅合金皮膜上に置換反応によるパラジウム触媒を付与し、パラジウムめっきした後に行われる。また、銅又は銅合金皮膜上に金めっきし、その後パラジウムめっきし、再び金めっきが行われる。
例えば、特許文献1では、ワイヤーボンディング特性が良好なワイヤーボンディング用端子を得るため、ワイヤーボンディング用端子の銅の表面に、パラジウム純度が99.5重量%以上の置換パラジウムめっき皮膜またはパラジウム純度が99.5重量%以上の無電解パラジウムめっき皮膜、置換金めっき皮膜、無電解金めっき皮膜を形成する。
また、特許文献2では、無電解パラジウムの安定性低下による異常析出の問題を解消のために、回路パターンが設けられた基板に金めっきし、パラジウムめっきして、再び金めっきが行われる。
また、特許文献3では、銅系金属の上に0.05~3mg/dmの金を触媒核金属として付与した後、該銅系金属の上に無電解還元パラジウムめっきを行うための触媒付与液であって、構成成分として、水溶性の金化合物、窒素原子が2個以上の5員環構造を有するヘテロ環化合物、及び、イミノ2酢酸構造を有するキレート剤を含有する触媒付与液を用い、銅系金属の上に無電解還元パラジウムめっきを行うことを特徴とする銅系金属上のパラジウムめっき皮膜を付与している。
特開2005-197442号公報 特開2013-108180号公報 特許第5567478号公報
しかしながら、特許文献1-3に記載されている方法では、実装等による熱履歴によってワイヤーボンディング特性が低下する傾向にある。また、特に金めっき皮膜の膜厚を薄くした場合に、上記熱履歴によってワイヤーボンディング特性が低下する。
そこで、本発明は実装等による熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下を防止する金めっき方法及びめっき皮膜を提供する。また、金めっき皮膜の膜厚を薄くしても実装等による熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下を防止する金めっき方法及びめっき皮膜を提供する。
本発明の一態様に係る金めっき方法は、銅又は銅合金皮膜上に銀触媒を用いてめっきする、ワイヤーボンディング接続のための金めっき方法であって、パラジウム皮膜を形成するために銀触媒としての銀皮膜を形成する銀触媒形成工程と、前記銀触媒上にパラジウム皮膜を形成するパラジウム皮膜形成工程と、前記パラジウム皮膜上に金めっき皮膜を形成する金めっき皮膜形成工程と、を有し、前記銀皮膜の膜厚は、0.05μm~0.5μmであり、前記パラジウム皮膜の結晶粒径の平均粒径は、0.09μm以上であることを特徴とする。
このようにすれば、実装等による熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下を防止する金めっき方法を提供することができる。また、パラジウム皮膜の結晶粒径の平均粒径が0.09μm以上と大きくなるので、熱履歴によってパラジウム粒子が金皮膜に拡散・固溶することを防ぎ、ワイヤーボンディング特性の低下を防止することができる。
また、本発明の一態様では、前記金めっき皮膜の膜厚は、0.2μm以下としても良い。
このようにすれば、金めっき皮膜の膜厚を薄くしても実装等による熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下を防止する金めっき方法を提供することができる。
また、本発明の一態様では、前記パラジウム皮膜の膜厚は、0.04μm~0.5μmとしても良い。
このようにすれば、パラジウム粒径が十分に大きく成長できるので、熱履歴によってパラジウム粒子が金皮膜に拡散・固溶することを防ぎ、ワイヤーボンディング特性の低下を防止することができる。
また、本発明の他の態様に係るめっき皮膜は、銅又は銅合金皮膜上に銀触媒を用いてめっきする、ワイヤーボンディング接続のためのめっき皮膜であって、前記銅又は銅合金皮膜と、前記銅又は銅合金皮膜上に形成された、前記銀触媒としての銀皮膜と、前記銀触媒上に形成されたパラジウム皮膜と、前記パラジウム皮膜上に形成された金皮膜と、を有し、前記銀皮膜の膜厚は、0.05μm~0.5μmであり、前記パラジウム皮膜の結晶粒径の平均粒径は、0.09μm以上であることを特徴とする。
このようにすれば、実装等による熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下を防止するめっき皮膜を提供することができる。また、パラジウム皮膜の結晶粒径の平均粒径が0.09μm以上と大きくなるので、熱履歴によってパラジウム粒子が金皮膜に拡散・固溶することを防ぎ、ワイヤーボンディング特性の低下を防止することができる。
また、本発明の他の態様では、熱処理後のワイヤープル平均強度が、10.0g以上としても良い。
このようにすれば、熱処理後でもワイヤーボンディング強度を十分に保っためっき皮膜を提供することができる。
