(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金化合物であるビス（１，２−エタンジアミン）金錯体、１，２−エタンジアミン硫酸塩、無機酸カリウム塩、有機カルボン酸及び１以上のヘテロ原子を含む複素環式化合物を含有する非シアン金メッキ液。
【請求項２】
請求項１に記載の金メッキ液を用いてメッキする方法であって、溶液のｐＨ２〜７、液温４０〜８０℃の条件下で、電流密度０．２〜３．５Ａ／ｄｍ2 で電解メッキするものである非シアン金メッキ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はビス（１、２−エタンジアミン）金錯体を用いた金メッキ液及びそれを用いた金メッキ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金メッキは、古くから装飾用や洋食器等に用いられるだけでなく、その優れた電気的特性から電子工業分野においても広く利用されている。
【０００３】
従来、金メッキ液には、ほとんどが有毒なシアン化金カリウムを含んだシアン浴であったが、最近では作業安全上或いは排水処理上の問題、また半導体部品のレジスト等をアタックする等の問題から、非シアン系の金メッキ液の要求が高まっており、種々の非シアン系金メッキが提案されている。
【０００４】
例えば、非シアン系金メッキ液としては、J.Am,Chem,Soc.1951,vol.73,P4722 にて報告されているように、金化合物としてビス（１、２−エタンジアミン）金クロライドを用いたものがある。このビス（１、２−エタンジアミン）金クロライドは、塩化金酸と、エチレンジアミン（１水和物）とを、溶媒（ジエチルエーテル）を用いて、常温で反応させる製法により得られるものが広く知られていた。
【０００５】
本発明者らは、新しいビス（１、２−エタンジアミン）金クロライドの製造方法、及びこのビス（１、２−エタンジアミン）金クロライドを用いた金メッキ浴を、外観において美しい析出メッキ層を得ることのできるメッキ液及び方法として本発明者らも提唱してきたが、メッキによる析出金の硬度、純度、析出結晶状態等の制御までは不可能であった。
【０００６】
また、広く利用されてきた非シアン金メッキ浴には、Ｎａ3Ａｕ（ＳＯ3）2を金塩として使用するものが多く見られた。ところがＮａ3Ａｕ（ＳＯ3）2 を用いた金メッキ浴では、溶液中の亜硫酸イオンがアノードから発生する酸素や大気中の酸素により酸化され安く、自然に濃度が減少する。その結果、金メッキ液中の金錯体の安定性が低下し、電析物の物性の変化やメッキ液の分解が生ずるという不具合が生じていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは、金メッキ浴の溶液安定性に極めて優れ、金メッキ操業中に析出金の物性の変化や金メッキ液の分解を起こすことのない組成の金メッキ液を提供し、この金メッキ液にビス（１、２−エタンジアミン）金錯体を用いることで析出金の硬度、純度、結晶状態等の制御を可能とし、適正なメッキ条件の確立を目的とするのである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者はより実用上優れた非シアン系金メッキ液として、ビス（１、２−エタンジアミン）金錯体を用いた金メッキ液の研究を鋭意行った結果、請求項１に記載の金メッキ液が極めて優れた性能を発揮することを見いだした。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、金化合物であるビス（１，２−エタンジアミン）金錯体、１，２−エタンジアミン硫酸塩、無機酸カリウム塩、有機カルボン酸及び１以上のヘテロ原子を含む複素環式化合物を含有する非シアン金メッキ液である。ここで言う、金化合物であるビス（１，２−エタンジアミン）金錯体は、Ａｕ（ｅｎ）23+（ｅｎ：１，２−エタンジアミン）で表せるものである。金錯体の含有量は、金として２〜３０ｇ／ｌの範囲とする。下限値２ｇ／ｌ以下では金の析出速度が遅く実際の操業に適さず、上限値３０ｇ／ｌを超えると析出速度に変化はなく金沈を発生しやすくなる。従って、この範囲は目的とする操業環境に応じた値の範囲を採用したのである。
【００１０】
その他の構成化合物である１，２−エタンジアミン硫酸塩は錯化剤として使用するものである。この１，２−エタンジアミン硫酸塩は、０．１〜２．５Ｍの範囲で添加する。下限値０．１Ｍ以下では錯化剤としての効果が発揮されず、上限値２．５Ｍを超えると溶解しなくなる。
【００１１】
