JPS6250476A - ニツケル−ホウ素合金めつき方法 - Google Patents

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） 本発明はニッケル−ホウ素合金めっき方法に関するもの
である。

（従来技術及びその問題点） 従来のニッケル−ホウ素合金めっきは、専ら無電解めっ
きによって行われている。しかしながらこの無電解めっ
きは、１μｍ程度の膜厚を得るのに１０分前後の長時間
のめっき時間を要する。したがって、例えば半導体装置
に用いるリードフレーム等の長尺物に、金、銀等の電解
めっきとニッケル−ホウ素合金の無電解めっきとを含む
めっきを、同一めっきラインで連続的に施すことは、電
解めっきが短時間で済むのに対し、無電解めっきは上記
のように長時間を要するから、この両者の差が大きすぎ
ることおよび、無電解めっき浴が不安定で浴寿命が短い
ことから事実上不可能であった。

このようなニッケル−ホウ素合金めっきと、金あるいは
銀等の電解めっきとが必要になった背景を、リードフレ
ームについて説明する。

樹脂封止型半導体装置の組立工程例は次のようになる。

■リードフレームのステージ部、内部リード部に、金あ
るいは銀めっき層を部分電解めっきにより形成する。

■ステージ部に半導体素子を金−シリコン共晶合金等に
よって固定する。

■半導体素子と内部リード部とのワイヤーボンディング
を行う。

■半導体素子搭載部を含む樹脂封止領域を樹脂モールド
する。

■外部リード部に、錫あるいははんだめっき、またはは
んだ浸漬処理を施す。

以上の各工程で■の、外部リード部への、錫あるいはは
んだめっき、またははんだ浸漬処理を行う工程が技術的
に問題となる。

すなわち、錫あるいははんだめっきによる、めっき処理
を行う場合にあっては、当然に、前処理液やめっき液に
浸漬されるウェットプロセスを経ることから、湿気によ
り半導体素子の信頼性が低下する問題点がある。

またはんだ浸漬処理を行う場合には、半導体素子固定時
およびワイヤーポンディング時等の熱履歴により、外部
リード部に生じた金属酸化膜を除去する必要があるため
、ハロゲン価の高いフラックスを使用する必要がある。

この際に発生するハロゲンイオンにより、半導体素子の
アルミニウム等による配線回路が損傷するおそれがあり
、やはり半導体素子の信頼性を低下させる問題点がある
。

上記の問題点に対処すべく、リードフレームにあらかじ
め、錫またははんだ皮膜を形成してお（方法が提案され
ている。しかし、この方法によるときは、これらの皮膜
が融解しないよう以後の半導体素子固定時、ワイヤーポ
ンディング時および樹脂モールド時における熱履歴が最
高でも２００℃以下に抑える。それでもこの熱過程にお
いて錫あるいははんだ皮膜が変色（酸化）し、製品のは
んだ付は性を低下させる問題点がある。

発明者は、上記の種々の問題点に鑑み鋭意検討を重ねた
結果、ニッケル−ホウ素合金めっき皮膜が、耐熱性、は
んだ付は性に優れることに着目し、あらかじめ、リード
フレームの少なくとも外部リード部にニッケル−ホウ素
合金めっき皮膜を施しておくことによって、湿気、フラ
ックスさらには組立時の２００°Ｃ以下という温度制限
等上記の問題点がすべて解消されることを見出した。

しかるに従来においては、このニッケル−ホウ素合金め
っきは無電解によるものしか行われておらず、前述の製
造上の問題点が惹起されるに至ったのである。

（発明の概要） 本発明は前述の製造上の問題点を解消すべくなされたも
のであり、その目的とするところは２、必要な金、銀等
の電解めっきと同一のめっきライン上で、ニッケル−ホ
ウ素合金めっきを行うことのできるニッケル−ホウ素合
金めっき方法を提供するにある。

しかして、その特徴は、ニッケル塩と錯化剤としてクエ
ン酸、マロン酸、酒石酸等の有機酸またはその塩を含む
溶液に還元剤として水素化ホウ素化合物を添加した無電
解ニッケルめっき液を用い、無電解めっき反応がわずか
に起こるかまたは全く起こらない温度条件下で電解めっ
きを行うところにある。

（作用） 水素化ホウ素化合物はニッケルイオンの強力な還元剤と
して作用する。通常の無電解めっきにおいては、比較的
高温条件下で水素化ホウ素化合物が触媒活性を有する被
めっき面において自己分解すると同時に、ニッケルイオ
ンを還元し、金属ニッケルとして素材上に析出させる。

