(57)【要約】【課題】別途の追加装備なしで、既存の装備を用いて無電解金メッキ時のニッケルメッキ層の過置換を防止でき、低コストで優れた品質のニッケル−金メッキ層を形成できるニッケル−金メッキ方法及び印刷回路基板を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係るニッケル−金メッキ方法は、対象物を無電解ニッケル−金メッキする方法であって、対象物の表面に第１ニッケルメッキ層を形成する工程と、第１ニッケルメッキ層上に第２ニッケルメッキ層を形成する工程と、第２ニッケルメッキ層上に金メッキ層を形成する工程とを含む。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を無電解ニッケル−金メッキする方法であって、
前記対象物の表面に第１ニッケルメッキ層を形成する工程と、
前記第１ニッケルメッキ層上に第２ニッケルメッキ層を形成する工程と、
前記第２ニッケルメッキ層上に金メッキ層を形成する工程と、
を含む、ニッケル−金メッキ方法。
【請求項２】
前記第１ニッケルメッキ層を形成する工程は、
前記対象物に触媒を付着する工程と、
前記対象物に無電解ニッケルメッキする工程と、
を含む、請求項１に記載のニッケル−金メッキ方法。
【請求項３】
前記触媒がパラジウム（Ｐｄ）を含む、請求項２に記載のニッケル−金メッキ方法。
【請求項４】
前記第２ニッケルメッキ層を形成する工程は、
前記第１ニッケルメッキ層に触媒を付着する工程と、
前記第１ニッケルメッキ層に無電解ニッケルメッキする工程と、
を含む、請求項１に記載のニッケル−金メッキ方法。
【請求項５】
前記触媒がパラジウム（Ｐｄ）を含む、請求項４に記載のニッケル−金メッキ方法。
【請求項６】
前記第１ニッケル層を形成する工程の前に、対象物の表面に粗さを形成する工程をさらに含む、請求項１に記載のニッケル−金メッキ方法。
【請求項７】
基板と、
前記基板の表面に形成された回路パターンと、
前記回路パターン上に形成された第１ニッケルメッキ層と、
前記第１ニッケルメッキ層上に形成された第２ニッケルメッキ層と、
前記第２ニッケルメッキ層上に形成された金メッキ層と、
を含む、印刷回路基板。
【請求項８】
前記第２ニッケルメッキ層の厚さが前記第１ニッケルメッキ層よりも薄い、請求項７に記載の印刷回路基板。
【請求項９】
前記回路パターンと前記第１ニッケルメッキ層との間に、第１パラジウム層が介在される、請求項７に記載の印刷回路基板。
【請求項１０】
前記第１ニッケルメッキ層と前記第２ニッケルメッキ層との間に、第２パラジウム層が介在される、請求項７に記載の印刷回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケル−金メッキ方法及び印刷回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、印刷回路基板は銅張積層板（ＣＣＬ、ｃｏｐｐｅｒ ｃｌａｄ ｌａｍｉｎａｔｅｓ）上に銅（Ｃｕ）回路を形成した後、銅回路上にニッケル層、金メッキ層を形成することで最終表面処理をする。ニッケルメッキ層は、金メッキ層のメッキ下地層として用いられ、銅メッキ層と金メッキ層との間の相互拡散を防止する役割を行う。金メッキ層は、基板と電子部品との接点部位の電気抵抗の低減及び基板と電子部品間の接着性（ｂｏｎｄａｂｉｌｉｔｙ）の向上を目的とする。金メッキ工程は、脱脂、ソフトエッチング、触媒、無電解ニッケルメッキ、無電解金メッキの順に行われる。
【０００３】
印刷回路基板の表面処理方法の一つである無電解メッキは、先ず、回路が形成されている銅メッキ上に、還元剤を用いた無電解法でニッケルメッキ層がメッキされる。このニッケルメッキ層上に金メッキ層がニッケルと金との置換方式により形成される。無電解メッキ工程中に発生する局部電池効果（ｌｏｃａｌ Ｃｅｌｌ ｅｆｆｅｃｔ）により、メッキ下地層の一部分から局部的な腐食が発生する。メッキ下地層の局部的な過置換が激しくなる場合、無電解メッキの形成後にメッキ表面にピンホール（ｐｉｎｈｏｌｅ）やメッキ変色などが発生することがある。このようなメッキ下地層の激しい腐食により、メッキ下地層の無電解メッキ表面への拡散が誘発され、これにより、ワイヤボンディング及び半田付け効果などが低下し、印刷回路基板の信頼性が低減する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こういう従来技術の問題点に鑑み、本発明は、表面にクラックが生じない層状構造を有するニッケル−金メッキ方法及びその方法を用いてメッキした印刷回路基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態では、対象物を無電解ニッケル−金メッキする方法を特徴とする。本発明の一実施形態による方法は、対象物の表面に第１ニッケルメッキ層を形成する工程と、第１ニッケルメッキ層上に第２ニッケルメッキ層を形成する工程と、第２ニッケルメッキ層上に金メッキ層を形成する工程と、を含む。
