JPS61266595A - 精密メツキ方法 - 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】 本発明は、プリント基板の金属配線部及び半導体素子基
板等の精密なメッキ方法に関するものである。

プリント基板のメッキにおいて、 プリント基板の配線部、メッキ貫通穴等金属配線する部
分は、電気伝導性の向上、部分電池現象の防止及び腐蝕
の防止の目的から、多くの場合多層構成形成され、前記
多層構成するに選択的に層構成可能であるという理由に
より電気メツキ方式が多用されている。

次に半導体素子基板においても、シリコン基板上に下地
金属を形成し、その上に選択的なメッキ層形成の為に、
プラスチックの薄膜をフォトエツチングにより部分的に
積層した後に、メッキ処理を行い、前記フォトエツチン
グされ被覆されていない部分にメッキ層を析出し、該メ
ッキ層が配線及び電極の取り出し部分となる。このとき
配線部においては５ミクロン幅に対して厚さ２．５ミク
ロン程度、また取り出し部においては１００　ミクロン
角に対して２５ミクロン程度と、プリント基板メッキと
比較してメッキ面積に対して厚さ方向は極端に厚いとい
う特徴がある。

従来プリント基板及び半導体素子基板のメッキを行う方
法は、一般に脈流のない完全直流、他には簡易に商用周
波数電源を全波整流、半波整流、及び前記整流波形を平
滑化し脈流の多い直流定電流電源又は直流波をスイッチ
ングした矩形波を使用しており、メッキ工程において、
多層構成するに、使用するメッキ液、被メツキ対象によ
って、電流密度の増加、減少、又正電荷印加時の反応に
より発生したメッキ液分解物及びガス等をメッキ表面か
ら引き離す為に、電流方向を変え、負電荷を印荷し、逆
電解をかけるという複雑で熟練を要する操作を行ってい
るのが現状である。

上述のような困難な方法でメッキ処理をするにもかかわ
らず、プリント基板においては、（１）基板の中心と周
辺、被メツキ部配線幅、メッキ金属、メッキ厚さ等によ
り、被メツキ物内のメッキ電流、流通経路の差による電
流密度の不均一、及び消耗イオンの供給不足、最適電流
密度がメッキプロセスにおいて変化しているが制御しき
れていないという原因でメッキの厚さ等の仕上がりが場
所的又被処理基板毎に大きくバラツキが生じ、修正等の
再処理を必要とする問題点があり、又、（２）被メツキ
対象により設計上決定されたメッキ液の調合薬品の濃度
、各種イオン濃度のメッキ液使用回数による変化、液温
等の使用条件により、金属の純度や合金メッキの場合に
おける構成比率の品質安定に問題点があり更には、（３
）前記電流密度が不適切なために、金属層界面（下地と
メッキ層）で金属剥離が発生するという問題点があるた
めに、設備実装後の信頬性において重要な問題点となっ
ていた。

（４）半導体素子基板においては上記の問題点以外にも
前述したようにメッキ対象に対して極端な厚付メッキ処
理を行う為に、事実上処理部分が点状の性質となる為の
、電荷の集中による針状析出となり、該針状析出の防止
を行う必要があった。

本発明は従来方法のこれら各問題点を解消することを目
的とし、この目的を達成するために、関数波形の電流を
かけて、メッキを行うことを特徴とする精密メッキ方法
を提供せんとするものである。

即ち上記方法は、従来の直流電流使用による各問題点の
要因は、第１にメッキ部全域に均一な電流密度が作り出
されていない、第２に電流密度を維持できない、第３に
層の成長による厚さ方向の最適電流密度の変化に対応で
きない、第４に発生ガスの除去ができないの以上４つに
よっている。

上記のうちで電流密度の維持、発生ガスの除去に関して
は、定電流電源の使用及びメッキ槽の構造によりある程
度解決が可能である。

本発明は、上記技術を更に改良し、従来のメッキ処理作
業において着目されていなかった処理電流を、時間を変
数とした複数の関数波とし、これらの関数の複合した変
化により電流密度を制御してメッキ処理中に処理電流密
度を変化させた電流即ち関数波形の電流を用いて、メッ
キ処理を行うことで析出する金属の品質を制御しうろこ
とを知見したのである。

