JP2004019003A - プリント回路基板及びそのメッキ方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】プリント回路基板のボンディング用パッドのメッキ時に発生する空隙を還元メッキによって塞ぐことにより、アセンブリ工程時に下地ニッケルが表面に拡散することを防止して無電解メッキ工程の信頼性を向上させることが可能なプリント回路基板のメッキ方法を提供すること。
【解決手段】ボンディング用パッド部12を含み、一定の回路パターンが形成されたプリント回路基板を提供する段階と、該ボンディング用パッド部を除いた部分にマスク層11を形成する段階と、該ボンディングパッド部上にニッケルメッキ層14を形成する段階と、該ニッケルメッキ層上に水溶性金化合物を含む置換型水溶性メッキ液を接触させて置換型無電解金メッキ層15を形成する段階と、該記置換型金メッキ層上に水溶性金化合物を含む還元型水溶性メッキ液を接触させて還元型無電解金メッキ層16を形成する段階とを含む。
【選択図】 図9
【解決手段】ボンディング用パッド部12を含み、一定の回路パターンが形成されたプリント回路基板を提供する段階と、該ボンディング用パッド部を除いた部分にマスク層11を形成する段階と、該ボンディングパッド部上にニッケルメッキ層14を形成する段階と、該ニッケルメッキ層上に水溶性金化合物を含む置換型水溶性メッキ液を接触させて置換型無電解金メッキ層15を形成する段階と、該記置換型金メッキ層上に水溶性金化合物を含む還元型水溶性メッキ液を接触させて還元型無電解金メッキ層16を形成する段階とを含む。
【選択図】 図9
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント回路基板及びそのメッキ方法に関し、さらに詳しくは、プリント回路基板のボンディング用パッドのメッキに際して、置換型金メッキ後に還元方式で2次金メッキを行って、置換メッキ時に形成され得る空隙を塞ぐことにより、アセンブリ工程時に下地ニッケルが表面へ拡散することを防止して無電解メッキ工程の信頼性を向上させることが可能なプリント回路基板及びそのメッキ方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
プリント回路基板は基板上に回路パターン及びパッド部を含んでおり、一般に、前記回路パターン及びパッド部12は銅材質からなる。ところが、外部に露出された銅層は、時間経過に伴って酸化して半導体及びプリント回路基板の実装時に信頼性を低下させるので、これを防止するための表面処理として、パッド部を金メッキする工程が必ず行われている。
【0003】
一方、無電解金メッキ工程において、メッキされる金属パッドにはんだ付け特性が要求される場合には、還元型金メッキによって厚さ0.05〜0.1μmの薄い金メッキが適用され、本発明でのようなボンディングなどの特性が要求される場合には置換型金メッキによって厚さ0.5μm以上の厚い金メッキが適用される。
【0004】
例えば、特許文献1には、ソルダーマスクを用いて金メッキしようとする回路パターン部位に無電解ニッケル層を形成した後、シアン化金カリウム、一つ以上の有機伝導性塩及び一つ以上の還元剤を含む金浸漬メッキ液を接触させてプリント回路基板を製造する方法が開示されている。
【0005】
また、特許文献2には、基板上にシアン化金カリウム、水酸化カリウム、シアン化カリウム、有機酸及び安定剤を含む金浸漬メッキ液を接触させて無電解メッキする方法が開示されている。
【0006】
一方、特許文献3には、金メッキを施そうとする銅部位上に非結晶質の第1の無電解ニッケル皮膜を形成し、結晶質の第2の無電解ニッケル皮膜を形成した後、置換反応を主反応とする無電解金メッキ方法が開示されている。この他にも、銅層上にニッケル−金メッキ層を形成する改良技術は、特許文献4及び特許文献5に開示されている。
【0007】
【特許文献1】
米国特許第6,383,269号明細書
【特許文献2】
米国特許第5,178,918号明細書
【特許文献3】
特開平7−7243号公報
【特許文献4】
米国特許第5,173,130号明細書
【特許文献5】
米国特許第5,235,139号明細書
【0008】
これと関連し、図1〜図4には従来の技術に係るプリント回路基板の概略的な金メッキ工程が示されている。
【0009】
図1及び図2を参照すると、まず、当業界で広く知られている方法によって、基板1上にパターン化された回路(図示せず)及びパッド部2を形成した後、前記パッド部2を除いた残部にフォトソルダーマスク層3を形成する。
【0010】
その後、図3に示すように、前記パッド部2上に、クエン酸を主成分とする無電解ニッケルメッキ液を約85℃で約20分間処理し、厚さ約3〜6μm、燐含量約5〜8%のニッケルメッキ層4を形成する。
【0011】
その後、図4に示すように、前記ニッケルメッキ層4上に置換型浸漬金メッキ液を接触させて厚さ0.5μm以上の無電解金メッキ層5を形成する。
【0012】
ところが、図3に示すように、前述した従来の技術に係るプリント回路基板のメッキ工程によれば、所望の金メッキを得るためにニッケルと銀のイオン化傾向を用いた置換方式の金メッキを採用しており、この過程で下地のニッケルは金メッキ液と置換されて溶出される。この際、ニッケルの溶出経路となる空隙(pore)が金メッキ組織内に生成される。前記空隙はアセンブリ工程中のベーキング工程などの熱処理を経ることにより、下地ニッケルの金メッキ表面への拡散を引き起こす原因となる。さらに、前記下地ニッケルの拡散は、ワイヤボンディング引張強度(wire bonding pull strength)の低下など製品の信頼性に影響を及ぼす重要な因子として働くとともに、製品の信頼性を低下させる原因になっている。
