(57)【要約】【課題】アルミニウムワイヤボンディングを行なう対象として適したニッケルめっき電極を提供する。ワイヤボンディングの強度を大きくし、強度のバラツキも小さくする。【解決手段】電極母材にニッケルめっきを施してなり、ニッケルめっきの表面光沢度を１．６以上又はニッケルめっきの表面粗度をＲａ０．２μｍ以下にしたニッケルめっき電極である。ニッケルめっきの厚さは、好ましくは、２μｍ以上である。【選択図】　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムワイヤボンディングを行なう対象としての電極であり、電極母材に施したニッケルめっきの表面光沢度が１．６以上又はニッケルめっきの表面粗度がＲａ０．２μｍ以下であることを特徴とするニッケルめっき電極。
【請求項２】
めっき厚さが２μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のニッケルめっき電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウムワイヤボンディングを行なう対象として適したニッケルめっき電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波振動を応用したアルミニウムワイヤボンディングは、セラミック素子の電極とセラミック素子を実装する基板の電極とを電気的に接続する手段としてほぼ確立された技術である。当該ワイヤボンディングによる接続は、インバータ、コンバータ等の電気部品において多用されてきたが、さらに信頼性が要求され大電流が流れる電源部品、例えば、ＩＧＢＴ（インシュレーティド　ゲート　バイポーラ　トランジスタ）やＩＰＭ（インテリジェント　パワー　モジュール）の実装においても、電極間接続の手段として用いられるようになりつつある。これに伴って、アルミニウムワイヤボンディングによる接続の信頼性を増すために、特にニッケルめっきを施した電極の品質も厳選される傾向にある。
【０００３】
しかし、これまで、アルミニウムワイヤボンディングを行なう対象である電極の表面性状に対しては、あまり関心が払われておらず、電極母材に施すめっきは、せいぜい、半光沢のニッケルめっきが良いとの認識がある程度であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、アルミニウムワイヤボンディングを行なう対象として適したニッケルめっき電極を提供せんとするものであり、ワイヤボンディングの強度を大きくし、強度のバラツキも小さくすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
アルミニウムワイヤボンディングの強度とニッケルめっきの特性との関係を詳細に研究した結果、ニッケルめっきの特性のうち、（１）表面光沢度又は表面粗度がまず重要であり、（２）めっき膜厚が次に重要であり、これらが、アルミニウムワイヤボンディングの強度に大きな影響を及ぼすことが分かった。
本発明は、これらの因子を明確に規定することによって、アルミニウムワイヤボンディングを行なう対象として適し、所定のワイヤボンディング強度を保持すると共に、その強度のバラツキも小さくしたニッケルめっき電極を提供するものである。
【０００６】
すなわち、本発明に係るニッケルめっき電極は、電極母材に施したニッケルめっきの表面光沢度が１．６以上又はニッケルめっきの表面粗度がＲａ０．２μｍ以下であることを特徴とする。また、本発明に係るニッケルめっき電極は、前記めっき厚さが、好ましくは、２μｍ以上である。このような表面状態では、ワイヤ側の超音波振動が阻害されないためワイヤとニッケルめっき双方とも十分な表面平滑化ができファンデルワルス力により強固な結合を実現できる。
ここで、表面光沢度は、日本電色製光沢度計「ＮＤ１」のイエローレンジで測定した値である。
