(57)【要約】【課題】  導体回路に形成したニッケル系下地めっきに無電解により金めっき処理を行う場合、該金めっき及びニッケル系下地めっきと半田との接合を行っても、半田／ニッケル界面の剥離現象を有効に防止できる無電解金めっき処理技術を提供する。【解決手段】  本発明は、導体回路上にニッケル系下地めっき処理をし、該ニッケル系下地めっき上に無電解金めっきをする無電解金めっき処理方法において、前記ニッケル系下地めっき処理後、該ニッケル系下地めっき表面を金触媒活性化処理又はパラジウム触媒活性化処理を行い、その後還元金めっき処理を行うか、或いは前記ニッケル系下地めっき処理後、還元パラジウムめっき処理を施し、その後無電解金めっき処理を行うものとした。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体回路上にニッケル系下地めっき処理をし、該ニッケル系下地めっき上に無電解金めっきをする無電解金めっき処理方法において、
前記ニッケル系下地めっき処理後、該ニッケル系下地めっき表面を金触媒活性化処理又はパラジウム触媒活性化処理をし、還元金めっき処理を行うことを特徴とする無電解金めっき処理方法。
【請求項２】
導体回路上にニッケル系下地めっき処理をし、該ニッケル系下地めっき上に無電解金めっき処理をする無電解金めっき処理方法において、
前記ニッケル系下地めっき処理後、ニッケル系下地めっき表面に還元パラジウムめっき処理を行い、その後無電解金めっき処理を行うことを特徴とする無電解金めっき処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無電解金めっき処理方法に関し、特に、導体回路へ形成したニッケル系下地めっき上に無電解金めっき処理を行い、該ニッケル系下地めっき及び金めっきと、半田との接合をして導体回路と半田との電気的な接続を確保した場合における、半田の剥離現象を有効に防止することが可能となる無電解金めっき処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超高集積回路素子のパッケージとして、超小型で且つ超多ピン化に対応したＣＳＰ（Chip Scale Package）やＢＧＡ（Ball Grid Array）等の超小型半導体パッケージの開発が盛んに行われている。
【０００３】
この超小型半導体パッケージの一つであるＢＧＡでは、プリント配線基板等のパッドとパッケージとを接続するために、ＢＧＡの搭載面に半田ボールと呼ばれる面格子端子が形成される。そして、この半田ボールを接続対象のパッドとに対向配置してリフロー処理をすることで、プリント配線基板等へ表面実装するのである。このＢＧＡのような超小型半導体パッケージは、近年の高密度、高信頼性の要求に対応できるものであり、広く普及している。
【０００４】
ところで、このＢＧＡの半田ボールは、ＢＧＡの搭載面側に露出した金めっき部分へ接合されるのが一般的である。ＢＧＡは、半導体素子と接続された導体回路、例えば、銅などの金属で形成された導体回路を備えており、それに半田ボールを接続する必要がある。そして、この半田ボールを接合する部分の金めっき処理としては、通常、無電解金めっき処理が採用されている。
【０００５】
ここで、ＢＧＡの半田ボールについての形成工程を、図１に示すＢＧＡの搭載面側の一部分を拡大した概略断面図を参照しながら説明する。まず、ＢＧＡの導体回路１表面の一部には、厚み３〜１０μｍのニッケル系下地めっき２が無電解めっき処理される。また、その周囲はレジスト３により被覆されている。そして、このニッケル系下地めっき２上に、０．０１〜０．２０μｍ厚みの金めっき４を形成する無電解金めっき処理が行われる。ＢＧＡの半田ボール５は、この金めっき４及びニッケル下地めっき２の部分へ接合される。このようにして、ＢＧＡの搭載面側に複数の面格子端子としての半田ボール５を備えたものが製造される（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３４９４１９号公報
【０００７】
