JPH06280039A - 無電解金めっき浴 - Google Patents

無電解金めっき浴

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JPH06280039A
JPH06280039A JP9220293A JP9220293A JPH06280039A JP H06280039 A JPH06280039 A JP H06280039A JP 9220293 A JP9220293 A JP 9220293A JP 9220293 A JP9220293 A JP 9220293A JP H06280039 A JPH06280039 A JP H06280039A
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gold plating
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雅宜 辻本
Hirohito Morimoto
啓仁 森本
Isamu Yanada
勇 梁田
Toru Murakami
透 村上
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C Uyemura and Co Ltd
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミックICパッケージ等のセラミック素
材状に形成した金属部分に対してに対してもめっき広が
りを生じることなく、良好な金めっき皮膜を形成するこ
とができる無電解金めっき浴を得る。 【構成】 水溶性金化合物、錯化剤及び還元剤を含有し
てなる無電解金めっき浴に非イオン性界面活性剤及び/
又は非イオン性ポリマーを安定剤として添加した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水溶性金化合物、錯化
剤及び還元剤を含有してなる無電解金めっき浴に安定剤
を添加して、めっき広がりの発生を可及的に防止した無
電解金めっき浴に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、無電解金めっきは、金の電気伝導性、熱圧着による
接続性等の物理的性質及び耐酸化性、耐薬品性等の化学
的性質からプリント配線基板、セラミックICパッケー
ジ、ITO基板、ICカード等の電子工業部品などの端
子や回路表面に適用されている。
【0003】しかしながら、従来の無電解金めっき浴を
用いた場合、目的以外の箇所にも皮膜が析出してにじみ
等が生じてしまう所謂めっき広がりが発生し易く、特に
セラミック素材に形成した金属部分にめっきを施す場合
にこの傾向が顕著で、セラミックICパッケージに無電
解金めっきを施す場合には、このめっき広がりが大きな
問題となる場合がある。
【0004】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、セラミック素材に対してもめっき広がりを生じるこ
となく、金属部分のみに良好な金めっき皮膜を形成する
ことができ、セラミックICパッケージ等の金めっき処
理に好適に適応することができる無電解金めっき浴を提
供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、水溶性金
源、錯化剤及び還元剤を含有してなる無電解金めっき浴
に、ポリアルキレングリコール,ポリアルキレングリコ
ール型界面活性剤、ポリビニルアルコール,ポリビニル
ピロリドン等の非イオン性界面活性剤や非イオン性ポリ
マーの1種又は2種以上をめっき安定剤として添加する
ことにより、セラミック素材上に形成された金属部分に
めっきを施す場合でもめっき広がりの発生を防止してに
じみ等のない奇麗な金めっき皮膜を確実に形成すること
ができることを見出し、本発明を完成したものである。
【0006】従って、本発明は、水溶性金化合物、錯化
剤及び還元剤を含有してなる無電解金めっき浴に非イオ