また、その際に、微量ながら、ホウ素が金属ニッケル中
に取り込まれ、ニッケル−ホウ素合金としてのめつき皮
膜が形成されるのである。このニッケル−ホウ素合金皮
膜は、単なるニッケル皮膜に比して、格段に優れた耐熱
安定性、はんだ付は性を有する。

本発明においては、浴温を、無電解めっき反応がわずか
に起こるかまたは全く起こらない温度条件である、５０
℃前後の低温条件に設定し、この状態の下に電解めっき
処理を行うのである。すると非電解条件下では金属膜の
析出が起こらないものが、この通電により金属ニッケル
膜の析出が起こり、同時に微量のホウ素が共析すること
が確認された。この場合電流密度がＩＡ／ｄｒ！前後の
低電流密度で良好な金属膜の析出が得られた。これは、
通電により、ニッケルの析出が起こると同時にめっき面
の電位が無電解による金属析出反応が同時に進行するレ
ベルにまで到達したためと考えられる。

このようにして、得られた金属皮膜は、純粋なニッケル
皮膜ではなく、従来の無電解ニッケル−ホウ素合金めっ
き皮膜に匹敵する優れた耐熱性、はんだ付は性を有する
ことが確認され、無電解めっきの欠点である浴の不安定
さおよび短寿命という問題が解決された。

すなわち、従来の単なる無電解めっきによるときと比し
て、浴温を一定の低温にコントロールしさえすれば水素
化ホウ素化合物の自己分解を抑制でき、大部分は通電量
に比例して消費されるだけであるため無電解めっきの場
合に考慮しなければならない浴組成の制御条件等を無視
でき、通常の金、銀めっき浴の場合の金、銀と同様に消
費量に応じて補充をすることができる。これによって、
ニッケル−ホウ素合金めっきを通常の電解めっきライン
に組み込むことを可能とした。

水素化ホウ素化合物は、水素化ホウ素カリウムＫＢＩ＋
、　、水素化ホウ素ナトリウムＮａＢＨ（ｃ等のホウ素
化合物、メチルアミンボランＣＨｊＮ　Ｈ，Ｂ　Ｉ＋、
、エチルアミンボラン（Ｃ２Ｈ，）　ＮＨ，ＢＨ，、ジ
メチルアミンボラン（Ｃ）Ｉ、　）、ＮＨＢＩＩ、　、
ジエチルアミンボラン（Ｃ２Ｈ，）２ＮＨＢＨ，、）ジ
メチルアミンボラン（ＣＩｌＪ）。

ＮＢＨ，、トリエチルアミンボラン（Ｃ７Ｈ，）、　Ｎ
ＢＩＩよ、メ等のアミン付加形水素化ホウ素化合物が用
いうる。

なお４０℃〜６０℃程度の低浴温で用いるには、ジメチ
ルアミンボラン（ＣＩ＋、　）、ＮＨＢＦＩ、　　が適
当である。

また、上記メチル基、エチル基以外としては、プロピル
基付加形の水素化ホウ素化合物を用いることもできる。

なお、発明者は、通常の電解ニッケルめっき浴である、
ワットニッケルめっき浴あるいはスルファミンニッケル
めっき浴に、上記の還元剤たるアミン付加形水素化ホウ
素化合物を添加して、低温かつ通電条件下で、やはりニ
ッケル−ホウ素合金めっき皮膜が得られることを見出し
た。

（実施例） 以下半導体装型用リードフレームに適用した例を示す。

第１図は樹脂封止型半導体装置に用いるリードフレーム
１０を示す。

図において、１２はステージ部であり、金あるいは銀め
っきが施されており、金−シリコン共晶合金等によって
半導体素子が固定される部位である。

１４は、ステージ部１２を囲んで設けられた内部リード
部であり、これの先端には同じく金あるいは銀めっきが
施されており、ステージ部１２に搭載された半導体素子
とワイヤーによって接続される。

１６は内部リード部１４に続（外部リード部であり、後
述するように、ニッケル−ホウ素合金めっきが施されて
いる。

１８はダムバーであり、樹脂の堰止めをする。

２０は外枠である。

図上破線で示すのは、樹脂モールド領域である。

第２図乃至第４図に示すものは、めっきの種類およびめ
っきの被着範囲を示す種々の実施例である。

第２図に示すものは、リードフレーム１０の全範囲に亘
り、ニッケルめっき皮膜２２が形成され、ステージ部１
２および内部リード部１４先端に、銀めっき皮膜（ある
いは金めつき皮膜）２４が部分めっきされている。そし
て外部リード部１６上に、ニッケルめっき皮膜２２の上
にニッケル−ホウ素合金めっき皮膜２６が形成されて成
る。

