(57)【要約】【課題】被めっき基板表面の均一なめっき膜厚およびめっき充填部の安定したバンプ形状を形成することが可能で、しかも、高速めっきを可能とする電気めっき装置および電気めっき方法を提供する。【解決手段】めっき槽と、該めっき槽にめっき液を循環させる噴流ノズルを有する噴流ユニットと、被めっき基板および陽極板の固定部とを有する電気めっき装置において、該噴流ユニットが、噴流ノズル面を回転する機構を具備することを特徴とする電気めっき装置。被めっき基板のめっき面および陽極板に対し、めっき液の吐出ノズルおよび吸入ノズルを有する面が回転する噴流ユニットにより、めっき液を吐出および吸入させながら、該噴流ユニットを回転させ、前記被めっき面および陽極板に通電して、電気めっきを行うことを特徴とする電気めっき方法。【選択図】図１
2004359994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき槽と、該めっき槽にめっき液を循環させる噴流ノズルを有する噴流ユニットと、被めっき基板および陽極板の固定部とを有する電気めっき装置において、該噴流ユニットが、噴流ノズル面を回転する機構を具備することを特徴とする電気めっき装置。
【請求項２】
前記噴流ノズルは、吐出ノズルと吸入ノズルからなるものである請求項１に記載の電気めっき装置。
【請求項３】
前記被めっき基板の固定部において、該被めっき基板表面近傍に、前記めっき液の副循環用吸入配管を設けた請求項１または２に記載の電気めっき装置。
【請求項４】
前記噴流ユニットの噴流ノズルが、前記被めっき基板と対向するように設置され、該噴流ノズルと該被めっき基板の間に、複数の貫通孔を有する陽極板が配置される請求項１乃至３のいずれかに記載の電気めっき装置。
【請求項５】
被めっき基板のめっき面および陽極板に対し、めっき液の吐出ノズルおよび吸入ノズルを有する面が回転する噴流ユニットにより、めっき液を吐出および吸入させながら、該噴流ユニットを回転させ、前記被めっき面および陽極板に通電して、電気めっきを行うことを特徴とする電気めっき方法。
【請求項６】
前記噴流ユニットの噴流ノズルは、前記被めっき基板と対向するように設置し、複数の貫通孔を有する前記陽極板を前記噴流ノズルと前記被めっき基板との間に配置し、前記噴流ユニットを回転させながら、めっき液の吐出および吸入を、前記陽極板の貫通孔を通して行う請求項５に記載の電気めっき方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気めっき装置および電気めっき方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高機能化並びに軽薄短小化の要求に伴い、電子機器に用いる電子部品は、高密度集積化と高密度実装化が進んでいる。このことより、これらの電子部品に使用される半導体装置は、小型化かつ多ピン化している。
【０００３】
これらの半導体装置に使用されるプリント配線板は、配線の微細化、配線層の多層化、更には各層間を電気的に接続するためのビアホールの小径化が要望されている。これらの内、配線の形成において、微細配線の形成に有利とされるセミアディティブ法では、従来から電気銅めっきにより、パターンめっきが行われていた。パターンめっきとは、銅張り積層板や積層した絶縁樹脂の表面に、スパッタリングや無電解めっきで、電解めっき時の給電層を形成しておき、配線層形成面の配線を形成する以外の部分に、めっきレジストを形成し、配線に相当する部分だけに、電気めっきを行うものである。
【０００４】
また、ビルドアップ工法による配線層の多層化において、絶縁層に形成されるビアホールは、電気めっき法により、めっきを施して、電気的導通化を図っており、具体的には、次のような方法により、行っていた。まず、レーザーで絶縁層に形成されたビアの側壁および表面を、過マンガン酸などの酸化剤によって処理した後、絶縁層の片面に無電解めっきで銅などの給電層を形成し、次に、電気めっきにより、ビアホールの底面、側壁および表面に、銅などの厚付けを行うことで、ビアホールに電気的導通部を形成していた。さらに、近年では、電気銅めっきにより、ビアを充填し、配線自由度の高いフィルドビア構造を形成して、一括積層を可能にする技術が注目されている。
【０００５】
このような電気めっきは、被めっき物のサイズが大きくなればなるほど、また、微細なパターンになればなるほど、めっきの析出が不均一になる傾向にあり、めっき膜厚のばらつきや微細配線やフィルドビア構造が歪やすくなる。さらに、生産性を向上するために、高い電流密度で操作することが求められる場合には、より一層、この問題が顕在化する。
【０００６】
これらの問題に対して、被めっき物の表面にめっき液の噴流を吐出する機能を有する装置の提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、めっき液の吐出機能を有するのみではなく、吸入する機能を有するノズルを使用することにより、より一層の効果を得ている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特許第３３５２３５２号公報（第１〜２図）