ン性界面活性剤及び/又は非イオン性ポリマーを安定剤
として添加してなることを特徴とする無電解金めっき浴
を提供するものである。
【0007】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の無電解金めっき浴に金源として配合される水溶
性金化合物としては、めっき浴中に1価及び3価の金イ
オンを供給し得るものであればよく、特に限定されるも
のではないが、具体的には亜硫酸金ナトリウム、亜硫酸
金カリウム、亜硫酸金アンモニウム、シアン化金ナトリ
ウム、シアン化金カリウム、塩化金酸ナトリウム、塩化
金酸カリウム等が好適に使用される。
【0008】この水溶性金化合物の配合量は、特に限定
されるものではないが、金イオンとして1〜20g/
L、特に2〜8g/Lとすることが好ましい。この場
合、この水溶性金化合物の配合量、即ちめっき浴中の金
イオン濃度にほぼ比例してめっき速度が増大するが、2
0g/Lを超えるとめっき速度は増大するものの、めっ
き浴の安定性に劣る場合があり、また高価な金化合物の
汲み出し量が増えるので不経済である。一方、金イオン
濃度が1g/L未満であると、めっき速度が非常に小さ
くなってしまう。
【0009】また、錯化剤としては、特に限定されるも
のではないが、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜
硫酸アンモニウム、シアン化ナトリウム、シアン化カリ
ウム、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫
酸アンモニウム、EDTA、ニトリロ3酢酸(NT
A)、有機ホスホン酸及びその塩、クエン酸及びその
塩、酒石酸及びその塩、、グルコノ−δ−ラクトン、グ
ルコン酸塩、必須アミノ酸及びその塩等が挙げられる。
なお、有機ホスホン酸としてはアミノトリ(メチレンホ
スホン酸)及びその塩、1−ヒドロキシエチリデン−
1,1−ジホスホン酸及びその塩、エチレンジアミンテ
トラ(メチレンホスホン酸)及びその塩、ジエチレント
リアミンペンタ(メチレンホスホン酸)及びその塩が好
適であり、また塩としてはナトリウム塩、カリウム塩、
アンモニウム塩が好適である。
【0010】これら錯化剤の配合量は、特に制限される
ものではないが、通常5〜200g/L、特に20〜1
50g/Lとすることが好ましく、5g/L未満では錯
化剤としての効果が不十分となる場合があり、また20
0g/Lを超える量を添加しても効果は余り上がらず不
経済である。
【0011】次に、還元剤としては、抱水ヒドラジン,
硫酸ヒドラジン,中性硫酸ヒドラジン,マレイン酸ヒド
ラジン等のヒドラジン類及びその塩やヒドロキシルアミ
ン等のヒドラジン誘導体、アスコルビン酸及びそのナト
リウム,カリウム,アンモニウム塩、トリメチルアミン
ボラン(TMAB)、ジメチルアミンボラン(DMA
B)、チオ尿素、次亜リン酸及びその塩などが挙げられ
る。
【0012】これら還元剤の作用により、めっき浴中の
金イオンが被めっき物に析出するものであり、その配合
量は、特に制限されるものではないが、通常1〜100
g/L、特に5〜70g/Lとされる。この場合、これ
ら還元剤の濃度にほぼ比例してめっき速度が増大する
が、100g/Lを超える量を添加してもめっき速度は
余り大きくならず、むしろ液安定性が劣化する場合があ
り、一方、1g/L未満であるとめっき速度が非常に小
さくなってしまう。
【0013】本発明の無電解金めっき浴は、上記水溶性
金化合物、錯化剤、及び還元剤を含有してなるめっき浴
に、めっき広がりを防止する安定剤として、非イオン性
界面活性剤及び/又は非イオン性ポリマーを添加したも
のである。
【0014】上記非イオン性界面活性剤としては、ポリ
エチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコ
ール(PPG)等のポリアルキレングリコール、例えば
PEG−4000,PEG−1540,PPG−100
