JPH03287780A - 無電解銅めっき浴 - Google Patents

無電解銅めっき浴

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JPH03287780A
JPH03287780A JP8957590A JP8957590A JPH03287780A JP H03287780 A JPH03287780 A JP H03287780A JP 8957590 A JP8957590 A JP 8957590A JP 8957590 A JP8957590 A JP 8957590A JP H03287780 A JPH03287780 A JP H03287780A
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copper
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electroless copper
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Fusayoshi Miura
房美 三浦
Kenichi Suzuki
憲一 鈴木
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、無電解銅めっき浴に関し、さらに詳しくは、
弱酸〜弱アルカリ性の中性点近傍のpH域でめっき可能
な無電解銅めっき浴に関するものである。
〔従来技術およびその問題点〕
従来より、無電解銅めっき浴として、錯化剤にEDTA
 (エチレンジアミン4酢酸)を、還元剤としてHCH
○(ホルムアルデヒド)を用いるアルカリ浴(pH12
,5前後)か一般に用いられている。しかしなから、こ
の従来浴は高アルカリ浴であるため、Aβ、Zn系等の
耐アルカリ性の低い金属材料や、ポリイミド、ポジ形フ
ォトレジスト等の耐アルカリ性の低い樹脂材料上への直
接めっきか困難とされていた。
これら高アルカリ浴の欠点を解決する方法として、還元
剤にジメチルアミンポラン(DMAB)等のアミンホラ
ン系の化合物を用いることによりアルカリに敏感な基板
の無電解めっきを可能にした「無電解銅めっき浴」 (
特開平1−242781号公報)か提案されている。し
かしなから、この浴は、還元力の大きなアミンポラン系
化合物を用いるため非常に不安定な浴であり、錯化剤と
してEDTAとアルカノールアミンとを微妙な混合割合
で使用しないとめっき浴か分解し易いため実用に供する
ことか難しく°、また該浴で用いられているアミンボラ
ン系の還元剤は著しく高価であるという問題かあった。
さらに、該浴でのめっき処理により得られる皮膜は、硼
素(B)を含むため、硬い、脆い、電気抵抗か大きいな
どの問題かあった。
また、前記アルカリ浴の欠点を解決する他の方法として
、還元剤に次亜リン酸塩を、錯化剤としてビロリン酸を
用いることにより、臭いや毒性の強いホルムアルデヒド
を用いることなく低コストにて無電解銅メツキを行う「
無電解銅メツキ方法」 (特開平1−180986号公
報)が提案されている。しかしながら、このめっき浴を
用いてめっき処理して得られる皮膜は、リン(P)を共
析しており、B系還元剤を使用した前記方法と同様の問
題点を有し、しかもめっき速度が極めて小さいという問
題点かあった。
そこで、本発明者らは、上述の如き従来技術の問題点を
解決すべ(鋭意研究し、各種の系統的実験を重ねた結果
、本発明を成すに至ったものである。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、耐アルカリ性の低い材料でも密着性に
優れた柔軟な皮膜を形成することができる無電解銅めっ
き浴を提供することにある。
本発明者らは、上述の従来技術の問題に関し、以下のこ
とに着眼した。すなわち、先ず前記従来技術を耐アルカ