無機酸カリウム塩には、硫酸カリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム等の使用が可能である。これらは、電解液として使用する際の伝導塩としての機能を果たすために添加する物である。その添加量は、１〜１００ｇ／ｌの範囲で添加することが好ましい。この下限値１ｇ／ｌ以下では、十分なメッキ液としての導電性を確保することが困難であり、上限値１００ｇ／ｌ以上では溶液中に溶解しなくなるからである。
【００１２】
有機カルボン酸は緩衝剤としての役割を果たすものであり、金メッキ液のｐＨの変動を抑制する役割を果たすものである。ここでいう有機カルボン酸とは酢酸、蟻酸、安息香酸等カルボキシル基を持つ有機化合物のことである。界面活性剤と同様の役割を果たし光沢剤として作用する。有機カルボン酸の添加量は、１〜２００ｇ／ｌの範囲とするのが好ましい。下限値１ｇ／ｌ以下では、緩衝剤としての役割を十分に果たさず、上限値２００ｇ／ｌ以上加えても緩衝剤としての効果は増大しないためである。
【００１３】
更に、１以上のヘテロ原子を含む複素環式化合物は界面活性剤と同様の役割を果たし光沢剤として作用する。この複素環式化合物には、チオフェンカルボン酸、Ｏ−フェナントロリン、ピリジン、ピリジンスルホン酸、ビ・ピリジル等ヘテロ原子として、窒素を含む水溶性化合物等を用いることができる。そして、その添加量は、０．１〜１０ｇ／ｌの範囲とするのが好ましい。下限値０．１ｇ／ｌ以下では、光沢剤としての役割を十分に果たさず、上限値１０ｇ／ｌ以上加えても光沢度に及ぼす効果は増大しないためである。
【００１４】
そして、請求項２には、請求項１に記載の金メッキ液を用いて電解メッキする方法であって、溶液のｐＨ２〜７、液温４０〜８０℃の条件下で、電流密度０．２〜３．５Ａ／ｄｍ2 で電解メッキすることを特徴とする非シアン金メッキ方法とした。
【００１５】
ここで、溶液のｐＨ値は、無機酸カリウム塩の添加量によって、ｐＨ２〜７の範囲となり、この範囲であれば、析出金メッキ層の外観に異常は発生しない。ｐＨ調整を必要とする場合は、メッキ液の特性に影響を与えない硫酸カリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム等の無機酸カリウム塩、又は酢酸、蟻酸、安息香酸等の有機カルボン酸を用いて調整することが好ましい。
【００１６】
メッキ液を液温４０〜８０℃の条件としたのは、下限値以下では析出速度が遅く実際の操業に適さず、上限値以上では析出金メッキ層の光沢に影響を与えると共に、溶液寿命が急激に低下するためである。
【００１７】
電解時の電流密度を０．２〜３．５Ａ／ｄｍ2 としたのは、上述のメッキ液のｐＨ値と液温とを考慮して、析出金メッキ層に目的とする性質を得ることが可能となる。
【００１８】
以上の金メッキ液及び金メッキ方法を用いると、得られる析出金は、従来の金メッキ液を用いて析出した金に比べ、微細な析出結晶を持ち、しかも硬度が低いという特性を持つものであった。一般に結晶粒が細かいほど、その金属の硬度は高く測定される。ところが、本発明に係る金メッキ液と金メッキ方法を用いると、微細な結晶粒を持ちながらも、硬度の低い析出金とできる点が、従来のメッキ液及び方法で得られた析出金と全く異なっている。
【００１９】
これは、例えば、Ｎａ3Ａｕ（ＳＯ3）2 を用いた金メッキ浴では、析出金中にメッキ液中に含まれた硫黄が析出するため、析出金が粒子分散されたと同様の効果が得られ、結晶粒が大きくとも硬い結晶組織となる。これに対して、本発明に係るメッキ方法で得られる結晶組織は、析出金の純度が高いため、結晶粒が微細でもバルク金に近い、結晶粒内転移密度の少ない低硬度の金メッキ層が得られるのである。
【００２０】
従来のメッキ液を用いたメッキ法では非常に微細な形状のバンプメッキを精度良く行うことができず、メッキ後の金の析出面が粗くなり、バンプ形状をいびつなものとすることがあった。本発明に係る金メッキ液及び金メッキ方法を採用することで、上述のような特色を持つ金メッキ層を得られることから小さなサイズのＬＳＩのバンプにも精度の良いメッキ層を形成することが可能で、しかも金メッキ層を起因としたマイグレーションの発生を抑制することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る金メッキ液及び金メッキ方法について、最適と思われる実施形態を通じて、より詳細に説明する。
【００２２】
第１実施形態：  金化合物であるビス（１，２−エタンジアミン）金錯体は、反応温度３０℃で次の反応により得た。この時の反応温度は１５〜６０℃が好ましい。１５℃未満だと反応が十分進行せず収率が低下し、６０℃を超えると金イオンの還元反応が起こり、金の微粒子が生成するからである。