【0013】
しかし、このような問題点があるにも拘わらず、金メッキ方式を自己触媒型無電解金メッキ(還元型)に変えることができない理由は、還元金メッキ方式ではボンディング用パッド上のメッキに要求される0.5μm以上の厚さが量産工程で得られないためである。一般的な還元型金メッキのメッキ厚さは約0.1μm未満である。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前述した問題点を解決するために様々な研究を重ねた挙句、ボンディング用パッドのメッキに際して、置換型金メッキ後に還元方式で2次金メッキを行って、置換メッキ時に形成され得る空隙を塞ぐことにより、アセンブリ工程時に下地ニッケルが表面へ拡散することを防止することが可能なことを見出し、本発明を完成するに至った。
【0015】
従って、本発明の第1の目的は、プリント回路基板のボンディング用パッドのメッキ時に発生する空隙を還元メッキによって塞ぐことにより、アセンブリ工程時に下地ニッケルが表面に拡散することを防止し、無電解メッキ工程の信頼性を向上させることが可能なプリント回路基板のメッキ方法を提供することにある。
【0016】
本発明の第2の目的は、前記方法によってメッキされたプリント回路基板を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係るプリント回路基板のメッキ方法は、ボンディング用パッド部12を含み、一定の回路パターンが形成されたプリント回路基板を提供する段階と、前記ボンディング用パッド部を除いた部分にマスク層13を形成する段階と、前記ボンディングパッド部上にニッケルメッキ層14を形成する段階と、前記ニッケルメッキ層上に水溶性金化合物を含む置換型水溶性メッキ液を接触させて置換型無電解金メッキ層15を形成する段階と、前記置換型金メッキ層上に水溶性金化合物を含む還元型水溶性メッキ液を接触させて還元型無電解金メッキ層16を形成する段階とを含む。
【0018】
前記第2の目的を達成するための本発明に係るプリント回路基板は前記方法によってメッキされて製造される。
【0019】
前述したように、本発明によれば、置換型金メッキ後に還元方式で2次金メッキを行って、置換メッキ時に形成され得る空隙を塞ぐことにより、アセンブリ工程時に下地ニッケルが表面へ拡散することを防止することができるため、ワイヤボンディング引張強度などを一定の水準以上に維持させて無電解メッキ工程の信頼性を向上させることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図に基づいてより具体的に説明する。
【0021】
図5〜図9は本発明によってプリント回路基板をメッキする方法の概略的な工程を示す断面図である。図11は本発明によってメッキされたプリント回路基板の金メッキ層表面を概略的に示す図である。
図5を参照すると、本発明に係るメッキ工程に先立って、基板11上に一定の回路パターン(図示せず)及びボンディング用パッド部12を形成するが、前記工程は当業界で広く知られたフォトリソグラフィ(photolithography)によることが典型的である。
さらに、図6を参照すると、フォトソルダーマスクPSRを前記プリント回路基板11上に塗布するが、前記ソルダーマスク層13は後述するメッキ過程でメッキに対するレジストの役割を果たす。前記ソルダーマスク層13にドライフィルムを適用し、露光及び現像過程を経て前記ボンディング用パッド部12上のソルダーマスク層部位のみを剥離する。
【0022】
次に、上述したソルダーマスク層剥離工程の完了後、露出されたパッド部12上にメッキ工程が行われる。本発明によれば、まず、金メッキに先立ってプリント回路基板上のパッド部12上に無電解ニッケルメッキ層の形成工程が行われた後、ボンディング用メッキに要求される金メッキ層の厚さにまで、置換型金メッキが行われる。その後、前記置換型金メッキ工程時に形成された空隙を塞ぐために還元型金メッキ処理を行われる。
【0023】
一方、前記露出されたボンディング用パッド部12上のメッキ原理を簡略に説明すると、次の通りである。
金属イオンを含有した溶液から金属を析出させる際、MX++X−→M0の電子移動が発生する。これらの化学的変化を引き起こす方法としては、還元剤を用いる自己触媒型無電解メッキ(還元メッキ)とイオン化傾向を用いる置換メッキがある。
まず、無電解ニッケルメッキは、ニッケル塩を含有した溶液から次亜リン酸塩などの還元剤によって化学的にニッケルを析出させることであり、メッキ液としてはニッケル塩、還元剤、錯化剤、安定剤及び湿潤剤などを含む。前処理工程が施されたプリント回路基板をPd、AuまたはPtのような触媒の中でメッキ液に浸漬すると、それぞれ下記反応式1及び下記反応式2のような主反応及び副反応が表面で発生する。
【0024】
【式1】
@001
【0025】
【式2】
@002
このように、触媒核を中心としてニッケルの触媒反応が起り、メッキが析出される。この際、副反応として、リン(P)が皮膜中に共析することになり、Ni−Pの非結晶性組織になる。
【0026】
一方、無電解ニッケルメッキ上に置換型金メッキが析出する場合の主反応は、下記反応式3で表わされる。
【0027】
【式3】
@003
即ち、金メッキ液中にニッケル及びリンがイオン状態で溶出され、逆にAu+は電子を受け入れて金属状態で陰極の表面に析出する反応である。
【0028】