0,PEG−600など、ポリアルキレングリコール型
の界面活性剤、例えばポリオキシエチレンアルキルフェ
ノールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテ
ル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエ
チレンアルキルアミン、ポリオキシエチレン・オキシプ
ロピレンブロックポリマー、アセチレングリコールのE
O付加物(具体的にはノニルフェノールのEO付加物、
ベータナフトールのEO付加物、ラウリルアルコールの
EO付加物、タロウアミンのEO付加物等)などが挙げ
られる。また、非イオン性ポリマーとしては、ポリビニ
ルアルコール(日本合成化学社製、ゴーセノールNL−
05等)、ポリビニルピロリドン(K−12,K−1
5,K−30,K−60,K−90等)などが挙げられ
る。なお、エチレンオキシド(EO)の付加モル数は、
約5〜100程度のものが好ましい。
【0015】これら非イオン性界面活性剤及び非イオン
性ポリマーは、その1種類を単独で配合しても2種以上
を併用してもよく、その配合量は配合剤の種類によって
適宜選定されるが、通常0.1〜100mg/L、特に
0.3〜30mg/Lとすることが好ましい。この場
合、これら安定剤の配合量が少ないとめっき広がりの発
生を確実に防止し得ない場合があり、また多過ぎるとめ
っき速度が低下する場合がある。
【0016】この安定剤により、被めっき物がセラミッ
ク素材に形成された金属部分であっても、めっき広がり
の発生を確実に防止して金属部分のみに良好な金めっき
皮膜を形成することができるものであり、更にめっき液
の分解を防止する効果もある。これら効果の作用機構
は、明確ではないが、次のように考えることができる。
【0017】即ち、金めっき皮膜上或いは液分解によっ
て発生した金コロイド粒子上に上記安定剤が吸着して金
の析出が防止され、なんらかの機構によりめっき皮膜上
ではめっきが進行し、金コロイド粒子上ではめっきが進
行せず、これによりめっき液の分解及びめっき広がりが
防止されるものと考えられる。あるいは、安定剤が素材
のセラミック表面に吸着し、その上で金の析出を防止す
る作用を奏すると考えることもできる。即ち、金めっき
皮膜上よりもセラミック上に選択的に吸着し、めっき広
がりを防止すると考えることができる。更に、金コロイ
ド粒子はめっき面に比較して同一体積当たりの表面積が
著しく大きく、このため安定剤が選択的に金コロイドの
成長を防止してめっき液の分解を防止すると共に、液分
解によって発生した金コロイド粒子がセラミック上に吸
着し、これが核になってめっきが成長するのを防止する
ことにより、めっき広がりが防止されるとも考えられ
る。
【0018】本発明の無電解金めっき浴は、上記水溶性
金化合物、錯化剤、還元剤及び安定剤を含有してなるも
のであるが、これらの成分に加えて更に窒素含有化合物
を添加することができ、これによりめっき速度を上昇さ
せることができる。
【0019】窒素含有化合物としては、アンモニア、ア
ミノカルボン酸、イミノカルボン酸、その他水溶性の窒
素含有有機化合物、及びこれらの塩が使用される。アン
モニア及びその塩としては、アンモニア水、硫酸アンモ
ン、塩化アンモン、硫酸アンモン、酢酸アンモン、硝酸
アンモン等が挙げられ、またアミノカルボン酸及びイミ
ノカルボン酸としては、必須アミノ酸等のアミノカルボ
ン酸、エチレンジアミン4酢酸,ニトリロ3酢酸等のイ
ミノカルボン酸が挙げられる。更に、その他の水溶性の
窒素含有有機化合物としては、エチレンジアミン,ジエ
チレントリアミン,トリエチレンテトラミン,テトラエ
チレンペンタミン,ヘキサメチレンテトラミン,グアニ
ジン等のアミン類、モノエタノールアミン,ジエタノー
ルアミン,トリエタノールアミン等のアミノアルコール
類、p−メチルアミノフェノール,アミノフェノール,
フェニレンジアミン,アミノ安息香酸等の芳香族アミン
類、イミダゾール,ウラシル,モルホリン,ピラジン等
