プリント基板の金メッキについて

2009/02/27 11:41

このQ&Aのポイント

プリント基板の金メッキの全体像を整理し、用途や特徴をまとめます。
電解と無電解の金メッキや置換めっきと還元めっきなど、プリント基板の金メッキの種類と分類について解説します。
酸性浴、中性浴、アルカリ浴などの浴液やソフト金とハード金などのメッキ材料についても詳しく説明します。

noname#230358

電子部品・基板部品
回答数3
ありがとう数3

みんなの回答 （3）
専門家の回答

みんなの回答

noname#230359

2009/03/06 15:13 回答No.3

あくまでも私が10年間に渡って改善などのために集めた情報を元に作成しましたので、専門の方とは少し見解が異なるかもしれません。プリント基板の表面処理の目的一般にプリント基板の表面処理は１．はんだ付け性を向上する等の目的で表面処理２．銅箔部の酸化、腐蝕防止を目的としています。　基板の表面処理にはいくつかの方法があります。・Ｓｎ-４０％Ｐｂのはんだめっき（現在鉛フリー化に伴いその役目は終わっている）・はんだレベラーと呼ばれるはんだ浴への浸漬法・耐熱プリフラックス（ＯＳＰ）・無電解Ｎｉ／Ａｕめっき・Ｓｎめっき（主にフレキシブル基板）・Agメッキなどあります。通常、はんだ付け性の向上でははんだレベラーやプリフラックスを行います。端子の腐食保護や接触性を目的としてはめっきを用います。電解金めっきはワイヤーボンディング（ＷＢ）や無電解Ｎｉ/Ａｕめっきでは腐食の可能性が有る場合の接触端子としての目的で採用されます。　１．はんだレベラー主にはんだ付け性を向上する目的で使われます。安価（生産性が良い）ですが、面の平滑性や微細パターンには不向きです。　２．プリフラックス銅箔表面に有機物（イミダゾール）の膜を生成して銅箔の酸化を防止します。安価ですが耐熱性が他より劣ります。（最近は鉛フリー用の高耐熱タイプが出ていますが、加熱の回数に制限があります。また、プリント基板の保管期限としては３か月程度です）　３．無電解Ｎｉ／Ａｕめっき基本的にはんだレベラーやプリフラックスで問題がある場合に採用されますがコストが高いために敬遠されがちです。 Snとの金属間化合物を生成するためにNiが下地にメッキされ、その保護のために耐腐食性の高いAuが用いられます。 Niは還元メッキで、析出金属が触媒作用をする自己触媒型で還元剤として次亜燐酸塩を用いているため実際にはＮｉ-Ｐ合金となります。Auは置換メッキで下地金属（Ni）が露出しているときだけ析出し、表面を覆うと自動的にめっきが停止し薄くしか付けられません（ｍａｘ0.1μｍ）。最小限のＡｕの厚みで下地保護が可能なだけでなく、めっきの時に電流を流すパターンが不要で液浸漬でめっきが行えるメリットがあります。但し、メッキ液の管理（特にＮｉのＰ濃度）を怠るとはんだ付け時に問題（濡れ性の問題や実装後の強度不足など）が発生することがあります。　４．その他、電解Ni/Auめっき端子として使うほか、ＣＯＢ（chip on board）を目的とする場合に用いられます。めっきの方法としては電気化学反応の陰極析出を利用します、そのため電解めっきと呼ばれています。電解めっきは電気化学反応を用いているために厚くめっきできるという特徴がありますが、外部電源を必要とするためにの配線（めっきリード線）が必要なのでパターンに制約が課せられます。また、Ａｕめっきが厚いためにはんだ付け時にはＡｕ/Ｓｎの金属間化合物を生成するため、その接合が脆いためにはんだ付け後にクラックの原因となります・無電解Ｎｉ／Ａｕめっきにおける注意点　無電解メッキでは、Ｎｉめっきの還元剤にＰ（リン）を使うために問題が生じるとされています。　めっき管理がうまく行われないとＰの析出領域が発生し（あるいは酸化が起こり）はんだ弾き、　いわゆるブラックパッドが発生すると考えられています。特にリフロー後のフローなどで発生しやすいです。　これはＰの拡散速度がＮｉよりも早いためにはんだ付け時にＰの濃化部（カーケンタルボイド）がＩＭＣ（金属間化合物）　層に生じ、Ｎｉ－Ｓｎの金属間化合物（ＩＭＣ）の生成に問題が生じて接合不良を発生します。　特に近年はＢＧＡや狭ピッチのＱＦＰ、コネクタなどの接合に問題が発生する事が多いとされています。・ソフト金、ハード金　光沢あり、光沢なしについて　ソフト金はＣＯＢ（ＷＢ）に使用され光沢剤をあまり添加しないのが一般的です。　そのために光沢はなくなります。　逆にハード金は接触端子として用いられるために光沢性があります。光沢剤を添加する　ことでボイドを少なくして耐腐食性を上げます。金にコバルトを添加することで　通常柔らかい金を固くしている。・メッキ浴について　各メッキ液メーカーによってどんなメッキ浴でそれぞれの目的に合ったものにするかは　異なるので、プリント基板メーカー、メッキ専門外注、薬品メーカーに問い合わせる必要が　あります。（私もこの部分で結構苦労しました、ノウハウとか持ち出してあまり詳細は　教えてもらえません）・その他　台湾、中国系のプリント基板メーカーではフラッシュ金めっき（薄い金めっき）は　電解金めっきで行う場合が多いです。無電解金めっきは化学鍍金と呼ばれています。　この電解フラッシュ金めっきはドライフィルムで行うパターンニングの代わりに　ポジネガを反転させ、金めっきを先に行い金めっきパターンをレジスト代りに　エッチングレジストとして使う工法です。　メッキ膜厚を安定させるためにニッケルの光沢剤を多く添加するために、半田濡れ性が　若干悪いのが特徴となります。１）単純にメッキの膜厚が薄いので耐ガス性に弱いために添加されます。　　一般的には高リン、中リン、低リンタイプの３種類を使い分けるようです　　が、プリント基板の場合には一般的に中リンタイプを使うようです。２）半田溶融時にＮｉ中のＰが拡散スピードが速いために接合部（ここではＮｉ3ＳｎというＩＭＣ）にＰの濃化部が発生しその部分がカーケンタルボイドと呼ばれるﾎﾞｲﾄﾞになります。その為にＩＭＣの層が巣の状態になり、接合が弱くなると考えられています。３）単純に金のコスト面から考えてＡｇメッキを行われているのではないですか？Ａｇの場合はダイレクトにＣｕにメッキするために2層構造のＡｕメッキと比べて安価になるからでしょう。また、一般的には問題になっていませんがはんだ中の金は嫌われる（ＡｕとＳｎのＩＭＣは硬くて脆い）ので、顧客のリクエストで対応されているのではないでしょうか？４）無電解金メッキでＰｄを中間にメッキする理由はＣｕが加熱中にＮｉのグレン間を通って表面に出てきます。さらに表面に出てきたＣｕは酸化するためにいろいろな問題が発生します。一般的にＰｄを使う場合はリジット基板にＣＯＢする場合に使われます。厚いＡｕメッキより安価であること、また、メッキリード線を引きまわしできない場合にこの手法で無電解金メッキでＣＯＢが可能となります。すみません１）の回答は言葉足らずでした。基本的にはメッキ浴の安定、メッキの緻密性が目的ですね。このあたりはメッキ液メーカーさんがノウハウを持っておられるためになんとも言えませんが・・。無電解金メッキでのトラブルはほとんどＰＨ値とＰ濃度の管理と言われているので顧客の要求に合わせたＰＨ値を選択していると思われます。