一方、還元型無電解金メッキの原理は前述した無電解ニッケルメッキの場合と同一である。
従って、図7を参照すると、上述したソルダーマスク層剥離工程の完了後、露出したパッド部12上に、従来から知られた工程によって無電解ニッケルメッキ層14が形成される。この際、前記ニッケルメッキ層の厚さは約3〜5μmであることが好ましい。
その後、図8を参照すると、パッド部12上のニッケルメッキ層14の損傷を防止する金メッキ層15を形成するために、前記ニッケルメッキ層が形成されたプリント回路基板を十分な時間置換型無電解水溶性メッキ液に接触、浸漬させて所望の金メッキの厚さ、好ましくは0.3〜1.5μmに形成する。但し、当業者であれば、様々な工程条件の変化によって前記範囲未満または超過厚さのメッキ層を形成することも可能であるという点をは言うまでもない。
【0029】
一方、前記置換型メッキ液は、水溶性金化合物、有機酸、錯化剤、安定剤及び還元剤などを含むことができ、置換型金メッキ液に一般的に使用される組成であれば、特別な制限なく使用することができる。好ましくは、前記置換型メッキ液中の水溶性金化合物の濃度は3.6〜4.4g/Lであればよい。
この際、前記置換型メッキ液のpHは約4.5〜4.7であることが好ましく、前記置換型メッキ過程で要求される温度は約82〜88℃である。また、前記置換型無電解メッキ工程は約20〜30分間行われると良い。
さらに、図9を参照すると、前記置換型金メッキ時に発生する空隙を塞ぐために、前記置換型無電解メッキ層15の形成されたプリント回路基板を十分な時間還元型無電解水溶性メッキ液に接触、浸漬させて薄い厚さ、好ましくは0.05〜0.1μmに還元型金メッキ層16を形成する。
一方、前記還元型メッキ液は、水溶性金化合物、有機酸、錯化剤、安定剤及び還元剤などを含むことができ、一般的に用いられる還元型金メッキ液に使用される組成であれば、特別な制限なく使用することができる。好ましくは、前記還元型メッキ液中の水溶性金化合物の濃度は3.8〜4.2g/Lであることが良い。
【0030】
この際、前記還元型メッキ液のpHは約7.0〜7.8であることが好ましく、前記還元型メッキ過程で要求される温度は約55〜65℃である。また、前記置換型無電解メッキ工程は約2〜5分間行われることが良い。
【0031】
本発明に使用される水溶性金化合物としては亜硫酸金ナトリウムが代表的であるが、これのみには限定されない。
一方、本発明に係る置換型金メッキ工程及び還元型金メッキ工程は、同一の装備で連続的に行われる形態のインライン(in−line)方式、或いはまず置換型金メッキ工程を行った後、別途の設備または装置で還元型金メッキを行う形態の組合わせ方式で行われることができる。
より詳細には、前記インライン方式では、置換型金メッキ工程を済ませた後、これに使用された水溶性金メッキ液を回収し、1〜3回純水洗浄した後、還元型金メッキ液を用いて金メッキを行うことができる。
【0032】
前記組合わせ方式としては、(1)置換型金メッキ工程を済ませた後、これに使用された水溶性金メッキ液を回収し、1〜3回純水洗浄した後、水分を乾燥させ、還元型金メッキ液で金メッキを行う方法と、(2)置換型金メッキ工程を済ませた後、これに使用された水溶性金メッキ液を回収し、1〜3回純水洗浄した後、水分を乾燥させ、表面の汚染物を除去するためにジェットスクラビング処理(jet scrubbing)を行った後、再び純水洗浄し、還元型金メッキ液で金メッキを行う方法と、(3)置換型金メッキ工程を済ませた後、これに使用された水溶性金メッキ液を回収し、1〜3回純水洗浄した後、水分を乾燥させ、表面の汚染物を除去するためにプラズマクリーニング処理(plasma cleaning)を行った後、再び純水洗浄し、還元型金メッキ液で金メッキを行う方法がある。
【0033】
また、本発明によれば、最適の金メッキ層を形成するために、メッキ工程中に選択的に前処理過程を行うことができる。即ち、まず銅材質のパッド部に物理的な研磨を行って表面の異物を除去し、化学的に有機物を除去する。また、銅層の表面をエッチングさせた後、ニッケルメッキ層の形成に先立って選択的に触媒の役割をするパラジウムPdなどで処理することが好ましい。
【0034】
前述したように、本発明によれば、図11に示すように、置換型金メッキ後に還元方式で2次金メッキを行って、置換メッキ時に形成され得る空隙を塞ぐことにより、アセンブリ工程時に下地ニッケルが表面へ拡散することを防止することができるため、ワイヤボンディング引張強度などを一定の水準以上に維持させて無電解メッキ工程の信頼性を向上させることができる。
【0035】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、これらの実施例により本発明の範疇が限定されるものではない。
【0036】
下記実施例では、銅材質のパッド部を除いた部分にフォトソルダーマスク層が形成されたプリント回路基板を50℃で3分間浸漬し、脱脂剤80〜120mL/Lで脱脂し、酸化膜を除去し且つ銅表面を粗化するために酸洗及びエッチング工程を行った後、パラジウムを用いて触媒処理し、その後水洗し、無電解ニッケルメッキ液(NIMUDEN NPR−4, UYEMURA社)によって85℃で20分間メッキした。この際、パッド部上の無電解ニッケル層の厚さは約4.5μmであった。その後、ニッケル層の形成されたプリント回路基板を水洗した後、次のように前記ニッケル層上に金メッキ工程を行った。
【0037】
(実施例1)