リ性の低い材料の無電解銅めっきに適用した場合の問題
点について検討した。
この場合、先ず第1に、還元剤の種類が不適切である。
すなわち、前記従来技術では還元剤としてホルムアルデ
ヒド等のアルデヒド類が開示されているが、該アルデヒ
ド類は高アルカリ性でのみ十分な還元力を発揮できる還
元剤であり、耐アルカリ性の低い材料に適用した場合に
は該材料を腐食あるいは変質劣化させるために不適切で
ある。
また、他の還元剤としてCu以外の物質、例えばBを共
析するジメチルアミンボラン等のボラン類およびPを共
析する次亜リン酸塩を用いためっき浴が開示されている
が、この場合には該還元剤により生成するCu皮膜は硬
く、かつ脆いので不適切である。
第2に、錯化剤の種類か不適切である。すなわち、前記
従来技術の高アルカリ浴で開示されたEDTA (エチ
レンジアミン4酢酸)は、錯化力が中性域で大きすぎる
ため、中性点近傍の1)H域てCu−錯イオンを還元す
ることが困難である。
第3に、めっき浴のpHが不適切である。すなわち、耐
アルカリ性の低い材料を従来の高アルカリ性浴てめっき
した場合は、被処理材料処理の腐食や変質、劣化によっ
て密着力のあるCu皮膜を得ることかできない。
そこで、これら従来技術の問題を克服する無電解銅めっ
き浴として、(a)中性点近傍のpH域で還元力を発揮
し、しかもCu以外の物質を共析しない還元剤を用いる
こと、(b)中性点近傍のpH域でCuをCu−錯イオ
ンとして安定的に溶存でき、しかも上記(a)の条件を
満足する還元剤の存在下で安定的にCuを析出できる錯
化剤を用いること、((J耐アルカリ性の低い材料上へ
のCu皮膜か高い密着力を確保できるpHであること、
の三条性を満足する無電解銅めっき浴の構成とすること
に着目した。
そして本発明者らは、この還元剤としてヒドラジン類を
、錯化剤としてキレート化性アミンを用いてpH6〜1
0の無電解銅めっき浴を構成することにより、安定性に
優れるとともに、耐アルカリ性の低い材料でも密着性に
優れた柔軟な銅皮膜を形成することかできる無電解銅め
っき浴を実現するに至った。
〔第1発明の説明〕 第1発明の構成 本第1発明の無電解銅めっき浴は、銅−錯イオンを供給
する銅化合物と還元剤と銅イオンの錯形成剤とからなる
無電解銅めっき浴において、還元剤としてのヒドラジン
類と、銅イオンの錯形成剤としてのキレート化性アミン
とから成り、浴のpHか6以上10以下である。
第1発明の作用および効果 本第1発明の無電解銅めっき浴は、耐アルカリ性の低い
材料でも密着性に優れた柔軟な皮膜を形成することがで
きる。
本第1発明の無電解銅めっき浴が上述の如き効果を発揮
するメカニズムについては未だ必ずしも明らかではない
が、次のように考えられる。
すなわち、本第1発明の無電解銅めっき浴は、還元剤と
して、ヒドラジン類を採用した。このヒドラジン類の還
元作用は、pHが大きい(アルカリ)程大きくなる。し
かしながら、めっき浴の分解反応もこれに伴って増大す
る。本発明者らは、このヒドラジン類について鋭意研究
し、系統的実験を行った結果、ヒドラジン類を還元剤と
して用いた場合のめっき浴の適正なpHの範囲がpH6
〜pH10の範囲であることを見出した。一方、該めっ
き浴は、反応に従って酸性化するが、錯化剤として含ま
れているキレート化性アミンを銅イオンの錯形成剤とし
てのみならず、該酸性化に対しては適正なpH域に抑制
する緩衝剤として働かせることにより、ヒドラジン類が
還元剤として働(設定したpH6〜pH10のpHに維
持することができ、ヒドラジン類の還元力を十分に発揮
できたものと考えられる。すなわち、キレート化性アミ
ンはCu2+と中性点近傍のpH域で安定なCU−錯イ
オンを形成するとともにpH6〜pH10の安定なp)
(域に保ち、しかもヒドラジン類の十分な還元作用によ
り中性点近傍のpH域で安定的にCuイオンを析出させ
