JPH10265991A - 樹脂密着性に優れためっき材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性のある樹脂との密着性を与える金属材
料の提供。 【解決手段】 金属板の表面にＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚ
ｎ、Ｆｅ及びＣｒの１種以上を含むめっき皮膜を形成し
ためっき材において、電子線３次元粗さ解析装置により
３０００倍に拡大しためっき材表面に基き、算術平均粗
さ（Ｒａ）：０．０３〜０．５μｍ、かつ（測定から得
られた試料の表面積）／（測定範囲の縦×横）として定
義される表面積代替値：１．０１〜１．１とし、適正な
アンカー効果と表面積を有するめっき皮膜を金属条に形
成させたことを特徴とする樹脂密着性に優れためっき
材。めっき皮膜上に更にニッケルめっきを施すことによ
り、めっき皮膜からの粉の脱落を防止し、めっき皮膜の
耐熱性を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、およびポリイミド樹脂などの樹脂との密着
性に優れためっき材に関するものであり、特に半導体パ
ッケージやヒートスプレッダ材、回路用材料として使用
されるに適しためっき材に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属と樹脂とが接合された部分が、製品
の一部もしくは全体を構成している工業製品は多い。例
えば、半導体ＩＣなどを格納するパッケージは、金属製
リードフレームと封止用材料とから構成される。封止用
材料には、過去にはセラミックスも使用されたが、現在
ではコストの安い樹脂（エポキシ樹脂など）が主流を占
めている。また、半導体パッケージ内部には、ヒートス
プレッダとよばれる金属板が使用される場合があるが、
この金属板の周囲は樹脂で封止される。また、電子回路
用基板では、金属箔がエポキシ樹脂を含有するガラス布
基材やフェノール樹脂などに接合されている。

【０００３】このように金属と樹脂とが接合している製
品では、樹脂密着性がしばしば問題になる。一例をあげ
ると、図１は、リードフレームＬのダイパッド３の上に
半導体チップ２を接着し、半導体チップをボンディング
ワイヤ５によりリードフレームのリード４と接続し、こ
れらを一体のものとして熱硬化性樹脂からなる樹脂モー
ルド１により封止することにより作製した半導体パッケ
ージを示す。こうした樹脂を使用した半導体パッケージ
では、図１に示すように、リードフレームと樹脂との密
着性が不十分である場合には、パッケージ内部で樹脂が
剥離したり、樹脂に亀裂が発生しやすいという問題があ
る。これを具体的に説明すると、樹脂内部に吸収された
水分が、リードフレームダイパッドと樹脂との界面にま
で達し、界面に蓄積した水分が半導体の発生する熱によ
り膨張し、この膨張する力により樹脂がリードフレーム
ダイパッドから剥離したり、あるいは樹脂に亀裂が発生
するという現象である。この亀裂により、パッケージ内
部の半導体は故障にいたるので、亀裂の発生は極力防止
しなければならない。上記の例のように、従来技術で
は、金属材料と樹脂との密着性不良を起因とした問題が
発生する場合があった。

【０００４】例えば、銅リードフレーム材では半導体の
組立工程において種々の加熱工程を経るので表面に酸化
膜が生成しており、この酸化膜のリードフレーム母材へ
の密着性が樹脂とリードフレーム材との密着性を支配し
ていることに鑑み、酸化膜の組成を改良するべく、リー
ドフレーム材を少量のＣｒ、Ｚｒ及びＺｎを含む銅合
金、更にはＦｅ及びＮｉを追加的に含む銅合金から作製
することが提唱されている。また、密着性不良を改善す
るべく、アンカー効果を得るよう表面を粗化する方法が
一般に採用されているが、いまだ十分の信頼性を得るに
至っていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特定の
組成の合金を使用する方法では、汎用性がなく、特定の
分野にしか適用できない。金属と樹脂との接合部分が、
製品の一部もしくは全体を構成している工業製品の種類
が多いことに鑑み、本発明は、汎用性のある、そして十
分の信頼性のある樹脂との密着性を与える金属材料を提
供することを課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明者が研究を行った結果、金属材料上に特定
の表面性状のめっき皮膜を形成することにより、良好な
樹脂密着性を得ることができることが見い出された。適
当な金属のめっき皮膜を選択して、めっき材表面の算術
平均粗さ（Ｒａ）のみならず、めっき材と樹脂とが接合
する部分の正味の面積の指標である表面積代替値を適正
な範囲とすることにより、良好な樹脂密着性を得ること
ができることが見い出されたものである。電子線３次元
粗さ解析装置により表面を３０００倍で拡大して得られ
ためっき材表面を基準として測定を行うのが好適である
ことも判明した。