【００２３】
ＮａＡｕＣｌ4 ＋２ｅｎ  →  Ａｕ（ｅｎ）2 Ｃｌ3 ＋ＮａＣｌ
【００２４】
このようにして得られたビス（１、２−エタンジアミン）金クロライドを用いて、非シアン金メッキ液を建浴した。この非シアン金メッキ液の配合組成は、以下の通りである。
【００２５】
ビス（１，２−エタンジアミン）金クロライド（金として）１０ｇ／ｌ
１，２−エタンジアミン硫酸塩                            ６０ｇ／ｌ
塩化カリウム                                            ６０ｇ／ｌ
有機カルボン酸（クエン酸）                              ５０ｇ／ｌ
複素環式化合物（チオフェンカルボン酸）                    １ｇ／ｌ
【００２６】
この金メッキ液を用いて、次のメッキ条件にて、テストパターンに金メッキを行った。
【００２７】
ｐＨ値                        ５．０
メッキ液温度                    ６０  ℃
電流密度                      １．５  Ａ／ｄｍ2
電解時間                        ６０  ｍｉｎ
【００２８】
以上の条件下で生成した金メッキ層の物性測定を行い、結果を表１に示した。表１から分かるように金メッキ層のビッカース硬度は、平均で６６．７である。更に、この金メッキ後のテストパターンを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した結果を図１に示した。図１から分かるように極めて平滑な金メッキ面が得られている。従って、このようなメッキ面の平滑性を確保できることでボンディング性能を著しく向上させることが可能となった。
【００２９】
本発明に係る非シアン金メッキ液と従来の非シアン金メッキ液との性能比較を行うため、Ｎａ3Ａｕ（ＳＯ3）2を金塩として使用した金メッキを建浴し、前記と同様のテストパターンに金メッキを施し、比較した。従来の非シアン金メッキ液の組成は、以下の通りである。
【００３０】
Ｎａ3Ａｕ（ＳＯ3）2 （Ａｕとして）  １０  ｇ／ｌ
Ｎａ２ＳＯ３                        ２０  ｇ／ｌ
Ｎａ２ＨＰＯ４                      ２０  ｇ／ｌ
タリウム                        ０．０１  ｇ／ｌ
【００３１】
この溶液を用いて、次に掲げる条件の下でテストパターンに金メッキを行った。
【００３２】
ｐＨ値                        ７．５
メッキ液温度                    ６５  ℃
電流密度                      ０．５  Ａ／ｄｍ2
電解時間                        ６０  ｍｉｎ
【００３３】
以上の条件下で生成した金メッキ層の物性測定を行い、結果を表１に従来の非シアン金メッキ液として示した。表１から分かるように金メッキ層のビッカース硬度は、平均で７５．１である。更に、この金メッキ後のテストパターンを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した結果を図２に示した。図２から分かるように、本発明に係る非シアン金メッキ液を用いた場合に比べ、明らかに金メッキ面が平滑でないことが分かる。
【００３４】
【表１】
0003898334.tif 000002
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係る非シアン金メッキ液を用いることで、溶液安定性に極めて優れ、金メッキ操業中に析出金の物性の変化や金メッキ液の分解を起こすことのない金メッキ液の提供を可能とし、この金メッキ液にビス（１、２−エタンジアミン）金錯体を用いたことで析出金の硬度、純度、析出結晶の状態等の制御を可能とし、ファインパターンに適し、適正なボンディング性を確保することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  金メッキ層の表面の析出粒子構造である。
【図２】  金メッキ層の表面の析出粒子構造である。
【図１】
0003898334.tif 000003
【図２】
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