前記活性化処理されたプリント回路基板をpH約4.5の置換型メッキ液(TSK−25、UYEMURA社)入りのメッキ液槽に約26分間浸漬し、前記プリント回路基板のニッケルメッキ層上に厚さ約0.5μmの置換型無電解金メッキ層を形成した。
その後、前記メッキ液槽で置換型メッキに使用された水溶性金メッキ液を回収し、前記メッキ液槽を1〜3回純水洗浄した後、95℃で1分間水分を乾燥させ、その後pH約7.5の還元型メッキ液(TSK−97,UYEMURA社)を前記メッキ液槽に入れ、そこに前記置換型金メッキ液で処理されたプリント回路基板を約4分間浸漬して前記プリント回路基板の置換型金メッキ層上に厚さ約0.07μmの還元型無電解金メッキ層をさらに形成した。
次に、前記メッキ工程後に水洗し、80℃で15分間乾燥させ、プリント回路基板の金メッキ層を得た。こうして得たプリント回路基板の金メッキ層の表面を5000倍拡大したSEM写真を図12に示す。
(比較例1)
前記活性化処理されたプリント回路基板をpH約4.5の置換型メッキ液(TSK−25,UYEMURA社)入りのメッキ液槽に約50分間浸漬し、前記プリント回路基板のニッケルメッキ層上に厚さ約0.7μmの置換型無電解金メッキ層を形成した。
前記メッキ工程後に水洗し、95℃で1分間乾燥させ、プリント回路基板の金メッキ層を得た。こうして得たプリント回路基板の金メッキ層の表面を5000倍拡大したSEM写真を図13に示す。
図12及び図13に示すように、本発明によって置換型金メッキを行った後、還元型金メッキを行って得た金メッキ層は、従来の技術によって置換型金メッキのみを行って得た金メッキ層から空隙が発見されたこととは異なり、空隙が発生しないことが分る。
本発明の単純な変形乃至変更は、全て本発明の領域に属するもので、本発明の具体的な保護範囲は特許請求の範囲によって明らかになる。
【0038】
【発明の効果】
前述したように、本発明によれば、置換型金メッキ後に還元方式で2次金メッキを行って置換メッキ時の空隙を塞ぐことにより、アセンブリ工程における下地ニッケルの表面拡散を防止することができるため、ワイヤボンディング引張強度の低下など無電解メッキの信頼性低下を解決することができる。また、包装容器内に湿気など水分が残存する場合に金属の拡散が加速することからみて、空隙問題を解決することにより、長期間保管時に吸湿などによる下地金属(ニッケル)の拡散を防止することができるので、製品保管期間の延長を可能にする間接効果が発生して製品の信頼性を保障する有効期間を延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の技術に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図2】従来の技術に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図3】従来の技術に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図4】従来の技術に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図5】本発明に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図6】本発明に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図7】本発明に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図8】本発明に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図9】本発明に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図10】従来の技術によってメッキされたプリント回路基板の金メッキ層表面に空隙が発生した状態を概略的に示す図である。
【図11】本発明によってメッキされたプリント回路基板の金メッキ層表面を概略的に示す図である。
【図12】本発明の実施例1によってメッキされたプリント回路基板の金メッキ層表面の微細構造を5000倍拡大して示すSEM写真である。
【図13】本発明の比較例1によってメッキされたプリント回路基板の金メッキ層表面の微細構造を5000倍拡大して示すSEM写真である。
【符号の説明】
1、11 基板
2、12 パッド部
3、13 ソルダーマスク層
4、14 ニッケルメッキ層
5、15 置換型金メッキ層
16 還元型金メッキ層
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント回路基板及びそのメッキ方法に関し、さらに詳しくは、プリント回路基板のボンディング用パッドのメッキに際して、置換型金メッキ後に還元方式で2次金メッキを行って、置換メッキ時に形成され得る空隙を塞ぐことにより、アセンブリ工程時に下地ニッケルが表面へ拡散することを防止して無電解メッキ工程の信頼性を向上させることが可能なプリント回路基板及びそのメッキ方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
プリント回路基板は基板上に回路パターン及びパッド部を含んでおり、一般に、前記回路パターン及びパッド部12は銅材質からなる。ところが、外部に露出された銅層は、時間経過に伴って酸化して半導体及びプリント回路基板の実装時に信頼性を低下させるので、これを防止するための表面処理として、パッド部を金メッキする工程が必ず行われている。
【0003】
