TW202225489A - 含有鎳電鍍皮膜之鍍敷結構體及引線框架 - Google Patents
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Abstract
本發明係一種鎳電鍍皮膜,其係含有0.01wt%以上1.0wt%以下之磷的鎳電鍍皮膜,當磷的含量為0.01wt%以上且未達0.05wt%時,上述鎳電鍍皮膜的膜厚為0.1μm以上10μm以下,當磷的含量為0.05wt%以上且未達0.2wt%時,上述鎳電鍍皮膜的膜厚為0.06μm以上10μm以下,當磷的含量為0.2wt%以上1.0wt%以下時,上述鎳電鍍皮膜的膜厚為0.01μm以上10μm以下。本發明之課題在於提供一種焊料潤濕性優異之Ni鍍敷皮膜及具備該Ni鍍敷皮膜之鍍敷結構體。
Description
本發明係關於一種鎳電鍍皮膜及具備該鍍敷皮膜之鍍敷結構體,尤其係關於IC或LSI等半導體封裝的線接合等之接合部的鍍敷皮膜。
作為於IC或LSI等半導體封裝中將半導體元件安裝於基板上之方法,已知有藉由被稱為凸塊之突起狀的端子而電性連接的覆晶之方法、及使用引線框架而與外部配線電性連接(線接合)之方法。關於覆晶安裝,例如,專利文獻1~4已揭示,於半導體元件的連接端子部形成Ni/Pd/Au之無電鍍皮膜,再於其上方形成焊料凸塊。
另一方面,關於線接合,本申請人曾於以前提供一種關於藉由電鍍而形成之由Ge-Ni/Pd/Au此三層所構成的鍍敷結構之發明(專利文獻5)。再者,亦已知藉由電鍍而形成Ni/Pd-P/Au皮膜之技術(專利文獻6)。上述鍍敷皮膜可藉由電鍍或無電鍍而形成,但由於電鍍與無電鍍各自具有優點及缺點,故通常根據被鍍敷物而區分使用。
先前技術文獻
專利文獻
[專利文獻1]日本特開平11-345896號公報
[專利文獻2]日本特開2006-179797號公報
[專利文獻3]國際公開第2006/112215號
[專利文獻4]日本特開2016-162770號公報
[專利文獻5]日本特開2009-228021號公報
[專利文獻6]日本特開2012-241260號公報
[發明所欲解決之課題]
作為引線框架的表面處理法之一種,有Pd-PPF(Pre Plated Frame)此手法(參照專利文獻6)。此係將Ni/Pd/Au此三層鍍敷施加於銅系的引線框架之整個表面者,藉此,可提高焊料潤濕性,可獲得充分之接合性能。作為削減此Pd-PPF引線框架之成本的嘗試,推進有Au或Pd等貴金屬皮膜之薄膜化。
貴金屬鍍敷皮膜之薄膜化必須無損於焊料潤濕性。判定是否維持此效果,係藉由對鍍敷皮膜進行加熱處理後的焊料潤濕性評價而進行。例如,如專利文獻5所記載般,將形成有鍍敷皮膜之試驗片加熱處理後,浸漬於焊料浴(solder bath),測定潤濕應力值成為零為止之時間(零點交叉時間(zero cross time):ZTC),若該時間充分短,則可視為保持焊料潤濕性。
於現今之技術,已成為即便Au、Pd鍍敷皮膜為數nm~數十nm亦可維持充分之焊料潤濕性,藉由貴金屬鍍敷皮膜之薄膜化所致的成本降低已達極限。另一方面,關於Ni鍍敷膜,仍存在改善之餘地,藉由改善Ni鍍敷膜的特性(焊料潤濕性)而可薄膜化,可期待藉由產距時間(tact time)之縮短而近一步降低成本。本發明係鑒於此種問題而成者,其目的在於,將提供焊料潤濕性優異之Ni鍍敷皮膜、及具備該Ni鍍敷皮膜之鍍敷結構體作為課題。
[解決課題之技術手段]
為了解決上述課題,本發明人進行潛心研究,結果發現以下見解,從而完成本發明,即,藉由使Ni電鍍皮膜含有特定量的P(磷),而可形成焊料潤濕性優異之Ni電鍍皮膜。上述課題藉由以下所示之手段而解決。