このＢＧＡは、高密度、高信頼性を実現できる表面実装に好適なものとして広く普及しているものであるが、更なる小型、多ピン化に対応したパッケージとしての開発が進行しており、その特性要求も従来にまして非常に高いレベルのものとなっている。また、最近は環境問題の配慮から、半田材料として鉛フリー半田を用いることが多くなっており、錫−銀系、錫−亜鉛系等の種々の鉛フリー半田が使用されている。そのため、ＢＧＡの製造の際に鉛フリー半田を使用する場合にあっては、従来の錫−鉛系半田材料と同様な特性を実現することが必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＢＧＡにおいては、図１で説明したようにその搭載面側に半田ボールを形成する場合、ＢＧＡの導体回路表面にニッケル系下地めっきをし、その上に置換による金めっき処理を行うことが、一般的に行われている。しかしながら、近年、このような無電解金めっき処理方法により製造したＢＧＡにリフロー処理を行うと、半田／ニッケル界面の剥離現象を生じることが指摘され始めたのである。特に、近年の過酷なリフロー処理条件に曝される場合や鉛フリー半田を使用している場合では、半田／ニッケル界面の剥離現象が顕著になる傾向が指摘され、その改善を強く求められているのが現状である。
【０００９】
本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、導体回路に形成したニッケル系下地めっきに無電解により金めっき処理を行う場合、該金めっき及びニッケル系下地めっきと半田との接合を行っても、半田／ニッケル界面の剥離現象を有効に防止できる無電解金めっき処理技術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】
【００１０】
本発明者らは、上記したＢＧＡの半田剥離現象について検討したところ、従来から行われている無電解金めっき処理方法では、ニッケル系下地めっきの組成が変化し、その結果、半田の接合特性を低下させているのではないかとの推測をした。このニッケル系下地めっきは、導体回路のバリアーとして形成されるものであるとともに、良好な半田／ニッケル接合が出来るように施されるものである。そして、この半田／ニッケル接合が良好になるように半田濡れ性を向上させるためにニッケル系下地めっき表面には、無電解金めっきとして置換金めっきが施される。
【００１１】
このようにニッケル系下地めっきに対して置換金めっき処理を行うと、ニッケルと金とが置換反応することによりニッケル系下地めっき表面に金が析出することになるが、この置換現象の結果、ニッケル系下地めっき表層では、ニッケルの酸化溶出が起こる。また、無電解ニッケル−リン合金めっき或いはニッケル−ホウ素合金めっきなどの場合は、ニッケルが溶出することにより、ニッケルに対するリンやホウ素の濃度が相対的に高くなる状態が生じるものと考えられる。このことを図１の拡大図である図２を参照して説明すると、置換金めっき処理を行った結果、ニッケル−リン合金めっき或いはニッケル−ホウ素合金めっき等のニッケル系下地めっき２の断面で見ると、ニッケル系下地めっき２の表層側にリンやホウ素等が相対的に高濃度となった部分２１が形成され、その下方側ではニッケルに対するリンやホウ素等の相対濃度が低い部分２２が形成されるのである。
【００１２】
そして、このような状態となったニッケル系下地めっき上の置換金めっきの表面に、半田を接合し、その後リフロー処理による熱履歴がＢＧＡに加えられると、リンやホウ素が相対的に高濃度となったニッケル系下地めっきの表層部分において剥離現象が生じ、半田の接合不良を生じさせると考えられるのである。特に、熱履歴の条件が厳しい場合には、このリンやホウ素が相対的に高濃度となったニッケル系下地めっきの表層部分の存在やニッケル系下地めっき表層部の酸化が、半田の剥離現象の大きな要因と本発明者らは推測した。
【００１３】
このような考察の結果、本発明者らは、ＢＧＡを製造する際に、ニッケル系下地めっきの組成変化が生じない金めっき処理方法、即ち、ニッケル系下地めっきに、置換反応によるニッケル系下地めっき表層の酸化溶出を極力抑制し、リンやホウ素等が相対的に高濃度となる状態及びニッケル系下地めっき表面層部の酸化を生じさせない無電解金めっき方法について検討した。
【００１４】
そこで、まず、このニッケル系下地めっきに、置換反応によるニッケルの酸化溶出を抑え、リンやホウ素等が相対的に高濃度となる部分を形成しない手法の一つとして、本発明者らは置換金めっき処理を行わないで金めっき処理することを考えた。つまり、ニッケル系下地めっき表面に電解金めっき処理をすることにより金めっきを形成するのである。この電解金めっき処理を採用したＢＧＡについて、半田の剥離現象を確認したところ、従来の無電解金めっき処理方法で生じた剥離現象は全く見られなかった。しかしながら、現在行われているＢＧＡの製造工程においては、電解金めっき処理を採用することが全く不可能ではないにしても、そのために必要となる製造設備の大幅な変更、或いはＢＧＡ自体の設計変更を伴うことになり、現状においては電解金めっき処理方法を採用し得ないという結論に至った。