一方、無電解金メッキ工程において、メッキされる金属パッドにはんだ付け特性が要求される場合には、還元型金メッキによって厚さ0.05〜0.1μmの薄い金メッキが適用され、本発明でのようなボンディングなどの特性が要求される場合には置換型金メッキによって厚さ0.5μm以上の厚い金メッキが適用される。
【0004】
例えば、特許文献1には、ソルダーマスクを用いて金メッキしようとする回路パターン部位に無電解ニッケル層を形成した後、シアン化金カリウム、一つ以上の有機伝導性塩及び一つ以上の還元剤を含む金浸漬メッキ液を接触させてプリント回路基板を製造する方法が開示されている。
【0005】
また、特許文献2には、基板上にシアン化金カリウム、水酸化カリウム、シアン化カリウム、有機酸及び安定剤を含む金浸漬メッキ液を接触させて無電解メッキする方法が開示されている。
【0006】
一方、特許文献3には、金メッキを施そうとする銅部位上に非結晶質の第1の無電解ニッケル皮膜を形成し、結晶質の第2の無電解ニッケル皮膜を形成した後、置換反応を主反応とする無電解金メッキ方法が開示されている。この他にも、銅層上にニッケル−金メッキ層を形成する改良技術は、特許文献4及び特許文献5に開示されている。
【0007】
【特許文献1】
米国特許第6,383,269号明細書
【特許文献2】
米国特許第5,178,918号明細書
【特許文献3】
特開平7−7243号公報
【特許文献4】
米国特許第5,173,130号明細書
【特許文献5】
米国特許第5,235,139号明細書
【0008】
これと関連し、図1〜図4には従来の技術に係るプリント回路基板の概略的な金メッキ工程が示されている。
【0009】
図1及び図2を参照すると、まず、当業界で広く知られている方法によって、基板1上にパターン化された回路(図示せず)及びパッド部2を形成した後、前記パッド部2を除いた残部にフォトソルダーマスク層3を形成する。
【0010】
その後、図3に示すように、前記パッド部2上に、クエン酸を主成分とする無電解ニッケルメッキ液を約85℃で約20分間処理し、厚さ約3〜6μm、燐含量約5〜8%のニッケルメッキ層4を形成する。
【0011】
その後、図4に示すように、前記ニッケルメッキ層4上に置換型浸漬金メッキ液を接触させて厚さ0.5μm以上の無電解金メッキ層5を形成する。
【0012】
ところが、図3に示すように、前述した従来の技術に係るプリント回路基板のメッキ工程によれば、所望の金メッキを得るためにニッケルと銀のイオン化傾向を用いた置換方式の金メッキを採用しており、この過程で下地のニッケルは金メッキ液と置換されて溶出される。この際、ニッケルの溶出経路となる空隙(pore)が金メッキ組織内に生成される。前記空隙はアセンブリ工程中のベーキング工程などの熱処理を経ることにより、下地ニッケルの金メッキ表面への拡散を引き起こす原因となる。さらに、前記下地ニッケルの拡散は、ワイヤボンディング引張強度(wire bonding pull strength)の低下など製品の信頼性に影響を及ぼす重要な因子として働くとともに、製品の信頼性を低下させる原因になっている。
【0013】
しかし、このような問題点があるにも拘わらず、金メッキ方式を自己触媒型無電解金メッキ(還元型)に変えることができない理由は、還元金メッキ方式ではボンディング用パッド上のメッキに要求される0.5μm以上の厚さが量産工程で得られないためである。一般的な還元型金メッキのメッキ厚さは約0.1μm未満である。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前述した問題点を解決するために様々な研究を重ねた挙句、ボンディング用パッドのメッキに際して、置換型金メッキ後に還元方式で2次金メッキを行って、置換メッキ時に形成され得る空隙を塞ぐことにより、アセンブリ工程時に下地ニッケルが表面へ拡散することを防止することが可能なことを見出し、本発明を完成するに至った。
【0015】
従って、本発明の第1の目的は、プリント回路基板のボンディング用パッドのメッキ時に発生する空隙を還元メッキによって塞ぐことにより、アセンブリ工程時に下地ニッケルが表面に拡散することを防止し、無電解メッキ工程の信頼性を向上させることが可能なプリント回路基板のメッキ方法を提供することにある。
【0016】
本発明の第2の目的は、前記方法によってメッキされたプリント回路基板を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係るプリント回路基板のメッキ方法は、ボンディング用パッド部12を含み、一定の回路パターンが形成されたプリント回路基板を提供する段階と、前記ボンディング用パッド部を除いた部分にマスク層13を形成する段階と、前記ボンディングパッド部上にニッケルメッキ層14を形成する段階と、前記ニッケルメッキ層上に水溶性金化合物を含む置換型水溶性メッキ液を接触させて置換型無電解金メッキ層15を形成する段階と、前記置換型金メッキ層上に水溶性金化合物を含む還元型水溶性メッキ液を接触させて還元型無電解金メッキ層16を形成する段階とを含む。
【0018】
前記第2の目的を達成するための本発明に係るプリント回路基板は前記方法によってメッキされて製造される。
【0019】
前述したように、本発明によれば、置換型金メッキ後に還元方式で2次金メッキを行って、置換メッキ時に形成され得る空隙を塞ぐことにより、アセンブリ工程時に下地ニッケルが表面へ拡散することを防止することができるため、ワイヤボンディング引張強度などを一定の水準以上に維持させて無電解メッキ工程の信頼性を向上させることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図に基づいてより具体的に説明する。