ているためと考えられる。従って、耐アルカリ性の低い
材料へめっきを行う場合、材料の腐食および化学的変質
を受ける前にCu皮膜を被覆でき、密着性を確保できる
ものと考えられる。
また、ヒドラジン類は、分子内にP、Bのような銅皮膜
性能阻害元素を含まないので、析出Cu皮膜中にこれら
性能阻害元素を共析する虞が無く、さらに該析出Cu皮
膜は柔軟な性質を発揮することかできる。
従って、耐アルカリ性の低い材料でも密着性に優れた柔
軟な皮膜を形成することが可能になるものと思われる。
〔第2発明の説明〕 以下に、第2発明として、本第1発明をより具体化した
発明を説明する。
本第2発明において、銅化合物は、めっき皮膜を形成す
るための主材としての銅イオン供給物質てあり、Cu”
−錯イオンを供給する物質である。
具体的には、硫酸銅(Cu S O4、Cu S 04
5H20)’P、塩化第2銅(CuCA2、CuCf2
−2H20) 、硝酸銅(Cu N O2、(: u 
N O2・3H20)、水酸化銅(Cu (OH) 2
)等の2価のCu (II)化合物を使用することがで
きる。この中ても、該物質として硫酸銅(CuSO4)
である場合は、腐食性の大きいハロゲンイオンである塩
素イオンを含まないので好ましい。
銅化合物の銅イオン濃度は、0.02〜0.4モル程度
が好ましい。0.02モル未満ては、めっき速度か遅く
、また0、4モルを超えるとめっき浴が不安定になり好
ましくない。なお、該銅イオン濃度か0.04〜0.1
モルである場合には、めっき速度を速く、かつ、めっき
浴をより安定に保ことができるので、より好ましい。
次に、ヒドラジン類は、ヒドラジン(N、H,)単体の
ほか、抱水ヒドラジン((N2 H,・N20)、塩酸
ヒドラジン(N2H−・28 Cl ) 、硫酸ヒドラ
ジン(N2H,・H2S O4)を用いることかできる
。また、メチルヒドラジン、フェニルヒドラジン等のヒ
ドラジンモノ置換体およびこれらの塩を使用することか
できる。これらのうち、メチルヒドラジン等のヒドラジ
ンモノ置換体を還元剤とした場合にはめっき速度を大き
くてき有利であり、また抱水ヒドラジンや硫酸ヒドラジ
ンを用いた場合は経済的であり好ましい。
以下の説明において、このヒドラジン類は、代表として
ヒドラジンにより説明する。
ヒドラジンの酸化反応は、 N2H,+40H−=  N2 +4820+4 eE
o =   0.31 0.06pHて示されるように
、1モルにつき4電子を放出てきる。従って、ヒドラジ
ンのめっき浴中の必要濃度は、還元の化学当量であるC
u’+錯イオンの1/2近くが好ましい。なお、該ヒド
ラジン濃度は、Cu2+錯イオン濃度の1/1o未満で
はめっき速度が低下して好ましくなく、またCu2“錯
イオン濃度の2倍を超えるとめっき浴が不安定になり好
ましくない。
次に、キレート化性アミンは、エチレンジアミン、ジエ
チレントリアミン、トリエチレンテトラミン、トリアミ
ノトリエチルアミン、テトラエチレンペンタミン、ペン
タエチレンへ午サミン、等の少なくとも2個以上の窒素
(N)を持つポリアミンの少なくとも一種以上である。
さらに、これらに置換基を持つN−メチルジアミン、N
−エチルエチレンジアミン等のこれらの誘導体の少なく
とも一種以上である場合は、めっき速度が向上するので
好ましい。なお、このうち、エチレンジアミンは安価で
あり、経済的に最も好ましいものである。
これらキレート化性アミンの必要濃度は、アミンの種類
にもよるが、Cu2+−錯イオンのモル数の2〜25倍
が良い。キレート化性アミンの濃度かCu2“−錯イオ
ンのモル数の2倍未満である場合は、めっき浴は著しく
不安定となり、好ましくなく25倍を超えるとめっき浴
は過度に安定になりすぎめっき速度が低下して好ましく
ない。なお、該濃度がCu”−錯イオンのモル数の8〜
16倍である場合には、より好ましい。
また、浴のpHは、6〜10である。これは、pHが6