1)一種鎳電鍍皮膜,其係含有0.01wt%以上1.0wt%以下之磷的鎳電鍍皮膜,當磷的含量為0.01wt%以上且未達0.05wt%時,上述鎳電鍍皮膜的膜厚為0.1μm以上10μm以下,當磷的含量為0.05wt%以上且未達0.2wt%時,上述鎳電鍍皮膜的膜厚為0.06μm以上10μm以下,當磷的含量為0.2wt%以上1.0wt%以下時,上述鎳電鍍皮膜的膜厚為0.01μm以上10μm以下。
2)一種鍍敷結構體,其係由鎳電鍍皮膜、形成於鎳電鍍皮膜上的鈀鍍敷皮膜、及形成於鈀鍍敷皮膜上的金鍍敷皮膜此3層所構成的鍍敷結構體,上述鎳電鍍皮膜為上述1)記載之鎳電鍍皮膜。
3)一種鍍敷結構體,其係由鎳電鍍皮膜、及形成於鎳電鍍皮膜上的鈀鍍敷皮膜此2層所構成的鍍敷結構體,上述鎳電鍍皮膜為上述1)記載之鎳電鍍皮膜。
4)一種鍍敷結構體,其係由鎳電鍍皮膜、及形成於鎳電鍍皮膜上的金鍍敷皮膜此2層所構成的鍍敷結構體,上述鎳電鍍皮膜為上述1)記載之鎳電鍍皮膜。
5)一種引線框架,其具備上述2)~4)中任一項記載之鍍敷結構體。
[發明之效果]
根據本發明,具有可獲得焊料潤濕性優異之Ni電鍍皮膜此優異效果。再者,具有可維持良好之焊料潤濕性,且達成Ni電鍍皮膜之薄膜化此優異之效果。於鍍敷皮膜之成膜步驟中,Ni鍍敷皮膜之成膜時間尤其耗時,因此,藉由使Ni鍍敷皮膜薄膜化,可達成產距時間之大幅縮短。
由於無電鍍不使用電,因此不會受到電流之影響,可均勻地鍍敷,另一方面,由於使用化學反應而形成皮膜,皮膜之形成速度較緩慢,再者,必須使鍍浴化學性穩定,因此存在化學液或鍍槽之維持管理花費成本之問題。由於上述情形,於引線框架之整個面形成鍍敷皮膜之情形時,通常藉由電鍍而形成鍍敷皮膜。
本發明人針對改善此種電鍍皮膜之焊料潤濕性進行潛心研究,結果發現,藉由使Ni電鍍皮膜含有特定量的P(磷),可提高鍍敷皮膜之焊料潤濕性。尤其發現,即便將Ni鍍敷皮膜設為較薄之情形時,亦可維持充分之焊料潤濕性。藉此,可藉由Ni鍍敷皮膜之薄膜化而縮短產距時間,從而可期待降低成本。
本發明之實施形態之Ni電鍍皮膜的特徵在於含有0.01wt%以上1.0wt%以下之P(磷)。藉由將Ni鍍敷皮膜中的磷含量設為上述範圍,可使Ni鍍敷皮膜之焊料潤濕性變得良好。另一方面,若磷含量未達0.01wt%,則無法獲得提高焊料潤濕性之效果,再者,若磷含量超過1.0wt%,則焊料潤濕性反而降低。較佳為將磷含量設為0.08wt%以上0.8wt%以下、更佳為將磷含量設為0.18wt%以上0.61wt%以下。
若藉由掃描式電子顯微鏡觀察含有P(磷)之Ni電鍍皮膜,則隨著磷含量之增加,可觀察到Ni電鍍皮膜之粒子有微細化之傾向。再者,相較於加熱前,若將該Ni電鍍皮膜加熱則結晶擴大,但磷含量越高,則越可觀察到結晶擴大受到抑制之情形。認為此種結晶微細化係因為磷於粒界濃縮,而阻礙結晶成長。認為焊料潤濕性降低之原因在於基底金屬(Cu或Cu合金等)擴散至鍍敷皮膜最表面,暴露於大氣而氧化,然而,認為此種於粒界濃縮之磷會抑制基底金屬之擴散,從而抑制焊料潤濕性之降低。
Ni電鍍皮膜之膜厚可由與磷之含量的關係而決定,當磷的含量為0.01wt%以上且未達0.05wt%時,上述鎳電鍍皮膜的膜厚為0.1μm以上10μm以下,當磷的含量為0.05wt%以上且未達0.2wt%時,上述鎳電鍍皮膜的膜厚為0.06μm以上10μm以下,當磷的含量為0.2wt%以上1.0wt%以下時,上述鎳電鍍皮膜的膜厚設為0.01μm以上10μm以下。