【０００６】
第１ニッケルメッキ層を形成する工程は、対象物に触媒を付着する工程と、対象物に無電解ニッケルメッキする工程と、を含むことができる。第２ニッケルメッキ層を形成する工程は、第１ニッケルメッキ層に触媒を付着する工程と、第１ニッケルメッキ層に無電解ニッケルメッキする工程と、を含むことができる。この時、触媒はパラジウム（Ｐｄ）を含むことができる。
【０００７】
本方法は、第１ニッケル層を形成する工程の前に、対象物の表面に粗さを形成する工程をさらに含むことができる。
【０００８】
本発明の他の実施形態は、印刷回路基板を特徴とする。本発明の一実施形態による印刷回路基板は、基板と、基板の表面に形成された回路パターンと、回路パターン上に形成された第１ニッケルメッキ層と、第１ニッケルメッキ層上に形成された第２ニッケルメッキ層と、第２ニッケルメッキ層上に形成された金メッキ層と、を含むことができる。この時、第２ニッケルメッキ層の厚さは第１ニッケルメッキ層より薄くしてもよい。
【０００９】
回路パターンと第１ニッケルメッキ層との間には第１パラジウム層が介在されてもよい。第１ニッケルメッキ層と第２ニッケルメッキ層との間には第２パラジウム層が介在されてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の好ましい実施例によれば、別途の追加装備なしで、既存の装備を用いて無電解金メッキ時のニッケルメッキ層の過置換を防止できるため、低コストで優れた品質のニッケル−金メッキ層を形成することができる。
【００１１】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のニッケル−金メッキ方式によるメッキ下地層及び金メッキ層の形成工程を示す図である。
【図２】従来のニッケル−金メッキ層の表面を示す電子顕微鏡写真である。
【図３】従来のニッケル−金メッキ層の断面を示す電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明の一実施形態によるニッケル−金メッキ方法を示す流れ図である。
【図５】本発明の一実施形態によるニッケル−金メッキ方法を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態によるニッケル−金メッキ方法を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態によるニッケル−金メッキ方法を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態によるニッケル−金メッキ方法を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態によるニッケル−金メッキ方法を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるニッケル−金メッキ方法を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるニッケル−金メッキ方法を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるニッケル−金メッキ方法により形成されたニッケル−金メッキ層の表面を示す電子顕微鏡写真である。
【図１３】本発明の一実施形態によるニッケル−金メッキ方法により形成されたニッケル−金メッキ層の断面を示す電子顕微鏡写真である。
【図１４】本発明の他の実施形態による印刷回路基板を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１４】