以上説明したように本発明によれば、実装等による熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下を防止する金めっき方法及びめっき皮膜を提供することができる。また、金めっき皮膜の膜厚を薄くしても実装等による熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下を防止する金めっき方法及びめっき皮膜を提供することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る金めっき方法の概略を示す工程図である。 図2は、本発明の他の実施形態に係るめっき皮膜の断面図を示す概略図である。
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
[金めっき方法]
本発明の一実施形態に係る金めっき方法は、銅又は銅合金皮膜上に銀触媒を用いてめっきする、ワイヤーボンディング接続のための方法である。上述もしたが、実装等による熱履歴によってワイヤーボンディング特性が低下する傾向にある。また、特に金めっき皮膜の膜厚を薄くした場合に、上記熱履歴によってワイヤーボンディング特性が低下する。これは、熱履歴によって、パラジウム等の金属粒子が金めっき皮膜の粒界から侵入し、金めっき皮膜中に拡散し、金濃度が低下するので、ワイヤーボンディング特性が低下するためである。
そこで本発明の一実施形態に係る金めっき方法によれば、上記の問題点を解決できる。下記に詳述する。
本発明の一実施形態に係る金めっき方法は、図1に示すように、パラジウム皮膜を形成するために銀触媒としての銀皮膜を形成する銀触媒形成工程S10と、上記銀触媒上にパラジウム皮膜を形成するパラジウム皮膜形成工程S20と、上記パラジウム皮膜上に金めっき皮膜を形成する金めっき皮膜形成工程S30と、を有し、上記銀皮膜の膜厚は、0.05μm~0.5μmであることを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る金めっき方法は、上記の3工程を有する。なお、銀触媒形成工程S10、パラジウム皮膜形成工程S20、金めっき皮膜形成工程S30の後の水洗や、銀触媒、パラジウム皮膜及び金めっき皮膜を形成するための前処理は、上記工程に含まれる。
銀触媒形成工程S10は、パラジウム皮膜を形成するために銀触媒としての銀皮膜を形成する。本発明の一実施形態に係る金めっき方法に含まれる銀触媒形成工程S10は、後述するパラジウムの金属粒子(粒子径)成長のための触媒として用いる。
銀触媒の代わりに他の金属を触媒として使用することも考えられるが、例えばパラジウム触媒(パラジウム触媒を形成させ、パラジウムめっき皮膜を形成させる場合)の場合、パラジウム膜はシード状の析出であるため、1つ1つの結晶粒径が小さい。よって、金めっき皮膜の粒界にパラジウム粒子が容易に入りこみ、拡散・固溶する。一方、銀皮膜は層状の析出であるため、1つ1つの結晶粒径が大きい。そして大きく成長した銀粒子によって、次工程のパラジウム皮膜の結晶も大きく成長させることができる。よって大きく成長したパラジウム粒子は、パラジウム皮膜上に形成された金めっき皮膜の粒界に入りこむことが容易にできなくなり、パラジウム粒子の金めっき皮膜への拡散・固溶を防止することができる。従って、金めっき皮膜中のパラジウム濃度の上昇を防止し、金めっき皮膜中の金の濃度が維持されるので、ワイヤーボンディング特性の低下を防ぐことができる。
よって銀皮膜は0.05μm~0.5μmである。銀皮膜が0.05μm未満の場合、次工程のパラジウム皮膜形成工程でパラジウム皮膜を形成することが困難になる。一方、銀皮膜が0.5μmを超えると、銀粒径が小さくなり、パラジウムの粒径も小さくなるため好ましくない。そのためワイヤーボンディングが低下する。
上記パラジウム皮膜の平均粒径(以下単に粒径)は、0.09μm以上であることが好ましく、さらに好ましくは0.20μm以上である。このようにすれば、パラジウムの粒径が0.09μm以上と大きくなるので、熱履歴によってパラジウム粒子が金皮膜に拡散・固溶することを防ぎ、ワイヤーボンディング特性の低下を防止することができる。
なお、皮膜の粒径は、皮膜の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、任意に選択した粒子10個の平均をとるものとする。以下に示す皮膜の測定方法も同様とする。
上記金めっき皮膜の膜厚は、0.30μm以下、であることが好ましく、さらに好ましくは0.20μm以下である。このようにすれば、金めっき皮膜の膜厚を薄くしても実装等による熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下を防止する金めっき方法を提供することができる。上記パラジウムが金めっき皮膜に拡散・固溶することを防止するためである。