第３図に示すものは、ステージ部１２および内部リード
部１４先端に銀めっき皮膜（あるいは金めっき皮膜）２
４が部分めっきされ、また外部リード部１６上に、樹脂
モールド範囲（破線）内に若干及ぶように、ニッケル−
ホウ素合金めっき皮膜２６が部分めっきされて成る。

第４図に示すものは、リードフレーム１２全体に亘って
ニッケル−ホウ素合金めっき皮膜２６が形成され、さら
にステージ部１２および内部リード部１４先端に、ニッ
ケル−ホウ素合金めっき皮膜２６の上に銀めっき皮膜（
あるいは金めつき皮膜）２４が部分めっきされて成る。

しかして、ニッケル−ホウ素合金めっき皮膜２６は、耐
熱性に優れているから、以後の工程、すなわち、金−シ
リコン共晶合金によるステージ部１２」二への半導体素
子の固定の際、および、この半導体素子と内部リード部
１４先端とのワイヤーボンディングの際の熱履歴、およ
び樹脂モールド時の熱履歴を経ても、ニッケル−ホウ素
合金めっき皮膜２６は極めて安定であり、金属酸化膜が
形成されることはない。

したがって、従来におけるはんだ付は前処理としての酸
化膜除去工程は全く不要となりウェットプロセスを経る
ことによる半導体素子の信頼性低下の問題を解消しえた
。

さらにニッケル−ホウ素合金めっき皮膜２６に対するは
んだ漏れ性は極めて良好である。したがって、はんだ付
は前処理のフラックス処理は全く不要というわけにはい
かないが、従来の高ハロゲン価のフラックスに替えて、
低ハロゲン価のフラックスを用いることができ、ハロゲ
ンイオンによる半導体素子への悪影響を極力抑えること
ができる。

実施例１ 硫酸ニッケル　　　　　　　　３０ｇ／ｌマロン酸ナト
リウム　　　　　　３５　ｇ／βジメチルアミンボラン
　　　　　３．４ｇ／Ｊ硝酸タリウム　　　　　　　　
　０．１ｇ／ｆｆｐＨ６，５ 浴温　　　　　　　　　　　　５０℃ 上記のめっき浴により５０℃前後の低温条件で、４２合
金製のリードフレームの外部リード部に（他の部位はマ
スキングした）、電流密度ＩＡ／ｄ　ｒＩ（でめっきし
た。厚さ０．１μｍの耐熱性、はんだ付は性に優れるニ
ッケル−ホウ素合金めっき皮膜が得られた。

ステージ部、内部リード部には銅ストライクめっきを部
分めっきし、さらにその上に銀めっきを施した。

実施例２ 塩化ニッケル　　　　　　　　３０ｇ／ｊ２クエン酸カ
リウム　　　　　　　６０ｇ／／塩化アンモニウム　　
　　　　３０ｇ／ｊｌ！ジメチルアミンボラン　　　　
　５．０ｇ／βＰ１（９ 浴温　　　　　　　　　　　　４０°Ｃ上記のめっき浴
を用い、ステージ部及び内部リード部をマスキングして
４２合金製のリードフレームの外部リード部に電流密度
２Ａ　／ｄ　ｍで０．０５μｍのめっきを施した。これ
に要した時間は約８秒である。その後ステージ部及び内
部リード部に洞ストライクめっきをし、その上に５μｍ
の銀めっきを施した。これに要した時間は約５秒である
。

実施例３ 硫酸ニッケル　　　　　　　　２０　ｇ／β酒石酸カリ
ウムナトリウム　　４０ｇ／ｆｆｉ水素化ホウ素ナトリ
ウム　　　　２ｇ／ＩＰＨ１３ 浴温　　　　　　　　　　　　４０℃ 上記のめっき浴により、ステージ部および内部リード部
をマスキングして調合金製のリードフレームの外部リー
ド部に、電流密度２Ａ／ｄｎ？で０．１μｍのめっきを
施した。

これに要した時間は約１５秒である。

その後ステージ部及び内部リード部に１μｍの金めつき
を施した。これに要した時間は約１０秒である。

このようにして水素化ホウ素化合物を添加した無電解ニ
ッケルめっき液を用いて電解めっきを行うことにより、
外部リード部に耐熱性、はんだ付は性の優れたニッケル
−ホウ素合金めっき、ステージ部および内部リード部に
通常の銀または金めっきを施したリードフレームを得た
。