未満の場合はヒドラジンの還元力が小さくなるため好ま
しくなく、また該pHか10を超えた場合は浴が不安定
になり好ましくない。なお、このpHが6〜10という
条件は、kl、Zn系合金の腐食性をできるだけ少なく
し、耐アルカリ性の低い有機材料の変質劣化を防ぐ観点
からも好都合である。また、特に該浴のpHを8〜9と
した場合には、ヒドラジンの還元力を十分にできるとと
もに浴の安定性を良好なものとすることがてきるので、
特に好ましい。
該pHの調整は、キレート化性アミンがpH6〜10の
範囲で緩衝作用を示すため、該キレート化性アミンの濃
度や添加量を変えることによりできるが、さらに、HC
j’ 、 H2S O4、CH,C0OH等の酸とNa
0HSKOH等のアルカリを用いてpHの調整を行うこ
とかできる。なお、アンモニア(NH,)や有機酸を用
いてこのpHの調整をする場合には、該NH,や有機酸
か錯化剤として働き、錯交定性を変化させ、めっき速度
が変化することがある。さらに、有機酸、有機酸塩をp
H緩衝剤として適量加えてもよい。
本第2発明の無電解銅めっき浴は、前記Cu”−錯イオ
ン供給のためのCu化合物と、キレート化性アミン、お
よびヒドラジン類の3種類の物質を必須要素として構成
してなる。さらに、めっき・速度を増加させるために、
トリエタノールアミン、クアドール等のアルカノールア
ミン、イミダゾール等の含窒素化合物およびアンモニア
や(NH4)2S04等のアンモニウム塩を適量加えて
もよい。
さらに、従来の無電解Cuめっき浴て用いられているよ
うな界面活性剤(ポリエチレングリコール、アルキルア
ミン系非イオン界面活性剤、ラウリル硫酸ナトリウム等
)や含窒素環状化合物(α。
α ビビルジル、1,10フエナントロリン、キノリン
)等の微量添加が、めっき不良の低減およびめっき膜の
機械的性質向上のために好ましい。
めっき浴の温度は、てきるたけ高く、70°C以上で行
うのかめっき速度向上の点から好ましい。
本第2発明により、無電解銅めっき浴をpH6〜10の
弱酸性〜弱アルカリ性とすることかできるので、ACZ
n系材料や耐アルカリ性の低い樹脂材料へ密着性に優れ
ためっき皮膜を形成することかできる。しかも、該めっ
き皮膜は、該めっきを施した材料を曲げてもクラック等
がはいることか極めて少なく、大変柔軟性を有している
また、該めっき浴を用いて処理した場合、皮膜中にBや
Pの共析かないのて、柔軟性に富み、低抵抗率と電気導
電性に優れたCu皮膜を得ることができる。
また、本めっき浴は、従来のホルマリンを含むアルカリ
浴の有していた問題である臭気がほとんど無く、中性点
近傍のpH域のpHであるため、誤って人体に触れた場
合でも毒性が低く安全である。
また、本めっき浴は、還元剤としてジメチルアミンボラ
ンのような高価な物質を用いる必要がないので、低コス
トで中性点近傍のpH域での無電解銅めっきを行うこと
かできる。
また、使い捨ての2液スプレータイプのめつき方法とは
異なり、−液タイプの浸漬タイプの連続浴とすることか
できるので経済的であり、工程を簡略化することができ
る。さらに、本発明の浴は、一つの浴で大気開放状態で
行う浸漬法によって安定的に連続的にめっき処理を行う
ことができるという利点を有する。
また、Cu”イオンの不均化反応を利用した2液タイプ
の浴に比べて溶液濃度を低くすることができるので、経
済的である。すなわち、本発明では、Cu ”!オンか
らの直接還元反応を利用しているため、極端にCu”イ
オン濃度を濃くしてめっきを行う必要がなく経済的であ
る。
〔実施例〕
以下、本発明の詳細な説明する。
実施例l Cu5Oa・5H20とN2H4−H2SO,および錯
化剤を、第1表に示す条件にて浴温か95°Cの本実施
例にかかる無電解銅めっき浴を用意した(試料番号1〜
11)。
次に、このめっき浴の性能評価試験を行った。
先ず、大きさ30mmX 20mm、厚さ2mmのガラ