上記パラジウム皮膜の膜厚は、0.04μm~0.6μm、さらに好ましくは0.05μm~0.5μmであることが好ましい。このようにすれば、パラジウム粒径が十分に大きく成長できるので、熱履歴によってパラジウム粒子が金皮膜に拡散・固溶することを防ぎ、ワイヤーボンディング特性の低下を防止することができる。
また、銀触媒形成工程S10、パラジウム皮膜形成工程S20及び金めっき皮膜形成工程S30に使用されるそれぞれのめっき液は、電解めっき、無電解めっきでも良く、置換タイプ、還元タイプ、置換還元タイプのいずれも選択することができる。
熱処理の温度は、温度は60~300℃、好ましくは90~300℃、さらに好ましくは100~150℃である。
また、必要に応じて、クリーナー、エッチング、酸洗工程を追加できる。クリーナー、エッチング、酸洗工程で使用される薬液は公知のものが選択できる。
本発明の一実施形態に係る金めっき方法は、プリント基板、BGA基板、パッケージ基板等に形成された銅又は銅合金上に特に有効である。
以上より、本発明の一実施形態に係る金めっき方法によれば、実装等による熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下を防止する金めっき方法を提供することができる。また、金めっき皮膜の膜厚を薄くしても実装等による熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下を防止する金めっき方法を提供することができる。さらに本発明の一実施形態に係る金めっき方法によれば、パラジウム触媒を使用しないので、銅又は銅合金上にのみ銀触媒が形成され、金めっきのショート等による不具合を防止し、回路のファインパターン性にも優れる。
また、従来の金めっき方法にくらべ、金触媒を使用しないことや、金めっき皮膜を薄くすることができるので、コスト的にも有利である。また、シアンフリーへの適用可能性がある。
[めっき皮膜]
次に本発明の他の実施形態に係るめっき皮膜について説明する。発明の他の実施形態に係るめっき皮膜100は、銅又は銅合金皮膜40上に銀触媒を用いてめっきする、ワイヤーボンディング接続のためのめっき皮膜である。
本発明の他の実施形態に係るめっき皮膜100は、図2に示すように、銅又は銅合金皮膜40と、上記銅又は銅合金皮膜40上に形成された、上記銀触媒としての銀皮膜10と、上記銀触媒上に形成されたパラジウム皮膜20と、上記パラジウム皮膜20上に形成された金皮膜30と、を有し、上記銀皮膜10の膜厚は、0.05μm~0.5μmであることを特徴とする。
上述したように、銀皮膜は層状の析出であるため、1つ1つの結晶サイズが大きい。そして大きく成長した銀粒子11によって、銀触媒上のパラジウム皮膜20の結晶も大きく成長させることができる。よって大きく成長したパラジウム粒子21は、パラジウム皮膜20上に形成された金皮膜30の粒界に入りこむことが容易にできなくなり、パラジウム粒子21の金皮膜30への拡散・固溶を防止することができる。従って、金皮膜30中のパラジウム濃度の上昇を防止し、金皮膜中の金の濃度が維持されるので、ワイヤーボンディング特性の低下を防ぐことができる。
上記パラジウム皮膜20の粒径は、0.09μm以上、であることが好ましく、さらに好ましくは0.20μm以上である。であることが好ましい。このようにすれば、パラジウムの粒径が0.09μm以上と大きくなるので、熱履歴によってパラジウム粒子21が金皮膜に拡散・固溶することを防ぎ、ワイヤーボンディング特性の低下を防止することができる。
熱処理後のワイヤープル平均強度が10.0g以上であることが好ましい。このようにすれば、熱処理後でもワイヤーボンディング強度を十分に保っためっき皮膜を提供することができる。ここでの熱処理とは175℃を16時間処理した条件をいう。また、ワイヤープル平均強度のワイヤボンディング強度は、Dage#4000の装置を用い、ワイヤープルテストでの測定方法をいう。
以上より、本発明の他の実施形態に係るめっき皮膜によれば、実装等による熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下を防止するめっき皮膜を提供することができる。また、金めっき皮膜の膜厚を薄くしても実装等による熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下を防止するめっき皮膜を提供することができる。さらに本発明の他の実施形態に係るめっき皮膜によれば、パラジウム触媒を使用しないので、銅又は銅合金上にのみ銀触媒が形成され、金めっきのショート等による不具合を防止し、回路のファインパターン性にも優れる。