【0021】
図5〜図9は本発明によってプリント回路基板をメッキする方法の概略的な工程を示す断面図である。図11は本発明によってメッキされたプリント回路基板の金メッキ層表面を概略的に示す図である。
図5を参照すると、本発明に係るメッキ工程に先立って、基板11上に一定の回路パターン(図示せず)及びボンディング用パッド部12を形成するが、前記工程は当業界で広く知られたフォトリソグラフィ(photolithography)によることが典型的である。
さらに、図6を参照すると、フォトソルダーマスクPSRを前記プリント回路基板11上に塗布するが、前記ソルダーマスク層13は後述するメッキ過程でメッキに対するレジストの役割を果たす。前記ソルダーマスク層13にドライフィルムを適用し、露光及び現像過程を経て前記ボンディング用パッド部12上のソルダーマスク層部位のみを剥離する。
【0022】
次に、上述したソルダーマスク層剥離工程の完了後、露出されたパッド部12上にメッキ工程が行われる。本発明によれば、まず、金メッキに先立ってプリント回路基板上のパッド部12上に無電解ニッケルメッキ層の形成工程が行われた後、ボンディング用メッキに要求される金メッキ層の厚さにまで、置換型金メッキが行われる。その後、前記置換型金メッキ工程時に形成された空隙を塞ぐために還元型金メッキ処理を行われる。
【0023】
一方、前記露出されたボンディング用パッド部12上のメッキ原理を簡略に説明すると、次の通りである。
金属イオンを含有した溶液から金属を析出させる際、MX++X−→M0の電子移動が発生する。これらの化学的変化を引き起こす方法としては、還元剤を用いる自己触媒型無電解メッキ(還元メッキ)とイオン化傾向を用いる置換メッキがある。
まず、無電解ニッケルメッキは、ニッケル塩を含有した溶液から次亜リン酸塩などの還元剤によって化学的にニッケルを析出させることであり、メッキ液としてはニッケル塩、還元剤、錯化剤、安定剤及び湿潤剤などを含む。前処理工程が施されたプリント回路基板をPd、AuまたはPtのような触媒の中でメッキ液に浸漬すると、それぞれ下記反応式1及び下記反応式2のような主反応及び副反応が表面で発生する。
【0024】
【式1】
@001
【0025】
【式2】
@002
このように、触媒核を中心としてニッケルの触媒反応が起り、メッキが析出される。この際、副反応として、リン(P)が皮膜中に共析することになり、Ni−Pの非結晶性組織になる。
【0026】
一方、無電解ニッケルメッキ上に置換型金メッキが析出する場合の主反応は、下記反応式3で表わされる。
【0027】
【式3】
@003
即ち、金メッキ液中にニッケル及びリンがイオン状態で溶出され、逆にAu+は電子を受け入れて金属状態で陰極の表面に析出する反応である。
【0028】
一方、還元型無電解金メッキの原理は前述した無電解ニッケルメッキの場合と同一である。
従って、図7を参照すると、上述したソルダーマスク層剥離工程の完了後、露出したパッド部12上に、従来から知られた工程によって無電解ニッケルメッキ層14が形成される。この際、前記ニッケルメッキ層の厚さは約3〜5μmであることが好ましい。
その後、図8を参照すると、パッド部12上のニッケルメッキ層14の損傷を防止する金メッキ層15を形成するために、前記ニッケルメッキ層が形成されたプリント回路基板を十分な時間置換型無電解水溶性メッキ液に接触、浸漬させて所望の金メッキの厚さ、好ましくは0.3〜1.5μmに形成する。但し、当業者であれば、様々な工程条件の変化によって前記範囲未満または超過厚さのメッキ層を形成することも可能であるという点をは言うまでもない。
【0029】
一方、前記置換型メッキ液は、水溶性金化合物、有機酸、錯化剤、安定剤及び還元剤などを含むことができ、置換型金メッキ液に一般的に使用される組成であれば、特別な制限なく使用することができる。好ましくは、前記置換型メッキ液中の水溶性金化合物の濃度は3.6〜4.4g/Lであればよい。
この際、前記置換型メッキ液のpHは約4.5〜4.7であることが好ましく、前記置換型メッキ過程で要求される温度は約82〜88℃である。また、前記置換型無電解メッキ工程は約20〜30分間行われると良い。
さらに、図9を参照すると、前記置換型金メッキ時に発生する空隙を塞ぐために、前記置換型無電解メッキ層15の形成されたプリント回路基板を十分な時間還元型無電解水溶性メッキ液に接触、浸漬させて薄い厚さ、好ましくは0.05〜0.1μmに還元型金メッキ層16を形成する。
一方、前記還元型メッキ液は、水溶性金化合物、有機酸、錯化剤、安定剤及び還元剤などを含むことができ、一般的に用いられる還元型金メッキ液に使用される組成であれば、特別な制限なく使用することができる。好ましくは、前記還元型メッキ液中の水溶性金化合物の濃度は3.8〜4.2g/Lであることが良い。
【0030】
この際、前記還元型メッキ液のpHは約7.0〜7.8であることが好ましく、前記還元型メッキ過程で要求される温度は約55〜65℃である。また、前記置換型無電解メッキ工程は約2〜5分間行われることが良い。
【0031】
本発明に使用される水溶性金化合物としては亜硫酸金ナトリウムが代表的であるが、これのみには限定されない。
一方、本発明に係る置換型金メッキ工程及び還元型金メッキ工程は、同一の装備で連続的に行われる形態のインライン(in−line)方式、或いはまず置換型金メッキ工程を行った後、別途の設備または装置で還元型金メッキを行う形態の組合わせ方式で行われることができる。