スエポキシ基板を常法にて化学エツチングをした後、市
販のPd−3nコロイド触媒(シラプレー、ファーイー
スト社製)を吸着させ、さらに上記ガラス、エポキシ基
板を常法で活性化処理することにより、被試験材料を用
意した。
次いて、この被試験材料を前記めっき浴中に浸漬し、第
1表に示す処理条件にてめっき処理を施したところ、試
料番号1〜11のめっき浴は、ともに安定的にめっきを
施すことかできた。所定時間経過後、めっき浴より被試
験材料を取り出したところ、本被試験材料は何れも基板
上に均一で平滑なCuめっき皮膜が形成されていた。ま
た、このめっき皮膜をX線回折試験により物質の同定を
したところ、Cu2O等のCu以外の回折線は観測され
ず、純粋なCu皮膜であることか確認された。
なお、比較のために、錯化剤として第2表に示すものを
用いたほかは、本実施例1と同様にして比較用めっき液
を作成しく試料番号Cl−C6)、同様に被試験材料に
めっき処理を施し、該被試験材料の性能評価試験を行っ
た。その結果、試料番号01〜C3ては、めっき浴は著
しく不安定て建浴直後に室温で急激に分解し、Cu2O
を主成分とする沈澱か大量に生成し、めっきを行うこと
かできなかった。また、従来技術の高アルカリ−ホルム
アルデヒド浴で用いられているEDTAを錯化剤とした
試料番号C4では、めっき速度が著しく遅く、はとんど
めっきは生成しなかった。さらに、pHか本発明の範囲
外である比較用めっき浴ては、試料番号C5ではめっき
速度か非常に小さく、試料番号C6ではめっき浴が不安
定となり液内のあちこちでCuの析出が起こり分解して
しまった。
以上より明らかの如く、本実施例のめつき浴は、還元剤
として高価なアミンボラン類を用いることなく安価なヒ
ドラジンを用いることにより、密着性に優れた良質の柔
軟性に優れたCuめつき皮膜が得られていることか分る
実施例2 CuSOa・5H20とN2H4および第2表に示す錯
化剤を第2表に示す組成比で混合し、pHが9、浴温が
95°Cの本実施例にかかる無電解銅めっき浴を用意し
た(試料番号12〜25)。
次に、このめっき浴の性能評価試験を行った。
先ず、大きさ30X20mm、厚さ0.3+nn+の銅
板を被試験材料として用意した。
次いで、この被試験材料を前記めっき浴中に浸漬し、第
2表に示す処理条件にてめっき処理を施した。所定時間
経過後、めっき浴より被試験材料を取り出したところ、
本被試験材料は何れも基板上に均一で平滑なCuめっき
皮膜か形成されていた。また、このめっき皮膜をX線回
折試験により物質の同定をしたところ、Cu2O等のC
u以外の回折線は観測されず、純粋なCu皮膜であるこ
とか確認された。さらに、得られた銅皮膜の柔軟性を9
0°曲げ試験により、目視て調べたところ大きなりラッ
クは観測されなかった。
なお、試料番号20では、めっき浴は分解し、めっきを
行うことができなかった。これは、錯化剤の濃度かCu
2+錯イオンのモル数の2倍未満であるためと考えられ
る。また、試料番号21ではめっき速度は著しく低下し
た。これは、錯化剤の濃度かCu ”錯イオンのモル数
の25倍を超え、浴が安定化しすぎたためと考えられる
。さらに、試料番号22では、めっき速度か著しく低下
したこれは、ヒドラジンの濃度か銅錯イオンの1/10
未満であるためと考えられる。また、試料番号23では
、めっき浴かやや不安定となった。これは、ヒドラジン
の濃度か銅錯イオンの2倍を越えたためと考えられる。
また、試料番号24ではめっき速度かやや小さく、試料
番号25ではめっき浴はやや不安定となった。
以上より、本実施例では、銅錯イオンの濃度が0.02
〜0.4モル、キレート化性アミンの濃度が該銅錯イオ
ンの2〜25倍であり、かつヒドラジン類の濃度が銅錯
イオンのl/10〜2倍であることが好ましいことが分
る。
実施例3 第3表に示す銅化合物0.04モル、ヒドラジン類0.