実施例４ 硫酸ニッケル　　　　　　　　３００　　ｇ／ｌ塩化ニ
ッケル　　　　　　　　４０ｇ／！！ホウ酸　　　　　
　　　　　　４０ｇ／ｌトリメチルアミンボラン　　　
　０．５ｇ／ｌチオグリコール酸ナトリウム　１０　　
ｐｐｍＰＨ５，５ 浴温　　　　　　　　　　　　４５℃ 上記の従来のワットニッケルめっき浴に水素化ホウ素化
合物としてトリメチルアミンボランを添加しためっき浴
により、ステージ部および内部リード部をマスキングし
て調合金製のリードフレームの外部リード部に電流密度
５．０４／ｄ　ｒｒｒで０．１　μｍのめっきを施した
。これに要した時間は約６秒で、耐熱性、はんだ付は性
に優れたニッケル−ホウ素合金めっき皮膜が得られた。

ステージ部および内部リード部には銅ストライクめっき
を施し、その上に６μｍの銀めっきを施した。これに要
した時間は約６秒である。

実施例５ スルファミン酸ニッケル　　　４００　　ｇ／ｌ臭化ニ
ッケル　　　　　　　　　５ｇ／ｌホウ酸　　　　　　
　　　　　　　４０ｇ７１メチルモルホリンボラン　　
　　５ｇ／ｌＰ−ヨードアニリン　　　　　　１　　ｐ
ｐｍＰＨ５，５ 浴温　　　　　　　　　　　　４０℃ 上記のスルファミンニッケルめっき浴に水素化ホウ素化
合物としてメチルモルホリンボランを添加しためき浴に
より、ステージ部および内部り−−拓つきを施した。こ
れに要した時間は約８秒で、耐熱性、はんだ付は性に優
れたニッケル−ホウ素合金めっき皮膜が得られた。内部
リード部およびステージ部には１μｍの金めつきを施し
た。これに要した時間は約１０秒である。

このようにしてワットニッケルめっき浴、スルファミン
ニッケルめっき浴にアミン付加形水素化ホウ素化合物を
添加しためっき浴を用いて電解めっきを行うことにより
、外部リード部に耐熱性、はんだ付は性の優れたニッケ
ル−ホウ素合金めっき皮膜を有するリードフレームを得
ることができた。

実施例４および５に示したように、ワットニッケルめっ
き浴、スルファミンニッケルめっき浴に、前述の無電解
めっき浴に使う還元剤より安定なアミン付加形水素化ホ
ウ素化合物を添加し、通電条件下でめっきを施すことに
より、良好なニッケル−ホウ素合金めっき皮膜が得られ
た。またこのめＴ；′）き浴は部分めっき法として多用
されているメカ且：カルマスク法にも十分使用可能なこ
とが確認で）ｊ、ステージ部、内部−ド邪に部分銀また
は部分金めっき皮膜、外部リード部に部分ニッケル−ホ
ウ素合金めっき皮膜を有するリードフレーム製造上極め
て有効であることを確認した。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、ニッケル−ホウ素合金め
っきの電解めっきの適用が可能となり、例えば、金、銀
めっき等の他の電解めっきと共にニッケル−ホウ素合金
めっきを施す場合に、ニッケル−ホウ素合金めっきを他
の電解めっきと同一めっきラインに組み込むことができ
、リールドウリール方式等の高速連続めっき処理を可能
とすることができる。

また無電解めっきによるニッケル−ホウ素合金めっき皮
膜に十分匹敵する、優れた耐熱性、はんだ付は性を有す
るめっき皮膜が得られるばかりか、無電解の場合に比し
て、めっき時間の大幅な短縮化が図れる等積々の著効を
奏する。

以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明
の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは
もちろんのことである。

【図面の簡単な説明】

第１図はリードフレームの説明図、第２図乃至第４図は
めっきの種類およびその被着範囲を示す種々の実施例を
示す断面説明図である。 １０・・・リードフレーム、 １２・・・ステージ部、　　１４・・・内部リード部、
　１６・・・外部リード部、　　１８・・・ダムバー、
　２０・・・外ｔＬ　　２２・・・ニッケルめっき皮膜
、　　２４・・・銀めっき皮膜（金めき皮膜）、　２６
・・・ニッケル−ホウ素合金めっき皮膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ニッケル塩と錯化剤としてクエン酸、マロン酸、酒
   石酸等の有機酸またはその塩を含む溶液に還元剤として
   水素化ホウ素化合物を添加した無電解ニッケルめっき液
   を用い、無電解めっき反応がわずかに起こるかまたは全
   く起こらない温度条件下で電解めっきを行うことを特徴
   とするニッケル−ホウ素合金めっき方法。 ２、水素化ホウ素化合物がアミン付加形水素化ホウ素化
   合物である特許請求の範囲第１項記載のニッケル−ホウ
   素合金めっき方法。 ３、ワットニッケルめっき浴またはスルファミンニッケ
   ルめっき浴にアミン付加形水素化ホウ素化合物を添加し
   ためっき液を用い、電解めっきを行うことを特徴とする
   ニッケル−ホウ素合金めっき方法。