次に、本発明の一実施形態に係る金めっき方法及びめっき皮膜について実施例により詳しく説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
実施例1では、被めっき物として、5cm×5cmの銅皮膜が施された上村工業製BGA基板を使用した。その基板の銅皮膜上に、銀触媒形成工程S10として、パラジウム皮膜を形成するために銀触媒としての銀皮膜を形成した。
次に、パラジウム皮膜形成工程S20として、上記銀触媒上にパラジウム皮膜を形成させた。なおパラジウム皮膜は、無電解めっきにより行った。
そして、金めっき皮膜形成工程S30として、上記パラジウム皮膜上に金めっき皮膜を形成させた。なおパラジウム皮膜は、無電解めっきにより行った。
このとき、銀皮膜の膜厚は0.05μm、パラジウム皮膜の膜厚は0.1μm、金めっき皮膜の膜厚は0.1μmとした。また、パラジウムの平均粒径は0.25μmとした。なお、各皮膜の測定は、蛍光X線装置SFT-9550(SII)を用いて測定した。パラジウムの平均粒径は、皮膜の断面をEBSD検出器Digiview5(EDAX)付属の電界放出型走査型電子顕微鏡(FE-SEM)で測定し、任意に選択した粒子10個の平均をとった。
以上のように銀触媒としての銀皮膜、パラジウム皮膜、金めっき皮膜を形成させた。
上記の3つの工程S10、S20、S30の後、熱処理の前後で、上記金めっき皮膜のワイヤーボンディング及びワイヤープル試験を実施し、得られたワイヤープル平均強度で評価した。ワイヤーボンディング装置はHB16(TPT)を用いた。ボンディング条件として、キャピラリーB1014-51-18-12(PECO)、ワイヤーとして1mil Auワイヤー(SPM)を用い、ステージ温度として150℃、超音波250mW(1st)、250(2nd)、ボンディング時間200ms(1st)、50ms(2nd)、引張力25gf(1st)、50gf(2nd)、ステップ0.7mmとした。また、ワイヤーボンディング強度の測定方式はワイヤープルテスト、装置はDage#4000、テストスピード170μm/秒とした。
このようにして、金めっき皮膜後で熱処理前のワイヤープル平均強度を測定した。その結果、10.8gであった。
次に175℃、16時間の熱処理を行い、再び上記の方法でワイヤーボンディング強度を測定し、ワイヤープル平均強度で評価した。その結果、10.7gであった。
[実施例2]
実施例2では、銀触媒の膜厚を0.10μmとした。また、パラジウムの平均粒径は0.28μmとした。それ以外は実施例1と同様とした。また、熱処理前のワイヤープル平均強度は10.3g、熱処理後のワイヤープル平均強度は10.4gであった。
[実施例3]
実施例3では、銀触媒の膜厚を0.20μmとした。また、パラジウムの平均粒径は0.30μmとした。それ以外は実施例1と同様とした。また、熱処理前のワイヤープル平均強度は10.2g、熱処理後のワイヤープル平均強度は10.3gであった。
[実施例4]
実施例4では、銀触媒の膜厚を0.30μmとした。また、パラジウムの平均粒径は0.24μmとした。それ以外は実施例1と同様とした。また、熱処理前のワイヤープル平均強度は10.5g、熱処理後のワイヤープル平均強度は10.2gであった。
[実施例5]
実施例5では、銀触媒の膜厚を0.50μmとした。また、パラジウムの平均粒径は0.09μmとした。それ以外は実施例1と同様とした。また、熱処理前のワイヤープル平均強度は10.4g、熱処理後のワイヤープル平均強度は10.2gであった。
[比較例1]
比較例1では、銀触媒形成工程S10の代わりに、パラジウム触媒を付与するパラジウム触媒付与工程を実施した。パラジウムの平均粒径は0.04μmとした。それ以外は実施例1と同様とした。また、熱処理前のワイヤープル平均強度は10.4g、熱処理後のワイヤープル平均強度は7.4gであった。
[比較例2]
比較例2では、銀触媒形成工程S10は実施したが、銀触媒の膜厚を0.01μmとした。また、銀触媒の膜厚が薄すぎたためか、パラジウム皮膜が形成されなかった。また、熱処理前のワイヤープル平均強度は10.0g、熱処理後のワイヤープル平均強度は7.1gであった。
[比較例3]
比較例3では、銀触媒形成工程S10は実施したが、銀触媒の膜厚を0.04μmとした。また、銀触媒の膜厚が薄すぎたためか、パラジウム皮膜は部分的に未析出であり、パラジウム皮膜の測定はできなかった。また、熱処理前のワイヤープル平均強度は10.0g、熱処理後のワイヤープル平均強度は7.0gであった。
[比較例4]
比較例4では、銀触媒形成工程S10は実施したが、銀触媒の膜厚を0.55μmとした。また、パラジウムの平均粒径は0.08μmとした。それ以外は実施例1と同様とした。また、熱処理前のワイヤープル平均強度は10.6g、熱処理後のワイヤープル平均強度は9.1gであった。
[比較例5]