の異節環状化合物、ビス(ヒドロキシエチル)アミノエ
タンスルホン酸,メタニル酸,ピリジンスルホン酸,8
−ヒドロキシキノリン−5−スルホン酸,タウリン,ピ
リジンスルホン酸等の含窒素スルホン酸類、ジピリジ
ル,ピコリン酸,ジヒドロキシピリジン等のピリジン類
等が挙げられ、特に限定されるものではないが、これら
水溶性窒素含有有機化合物の中では、p−メチルアミノ
フェノール,アミノフェノール等の芳香族アミン類が好
ましく使用される。なお、これら窒素含有化合物の添加
量は窒素含有化合物の種類等に応じて適宜選定され、特
に限定されるものではないが、通常アンモニア類の場合
1〜200g/L、特に5〜150g/Lとすることが
好ましく、アミノカルボン酸、イミノカルボン酸、その
他水溶性の窒素含有有機化合物及びこれらの塩の場合は
0.01〜100g/L、特に0.05〜50g/Lと
することが好ましい。
【0020】また、本発明めっき浴には、酢酸鉛、硝酸
鉛、メタンスルホン酸鉛等の水溶性鉛化合物及び/又は
硫酸タリウム等の水溶性タリウム化合物を添加して、め
っき浴中に鉛イオン及び/又はタリウムイオンを含有さ
せることができ、これによりめっき速度を増大させると
共に、析出皮膜の結晶形態を良好ならしめることができ
る。この場合、水溶性鉛化合物及び/又は水溶性タリウ
ム化合物の添加量は、金属イオンとして0.1〜50m
g/L、特に0.5〜30mg/Lとすることが好まし
い。なお、添加量が0.1mg/L未満であるとその効
果がほとんど見られない場合があり、また50mg/L
を超えてもその効果はほとんど増大しない上、場合によ
ってはめっき皮膜に外観むらが生じることがある。
【0021】更に、本発明めっき浴を用いて、銅素材に
対してめっきを行う場合には、浴中に銅イオンが溶出
し、銅イオン溶出が起きたところに金の析出が起きる場
合がある。そこで、これを防ぐためにめっき浴中にベン
ゾトリアゾール及び/又はCN-(めっき浴中にCN-
含まれてない場合)を添加することができる。ベンゾト
リアゾールの作用はCu上に吸着し、又はCuイオンと
水不溶性キレートを形成してCuイオンの溶出を防止す
ることによる。また、CN-の作用機構は不明である
が、Cu+とCN-とが錯体を形成してCu+の還元力を
低下させることによるのではないかと考えられる。
【0022】上記ベンゾトリアゾールの添加量は、特に
限定されるものではないが、0.001〜10g/L、
特に0.01〜1g/Lとすることが好ましく、この場
合0.001g/Lより少ないと有効な効果が得られな
い場合があり、10g/Lを超えて添加してもさしたる
効果の増大もない上、めっき速度が低下する場合があ
る。また、CN-は水溶性金化合物、錯化剤として亜硫
酸金塩、亜硫酸塩等のシアン化物以外のものを使用する
場合に添加するもので、その添加量は特に制限されるも
のではないが、0.01〜2g/L、特に0.05〜1
g/Lとすることが好ましく、0.01g/L未満であ
ると十分な効果が得られない場合があり、また2g/L
を超えるとめっき速度が低下が著しくなる場合がある。
なお、めっき浴中にCN-を供給するCN-源としては、
NaCN,KCN,Na〔Au(CN)2〕,K〔Au
(CN)2〕等が挙げられる。
【0023】本発明の無電解金めっき浴を用いてめっき
を行う場合、プリント配線基板やセラミックICパッケ
ージ等の被めっき物を浴中に浸漬するが、この場合、特
に制限されるものではないが、プリント配線基板やセラ
ミックICパッケージは、無電解Ni/Bめっき皮膜及
び/又は無電解Ni/Pめっき皮膜を形成し、その上に
更に置換金めっき皮膜を形成したものであることが好ま
しい。
【0024】次に、めっき条件について説明すると、ま
ずめっき浴のpHは還元剤の種類等に応じて3〜14、
特に4〜14とすることができる。この場合、pHは還
元剤の種類に応じて好適な範囲が異なり、例えばアスコ
ルビン酸,チオ尿素等の場合は中性付近、TMAB,D
MAB等では強アルカリ性、ヒドラジン類では中性から
アルカリ性が好適である。