より詳細には、前記インライン方式では、置換型金メッキ工程を済ませた後、これに使用された水溶性金メッキ液を回収し、1〜3回純水洗浄した後、還元型金メッキ液を用いて金メッキを行うことができる。
【0032】
前記組合わせ方式としては、(1)置換型金メッキ工程を済ませた後、これに使用された水溶性金メッキ液を回収し、1〜3回純水洗浄した後、水分を乾燥させ、還元型金メッキ液で金メッキを行う方法と、(2)置換型金メッキ工程を済ませた後、これに使用された水溶性金メッキ液を回収し、1〜3回純水洗浄した後、水分を乾燥させ、表面の汚染物を除去するためにジェットスクラビング処理(jet scrubbing)を行った後、再び純水洗浄し、還元型金メッキ液で金メッキを行う方法と、(3)置換型金メッキ工程を済ませた後、これに使用された水溶性金メッキ液を回収し、1〜3回純水洗浄した後、水分を乾燥させ、表面の汚染物を除去するためにプラズマクリーニング処理(plasma cleaning)を行った後、再び純水洗浄し、還元型金メッキ液で金メッキを行う方法がある。
【0033】
また、本発明によれば、最適の金メッキ層を形成するために、メッキ工程中に選択的に前処理過程を行うことができる。即ち、まず銅材質のパッド部に物理的な研磨を行って表面の異物を除去し、化学的に有機物を除去する。また、銅層の表面をエッチングさせた後、ニッケルメッキ層の形成に先立って選択的に触媒の役割をするパラジウムPdなどで処理することが好ましい。
【0034】
前述したように、本発明によれば、図11に示すように、置換型金メッキ後に還元方式で2次金メッキを行って、置換メッキ時に形成され得る空隙を塞ぐことにより、アセンブリ工程時に下地ニッケルが表面へ拡散することを防止することができるため、ワイヤボンディング引張強度などを一定の水準以上に維持させて無電解メッキ工程の信頼性を向上させることができる。
【0035】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、これらの実施例により本発明の範疇が限定されるものではない。
【0036】
下記実施例では、銅材質のパッド部を除いた部分にフォトソルダーマスク層が形成されたプリント回路基板を50℃で3分間浸漬し、脱脂剤80〜120mL/Lで脱脂し、酸化膜を除去し且つ銅表面を粗化するために酸洗及びエッチング工程を行った後、パラジウムを用いて触媒処理し、その後水洗し、無電解ニッケルメッキ液(NIMUDEN NPR−4, UYEMURA社)によって85℃で20分間メッキした。この際、パッド部上の無電解ニッケル層の厚さは約4.5μmであった。その後、ニッケル層の形成されたプリント回路基板を水洗した後、次のように前記ニッケル層上に金メッキ工程を行った。
【0037】
(実施例1)
前記活性化処理されたプリント回路基板をpH約4.5の置換型メッキ液(TSK−25、UYEMURA社)入りのメッキ液槽に約26分間浸漬し、前記プリント回路基板のニッケルメッキ層上に厚さ約0.5μmの置換型無電解金メッキ層を形成した。
その後、前記メッキ液槽で置換型メッキに使用された水溶性金メッキ液を回収し、前記メッキ液槽を1〜3回純水洗浄した後、95℃で1分間水分を乾燥させ、その後pH約7.5の還元型メッキ液(TSK−97,UYEMURA社)を前記メッキ液槽に入れ、そこに前記置換型金メッキ液で処理されたプリント回路基板を約4分間浸漬して前記プリント回路基板の置換型金メッキ層上に厚さ約0.07μmの還元型無電解金メッキ層をさらに形成した。
次に、前記メッキ工程後に水洗し、80℃で15分間乾燥させ、プリント回路基板の金メッキ層を得た。こうして得たプリント回路基板の金メッキ層の表面を5000倍拡大したSEM写真を図12に示す。
(比較例1)
前記活性化処理されたプリント回路基板をpH約4.5の置換型メッキ液(TSK−25,UYEMURA社)入りのメッキ液槽に約50分間浸漬し、前記プリント回路基板のニッケルメッキ層上に厚さ約0.7μmの置換型無電解金メッキ層を形成した。
前記メッキ工程後に水洗し、95℃で1分間乾燥させ、プリント回路基板の金メッキ層を得た。こうして得たプリント回路基板の金メッキ層の表面を5000倍拡大したSEM写真を図13に示す。
図12及び図13に示すように、本発明によって置換型金メッキを行った後、還元型金メッキを行って得た金メッキ層は、従来の技術によって置換型金メッキのみを行って得た金メッキ層から空隙が発見されたこととは異なり、空隙が発生しないことが分る。
本発明の単純な変形乃至変更は、全て本発明の領域に属するもので、本発明の具体的な保護範囲は特許請求の範囲によって明らかになる。
【0038】
【発明の効果】
前述したように、本発明によれば、置換型金メッキ後に還元方式で2次金メッキを行って置換メッキ時の空隙を塞ぐことにより、アセンブリ工程における下地ニッケルの表面拡散を防止することができるため、ワイヤボンディング引張強度の低下など無電解メッキの信頼性低下を解決することができる。