本實施形態之Ni電鍍皮膜即便於將Ni電鍍皮膜之膜厚薄膜化為1μm以下之情形時,亦可確保良好之焊料潤濕性,於此方面可謂尤其優異。
於磷的含量為0.01wt%以上且未達0.05wt%時,若Ni鍍敷皮膜的膜厚薄於0.1μm,則基底金屬(Cu或Cu合金)之擴散防止效果變弱,於表面形成Cu的氧化物,焊料潤濕性降低。
再者,於磷的含量為0.05wt%以上且未達0.2wt%時,若Ni鍍敷皮膜的膜厚薄於0.06μm,則基底金屬(Cu或Cu合金)之擴散防止效果變弱,於表面形成Cu的氧化物,焊料潤濕性降低。
進而,於磷的含量為0.2wt%以上1.0wt%以下時,若上述鎳電鍍皮膜的膜厚薄於0.01μm,則與上述同樣地,基底金屬之擴散防止功能變弱,焊料潤濕性降低。
較佳之膜厚為0.06μm以上,更佳之膜厚為0.1μm以上,進而較佳之膜厚為0.2μm以上。
再者,Ni電鍍皮膜之膜厚越厚,則焊料潤濕性變得越高,但若膜厚為必要以上之厚度,則會附著多餘的Ni,從而增加成本。因此,膜厚設為10μm以下,更佳為5μm以下,進而較佳為1μm以下,最佳為0.5μm以下。
本發明的實施形態之鍍敷結構體可採用以下之結構。
3層結構:(基板)/Ni鍍敷皮膜/Pd鍍敷皮膜/Au鍍敷皮膜(最表面)
2層結構:(基板)/Ni鍍敷皮膜/Pd鍍敷皮膜(最表面)
2層結構:(基板)/Ni鍍敷皮膜/Au鍍敷皮膜(最表面)
此處,上述Ni鍍敷皮膜係本實施形態之含有P之Ni電鍍皮膜。上述任一種鍍敷皮膜亦可藉由電鍍皮膜而形成。再者,Pd鍍敷皮膜不僅可為純Pd,亦可為Pd合金。上述鍍敷結構體可根據用途或要求特性而進行選擇。形成於最表面的Au鍍敷皮膜或Pd鍍敷皮膜之主要目的在於防止Ni鍍敷皮膜的氧化或防止Ni向表面擴散。
本發明之其他實施形態為具備上述鍍敷結構體的引線框架。引線框架大多由銅或銅合金所構成。藉由於此種引線框架上形成本實施形態之鍍敷結構體,於線接合或焊接時可實現優異之接合。再者,本實施形態之鍍敷結構體不僅可形成於引線框架,亦可形成於覆晶安裝時所使用的焊料墊部分,可推測亦可同樣地獲得優異之接合。
且說,根據被鍍敷物,亦進行藉由無電鍍而形成Ni/Pd/Au之鍍敷膜。於無電鍍之情形時,有時使用磷化合物作為鍍液中之還原劑,於此情形時,Ni皮膜必然含有P(磷)。藉由使用磷化合物以外之還原劑,亦可形成P含量為0wt%之Ni皮膜,然而由於還原劑來源,因此非常難以將Ni皮膜中的P含量控制為2wt%以下。
本實施形態之Ni鍍敷皮膜可使用含有磷化合物之鎳鍍浴,藉由電鍍而形成。作為磷化合物,可使用次磷酸、亞磷酸、磷酸等。再者,亦可以其他含有磷之化合物進行替代。鎳鍍浴可使用瓦特浴(Watts bath)、磺胺(sulfamine)浴、檸檬酸浴等。再者,亦可以其他含有鎳之鍍浴進行替代。以上所示之磷化合物或鎳鍍浴僅係例示者,並非用以限定。
Ni鍍浴中的鎳鹽之量,以金屬換算可設為40~125g/L。再者,磷化合物之量,以磷換算可設為5~300mg/L。應理解為,以上所示之鎳鹽之量或磷化合物之量僅係例示者,並非意在將其限定為所揭示之範圍。
Ni電鍍條件可設為如下所述。其中,該電鍍條件僅係例示者,可清楚得知,存在眾多為了實施Ni電鍍的處理系統或處理裝置,可根據該處理系統或處理裝置,而將電鍍條件進行變更。因此,應注意並非意在將其限定在所揭示的電鍍條件。
陰極電流密度:1~10A/dm
2電解時間:5~30min
pH:3~6
浴溫:30~60℃
陰極:銅或銅合金
陽極:鎳
關於Pd鍍敷皮膜及Au鍍敷皮膜,可使用公知之鍍浴、公知之電鍍條件而形成(例如,專利文獻5)。
[實施例]