本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるため、本願では特定実施例を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる置換物、均等物及び代替物を含むものとして理解するべきである。本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００１５】
「第１」、「第２」などの用語は、多様な構成要素を説明するために用いられ、構成要素が上記の用語により限定されるものではない。上記の用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的だけに用いられる。
【００１６】
本願で用いた用語は、ただ特定の実施例を説明するために用いたものであって、本発明を限定するものではない。文の中で明らかに表現しない限り、単数の表現は、複数の表現を含む。本願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組合せたものの存在を指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組合せたものの存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解しなくてはならない。
【００１７】
以下、本発明によるニッケル−金メッキ方法及び印刷回路基板の好ましい実施例を、添付図面を参照して詳しく説明する。添付図面を参照して説明するに当たって、同一かつ対応する構成要素は同一の図面番号を付し、これに対する重複説明は省略する。
【００１８】
印刷回路基板（ＰＣＢ、ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）は銅（Ｃｕ）回路を用いて、基板上に搭載されている電子部品間の電気的な信号を接続させる機能を果たす。ＰＣＢは半導体実装のために考案された基板であって、その上面では、金導線及び半導体を接続し、その底面では、リード線の役割を行うハンダボール（ｓｏｌｄｅｒ ｂａｌｌ）を付着する。近年、半導体の高速化及び微細回路化に伴って、既存のリードフレームを代替する形態のパッケージとして、印刷回路基板の使用が急速に増加している。
【００１９】
ＰＣＢの表面処理方法中の無電解メッキ方式は、メッキ下地層と無電解メッキ液中のメッキしようとする成分との間の置換反応により、メッキが行われる。図１は従来の無電解メッキ方式によるメッキ下地層及び金メッキ層の形成工程を示す図である。回路を形成する銅メッキ層１上に、還元剤を用いた無電解方式によりニッケルメッキ層２がメッキされる。その後、ニッケルメッキ層２上に、ニッケルと金との置換方式により金メッキ層３が形成されている。
【００２０】
無電解金メッキ工程中に、メッキ下地層であるニッケルメッキ層２の局部的な過置換が激しく発生する場合には、局部的な過置換は金メッキ層３の形成後にメッキ表面におけるピンホールやメッキ変色などの原因となる恐れがある。メッキ下地層の局部的な過置換は、電気化学的な局部電池効果から説明することができる。無電解メッキ成分に比べてイオン化傾向の大きいメッキ下地層はアノードとして作用するため、メッキ下地層がイオン（Ｍ２＋）状態に酸化しやすくなり、これは、典型的な電解腐食（Ｇａｌｖａｎｉｃ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）のモデルで説明することができる。
【００２１】
図２は、従来のニッケル−金メッキ層の表面を示す電子顕微鏡写真である。図３は従来のニッケル−金メッキ層の断面を示す電子顕微鏡写真である。ニッケルメッキは銅メッキ上にノジュール（ｎｏｄｕｌｅ）を形成しながら行われる。ニッケルメッキ層が厚くなるほど、ノジュールは成長する。そのため、ノジュール粒子の表面積が広くなり、サイズが大きくなる。局部的な過置換は相対的に脆弱なニッケルメッキ層のノジュール境界（ｎｏｄｕｌｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ）に沿って行われる。既存のニッケル−金メッキ方式によれば、ニッケルメッキ層が厚くてノジュール粒子のサイズが大きくなり、ノジュール境界は特定部位に集中されるため、腐食は特定の箇所に集中する。図２及び図３に示すように、局部的な過置換から、金メッキ層にクラックＡが形成されたことが分かる。
【００２２】