【0025】めっき温度(液温)は、40〜90℃、特
に50〜80℃することが好ましく、40℃未満ではめ
っき速度が非常に小さくなる場合があり、90℃を超え
るとめっき速度は大きくなるがめっき安定性が乏しくな
る場合がある。また、撹拌を行うことは差し支えなく、
更にガスピットの発生を防止するため被めっき物をハン
マー等で叩く機構を設けることが好ましく、更にまたあ
け替え濾過や循環濾過を行うことができ、特に濾過器で
液を循環濾過することが好ましく、これによりめっき液
の温度むらを防止し、かつめっき液中の固形ゴミを濾過
することができる。この場合、激しくめっき液を撹拌す
るとめっき速度が減少する傾向があり、このため撹拌、
濾過によるめっき液の循環、被めっき物の揺動は、余り
激しく行わないことが好ましい。
【0026】また、めっき浴中に空気を導入することも
でき、これによりめっき浴中に金コロイド粒子或いは金
粒子が発生するのをより有効に防止することができる。
この空気導入による効果は、明確ではないが、公知のC
-+O2+Au →Au+の反応と同様の機構によりO2
在下にSO3 2-によってAu を良好に溶解させること
ができることによると考えられる(亜硫酸金塩,亜硫酸
塩を用いた場合)。また、下地が銅である場合にはこの
Cu がめっき浴中に溶け出し、Au++Cu+→Au ↓+
Cu2+の反応により金粒子が生成されると思われるが、
この場合溶け出しにより生成したCu+がO2によって酸
化されることにより、無害なCu2+となるためであると
考えられる。なお、上記Au++Cu+→Au ↓+Cu2+
の反応が進むのかどうかは不明であるが、Cu の溶出が
あるところにAu が析出することが実験的に確認されて
いる。
【0027】なお、空気の導入は、めっき浴中に空気吹
き込むことにより行うことができ、この場合めっき浴の
撹拌操作として空気撹拌を採用することにより空気導入
を行っても、また撹拌操作とは別に空気の吹き込みを行
ってもよい。また、吹き込む空気は、めっき面に直接当
たらないようにすることが好ましく、このためめっき浴
中に空気の仕切板を設けることが好ましい。この場合、
めっき面に空気が直接当たると、めっき界面に液流増大
と液流むらが生じ、めっき皮膜の色むら,厚さのバラツ
キ,めっき速度の低下等の不都合が生じる場合がある。
【0028】なお、本発明の無電解金めっき浴は、通常
約0.1〜5μm/Hrのめっき速度を得ることがで
き、また金板(金めっき皮膜)上にめっき皮膜が形成さ
れるので、自己触媒性を有すると考えられ、更に消耗し
た金源及び還元剤等を補給することにより約5MTO
(ターン)の使用が可能である。
【0029】
【実施例】以下、実施例,比較例を示して本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるもの
ではない。 [実施例1]メタライズパターンを有するアルミナ基板
上に無電解Ni−Bめっき皮膜を1μm形成し、その上
に無電解Ni−Pめっき皮膜を2μm形成し、更にその
上に置換金めっき皮膜を0.1μm形成したICパッケ
ージに、下記組成のめっき浴を用い、下記めっき条件
で、無電解金めっきを施した。めっき速度は3μm/H
rであった。
【0030】めっき浴組成 亜硫酸金ナトリウム 1価金イオンとして 4g/L 亜硫酸ナトリウム 70g/L EDTA−2Na 45g/L ロッシェル塩 30g/L 抱水ヒドラジン 12g/L ポリビニルアルコール 0.5mg/L (日本合成化学社製、ゴーセノールNL−05) pH 10めっき条件 液温 70℃ 液量 500mL 液撹拌 空気撹拌 めっき時間 40分
【0031】めっき処理後のICパッケージを調べたと
ころ、めっき広がりはまったく見られず、また金ワイヤ
ーボンディング性及びダイボンディング性も良好であっ
た。
【0032】[実施例2]実施例1と同様のめっき浴
に、更にチオ硫酸Na0.8g/L、エチレンジアミン
2g/L、クエン酸1水素2カリウム塩35g/Lを添