また、表面粗度Ｒａは、ＪＩＳ（Ｂ０６０１）に規定される算術平均粗さである。Ｒａは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さ（Ｌ）だけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線の方向にｘ軸を、縦倍率の方向にｙ軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したときに、次の式によって求められる値である。
【０００７】
【数１】
2004087772.tif 000002
【０００８】
【発明の実施の形態】
ニッケルめっきを施す電極母材は、真鍮板や銅板である。真鍮の材質は、Ｃ２８０１、Ｃ２６８０等である。銅の材質は、Ｃ１１００、Ｃ１０２０等である。ほかの金属、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、錫、亜鉛等又はその合金も問題なく採用することができる。但し、電気部品としては、導電性が良好であるほど省エネルギとなるため、用途により適宜電極母材を選択する。電極母材に施したニッケルめっきの表面光沢度を上げ、又はニッケルめっきの表面粗度を小さくするためには、母材の表面粗度を小さくしておくに越したことはないが、通常の製造法による電極母材（板又は条）であれば特に問題なく採用することができる。
【０００９】
ニッケルめっきは、スルファミン酸ニッケル浴又はワット浴が好んで用いられる。これらのめっき浴ではニッケルめっきの微量成分の中にワイヤボンディングの耐熱劣化性に悪影響を及ぼすＰ、Ｓ、Ｂｒ、Ｃｌ等のハロゲン系の元素を含まないめっき皮膜ができるからである。電極母材に施したニッケルめっきの表面光沢度を１．６以上又はニッケルめっきの表面粗度をＲａ０．２μｍ以下にするためには、めっき液に二次光沢剤といわれるレベリング剤をわずか混入する。この二次光沢剤は、めっき表面に微細な凹凸があった場合、当該凸部に選択的に吸着される。その結果、凸部へのめっきは阻害され、二次光沢剤が吸着されていない凹部に選択的にめっきが施され、凹部がめっきで埋められることによって、めっき表面は平滑になる。
【００１０】
二次光沢剤は、ホルムアルデヒド、塩素置換アルデヒド、臭素置換アルデヒド、オルソスルフォン酸ベンズアルデヒド、アリルスルフォン酸、オルソヒドロキシシナミック酸、ディエチルマルケート、フェニルプロピオン酸、ブチンジスルフォン酸、ジメチミアミノプロピン、プロパジルアルデヒド、エチルシアンヒドリン、シアノエチルチオエーテル、キノリンメチオダイド、アミノポリアリルメタン、アジンダイ−メチレンブルー、テトラエチレンペンタミン、アミノアゾベンゼン、チオウレア、フェニレンチオウレア、ポリエチレングリコール、ブチンジオール、クマリンの群から選択した１種又は２種以上の組合せを採用することができる。
これら二次光沢剤は、めっき浴から被めっき材（電極母材）へ移行し持ち出しとなるため、その特性を維持するためにはめっき工程の途中で二次光沢剤を追加して一定の濃度に保つ必要がある。二次光沢剤をめっき浴に多く存在させすぎると、これが移行しためっき表面は有機物の異物が多く存在した状態となり、ワイヤボンディングの強度を低下させるので、濃度管理は重要である。
【００１１】
ニッケルめっきの膜厚は、めっきの電流密度と時間に比例して厚くなる。めっきの膜厚が薄いと、超音波によるアルミニウムワイヤボンディングの作業時に電極に加える押圧力により電極母材の沈み込みが起こり（電極母材が銅の場合は特に顕著）、ボンディング強度が不安定になりやすい。ニッケルめっき厚さが薄いと、後工程のハンダ付けがある場合、ハンダのニッケルへの拡散によりめっきの剥離が発生することもある。従って、ニッケルめっきの膜厚は、好ましくは２μｍ以上である。しかし、膜厚を厚くするとコスト高になるのと折り曲げ時にめっきのみでなくその母材の銅や真鍮が割れるためその上限は６μｍ前後にするのが好ましい。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１
ニッケルめっきを施す電極母材として無酸素銅Ｃ１０２０−１／２Ｈの板材（１．０ｔ）を準備した。