【００１５】
そのため、本発明者らは、既存のＢＧＡ製造設備でも対応可能な方法をさらに検討した結果、本発明を想到するに至った。まず、第一の本発明として、導体回路上にニッケル系下地めっき処理をし、該ニッケル系下地めっき上に無電解金めっきをする無電解金めっき処理方法において、前記ニッケル系下地めっき処理後、該ニッケル系下地めっき表面を金触媒活性化処理又はパラジウム触媒活性化処理をし、還元金めっき処理を行うものとした。
【００１６】
この第一の本発明に係る無電解金めっき処理方法は、ニッケル系下地めっき表面を金又はパラジウムの触媒活性化処理することにより、半田の剥離現象が効果的に防止できることが判明したことによるものである。第一の本発明の無電解金めっき処理方法における金触媒活性化処理又はパラジウム触媒活性化処理は、従来の置換金めっきのように０．０１〜０．２０μｍ厚みの金めっきを析出させるものではなく、極薄い触媒金属の析出、即ち極薄い金又はパラジウムの析出を行う。本発明者らの研究によると、ニッケル系下地めっき表面への置換金めっきの厚みが０．０１μｍ以上になると、わずかに金色の表面を呈するようになり半田／ニッケル界面の剥離現象を生じ始めるのであるが、本発明の金又はパラジウムの触媒活性化処理での極薄い触媒金属の析出であれば、半田／ニッケル界面の剥離現象が生じなくなるのである。現在までの本発明者の研究によると、この金又はパラジウムの触媒活性化処理で析出させる金又はパラジウムの厚みは０．０１μｍ未満の薄い厚みの析出であれば、その後の還元金めっき処理も良好に行え、半田／ニッケル界面の剥離現象も生じないことを確認している。この第一の本発明に係る無電解金めっき処理方法では、金又はパラジウムの触媒活性化処理を行うことで、ニッケル系下地めっきの表層に従来のようなめっき厚みで金を置換析出させないので、ニッケル系下地めっき表層の酸化を抑制し、ニッケルに対するリンやホウ素等の濃度が相対的に高くなる部分を形成しないことが可能となる。
【００１７】
第一の本発明に係る無電解金めっき処理方法における金又はパラジウムの触媒活性化処理は、液の種類や処理条件等に特に制限はなく、要はニッケル系下地めっき表面に、極力、ニッケルの酸化溶出反応を抑制した状態で、還元金めっきの析出ができるように、金又はパラジウムの触媒金属を種付けすればよいものである。
【００１８】
また、第二の本発明に係る無電解金めっき処理方法は、還元パラジウムめっき処理をニッケル系下地めっきの表面に行い、その後無電解金めっき処理を行うものである。この方法によりＢＧＡを製造した場合、半田の剥離現象を効果的に防止できることが判明したのである。
【００１９】
第二の本発明の無電解金めっき処理方法における還元パラジウムめっき処理は、ニッケル系下地めっき表面を酸化溶出させないで、ニッケル系下地めっき表面に還元によりパラジウム金属を析出させ、その後無電解で金めっきを析出可能とするものである。本発明者らの研究によると、還元パラジウムめっき処理を行うと、従来の置換金めっき処理に比べて、半田／ニッケル界面の剥離現象が確実に防止されることを確認している。また、本発明において還元パラジウムめっき処理のパラジウムの被覆量は極わずかであることが好ましいことも確認している。その還元パラジウムめっき厚みは、０．０１〜０．５０μｍが望ましい。０．０１μｍ未満であると、無電解金めっき処理が良好に行えず、０．５０μｍを超えると、半田／ニッケル界面の剥離現象が生じやすくなる傾向となるからである。実用的には、０．０３〜０．１μｍが望ましい。
【００２０】
また、この第二の本発明における無電解金めっき処理方法では、還元パラジウムめっき処理後に行う無電解金めっきは、置換金めっき処理或いは還元金めっき処理のいずれを採用してもよいものである。本発明者等の研究によると、ニッケル系下地めっきの表面に還元パラジウムめっき処理をしておけば、その後の無電解金めっきが置換型或いは還元型であることに関わらず、半田／ニッケル界面の剥離現象を有効に防止できることを確認したからである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る無電解金めっき処理方法によれば、導体回路に形成したニッケル系下地めっきに無電解により金めっき処理を行っても、該金めっき及びニッケル系下地めっきと半田との接合はリフロー処理などの熱履歴を加えられても、半田／ニッケル界面での剥離現象を有効に防止することができる。特に、近年における過酷なリフロー処理条件が適用されるＢＧＡを製造する際に好適な無電解金めっき処理方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の好ましい実施形態について説明する。