加し、実施例1と同様にして同様のICパッケージに無
電解金めっきを施した。めっき速度は3.5μm/Hr
であった。
【0033】めっき処理後のICパッケージを調べたと
ころ、めっき広がりはまったく見られず、また金ワイヤ
ーボンディング性及びダイボンディング性も良好であっ
た。
【0034】[実施例3]実施例1と同様のICパッケ
ージに、下記組成のめっき浴を用い、下記めっき条件
で、無電解金めっきを施した。めっき速度は2μm/H
rであった。
【0035】めっき浴組成 シアン化金カリウム 1価金イオンとして 4g/L シアン化カリウム 4g/L KOH 10g/L トリエタノールアミン 10g/L ジメチルアミンボラン 2g/L ポリビニルピロリドン(K−15) 1mg/L 酢酸鉛 鉛イオンとして 2mg/L pH 14めっき条件 液温 60℃ 液量 500mL 液撹拌(カソードロッキング) 1m/分 めっき時間 60分
【0036】めっき処理後のICパッケージを調べたと
ころ、めっき広がりはまったく見られず、また金ワイヤ
ーボンディング性及びダイボンディング性も良好であっ
た。
【0037】[実施例4]実施例1と同様のICパッケ
ージに、下記下記組成のめっき浴を用い、下記めっき条
件で、無電解金めっきを施した。めっき速度は1μm/
Hrであった。
【0038】めっき浴組成 亜硫酸金ナトリウム 1価金イオンとして 4g/L 亜硫酸ナトリウム 20g/L チオ硫酸ナトリウム 20g/L アスコルビン酸ナトリウム 2g/L ポリエチレングリコール(PEG−4000) 1mg/L pH 6めっき条件 液温 60℃ 液量 500mL 液撹拌(カソードロッキング) 1m/分 めっき時間 60分
【0039】めっき処理後のICパッケージを調べたと
ころ、めっき広がりはまったく見られず、また金ワイヤ
ーボンディング性及びダイボンディング性も良好であっ
た。
【0040】[比較例1]ポリビニルアルコールを含有
しない以外は実施例1と同様の組成からなるめっき浴を
用い、同様の条件で同様のICパッケージに無電解金め
っきを施した。めっき処理後のICパッケージを調べた
ところ、めっきの広がり(はみ出し)が見られた。
【0041】[比較例2]ポリビニルピロリドンを含有
しない以外は実施例3と同様の組成からなるめっき浴を
用い、同様の条件で同様のICパッケージに無電解金め
っきを施した。めっき処理後のICパッケージを調べた
ところ、めっきの広がり(はみ出し)が見られた。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の無電解金
めっき浴によれば、セラミック製のICパッケージ等、
セラミック素材に形成した金属部分にめっき広がりを生
じることなく、良好な金めっき皮膜を確実に形成するこ
とができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 透 大阪府枚方市出口1丁目5番1号 上村工 業株式会社中央研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水溶性金化合物、錯化剤及び還元剤を含
    有してなる無電解金めっき浴に非イオン性界面活性剤及
    び/又は非イオン性ポリマーを安定剤として添加してな
    ることを特徴とする無電解金めっき浴。
  2. 【請求項2】 安定剤がポリアルキレングリコール、ポ
    リアルキレングリコール型界面活性剤、ポリビニルアル
    コール及びポリビニルピロリドンからなる群より選ばれ
    た1種又は2種以上である請求項1記載の無電解金めっ
    き浴。
  3. 【請求項3】 窒素含有化合物を含有してなる請求項1
    又は2記載の無電解金めっき浴。
  4. 【請求項4】 鉛イオン及び/又はタリウムイオンを含
    有してなる請求項1乃至3のいずれか1項に記載の無電
    解金めっき浴。
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