【特許文献２】
特開平１０−５３８９２号公報（第２項、第１〜２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらのめっき装置により、被めっき物表面に、めっき液を十分に供給あるいは置換することで、めっき膜厚の不均一化が低減できるが、パターンの配置やビアのサイズによっては、十分な噴流効果が得られにくいために、めっき膜厚の不均一が生じていた。特に、被めっき物と噴流ノズルが固定した位置関係に配置して、生産性を向上させるために、高い電流密度を用いて操作した場合に、定常的に存在するめっき液の液流淀みにより生じる不均一なめっき膜厚分布、および、めっき充填部に形成されるバンプ形状の異常が顕在化している。
【００１０】
そこで、本発明は上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、被めっき基板表面の均一なめっき膜厚およびめっき充填部の安定したバンプ形状を形成することが可能で、しかも、高速めっきを可能とする電気めっき装置および電気めっき方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、噴流ノズル面を回転する機構を具備した該噴流ユニットを用いて、めっき槽内におけるめっき液の液流の淀みを解消させ、さらに検討を進めることにより、上記目的を達成するに至った。
即ち、本発明は、
１．  めっき槽と、該めっき槽にめっき液を循環させる噴流ノズルを有する噴流ユニットと、被めっき基板および陽極板の固定部とを有する電気めっき装置において、該噴流ユニットが、噴流ノズル面を回転する機構を具備することを特徴とする電気めっき装置、
２．  前記噴流ノズルは、吐出ノズルと吸入ノズルからなるものである第１項に記載の電気めっき装置、
３．  前記被めっき基板の固定部において、該被めっき基板表面近傍に、前記めっき液の副循環用吸入配管を設けた第１項または第２項に記載の電気めっき装置、
４．  前記噴流ユニットの噴流ノズルが、前記被めっき基板と対向するように設置され、該噴流ノズルと該被めっき基板の間に、複数の貫通孔を有する陽極板が配置される第１項乃至第３項のいずれかに記載の電気めっき装置、
５．  被めっき基板のめっき面および陽極板に対し、めっき液の吐出ノズルおよび吸入ノズルを有する面が回転する噴流ユニットにより、めっき液を吐出および吸入させながら、該噴流ユニットを回転させ、前記被めっき面および陽極板に通電して、電気めっきを行うことを特徴とする電気めっき方法、
６．  前記噴流ユニットの噴流ノズルは、前記被めっき基板と対向するように設置し、複数の貫通孔を有する前記陽極板を前記噴流ノズルと前記被めっき基板との間に配置し、前記噴流ユニットを回転させながら、めっき液の吐出および吸入を、前記陽極板の貫通孔を通して行う第５項に記載の電気めっき方法、
を提供するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。
【００１３】
本発明は、めっき槽と、該めっき槽にめっき液を循環させる噴流ノズルを有する噴流ユニットと、被めっき基板および陽極板の固定部とを有する電気めっき装置であり、該噴流ユニットが、噴流ノズル面を回転する機構を有することを特徴とするものであり、めっき液を、被めっき基板のめっき面に対して、前記噴流ユニットを回転して、めっき液を噴流させながら、電気めっきを行うことで、めっき槽におけるめっき液の淀みがなくなるため、均一な厚みでめっきができ、しかも、めっき液の流速を最適化することで、高速めっきを可能とするものである。
【００１４】
以下、図面を用いて、詳細に説明する。図１は、本発明の電気めっき装置の構造を示す一例である。
本発明の電気めっき装置１００は、図１に示すように、めっき槽１０５と、陽極板１０３と、遮蔽板１０７と、遮蔽板１０７に形成した基板固定部１０８と、回転式噴流ユニット１０６と、めっき用整流器１１１とから構成され、前記回転式噴流ユニット１０６は、駆動用モーター１１０から駆動力を伝える歯車１０９に連結されている。
【００１５】
めっき槽１０５は、箱型構造をしており、めっき槽１０５内壁面には、遮蔽板１０７が固定されている。遮蔽板１０７は、被めっき基板１０１と垂直の位置関係にあり、被めっき基板１０１の所定のめっき表面を囲む筒型構造となっている。ここで、遮蔽板１０７を設置する目的は、通電中に、めっき液系内に発生する電流密度分布を極小化し、めっき膜厚を均一化することにあり、被めっき基板１０１のめっきパターン配置範囲（図示なし）の極近傍かつ外周を、遮蔽板１０７で囲むように配置することが好ましい。遮蔽板１０７がめっきパターン配置範囲よりも大きく外側を囲む場合は、電流密度分布を改善する効果が得られにくく、小さい場合はめっきの析出が低下することがある。さらに、この遮蔽板１０７の上部および下部には、基板固定部１０８が形成されており、この固定部に、保持板１０２に電気的に接続して装着した被めっき基板１０１を、被めっき部と噴流ノズル１０６ａとが相対するように設置して、被めっき基板１０１を固定し、同様にして陽極板１０３も固定する。保持板１０２とめっき槽１０５および遮蔽板１０７の材質としては、プラスチック材、ガラス材など絶縁性を示す材質が挙げられ、これらは、めっき液１０４の成分や操作温度などによって適宜選択し、適用することができる。