【０００７】こうした観点の下で、本発明は、（１）金
属板の表面に、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｆｅ及びＣｒ
の１種もしくは２種以上を含有するめっき皮膜を形成し
ためっき材において、電子線３次元粗さ解析装置により
表面を３０００倍に拡大して得られためっき材表面に基
づいて、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０３〜０．５μｍ
であり、かつ

【数２】（測定から得られた試料の表面積）／（測定範
囲の縦×横） として定義される表面積代替値が１．０１〜１．１であ
ることを特徴とする樹脂密着性に優れためっき材を提供
する。

【０００８】めっき皮膜の上に、さらにニッケルめっき
を施すことにより、めっき皮膜からの粉の脱落を防止で
きるだけでなく、めっき皮膜の耐熱性を高めることがで
きることも判明した。そこで、本発明は更に、（２）前
記めっき皮膜の上に、さらにニッケルめっき膜を有する
ことを特徴とする上記１の樹脂密着性に優れためっき材
をも提供する。

【０００９】

【発明の実施の形態】金属と樹脂との密着性を向上させ
ることを目的として、表面粗さと表面積代替値とを最適
の範囲に定め、適正なアンカー効果と表面積を有するめ
っき皮膜を金属条に形成させたことが本発明の特徴であ
り、この材料の使用で、より強固な樹脂との密着性を得
ることができる。

【００１０】本発明のめっき材に使用する母材（基材）
は、Ｆｅ−Ｎｉ合金のような鉄基合金あるいは黄銅、青
銅のような銅基合金などの条であり、特に制限はない。
この母材表面の片面もしくは両面に、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃ
ｏ、Ｚｎ、Ｆｅ及びＣｒの１種もしくは２種以上を含有
する金属乃至合金めっき皮膜を形成する。合金の例とし
ては、Ｃｕ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｃｏ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｎ
ｉ−Ｃｏ等を挙げることができる。Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、
Ｚｎ、Ｆｅ及びＣｒを選んだ理由は、めっき液のコスト
が安く、しかもめっき時の電流密度、めっき液組成およ
びめっき液温度を調整することにより、所望のめっき表
面粗さと表面積代替値を容易に得ることができるからで
ある。

【００１１】本発明の必須条件のひとつであるめっき材
表面の算術平均粗さ（ＪＩＳ Ｂ０６０１にて定義、以
下Ｒａと呼ぶ）は、０．０３〜０．５μｍの範囲であ
る。算術平均粗さは、対象面からランダムに抜き取った
各部分における中心線平均粗さの算術平均値である。こ
のＲａは、電子線３次元粗さ解析装置により表面を倍率
３０００倍で拡大して得られた値である。Ｒａが上記範
囲にある場合は、めっき皮膜が樹脂の中に食い込み（ア
ンカー効果）、良好な密着性が得られる。Ｒａが０．０
３μｍ未満の場合には、アンカー効果が不十分で、樹脂
密着性向上の効果が期待できない。また、０．５μｍを
超えると、めっき皮膜から粉が脱落しやすくなり、半導
体アセンブリ工程でトラブルが発生しやすくなる等の不
都合が生じる。

【００１２】本発明のもうひとつの必須条件である表面
積代替値は、１．０１〜１．１の範囲である。この値
も、電子線３次元粗さ解析装置により表面を倍率３００
０倍で拡大して得られた値である。表面積代替値は以下
の式で表される：

【数３】（測定から得られた試料の表面積）／（測定範
囲の縦×横） 表面積代替値は、凹凸のある実際に樹脂と接触するめっ
き面の面積が凹凸のない平面の面積の何倍になっている
かを表し、めっき材と樹脂とが接合する部分の正味の面
積に比例する。樹脂密着性を向上させるためには、先述
したアンカー効果のみならず、樹脂接合部の表面積も重
要である。例をあげると、めっきの電着粒が大きくＲａ
が大きいめっき材と、電着粒が小さくＲａが小さいめっ
き材の樹脂密着性を比較すると、前者の密着性が必ずし
も良いというわけではなく、後者のめっき表面が微細に
荒れて、表面積代替値が大きい場合には、後者の方が良
くなる場合がある。すなわち、材料の表面粗さと表面積
代替値とを適当に制御することが重要である。表面積代
替値が１．０１未満のめっきでは、接合部の面積が十分
ではなく、一方、表面積代替値が１．１を超えるめっき
では、表面が荒れすぎており、このめっきでは皮膜から
の粉の脱落などの不都合が生じる。