【実施例１】
【００２３】
実施例１では、ニッケル系下地めっきに対して電解金めっき処理を行い、ＢＧＡを製造した場合の半田の剥離現象を調査した結果を示す。まず、実施例１−１として、図１で示すＢＧＡ基板のＣｕ（銅）の導体回路１上に、無電解によるニッケル−リン合金めっき２（厚み６μｍ）を施し、続いて電解金メッキ処理により約０．０５μｍの金めっき４を施した。そして、このニッケル−リン合金めっき２及び金めっき４の部分に、鉛フリー半田（錫−銀−銅の三元合金半田）を用いて半田ボール５を形成してＢＧＡを製造した。
【００２４】
実施例１−２として、上記実施例１−１の無電解によるニッケル−リン合金めっきの代わりに電解により無光沢ニッケルめっき（厚み６μｍ）を下地として施し、その後の金めっき処理及び半田ボールの形成は実施例１−１と同様にしてＢＧＡを製造した。
【００２５】
さらに、従来例１としてＣｕ（銅）の導体回路１上に無電解によるニッケル−リン合金めっき２（厚み６μｍ）を施し、続いて置換金メッキ処理により約０．０５μｍの金めっき４を施した。その後、実施例１−１と同じ鉛フリー半田を用いて半田ボールを形成してＢＧＡを製造した。上述した各めっき処理の具体的な条件を以下に纏めて示す。
【００２６】
・    無電解ニッケル−リン合金めっき処理（実施例１−１、従来例１）
Ｎｉ                    ６ｇ／Ｌ
次亜リン酸Ｎａ        ３０ｇ／Ｌ
ｐＨ                  ４．５〜５．０
液温                  ９０℃
浸漬時間              １８ｍｉｎ
【００２７】
・    無光沢の電解ニッケルめっき処理（実施例１−２）
スルファミン酸Ｎｉ      ７５ｇ／Ｌ（Ｎｉメタルとして）
ホウ酸                  ３０ｇ／Ｌ
塩化ニッケル              ６ｇ／Ｌ
ｐＨ                    ３．０〜４．５
液温                    ５５℃
電流密度                ３Ａ／ｄｍ２
【００２８】
・    電解金めっき処理（実施例１−１〜２）
シアン化金カリウム        ２ｇ／Ｌ
有機酸塩              ２００ｇ／Ｌ
ｐＨ                    ３．５〜４．０
液温                    ５０℃
電流密度                  ３Ａ／ｄｍ２
【００２９】
・    置換金めっき処理（従来例１）
シアン化金カリウム        ４ｇ／Ｌ
キレート剤              ５０ｇ／Ｌ
有機酸塩                ２０ｇ／Ｌ
ｐＨ                    ４．０〜５．０
液温                    ９０℃
【００３０】
以上のようにして得られた各ＢＧＡについて、リフロー処理の熱履歴を加え、半田ボールの半田プル強度測定を行った。
【００３１】
上述したリフロー処理条件の熱履歴を加えた各ＢＧＡについて、半田プル強度を測定することで、接合強度とその破壊モードを調査した。その結果を表１に示す。半田プル強度測定は、半田プル強度測定器（Ｄａｇｅ  Ｂｏｎｄ  ｔｅｓｔｅｒ  ４０００、Ｄａｇｅ社製）を用いて半田ボールの接合強度を測定した。表１に示す破壊モード値は、半田プル強度測定後のサンプルを確認することで、全測定サンプル数に占める、界面剥がれ（ニッケル系下地めっき部分と半田ボールとの接合界面で剥がれたもの）が生じていたサンプル数の割合を算出した値である。
【００３２】
【表１】
2005054267.tif 000002
【００３３】
表１を見ると判るように、ニッケル系下地めっきに電解金めっき処理を行うと、半田の剥離現象を防止できることが明確に判明した。このことより、半田の剥離現象がニッケル系下地めっきに置換金めっき処理を行うことが大きな要因であるということが推定された。
【実施例２】
【００３４】
この実施例２では、ニッケル系下地めっきとして無電解によるニッケル−リン合金めっき（厚み６μｍ）を施したものに、本発明に係る無電解金めっき処理方法における金又はパラジウムの触媒活性化処理を施して還元金めっき処理（約０．０５μｍ）を行った場合、及び還元パラジウムめっき処理を施して還元金めっき処理（約０．０５μｍ）を行った場合によりＢＧＡを製造した場合の半田の剥離現象を調査した結果を示す。