【００１６】
本発明のおける噴流ノズルの配置場所としては、陽極板１０３を挟んで、被めっき基板１０１と回転式噴流ユニット１０６とを相対するように設置されることが望ましい。この場合、陽極板１０３は、複数の貫通孔、具体的には、多数の孔が形成されたメッシュ状の電極板とすることが最も好適であり、回転式噴流ユニットによる液流は、陽極板１０３に形成された多数の孔を貫通して、回転式噴流ユニットと被めっき基板との間を流通する。一方、被めっき基板１０１と陽極板１０３の間に回転式噴流ユニット１０６を設置することも考えられるが、この場合、回転式噴流ユニット１０６による液流は、最も効率よく被めっき基板１０１表面を液交換させるが、１次電流線の通路を妨害し、電流密度分布が不均一化する恐れがある。
陽極板１０３の材質としては、用いられるめっき液の組成によって適宜選択されるものであり、特に限定を受けるものではないが、含燐銅、ＳＫニッケル、チタン、チタン−白金合金、錫、錫−鉛合金、銀などが挙げられる。
【００１７】
本発明における回転式噴流ユニット１０６は、噴流ノズル１０６ａを有する面が円形となる円筒型であり、被めっき基板１０１のめっき面および陽極板１０３に対して、回転軸を有する。噴流ノズル１０６ａを有する面には、めっき液１０４を、吐出するノズル１０６ｂと吸入するノズル１０６ｃを設けることが好ましく、これらのノズルが図４で示されるように回転軸から中心対象に配置され、遮蔽板１０７により制御されるめっき面積を、ノズル１０６ａの回転する領域が上回るように設計することが好ましい。ノズル１０６ａの回転する領域が小さい場合には、遮蔽板１０７により制御されるめっき液領域中に、液流の淀みが発生する恐れがある。回転面の他方は、ユニット内部に供給される電源１１７と接続される。
【００１８】
噴流ユニット１０６における回転の駆動伝達は、駆動用モーター１１０からの回転力を伝える歯車１０９を用いて容易に達成できる。これは、回転式噴流ユニット１０６の側面にも、同様の溝加工１０６ｄを施すことにより、歯車１０９から回転の駆動力を伝達できる。回転の機構としては、ユニットガイド部１１２内に摺動部としてボールベアリング１１３を配置したものが挙げられる。ユニットガイド部１１２は、めっき槽１０５と一体構造となっているため、被めっき基板１０１と陽極板１０３と回転式噴流ユニット１０６の位置関係は、常に一定である。ユニットガイド部１１２およびボールベアリング１１３の材質としては、使用するめっき液の組成、操作温度によって適宜選択され適用されるもので、特に限定を受けるものではないが、硬質塩化ビニル、アクリル、ポリプロピレン、弗素樹脂、ステンレス、チタンおよびガラスなどが挙げられる。
【００１９】
遮蔽板１０７で仕切られるめっき液領域の被めっき基板１０１表面近傍には、めっき液の循環ポンプ１１４と、めっき液排出配管１１５と、めっき液供給配管１１６から構成される副循環系を設けても良い。これは、めっき液１０４の液流が、被めっき基板１０１と遮蔽板１０７で構成された直角構造部分で発生する淀みを解消するためのものである。被めっき基板１０１と遮蔽板１０７の間に隙間を設けて淀みを解消することも考えられるが、高速めっきを行う場合の流速の高い領域では、液流が淀むことがあるため、副循環系を設けることが望ましい。特に、被めっき基板の固定部１０８の該被めっき基板１０１表面近傍となる、被めっき基板１０１と遮蔽板１０７で形成する直方体の長点に排出配管を設置することが、一層好適である。
【００２０】
本発明における回転式噴流ユニット１０６について、以下に図２および図３を用いて、さらに詳細を説明する。
【００２１】
回転式噴流ユニット１０６の内部には、めっき液の循環を行う循環ポンプ２０１、３０１が配置されている。ノズル２０２、３０２、４０２は、めっき液の吐出口および吸入口となっており、対応する系統の内部配管２０３，３０３は、ユニット筐体２０４、３０４内部に配置する。循環ポンプ２０１、３０１および内部配管２０３、３０３（ノズル２０２、２０３）は、ユニット筐体２０４、３０４に固定し、ユニット筐体２０４と一体となって回転する構造とする。循環ポンプ２０１、３０１は、端子２０５、３０５によって、回転しない電源側端子２０６、３０６との電気的接点を、ばねによる圧接方法等（図示なし）で確保する。また、電源側配線２０７、３０７を覆う配線配管２０８、３０８とユニット筐体２０４、３０４の間は、シール性材料（図示なし）で、めっき液のユニット筐体２０４、３０４内への浸入を防ぐようにする。これらの材質は、使用するめっき液の成分、温度によって、適宜選択され適用されるが、硬質塩化ビニル、ポリプロピレン、弗素樹脂などのプラスチック材料やガラス、金属等を用いることができる。