繼而,對本發明的實施例及比較例進行說明。再者,以下的實施例僅只是示出代表性的例子,本案發明不必受該等實施例限制,應依照說明書所記載的技術思想之範圍進行解釋。
<關於評價樣品之製作>
作為前處理,於Cu合金所構成的引線框架進行電解脫脂(液溫:68℃、電流密度:10A/dm
2、浸漬時間:60秒),繼而,進行酸洗淨(5vol.%硫酸、30秒),其後,藉由純水洗淨。於經前處理之引線框架依序藉由以下的鍍敷條件實施鍍Ni、鍍Pd、鍍Au。此時,使Ni鍍液中的P濃度變化,從而調整評價樣品。
(鍍Ni條件)
鍍浴:含有磷化合物之無光澤瓦特浴
Ni濃度:66g/L
P濃度:0~200mg/L
電流密度:5A/dm
2浴溫:50℃
pH:4
目標膜厚:0.13μm
(鍍Pd條件)
鍍浴:鈀鍍液(松田產業股份有限公司製造:Palla Sigma UF)
Pd濃度:3g/L
電流密度:0.5A/dm
2浴溫:40℃
pH:6.5
目標膜厚:0.025μm
陽極:氧化銥
(鍍Au條件)
鍍浴:金鍍液(松田產業股份有限公司製造:Auru Sigma F)
Au濃度:2g/L
電流密度:2A/dm
2浴溫:45℃
pH:4
目標膜厚:0.005μm
陽極:氧化銥
(磷含量之測定)
各評價樣品之Ni鍍敷皮膜中的磷含量之測定係使用高頻感應偶合電漿(ICP)發光分光分析裝置進行測定。
(焊料潤濕性之評價)
藉由將各評價樣品於特定之溫度條件(400℃±2℃)保持一段時間,施加高溫之熱歷程後,浸漬於焊料浴(63%-Sn、37%-Pb、液溫:230℃±5℃),然後測定自該焊料浴所受之力成為零為止之所需時間(零點交叉時間),從而評價焊料潤濕性。零點交叉時間越短,則代表焊料潤濕性越優異。浸漬於焊料浴之條件如下:浸漬深度設為1mm、浸漬速度設為2mm/秒、浸漬時間設為5秒,作為焊接促進剤,使用R-type助焊劑(非活性型)。
<Ni鍍敷膜之P含量的評價>
將Ni皮膜中所含之P含量與零點交叉時間之關係示於表1。如表1所示,確認到藉由添加磷而可改善焊料潤濕性。尤其於磷含量為0.1wt%以上0.8wt%以下之情形時,焊料潤濕性大幅得到改善。再者,一般而言,相較於Pd-Sn焊料,無Pd焊料的焊料潤濕性較差,然而確認到,即便於使用無Pd焊料(Sn-3.0Ag-0.5Au)之情形時,焊料潤濕性亦無問題。
[表1]
Ni鍍液中的P濃度 | Ni鍍敷皮膜中的P含量 | 零點交叉時間 | |
mg/L | wt% | sec | |
比較例1 | 0 | 0 | 無焊接 |
實施例1 | 5.4 | 0.03 | 2.8 |
實施例2 | 10.9 | 0.06 | 2.4 |
實施例3 | 16.3 | 0.08 | 1.7 |
實施例4 | 21.8 | 0.14 | 1.3 |
實施例5 | 32.7 | 0.18 | 0.9 |
實施例6 | 54.5 | 0.26 | 0.8 |
實施例7 | 76.3 | 0.35 | 0.8 |
實施例8 | 98.1 | 0.42 | 0.8 |
實施例9 | 109 | 0.56 | 0.8 |
實施例10 | 119.9 | 0.61 | 0.9 |
實施例11 | 163.5 | 0.78 | 1.1 |
實施例12 | 196.2 | 0.93 | 2.1 |
<Ni鍍敷膜之薄膜化的評価>
將Ni鍍液中的P濃度設為5.4mg/L、10.9mg/L、32.7mg/L、76.3mg/L、119.9mg/L,將Ni鍍敷膜厚如表2所示進行變化,除此以外,以與上述相同之鍍敷條件製作評價樣品。然後,針對各種樣品,以與上述相同之條件評價焊料潤濕性。再者,關於鍍敷膜厚為0.13μm,係直接引用表1之結果者。將其結果示於表2。如表2所示,確認到即便Ni鍍敷皮膜之膜厚為1.0μm以下,亦可維持良好之焊料潤濕性。再者,若Ni鍍敷膜之膜厚越厚,則焊料潤濕性越提升,因此,關於膜厚超過0.3μm,雖未示於實施例,但確認其焊料潤濕性無問題。