前記電極母材に表１に示した成分組成のワット浴を用いてニッケルめっきを施し、平均めっき厚さ５μｍ、表面光沢度２．２、表面粗度Ｒａ０．０５μｍのニッケルめっき電極を得た。尚、一次光沢剤、二次光沢剤は、エチルアルコール等の溶媒に溶解して用いた。
めっき条件は、ｐＨ４．８、温度５５℃、電流密度３Ａ／ｄｍ２、時間８分である。
【００１３】
【表１】
2004087772.tif 000003
【００１４】
実施例２
電極母材として無酸素銅Ｃ１０２０−１／２Ｈの板材（１．０ｔ）を用いて、実施例１の表１と同様のめっき浴組成でｐＨ４．８、温度５５℃、電流密度５Ａ／ｄｍ２、めっき時間５分の条件でニッケルメッキを施し、平均めっき厚さ５μｍ、表面光沢度１．９、表面粗度Ｒａ０．０８μｍのニッケルめっき電極を得た。
【００１５】
実施例３
電極母材として無酸素銅Ｃ１０２０−１／２Ｈの板材（１．０ｔ）を用いて、実施例１の表１と同様のめっき浴組成でｐＨ４．８、温度５５℃、電流密度３Ａ／ｄｍ２、めっき時間４分の条件でニッケルメッキを施し、平均めっき厚さ２μｍ、表面光沢度１．７、表面粗度Ｒａ０．１９μｍのニッケルめっき電極を得た。
【００１６】
実施例４
電極母材として無酸素銅Ｃ１０２０−１／２Ｈの板材（１．０ｔ）を用いて、光沢剤として２ブチン−１，４ジオールの代わりにキノリンを用いた以外は実施例１の表１と同様のめっき浴組成でｐＨ４．８、温度５５℃、電流密度３Ａ／ｄｍ２、めっき時間３分の条件でニッケルめっきを施し、平均めっき厚さ１．５μｍ、表面光沢度１．６、表面粗度Ｒａ０．２μｍのニッケルめっき電極を得た。
【００１７】
比較例１
二次光沢剤として２ブチン−１，４ジオールの代わりにパラトルエンスルホンアミドを０．１ｇ／ｌ配合する以外は実施例１と同様のニッケル浴組成でｐＨ３．８、温度５５℃、電流密度３Ａ／ｄｍ２、めっき時間８分の条件でめっきを施し、平均めっき厚さ５μｍ、表面光沢度１．２、表面粗度Ｒａ０．２８μｍのニッケルめっき電極を得た。
【００１８】
比較例２
二次光沢剤として２ブチン−１，４ジオールの代わりにパラトルエンスルホンアミドを０．１ｇ／ｌ配合する以外は実施例１と同様のニッケル浴組成でｐＨ４．８、温度５５℃、電流密度３Ａ／ｄｍ２、めっき時間８分の条件でめっきを施し、平均めっき厚さ５μｍ、表面光沢度１．５、表面粗度Ｒａ０．２４μｍのニッケルめっき電極を得た。
【００１９】
比較例３
二次光沢剤としてパラトルエンスルホンアミドを０．１ｇ／ｌ配合する以外は実施例１と同様のニッケル浴組成でｐＨ４．８、温度５５℃、電流密度３Ａ／ｄｍ２、めっき時間２分の条件でめっきを施し、平均めっき厚さ１．２μｍ、表面光沢度１．０、表面粗度Ｒａ０．３２μｍのニッケルめっき電極を得た。
【００２０】
上記各例のニッケルめっき電極に、オーソダイン社（米国）製超音波ワイヤボンダ「Ｍ３６０Ｃ」により４００μｍ径アルミニウムワイヤをボンディング（超音波溶着）した。それぞれ１００ヶ所についてボンディングの剪断強度を定し、その平均値と４σを、ニッケルめっきの表面光沢、表面粗度、めっき厚さと共に、表２に示した。
表面光沢は、日本電色製光沢度計「ＮＤ１」で、表面粗度は、ミツトヨ製表面粗さ計「サーフテスト４０２」で、剪断強度は、デイジ社（英国）製「ボンドテスタ４０００」で、それぞれ測定した。
【００２１】
表２から、電極母材に施したニッケルめっきの表面光沢度を１．６以上、又はニッケルめっきの表面粗度Ｒａを０．２μｍ以下にすることにより、この電極にアルミニウムワイヤをボンディングした強度は、高いレベルでバラツキも少なく安定していることがわかる。めっき厚さを２μｍ以上にすることにより、ボンディング強度はさらに高いレベルで安定する。
【００２２】
【表２】
2004087772.tif 000004
【００２３】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係るニッケルめっき電極は、アルミニウムワイヤボンディングを行なう対象として、ボンディングの強度を確保しボンディング強度のバラツキも小さくできる等顕著な効果を奏する。