【００２２】
さらに、図３に示すように、流速センサー３０９と流速調節バルブ３１０を設置し、両者を連動させることで、循環系毎に液流速の制御ができるため、めっきを施すパターン、ビアの配列およびサイズによって、より緻密で、最適な液流条件を求めることが可能である。
【００２３】
本発明による電気めっき工程は、以下の手順で実施できる。
まず、保持板１０２に被めっき基板１０１を装着する。装着は、市販の塩化ビニル製テープで貼り付けるなどの方法で実施可能である。この際、被めっき基板１０１に給電するための導電性リードと、めっき液中に浸漬される回路形成部以外の導通部分を被覆するように装着しておく。なお、導電性リードは市販の銅テープ等で容易に製作できる。
次に、基板固定部１０８に、被めっき基板１０１のめっき面が陽極板１０３に相対するように保持板１０２を挿入する。めっき用整流器１１１のリード線を、保持板の導電性部分と陽極板に、チタン製クリップなどを用いて固定し、循環ポンプ３０１、副循環系ポンプ１１４を作動させる。
次に、駆動用モーター１１０を駆動させ、回転式噴流ユニット１０６を回転させると共に、めっき面に、めっき液を吐出および吸入させながら循環させる。
このようにして準備を整えた後、めっき用整流器を操作し、被めっき基板１０１の被めっき面および陽極板１０３に通電を行い、所定の電気めっきを実施する。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の電気めっき装置と電気めっき方法によれば、めっき液の液流の淀みを解消させ、かつ流速を制御し、パターンやビア配列に対応した最適条件を設定できるため、高速めっき時に取り扱うような液流速においても、被めっき基板表面には、非常に均一な膜厚でめっきができ、また、ビアへのめっき充填部に安定した形状でバンプを形成することができ、さらに、これらのめっきにおいて、高速めっきを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気めっき装置の模式構造の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の回転式噴流ユニットの内部模式構造の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の回転式噴流ユニットの内部模式構造の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の回転式噴流ユニットのノズル配置の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１００                    本発明の電気めっき装置
１０１                    被めっき基板
１０２                    保持板
１０３                    陽極板
１０４                    めっき液
１０５                    めっき槽
１０６                    回転式噴流ユニット
１０６ａ                  噴流ノズル
１０６ｂ                  吐出ノズル
１０６ｃ                  吸入ノズル
１０６ｄ、４０３          溝加工部
１０７                    遮蔽板
１０８                    基板固定部
１０９                    歯車
１１０                    駆動用モーター
１１１                    めっき用整流器
１１２                    回転式噴流ユニットガイド部
１１３                    ボールベアリング
１１４                    副循環系ポンプ
１１５                    副循環系めっき液排出配管
１１６                    副循環系めっき液供給配管
１１７                    電源
２０１、３０１            循環ポンプ
２０２、３０２、４０２    ノズル
２０３、３０３            内部配管
２０４、３０４    、４０１  ユニット筐体
２０５、３０５            端子
２０６、３０６            電源側端子
２０７、３０７            電源側配線
２０８、３０８            配線配管
３０９                    流速センサー
３１０                    流速調節バルブ
【図１】
2004359994.tif 000003
【図２】
2004359994.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004359994.tif 000006