【００３５】
まず、実施例２−１として、図１で示したＢＧＡのＣｕ（銅）の導体回路１上に無電解によるニッケル−リン合金めっき２（厚み６μｍ）を施し、続いて、金触媒液をニッケル−リン合金めっき表面に接触させることで触媒活性化処理を行った。その後、還元金めっき処理をすることにより、０．０５μｍの金めっき４を施した。そして、実施例１と同様な半田ボールを形成してＢＧＡを製造した。尚、この際の還元金めっきの処理条件は実施例１と同様である。
【００３６】
実施例２−２として、上記実施例２−１の金触媒液による触媒活性化処理の代わりに、パラジウム触媒液を接触することで触媒活性化処理した。その後の還元金めっき処理及び半田ボールの形成は実施例２−１と同様にしてＢＧＡを製造した。
【００３７】
実施例２−３として、図１で示したＢＧＡのＣｕ（銅）の導体回路１上に無電解によるニッケル−リン合金めっき２（厚み６μｍ）を施し、続いて、還元パラジウムめっきをニッケル−リン合金めっき表面に施した。その後、還元金めっき処理をすることにより、０．０５μｍの金めっき４を施した。そして、実施例１と同様な半田ボールを形成してＢＧＡを製造した。尚、この際の還元金めっきの処理条件は実施例２と同様である。
【００３８】
実施例２−４として、図１で示したＢＧＡのＣｕ（銅）の導体回路１上に無電解によるニッケル−リン合金めっき２（厚み６μｍ）を施し、続いて、還元パラジウムめっきをニッケル−リン合金めっき表面に施した。その後、置換金めっき処理をすることにより、０．０５μｍの金めっき４を施した。そして、実施例１と同様な半田ボールを形成してＢＧＡを製造した。尚、この際の置換金金めっきの処理条件は上記従来例１と同様である。
【００３９】
・    金触媒液による触媒活性化処理（実施例２−１）
シアン化金カリウム      ４ｇ／Ｌ
キレート剤            ７０ｇ／Ｌ
還元剤                  １ｇ／Ｌ
ｐＨ                  ４．０
液温                  ５５℃
浸漬時間                １ｍｉｎ
【００４０】
・    パラジウム触媒液による触媒活性化処理（実施例２−１）
ジニトロジアミンパラジウム        ２５  ｍｇ／Ｌ（Ｐｄメタルとして）
ｐＨ                  ７．０
液温                  ３０℃
浸漬時間              １ｍｉｎ
【００４１】
・還元パラジウムめっき処理（実施例２−３、２−４）
Ｐｄ                    １ｇ／Ｌ
アンモニア水          ３０ｇ／Ｌ
ホウ酸                ４０ｇ／Ｌ
無機酸塩            １１０ｇ／Ｌ
ｐＨ                  ８．０
液温                  ５３℃
【００４２】
・還元金めっき処理（実施例２−１〜３）
シアン化金カリウム        ５ｇ／Ｌ
水酸化カリウム            ９ｇ／Ｌ
水素化ホウ素ナトリウム  １５ｇ／Ｌ
ｐＨ                    １３．０
液温                    ７０℃
浸漬時間                １ｍｉｎ
【００４３】
以上のようにして得られた各ＢＧＡをについて、実施例１で説明したリフロー処理の熱履歴を加え、半田ボールの半田プル強度測定を行った。リフロー処理条件、半田プル強度測定については、実施例１と同じであるため説明を省略する。各実施例のＢＧＡにおける、接合強度とその破壊モードの測定結果を表２に示す。
【００４４】
【表２】
2005054267.tif 000003
【００４５】
表２を見ると判るように、ニッケル系下地めっきに対して、触媒活性化処理を行うと、半田の剥離現象を防止できることが判明した。また、本発明の無電解めっき処理方法における還元パラジウムめっき処理を行うと、その後の無電解金めっきの種類、即ち還元金めっき処理或いは置換金めっき処理に関わらず、触媒活性化処理の場合と同様に、半田の剥離現象を効果的に防止できることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】ＢＧＡの搭載面側の一部分を拡大した概略断面図。
【図２】図１の拡大図。
【符号の説明】
【００４７】
１  導体回路
２  ニッケル系下地めっき
３  レジスト
４  金めっき
５  半田ボール
【図１】
2005054267.tif 000004
【図２】
2005054267.tif 000005