即ち、本発明における関数波形は、添付した第１図から
第５図に例示する如き波形が用いられる。

これらの各図で示した各関数電源は、本発明で用いる関
数波形の中における好ましい波形例であって、例示のも
の以外に、他の変化した関数波形が採用されうる。

図例の関数波形にもとづいて更に詳細に説明するに、本
発明で用いられる関数波形としては、第１図の正弦波と
直流の合成波、第２図の三角波、第３図の三角半波、第
４図の極長周期の半波整粒波形、第５図の三角半波と逆
スパイクパルスの合成波等が採用されうる。

第１図に示す、正弦波と直流波の合成波とは、正弦波に
正弦波の絶対値よりも小とした直流波を加えたものであ
り、この波形を使用すると、Ａのプラスサイク中にメッ
キが析出し、Ｂの負電荷印加時にメッキ析出時の分解物
質及び発生ガス等を引き離すために、析出金属中の含有
ガス量が少なく金属表面がなめらかになる。

第２図の三角波は、−周期毎に１次関数上に電流が増加
、減少と繰り返す波形で、該波形を使用すると、完全直
流電流によるメッキと比較し、縦（成長方向）横の成長
レートが３対１の差が発生することから、層の厚さ方向
に高速にメッキ析出を可能とする。

第３図の三角半波は、第２図の三角波を一周期毎に取り
除いた波形であり、三角波と同様な作用効果に加え、−
周期毎にメッキ析出を休止し、連続的析出と異なり、液
中イオンの分布改善がなされメッキ液分解物質とガスの
発生を少なくし、又、析出粒径を小さくして、後工程に
おけるガスの放出を容易とする。

第４図は極長周期の全波整流波形で、この波形は時間を
長くとった正の正弦波の全波整流波整流波形と近似して
おり、電流密度が一周期にわたり、ゆっくりとした変化
があるため、縦方向においてメッキ開始層では低電流密
度で硬度があり、粒子径の小さい、密着力を持ち、中層
では、高電流密度となり、柔らかい粒子径の大きな高速
成長した層を持ち、メッキ表面層では低電流密度となり
、前記中層での処理面のあれを修復し硬度のある粒子径
の小さい、光沢のある層が析出する。それ以上の層構成
を各サイクル毎に重ねることにより、眉間回着力の強い
層構成のメッキを得ることができるのである。

第５図は、三角半波と逆スバクバルスの合成波を示し、
この波形は、前記第３図説明の正の三角半波に急峻な負
電流のスパイク状のパルスを数周期毎に加えた波形で、
メッキ周辺部が中央部より高速に析出し、表面が平坦と
ならないため、負のスパイク状のパルスを利用して、該
負電荷により一瞬のみ周辺部を中心に電気分解され、周
辺部のみ析出金属が除かれる。以上の工程により表面の
平坦な析出層を得られる。

以とのような関数波形は以下の装置で作られる。

即ちこの装置は、図例の如くシステム電源ｌ、コンピュ
ータ（ＣＰＵ）２．複数ケの関数波形発生器３・・・３
′、演算回路４、直流設定電源５、乗算回路６、プリア
ンプの複数の広帯域電流増幅器８・・・８′、複数のリ
ミット回路９・・・９′とよりなり、システム電源１は
能動回路に電源を供給し、コンピュータ２は各関数波形
発生器３・・・３′に発生する波形を指示する信号を出
し、かつ直流設定電源５に電流密度を指定する信号を出
す。コンピュータ指令によって関数波形発生器３・・・
３′は各種波形、例えば正弦波、三角波、鋸子波及び実
験的に作り出した波形（必ずしも数学的に表現出来ない
波形）等を発生し、これらの信号は演算回路４の入力と
なり、演算回路４はこれらの各種の波形を、四則演算を
行い、乗算回路６の一方の入力となる。