すなわち、クラックを低減するためには、ノジュール境界が特定部位に集中することなく、均一に分散されるように、ノジュールのサイズを小さくする技術が求められる。本発明の一実施例によれば、ニッケルメッキ層を２回に分けて形成することによりノジュールのサイズが大きくなることを防止できて金メッキ層のクラックを防止することができる。
【００２３】
図４は本発明の一実施形態によるニッケル−金メッキ方法を示す順序図である。図５乃至図１１は本発明の一実施形態によるニッケル−金メッキ方法を示す図である。図５乃至図１１では、対象物１０、汚染物１１、第１パラジウム層１５、第１ニッケルメッキ層２０、第２パラジウム層２５、第２ニッケルメッキ層３０、および金メッキ層４０が示されている。
【００２４】
先ず、図５に示すように、対象物１０の表面を脱脂することができる（ステップＳ１００）。本工程を行うことにより、対象物１０の表面に付着されている油や指紋、ほこりなどを除去でき、および表面に水吸収性を与えることができる。そして、次の工程において、対象物１０はエッチング液との反応を良好にさせることにより、気泡による化学メッキ未着の発生を防止することができる。
【００２５】
次に、図６に示すように、対象物１０の表面に粗さを形成することができる（ステップＳ２００）。ソフトエッチングして対象物１０の表面に粗さを適当に形成することで、メッキ被膜に適当な密着強度や外観を付与する。エッチングの後に樹脂表面にエッチング液が残っていると、化学メッキが完結しないので、エッチング液を除去してもよい。
【００２６】
次に、対象物１０の表面に第１ニッケルメッキ層２０を形成する（ステップＳ３００）。
【００２７】
無電解ニッケルメッキで第１ニッケルメッキ層２０を形成するための効果的なメッキ工程のために、図７に示すように、対象物１０の表面に触媒を付着することができる（ステップＳ３１０）。この工程は樹脂表面に無電解メッキの核となる触媒金属を吸着させる工程である。触媒としてパラジウムを用いることができる。パラジウム−スズ（Ｐｄ−Ｓｎ）化合物を対象物１０の表面に付着し、アクセラレータ（ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）工程を行ってスズ塩を溶解させる。これによって、金属パラジウムだけが表面に残り、第１パラジウム層１５を形成することができる。第１パラジウム層１５は、物理的に対象物１０の表面を完全に覆うこともできるが、触媒の機能を行うことができる程度の量を付着すれば充分である。したがって、第１パラジウム層１５は、パラジウム金属粒子が対象物１０の表面に部分的に散布しているように形成されることができる。
【００２８】
触媒を付着した後に、対象物１０の表面に無電解ニッケルメッキして、第１ニッケルメッキ層２０を形成する（ステップＳ３２０）。パラジウムを触媒としてニッケル金属が表面に析出されてメッキが行われる。メッキの厚さが厚くなるほど、ノジュールは大きくなる（図８を参照）。
【００２９】
第１ニッケルメッキ層２０の形成後に、直ちにその上に金メッキを行うと、上述したように、第１ニッケルメッキ層のノジュールが大きくなってクラックが発生する。したがって、本実施例ではニッケルメッキ層をさらに形成する。すなわち、第１ニッケルメッキ層２０上に第２ニッケルメッキ層３０を形成する（ステップＳ４００）。図９および図１０に示すように、第２ニッケルメッキ層３０は、第１ニッケルメッキ層２０に触媒を付着する工程（ステップＳ４１０）、および第１ニッケルメッキ層２０上に無電解ニッケルメッキを行う工程（ステップＳ４２０）により形成することができる。これは、対象物１０の表面に触媒を付着する工程（Ｓ３１０）及び対象物１０に無電解ニッケルメッキを行う工程（Ｓ３２０）と類似である。
【００３０】
第１ニッケルメッキ層２０に第２パラジウム層２５を形成し、第２パラジウム層２５に再び新たなノジュール粒子が形成される。これにより第２ニッケルメッキ層３０を形成することができる。この時、第２ニッケルメッキ層３０の厚さを第１ニッケルメッキ層２０より薄く形成することで、第２ニッケルメッキ層３０の表面のノジュールが大きく成長することを防止できる。
【００３１】
次に、図１１に示すように、第２ニッケルメッキ層３０上に金メッキ層４０を形成する（ステップＳ５００）。第２ニッケルメッキ層３０は、ノジュールバウンダリが特定部位に集中することなく、均一に分布しているため、過置換を防止することができる。図１２は本発明の一実施形態によるニッケル−金メッキ方法により形成されたニッケル−金メッキ層の表面を示す電子顕微鏡写真である。図１３は本発明の一実施形態によるニッケル−金メッキ方法により形成されたニッケル−金メッキ層の断面を示す電子顕微鏡写真である。図１２及び図１３では、クラックが発生せずに均一に金メッキ層４０が形成されたことを確認することができる。