04モルおよびキレート化性アミンを、同表に示す組成
比で混合し、浴温が95°Cの本実施例にかかる無電解
銅めっき浴を用意した(試料番号26〜33)。
次に、このめっき浴の性能評価試験を行った。
先ず、実施例2と同様に被試験材料を用意し、次いで、
該被試験材料を前記めっき洛中に浸漬し、同様の処理条
件にてめっき処理を施した。
所定時間経過後、めっき浴より被試験材料を取り出した
ところ、本被試験材料は何れも基板上に均一で平滑なC
uめっき皮膜が形成されていた。
また、このめっき皮膜をX線回折試験により物質の同定
をしたところ、Cu2O等のCu以外の回折線は観測さ
れず、純粋なCu皮膜であることか確認された。さらに
、得られた銅皮膜の柔軟性を90°曲げ試験により、目
視で調へたところ、クラックは観測されなかった。
第4表より明らかのごとく、本実施例では、還元剤とし
て抱水ヒドラジン(N2H4・N20)、塩酸ヒドラジ
ン(N2H4・28CIり硫酸ヒドラジン(N2H4・
H2S04)、メチルヒドラジン硫酸塩等の何れのヒド
ラジンを用いても同様に密着性に優れた良質の柔軟性に
優れたCuめつき皮膜か得られていることが分る。
また、主錯化剤のキレート化性アミン(エチレンジアミ
ン)に、さらに(NH,)2SO,、イミダゾール、ク
アドール、トリエタノールアミンを適量添加することに
より、めっき速度を向上できることが分る。
また、銅化合物として、Cu CI! !、(: u 
S O4、Cu N O3等のものを用いても同様に密
着性に優れた良質の柔軟性に優れたCuめつき皮膜が得
られていることか分る。
実施例4 CuSO4・5H20を0.12モルとN2H,・H2
SO4を0.04モル、およびグアドール0.06モル
とエチレンジアミン0.96モルとを混合し、pHか9
、浴温か90°Cの本実施例にかかる無電解銅めっき浴
を用意した。
次に、このめっき浴の性能評価試験を行った。
先ず、大きさ50X50mm、厚さ1mmの純AA製の
板(AIloo)を用意し、2X2mm口のめっき面を
形成し、それ以外はマスキング樹脂で被覆して被試験材
料とした。
次いて、この被試験材料をN1−P無電解めっきを0.
5μm形成した後、前記めっき浴中に浸漬してめっきを
1時間施した。次いて、得られためっき面にはんだ食わ
れ防止のためにN1−Pめっきを薄く施した後、Snめ
っきCu線を介してはんだ付けを行い、ピーリングテス
ターによって密着強度を測定した。その結果、8 kg
/2mm口以上の値が得られ、破壊箇所ははんだ部であ
った。
比較−のために、還元剤としてホルムアルデヒドを0.
08モル、錯化剤としてEDTAを0.08モル、Cu
”−イオン供給化合物としてCu S Oa・5H70
を0.04モルを用いて比較用のアルカリ性無電解銅め
っき浴(pH12,6、浴温60”C)を用意した。次
いで、前記と同様に性能評価試験を試みたが、薄いNi
膜のピンホールを通じてAI!が激しく腐食され、めっ
き皮膜のふくれや欠陥が生じ、密着力はほとんどなく、
密着強度試験に供することができなかった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)銅−錯イオンを供給する銅化合物と還元剤と銅イ
    オンの錯形成剤とからなる無電解銅めっき浴において、
    還元剤としてのヒドラジン類と、銅イオンの錯形成剤と
    してのキレート化性アミンとから成り、浴のpHが6以
    上10以下である無電解銅めっき浴。
JP8957590A 1990-04-04 1990-04-04 無電解銅めっき浴 Pending JPH03287780A (ja)

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