直流設定電源５はコンピュータ２の指令に従った直流信
号を出力し乗算回路６の他方の入力となり乗算回路６は
前記した２つの入力を乗算処理を行い、演算処理した波
形に電流密度を指定した信号を作り出し、プリアンプ７
に入力し、プリアンプ７は複数の広帯域電流増幅器に増
幅可能とするだけの信号に出力アンプを行うバッファ回
路である。広帯域電流増幅器８・・・８′は処理物に並
列に同時処理可能とするために複数ケにしてなり、各種
の周波数に対応すべく周波数帯域を直流〜ＬＯＫＨ２と
している。

該広帯域電流増幅器８・・・８′により電流増幅した電
流をリミット回路９に接続する。リミット回路９は、メ
ッキ対象に過剰な電流又は電圧がかからないように適宜
上限、下限を定めるものであり、該リミット回路よりメ
ッキ対象物を関数電源による電流をかけて精密なメッキ
を行う。

上記の関数波形を階段波形（ガウス関数）で近似させて
もよく、またコンピュータの処理能力が高い場合はコン
ピュータ内部で全ての波形作成、実効値作成、その他の
修正処理を実施した後、デジタル出力として通信回路、
Ｄ／Ａ変換器を介して標準電圧を発生してもよい。

次に実施例を述べることによって、更に本発明の詳細な
説明する。

即ち１．　６０Ｈ２の制限波と直流波の合成（第１図で
示される波形）の電圧を用いメッキ条件を、ＰＨ６〜８
の弱シアン酸性浴金メッキ液、通電時間を１０分、実効
通電電流密度を２０ｍＡ／　ｃｓｌ、としたとてメッキ
をプリント基板になしたところ、１周期毎に負電荷を印
加が行なわれ、正電荷印加時の反応により発生したメッ
キ液分解物質やガス等はメッキ表面より引き離される効
果があり、析出金属中の含有ガス量が少なく金属表面が
滑らかになるとともに形成されたメッキに、吸蔵ガス量
が減少し、なお析出効率は９９．５χであった。

２　、１２０　Ｈｚの三角波（第２図に示される波形）
の電源を用いメッキ条件をＰＨ６〜８の弱シアン酸性浴
金メッキ液を使用し、実効通電電流密度を２０ｍＡ／ｃ
Ｉ１１１通電時間を１０分でメッキをプリント基板にな
したところ、１周期毎に１次関数上に電流密度の変動が
存在するため特に仕上がり形状がリップル分のない完全
直流メッキに比べ縦横の成長レートに差が発生し、メッ
キ層を縦方向（成長方向）を横方向の３倍程度まで高速
に成長することができなお析出効率は９９．５χであっ
た。

３．６０Ｈｚの三角半波（第３図に示される波形）の電
源を用い、メッキ条件をＰＨＩＩ程度のシアンアルカリ
土類金メッキ液を使用し、実効通電電流密度を５０ｍＡ
／　ａｎｔ、通電時間を１０分とし、メッキをプリント
基板になしたところ、１周期の５０％は通電がなく液中
イオンの分布改善が図られると共に反応により発生した
メッキ液分解物質やガス等が連続的なメッキ進行とは異
なり休止期間があるため、析出金属中への含有量が低下
する。又析出粒径が完全直流によるものより約３０％程
度小さくなるため後工程におけるガス放出が容易になっ
た。なお、析出効率は９９．５χであった。

４、０．２４Ｈｚの極長周期の全波整流波形（第４図に
示される波形）の電源を用い、メッキ条件をＰＨ４〜６
の弱シアン酸性浴金メッキ液を使用し、実効通電電流密
度を３０ｍＡ／　ａｎ！とし、通電時間を１０分とし、
メッキをプリント基板になしたところ、１周期が極端な
長時間となるために、メッキ層縦（成長）方向で電流密
度を連続かつ等間隔に変化させられる。゛このため縦方
向に金属析出硬度を変化させることとなり実効的に多層
状に硬度の低い層と高い層を形成させられた。また高電
流密度による処理面の荒れを低電流密度による処理層が
復修するため金属光沢を保持しながら低硬度のメッキ層
を得ることができた。なお、析出効率は９９．５χであ
った。