【００１３】本発明では、株式会社エリオニクス製の３
次元表面粗さ解析装置を使用し、めっき材の表面を倍率
３０００倍で測定した値を採用している。これが測定の
信頼性の観点から最適と判断したからである。３次元表
面粗さ解析装置は、電子プローブで試料表面を高速でス
キャンし、微細表面形状を確実にキャッチし、例えばＳ
ＥＭ観察視野をリアルタイムでＣＲＴに三次元表示する
ことができ、また表面積、Ｒａ、Ｒｚ、Ｒｍａｘ等や山
数、粒度、等高線、面積率その他をグラフ等で表示する
ことができる。表面積の計算は、３点のサンプリング点
を頂点とした三角形の面積和として算出する。図３は、
後で実施例と関連して示す銅粗化めっき材の３０００倍
の表面凹凸の鳥瞰図である。ここでは、４０ミクロンの
Ｘ軸と３０ミクロンのＹ軸が、測定範囲の縦×横として
選択され、実際の微細輪郭が三次元表示されている。各
突起の高さが左側の高さ−色表示に合わせて、カラーで
表されている。この場合、表面積代替値は、３次元表面
粗さ解析装置による測定から得られた試料の実際の表面
積を４０ミクロン×３０ミクロンで割った値となる。

【００１４】本発明のめっき材を製造するめっき方法に
ついては、所望の粗いめっき皮膜を得るように、めっき
液の温度、めっき液中の金属濃度およびめっき時の電流
密度を調整することにより行われる。めっき条件は、使
用するめっき金属の種類及び使用するめっき浴により異
なるが、めっき液温度は高い方がめっき組織がより微細
になり、３０〜５０℃が望ましい。めっき液中の金属濃
度は、濃度を下げると荒れためっきが得られるが、濃度
を下げすぎると陰極電流効率が低下するので、めっき液
中の金属濃度が合計で２０〜５０ｇ／Ｌが望ましい。め
っき時の電流密度は、高くするとめっきが荒れやすい。
電流密度の適性範囲は、５〜３０Ａ／ｄｍ² 程度であ
る。

【００１５】銅、ニッケル、コバルト、亜鉛、鉄、クロ
ムのめっき浴としては、例えば斯界で周知の硫酸塩浴等
が使用される。一般的に使用されているめっき浴ならい
ずれでも良い。例えば、銅めっきの場合には、硫酸銅め
っき浴を使用するのが便宜である。ニッケルめっきに対
しては、硫酸ニッケル、塩化ニッケル及びほう酸を含む
ワット浴が使用できる。１層目のめっきについては、一
般に、工業的に通常行われている条件よりも電流密度、
めっき液温度及び金属濃度を高めに設定することによ
り、所望の範囲の算術平均粗さ及び表面積代替値を得る
ことができる。例えば、銅めっきの場合には、硫酸銅め
っき浴を使用して、工業的に通常行われている条件より
も電流密度、めっき液温度及び金属濃度を通常よりは高
めに、例えば電流密度：１２〜１８Ａ／ｄｍ² 、温度：
４２〜４８℃及び硫酸銅（５水和物）：１１０〜１３０
ｇ／Ｌに設定することにより、所望の範囲の算術平均粗
さ及び表面積代替値を得ることができる。

【００１６】本発明の粗化目的のめっき皮膜の上に、さ
らに２層目のめっきとして、ニッケルめっきを施すこと
も効果がある。ニッケルめっき厚さは第１層目の粗化め
っき皮膜の特性を崩さない範囲でごく薄く覆うに十分で
あればよく、一般に、０．２〜２μｍの範囲である。こ
のニッケルめっきを施すことにより、第１層目のめっき
皮膜からの粉の脱落を防止できるだけでなく、めっき皮
膜の耐熱性を高めることができる。例えば、半導体のア
センブリ工程では、リードフレームを２００〜３００℃
に加熱する場合があるが、２層目にニッケルめっきを施
した本発明のめっき材では、加熱後でも樹脂密着性が劣
化せずに良好である。

【００１７】

【実施例】本発明の実施例及び比較例を以下に示す。銅
合金（Ｃｕ：６５％、Ｓｎ：３５％）製金属条（厚み
０．２５ｍｍ、幅２５ｍｍ）にめっきを施し、表１に示
すめっき材を作製した。めっきを行う際のめっき液の組
成は、Ｃｕめっきを例にあげると、硫酸銅（５水和物）
１２０ｇ／Ｌ及び硫酸８０ｇ／Ｌであり、この液を４５
℃に加熱し、電流密度１５Ａ／ｄｍ² で２０秒間めっき
した。工業的に行われている銅めっきは、通常電流密度
２〜１０Ａ／ｄｍ² 程度で行うが、本発明のめっき材で
は電流密度を高めに設定した。また、めっき液温度と金
属濃度も通常よりは高めに設定した。表１に挙げたＮ
ｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｒ並びにＣｕ−Ｎｉ及びＣｕ
−Ｎｉ−Ｃｏの１層目のめっきは、Ｃｕめっきと同様
に、それぞれの硫酸塩浴を使用して、電流密度、めっき
液温度およびめっき液組成を高めに調整し、めっき皮膜
を形成した。