また、包装容器内に湿気など水分が残存する場合に金属の拡散が加速することからみて、空隙問題を解決することにより、長期間保管時に吸湿などによる下地金属(ニッケル)の拡散を防止することができるので、製品保管期間の延長を可能にする間接効果が発生して製品の信頼性を保障する有効期間を延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の技術に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図2】従来の技術に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図3】従来の技術に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図4】従来の技術に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図5】本発明に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図6】本発明に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図7】本発明に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図8】本発明に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図9】本発明に係るプリント回路基板のメッキ工程を概略的に示す断面図である。
【図10】従来の技術によってメッキされたプリント回路基板の金メッキ層表面に空隙が発生した状態を概略的に示す図である。
【図11】本発明によってメッキされたプリント回路基板の金メッキ層表面を概略的に示す図である。
【図12】本発明の実施例1によってメッキされたプリント回路基板の金メッキ層表面の微細構造を5000倍拡大して示すSEM写真である。
【図13】本発明の比較例1によってメッキされたプリント回路基板の金メッキ層表面の微細構造を5000倍拡大して示すSEM写真である。
【符号の説明】
1、11 基板
2、12 パッド部
3、13 ソルダーマスク層
4、14 ニッケルメッキ層
5、15 置換型金メッキ層
16 還元型金メッキ層
Claims (18)
- ボンディング用パッド部(12)を含み、一定の回路パターンが形成されたプリント回路基板を提供する段階と、
該ボンディング用パッド部を除いた部分にマスク層(1)を形成する段階と、
該ボンディング用パッド部上にニッケルメッキ層(14)を形成する段階と、
該ニッケルメッキ層上に水溶性金化合物を含む置換型水溶性メッキ液を接触させて置換型無電解金メッキ層(15)を形成する段階と、
前記置換型金メッキ層上に水溶性金化合物を含む還元型水溶性メッキ液を接触させて還元型無電解金メッキ層(16)を形成する段階と、を含むことを特徴とするプリント回路基板のメッキ方法。 - 前記置換型水溶性メッキ液は有機酸、錯化剤、安定剤及び還元剤をさらに含むことを特徴とする請求項1記載のプリント回路基板のメッキ方法。
- 前記還元型水溶性メッキ液は有機酸、錯化剤、安定剤及び還元剤をさらに含むことを特徴とする請求項1記載のプリント回路基板のメッキ方法。
- 前記置換型無電解メッキによって形成された金メッキ層(15)の厚さは0.3〜1.5μmであることを特徴とする請求項1記載のプリント回路基板のメッキ方法。
- 前記還元型無電解メッキによって形成された金メッキ層(16)の厚さは0.05〜0.1μmであることを特徴とする請求項1記載のプリント回路基板のメッキ方法。
- 前記水溶性金化合物は亜硫酸金ナトリウムであることを特徴とする請求項1記載のプリント回路基板のメッキ方法。
- 前記置換型無電解水溶性メッキ液中の水溶性金化合物の濃度は3.6〜4.4g/Lであることを特徴とする請求項1記載のプリント回路基板のメッキ方法。
- 前記還元型無電解水溶性メッキ液中の水溶性金化合物の濃度は3.8〜4.2g/Lであることを特徴とする請求項1記載のプリント回路基板のメッキ方法。
- 前記置換型無電解水溶性メッキ液のpHは4.5〜4.7であることを特徴とする請求項1記載のプリント回路基板のメッキ方法。
- 前記還元型無電解水溶性メッキ液のpHは7.0〜7.8であることを特徴とする請求項1記載のプリント回路基板のメッキ方法。
- 前記置換型無電解水溶性メッキ液の温度は82〜88℃であることを特徴とする請求項1記載のプリント回路基板のメッキ方法。
- 前記還元型無電解水溶性メッキ液の温度は55〜65℃であることを特徴とする請求項1記載のプリント回路基板のメッキ方法。
- 前記置換型金メッキ層上に水溶性金化合物を含む還元型水溶性メッキ液を接触させて還元型無電解金メッキ層を形成する段階が20〜30分間行われることを特徴とする請求項1記載のプリント回路基板のメッキ方法。
- 前記ニッケルメッキ層上に水溶性金化合物を含む置換型水溶性メッキ液を接触させて置換型無電解金メッキ層を形成する段階が2〜5分間行われることを特徴とする請求項1記載のプリント回路基板のメッキ方法。
- 前記置換型金メッキ層上に水溶性金化合物を含む還元型水溶性メッキ液を接触させて還元型無電解金メッキ層を形成する段階及び前記ニッケルメッキ層上に水溶性金化合物を含む置換型水溶性メッキ液を接触させて置換型無電解金メッキ層を形成する段階はインライン方式によって同一の装備で連続的に行われることを特徴とする請求項1記載のプリント回路基板のメッキ方法。
- 前記置換型金メッキ層上に水溶性金化合物を含む還元型水溶性メッキ液を接触させて還元型無電解金メッキ層を形成する段階及び前記ニッケルメッキ層上に水溶性金化合物を含む置換型水溶性メッキ液を接触させて置換型無電解金メッキ層を形成する段階は組合わせ方式によって別途の設備または装置で個別的に行われることを特徴とする請求項1記載のプリント回路基板のメッキ方法。
- 前記ニッケルメッキ層の厚さは3〜5μmであることを特徴とする請求項1記載のプリント回路基板のメッキ方法。
- 請求項1乃至17のいずれかの方法によってメッキされたことを特徴とするプリント回路基板。
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