【００３２】
本発明の他の実施形態による印刷回路基板について説明する。図１４は本発明の他の実施形態による印刷回路基板を示す断面図である。図１４では、基板５、回路パターン１０’、第１パラジウム層１５、第１ニッケルメッキ層２０、第２パラジウム層２５、第２ニッケルメッキ層３０、および金メッキ層４０が示されている。
【００３３】
印刷回路基板の基底となる基板は、単純に絶縁層だけを意味することもあり、既に単層あるいは多層に積層された構造の基板を意味することもある。基板上に形成された回路パターンは電気的信号を伝達する機能を果たし、電気伝導度に優れた銅（Ｃｕ）で作成される。
【００３４】
このような回路パターン１０’に金メッキ４０を行うと、電気的特性が向上され、チップ実装表面の腐食を防止でき、半導体パッケージの製造工程上のボンディング特性を確保することができる。
【００３５】
回路パターン１０’に直接金メッキ４０を行うこと、ならびにニッケルメッキ層２０および３０をメッキ下地層として使用することは困難であるため、ニッケルメッキ層２０および３０の上に金メッキ層４０が形成された層状構造が得られる。ただし、上述したように、局部的な過置換という問題があり、本実施例ではこの局部的な過置換を防止するために、２層のニッケルメッキ層２０および３０、すなわちメッキ下地層を形成する。
【００３６】
図１４では、第１ニッケルメッキ層２０より薄い第２ニッケルメッキ層３０が示されている。第２ニッケルメッキ層３０は第１ニッケルメッキ層２０上に形成される。第１ニッケルメッキ層２０は回路パターン１０’上に形成される。メッキ層の層状構造の説明のために、メッキ層の厚さを実際より誇張して示した。第２ニッケルメッキ層３０は第１ニッケルメッキ層２０に比べて厚さが薄いため、およびノジュールの成長が中止されるので、その上に形成された金メッキ層４０の表面は、図１２に示すように、クラック、すなわち、局部的な腐食なしに形成されることができる。
【００３７】
回路パターン１０’と第１ニッケルメッキ層２０との間に第１パラジウム層１５が介在されてもよい。第１ニッケルメッキ層２０と第２ニッケルメッキ層３０との間に第２パラジウム層２５が介在されてもよい。
【００３８】
第１パラジウム層１５及び第２パラジウム層２５は、第１ニッケルメッキ層２０及び第２ニッケルメッキ層３０を形成するための触媒層である。各層を物理的に分離する程度の厚さで形成してもよく、少なくとも触媒機能を行うことのできる程度の厚さで形成してもよいため、図１４に示すように、パラジウム金属粒子が部分的に回路パターン及び第１ニッケルメッキ層２０に付着している形状にすることができる。
【００３９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００４０】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した方法における動作、手順、ステップ、および工程等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「先ず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００４１】
１    銅メッキ層
２    ニッケルメッキ層
３    金メッキ層
１０  対象物
１０’回路パターン  
１１  汚染物１５  第１パラジウム層
２０  第１ニッケルメッキ層
２５  第２パラジウム層
３０  第２ニッケルメッキ層
４０  金メッキ層
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図２】
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【図３】
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【図１２】
2010062517.tif 000015
【図１３】
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