【００１８】めっき材の表面粗さと表面積代替値は、株
式会社エリオニクス製３次元粗さ解析装置ＥＲＡ−８０
００を使用し、表面を３０００倍に拡大し、測定した。
樹脂との密着性の評価は、図２に示すように、各種めっ
き材の表面に、接合部の面積が５０ｍｍ² のエポキシ樹
脂製の円柱体を密着硬化させ、めっき材と上記円柱体を
徐々に反対方向に引張り、それらの界面がせん断剥離す
るまでの引張強度で求めた。詳しくは、図２（ａ）〜
（ｄ）の手順に従った。すなわち、試験に供するめっき
材矩形片（６０ｍｍ長×２５ｍｍ巾×０．２５ｍｍ厚）
の上にテフロン（Du Pont 社のポリテトラフルオロエチ
レンの商標名）製の面積５０ｍｍ²の穴の付いた型材
（厚さ３ｍｍ）を穴がリードフレーム材の一端部近くの
中央に位置するように置き、穴にエポキシ樹脂を流し込
み、１００℃で２時間硬化させ（ａ）、試験片上に断面
積５０ｍｍ² のエポキシ樹脂製の円柱体を形成した剪断
試験片を作成し（ｂ）、次いで円柱体にぴったりと嵌合
する穴のついた引張具をその穴がモールド樹脂円柱体に
嵌合するように試験片上に被せ置き（ｃ）、そして、室
温下で、引張試験機を使用して５ｍｍ／分の引張速度で
試験片端と引張具端を矢印のように反対方向に引っ張る
（ｄ）。こうして試験片上でのモールド樹脂の剪断強度
が測定された。めっき皮膜からの粉の脱落の評価は、め
っき皮膜にテープを密着させた後にテープを剥がし、テ
ープに付着しためっきの粉の量を観察して求めた。

【００１９】これらの評価結果を表１に示す。本発明例
に示しためっき材では樹脂との密着がよく、一貫した樹
脂密着性（剪断引張強度）を示し、めっき皮膜からの粉
の脱落も少なく、許容範囲にあることが確認された。特
に、ニッケル膜を２層目として施したものはめっき皮膜
からの粉の脱落がない。比較例１は、表面積代替値が小
さいため樹脂密着性（剪断引張強度）が悪い。算術平均
粗さ（Ｒａ）が大きい比較例２は、めっき皮膜からの粉
の脱落が生じている。表面積代替値が大きい比較例３
は、やはり、めっき皮膜からの粉の脱落が生じている。

【００２０】

【表１】

【００２１】図３は、先にも触れたように、３次元表面
粗さ解析装置により観察した実施例１のめっき材表面の
銅めっき材の倍率３０００倍の表面凹凸の鳥瞰図であ
る。図４は、同じく３次元表面粗さ解析装置により観察
した比較例１の母材（基材）の倍率３０００倍の表面凹
凸の鳥瞰図である。両者の比較から明らかなように、実
施例１のめっき材表面には最大１．２２６μｍに達する
多数の突起が林立しているのに対して、比較例１ではそ
うした突起は観察されない。実施例１の表面積代替値は
１．０７であり、比較例１の表面代替値の１．００６の
１０倍以上にも及んでいる。

【００２２】

【発明の効果】本発明の樹脂密着性に優れためっき材で
は、樹脂との良好な密着性が得られ、その結果半導体パ
ッケージ等の信頼性を向上することができる。また本発
明のめっき材では、めっき皮膜からの粉の脱落が少な
く、半導体組立工程でのトラブル発生を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】樹脂モールドにより封止した半導体パッケージ
にクラックや剥離が生じた状況を示す説明図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）はめっき材と樹脂との密着性を
評価するための試験方法の段階を順次示す斜視図であ
る。

【図３】３次元表面粗さ解析装置により観察した実施例
１の銅めっき材表面の表面凹凸を示す画像写真である
（倍率３０００倍）。

【図４】３次元表面粗さ解析装置により観察した比較例
１の母材表面の表面凹凸を示す画像写真である（倍率３
０００倍）。

【符号の説明】

Ｌ リードフレーム １ 樹脂モールド ２ 半導体チップ ３ ダイパッド ４ リード ５ ボンディングワイヤ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属板の表面に、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚ
   ｎ、Ｆｅ及びＣｒの１種もしくは２種以上を含有するめ
   っき皮膜を形成しためっき材において、電子線３次元粗
   さ解析装置により表面を３０００倍に拡大して得られた
   めっき材表面に基づいて、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．
   ０３〜０．５μｍであり、かつ 【数１】（測定から得られた試料の表面積）／（測定範
   囲の縦×横） として定義される表面積代替値が１．０１〜１．１であ
   ることを特徴とする樹脂密着性に優れためっき材。
2. 【請求項２】 前記めっき皮膜の上に、さらにニッケル
   めっき膜を有することを特徴とする請求項１の樹脂密着
   性に優れためっき材。