５　、３０Ｈｚの三角半波と逆スパイクパルスの組み合
わせ（第５図にしめされた波形）の電源を用い、メッキ
条件をＰＨ６〜７の弱シアン酸性浴金メッキ液使用し、
実効通電電流密度を１０ｍＡ／　ｄ平方とし、通電時間
を１０分としたとき、メッキをプリント基板になしたと
ころ１周期の５ｏｚは通電がなく液中イオンの分布改善
が図られた。更に電荷の集中効果によりメッキ対象領域
の周辺部が中央部より１゜１から３倍程度高いレートで
メッキ層が成長するがこれを除去し表面の平坦なメッキ
層を形成するため全周期の３〜１０％の逆スパイクパル
スを通電する。パルス通電開始の一瞬のみ周辺部を中心
に電解プロセスが発生し周辺部においてのみ析出金属が
除去された。しかしスパイク通電のため一瞬のプ久セス
進行後は通電エネルギーは液の分解にのみ使用され、析
出金属中の電解は電荷の集中した周辺部でのみ発生し、
周辺部分の盛り上がりのない頂上の平坦な析出層を得た
。なお、析出効率は９９．５Ｘであった。

６、０．２４Ｈｚの極長周期の三角半波（第６図に示さ
れる波形）の電源を用い、メッキ条件をＰＨ６〜７程度
の完全ノーシアン中性浴金メッキ液を使用し、実効通電
電流密度を１０ｍＡ／　ｃｏ！とし、通電時間を１０分
とし、メッキをプリント基板になしたところ第７図は長
時間メッキプロセスをしめし、メッキプスセスの１サイ
クルの全域にわたる処理電流密度を記録したものである
。

区間Ａ−Ｂは低電流密度でち密なメッキ層を形成し下地
金属層との密着力を確保した。

区間Ｃ−Ｄは高電流密度で粗いメッキ層を高速形成し一
定厚さを短時間で形成した。

区間Ｅ−Ｆは低電流密度でち密なメッキ層を形成し表面
光沢を確保した。なお、析出効率は９９．５χであった
。であった。

以上のようにメッキ行程１サイクルにわたって設定した
時点ごとに処理電流密度及び波形を変化させることによ
り密着力、層硬度、表面光沢をコントロールするととも
に析出表面粗さの劣化を無視して高速メッキがおこなえ
た。

処理サイクル中に上記の波形を変化さたり、波形の周期
を規則的ないしは不規則的に変化させたり、上記の複数
個の波形を規則的不規則的に組み合わせたり、複数個の
周波数の波形を規則的不規則りに重畳させる、上記の波
形を歪ませたり、関数電源に実験的に作成された波形（
必ずしも数学的に定義されにくいもの）を使用したり等
、以上のような周期及び波形を任意に変動させた任意の
変動関数電源を使用したとき、プリント基板及び半導体
素子基板に、実施例の効果を組み合わせたメッキがおこ
なえた。

又用途的には装飾等に使用しても美しいメッキ付き回り
制御が可能でありリレー等の接点メッキにも表面形状、
光沢ガス薬品吸蔵の制御が可能である等の点からも有効
である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は実施例による波形で 第１図は６０Ｈｚの正弦波と直流電圧の合成波形。 第２図は１２０　Ｈｚの三角波の電圧波形。 第３図は６０Ｈｚの三角半波の電圧波形第４図は極長周
期０．２４Ｆｌｚの半波整流の近似波形。 第５図は３０Ｈｚの三角半波と逆スパイクパルスの合成
波形。 第６図は０．２４Ｈｚの極長周期の三角半波の近似波形
。 第７図は第６図近似波形の１０分間の１サイクルプロセ
スの処理電流密度の変化。 ＃ヂ≠ 第８図は本発明の装置のブロック図である。 １ニジステム電源、　２：コンピュータ、３・・・３′
：関数波形発生器、 ４：演算回路、　　　　５：直流設定電源、６：乗算回
路、　　　７：ブリアンプ、８・・・８′：広帯域電流
増幅器、 ９・・・９′：リミット回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、関数波形の電流をかけてメッキを行うことを特
   徴とする精密メッキ方法
2. （２）、関数波形として特定周期の任意の変動関数波形
   を利用してなる特許請求の範囲第１項記載の精密メッキ
   方法