[表2]
[產業上之可利用性]
Ni鍍液中的 P濃度 | Ni鍍敷皮膜中的 P含量 | Ni鍍敷皮膜之膜厚 | 零點交叉時間 | |
mg/L | wt% | μm | sec | |
比較例2 | 5.4 | 0.03 | 0.01 | 無焊接 |
比較例3 | 0.034 | 無焊接 | ||
比較例4 | 0.05 | 無焊接 | ||
實施例13 | 0.1 | 5.5 | ||
實施例14 | 0.2 | 1.5 | ||
實施例15 | 0.3 | 1.0 | ||
比較例5 | 10.9 | 0.06 | 0.03 | 無焊接 |
實施例16 | 0.06 | 8.5 | ||
實施例2 | 0.13 | 2.4 | ||
實施例17 | 0.2 | 1.4 | ||
實施例18 | 0.3 | 0.9 | ||
比較例6 | 32.7 | 0.18 | 0.034 | 無焊接 |
實施例19 | 0.061 | 1.1 | ||
實施例5 | 0.13 | 0.9 | ||
實施例20 | 0.2 | 0.9 | ||
實施例21 | 0.3 | 0.8 | ||
實施例22 | 76.3 | 0.35 | 0.038 | 0.9 |
實施例23 | 0.58 | 0.9 | ||
實施例7 | 0.13 | 0.8 | ||
實施例24 | 0.2 | 0.8 | ||
實施例25 | 0.3 | 0.7 | ||
實施例26 | 119.9 | 0.61 | 0.037 | 1.0 |
實施例27 | 0.83 | 0.9 | ||
實施例10 | 0.13 | 0.9 | ||
實施例28 | 0.2 | 0.7 | ||
實施例29 | 0.3 | 0.8 |
本發明具有可獲得焊料潤濕性優異之Ni電鍍皮膜此優異效果。再者,具有可維持良好之焊料潤濕性,且達成Ni電鍍皮膜之薄膜化此優異之效果。本發明之電鍍皮膜或鍍敷皮膜結構體於引線框架、印刷配線板、剛性基板、可撓性基板、帶形載體、連接器、功率裝置、導線(wire)、銷(pin)等中有用。
無
無
Claims (5)
- 一種鎳電鍍皮膜,其係含有0.01wt%以上1.0wt%以下之磷的鎳電鍍皮膜,當磷的含量為0.01wt%以上且未達0.05wt%時,上述鎳電鍍皮膜的膜厚為0.1μm以上10μm以下,當磷的含量為0.05wt%以上且未達0.2wt%時,上述鎳電鍍皮膜的膜厚為0.06μm以上10μm以下,當磷的含量為0.2wt%以上1.0wt%以下時,上述鎳電鍍皮膜的膜厚為0.01μm以上10μm以下。
- 一種鍍敷結構體,其係由鎳電鍍皮膜、形成於鎳電鍍皮膜上的鈀鍍敷皮膜、及形成於鈀鍍敷皮膜上的金鍍敷皮膜此3層所構成的鍍敷結構體,上述鎳電鍍皮膜為請求項1之鎳電鍍皮膜。
- 一種鍍敷結構體,其係由鎳電鍍皮膜、及形成於鎳電鍍皮膜上的鈀鍍敷皮膜此2層所構成的鍍敷結構體,上述鎳電鍍皮膜為請求項1之鎳電鍍皮膜。
- 一種鍍敷結構體,其係由鎳電鍍皮膜、及形成於鎳電鍍皮膜上的金鍍敷皮膜此2層所構成的鍍敷結構體,上述鎳電鍍皮膜為請求項1之鎳電鍍皮膜。
- 一種引線框架,其具備請求項2至4中任一項之鍍敷結構體。
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