比較例5では、銀触媒の膜厚を1.00μmとした。また、パラジウムの平均粒径は0.07μmとした。それ以外は実施例1と同様とした。また、熱処理前のワイヤープル平均強度は10.5g、熱処理後のワイヤープル平均強度は8.7gであった。
以上の条件及び結果を表1に示す。
Figure 0007285123000001
全ての実施例では、熱処理前後でワイヤープル平均強度に差がないことから、熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下を防止することができた。また、パラジウム皮膜の粒径が0.09μm以上のとき、熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下を防止することができた。これは金めっき皮膜の粒界にパラジウム粒子が容易に侵入せず、拡散・固溶を防止したためと考えられる。
一方、銀触媒形成工程S10を実施しない比較例1では、熱処理前後でワイヤープル平均強度の差が大きく、熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下が生じた。
また、銀触媒形成工程S10における銀触媒としての銀皮膜を0.01μmとした比較例2や比較例3では、銀皮膜が薄すぎたためか、パラジウム皮膜を形成することができず、パラジウム皮膜が未析出又は部分未析出であり、熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下が生じた。
また、銀触媒形成工程S10における銀触媒としての銀皮膜を0.55μm及び1.00μmとした比較例4及び5では、熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下が生じた。さらに、厚膜化になる程、パラジウムの平均粒径が小さくなり、熱履歴によるワイヤーボンディング特性の低下が大きかった。これは、厚膜化によって銀及びパラジウムの結晶粒径が小さくなったためと考えられる。
以上より、本実施形態に係る金めっき方法及びめっき皮膜を適用することによって、実装等による熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下を防止する金めっき方法及びめっき皮膜を提供することができる。また、金めっき皮膜の膜厚を薄くしても実装等による熱履歴によってワイヤーボンディング特性の低下を防止する金めっき方法及びめっき皮膜を提供することができる。
なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。
例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、金めっき方法及びめっき皮膜の構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
S10 銀触媒形成工程 S20 パラジウム皮膜形成工程 S30 金めっき皮膜形成工程、
10 銀皮膜、11 銀粒子、20 パラジウム皮膜、21 パラジウム粒子、30 金皮膜、40 銅又は銅合金皮膜、100 めっき皮膜

Claims (5)

  1. 銅又は銅合金皮膜上に銀触媒を用いてめっきする、ワイヤーボンディング接続のための金めっき方法であって、
    パラジウム皮膜を形成するために銀触媒としての銀皮膜を形成する銀触媒形成工程と、
    前記銀触媒上にパラジウム皮膜を形成するパラジウム皮膜形成工程と、
    前記パラジウム皮膜上に金めっき皮膜を形成する金めっき皮膜形成工程と、を有し、
    前記銀皮膜の膜厚は、0.05μm~0.5μmであり、
    前記パラジウム皮膜の結晶粒径の平均粒径は、0.09μm以上であることを特徴とする金めっき方法。
  2. 前記金めっき皮膜の膜厚は、0.2μm以下であることを特徴とする請求項に記載の金めっき方法。
  3. 前記パラジウム皮膜の膜厚は、0.04μm~0.6μmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の金めっき方法。
  4. 銅又は銅合金皮膜上に銀触媒を用いてめっきする、ワイヤーボンディング接続のためのめっき皮膜であって、
    前記銅又は銅合金皮膜と、
    前記銅又は銅合金皮膜上に形成された、前記銀触媒としての銀皮膜と、
    前記銀触媒上に形成されたパラジウム皮膜と、
    前記パラジウム皮膜上に形成された金皮膜と、を有し、
    前記銀皮膜の膜厚は、0.05μm~0.5μmであり、
    前記パラジウム皮膜の結晶粒径の平均粒径は、0.09μm以上であることを特徴とするめっき皮膜。
  5. 熱処理後のワイヤーボンディング強度が、10.0g以上であることを特徴とする請求項に記載のめっき皮膜。
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