質問者

お礼 2009/03/11 14:10

nakamura様お礼の返事が大変遅くなり、本当に申し訳御座いません。非常に勉強になり、どうお礼を言えば良いのか悩むくらい深く感謝ております。心よりお礼申し上げます。非常に詳しくご教示頂きましたので、理解が深まると同時に別の興味（疑問）も出て参りました。もし、お時間があればで結構なんですが、以下の点に付きコメントなど頂けませんでしょうか？お手数掛けますが、宜しく御願い致します。１）無電解Ni/Auめっき　　Niめっきの耐食性を上げるために、Ｐの添加量を変えた　　ﾀｲﾌﾟの薬液が多くありますが、この耐食性とは具体的に　　どんな不具合事象なのでしょうか？２）無電解Ni/Auめっき　　半田実装時にAuが半田を脆くして、落下試験などで　　部品が取れる事が良く問題視されていますが　　脆くなるメカニズムはどのような内容なのでしょうか。３）Agめっき　　上記２）の対策なのか、Agめっきをたまに見かけますが　　Agめっきの基本的な目的、用途は何なのでしょうか？４）無電解Ni/Auめっき　　銅の拡散防止の目的で、NiーAu間のPdめっきをする場合が　　あると思います。銅の拡散でどのような問題が出るのでしょうか？　大変、初歩的な内容で申し訳ありません。　宜しければ、一読御願い申し上げます。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　以上

noname#230359

2009/02/28 20:04 回答No.2

私の知見で、ご参考までに。 ○無電解金めっき・半田付け等の用途・ワイヤーボンド等の用途通常の半田付け等の用途では、無電解金めっきの薄付け(0.05μmぐらい）が多く、下地ニッケル、パラジウム等の置換めっき（ENIGでよばれるものです）が一般的です。ワイヤーボンド等の用途では、更に厚付け(0.2μm～）となるようで、置換めっきの後に、還元めっきで厚付けします（高価です）。配線の取り回しが必要ない、厚み均一性等のメリットに対し、コストが高くなります（ご存知でしょうが）。 ○電解金めっき用途は、無電解金めっきと被りますが、コネクター、端子用途が多いかと。硬質金めっき(ハード金)は、電解金めっきでCo等の合金めっきです。酸性浴で、光沢金めっきと呼ばれるとのこと。軟質金めっき(ソフト金)は、無電解金めっき含めて、硬度の低い通常の純金めっきにあたり、中性浴で、無光沢金めっきと呼ばれるとのこと。通常は、ニッケル等下地上に、薄付けの電解金めっき（ストライクめっき）後に、上記めっき浴での電解金めっき処理となります。下記リンク先が詳しいですので、ご参考下さい。 http://www.jstage.jst.go.jp/article/sfj/55/10/626/_pdf/-char/ja/

質問者

お礼 2009/03/05 12:14

sanpoのメッキ様お礼の返事が大変遅くなりまして申し訳御座いませんでした。非常に詳しい説明を頂きまして、頭の中がｸﾘｱに整理された感じがして、大変勉強になりました。感謝申し上げます。厚付け無電解で、置換金の後に還元金で厚くすることも良く判っていなかったので勉強になりました。また、参考になるリンク先まで教えて頂きまして大変感謝致します。質問してよかったなぁと実感している次第です。