JP2002241999A - Plating apparatus - Google Patents
Plating apparatusInfo
- Publication number
- JP2002241999A JP2002241999A JP2001042164A JP2001042164A JP2002241999A JP 2002241999 A JP2002241999 A JP 2002241999A JP 2001042164 A JP2001042164 A JP 2001042164A JP 2001042164 A JP2001042164 A JP 2001042164A JP 2002241999 A JP2002241999 A JP 2002241999A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plating
- plated
- cathode
- hole
- plating solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、メッキ装置に係
り、特にスルーホールやブラインドホールなどの細径の
ホールを有するプリント配線用の基板(以下、単に基板
と略記する)に好適なメッキ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plating apparatus, and more particularly to a plating apparatus suitable for a printed wiring board (hereinafter simply abbreviated as a substrate) having small holes such as through holes and blind holes. .
【0002】[0002]
【従来の技術】実装密度が年々高くなるマイクロエレク
トロニクス産業にあって、最大の技術課題の一つが、ビ
ルドアップ基板やフレキシブル多層基板のスルーホー
ル、ブラインドホールなどの回路形成に欠かすことので
きないホール内壁の均一性の高い電気メッキとメッキに
よる効率的な埋め込みである。電気メッキは、電気化学
的手法を用いて表面に主に金属または金属化合物の薄膜
を付ける手法である。メッキは全体として均一化され難
いという問題点を有している。メッキする過程は電気化
学現象の応用であるが、工業的には理論電気化学のよう
に単純化された系を用いることができないので、メッキ
は長い歴史を有する技術であるにもかかわらず、まだ総
てのプロセスが明らかになっているとは言い難い。2. Description of the Related Art In the microelectronics industry where the mounting density is increasing year by year, one of the biggest technical problems is the inner wall of a hole which is indispensable for forming circuits such as through holes and blind holes of a build-up substrate or a flexible multilayer substrate. It is an efficient embedding by electroplating and plating with high uniformity. Electroplating is a technique of applying a thin film of mainly a metal or a metal compound to the surface using an electrochemical technique. Plating has a problem that it is difficult to achieve uniform plating as a whole. Although the plating process is an application of electrochemical phenomena, industrially it is not possible to use a simplified system like theoretical electrochemistry, so plating is a technology with a long history, Not all processes are clear.
【0003】メッキを研究するにあたってはトライアン
ドエラーの手法を捨てる訳にはいかないが、それと並行
して電気化学的アプローチ、金属学的アプローチ、錯塩
化学的アプローチ、分析化学的アプローチなどが必要で
あるとされている。[0003] In studying plating, it is not possible to abandon the try-and-error method, but at the same time, an electrochemical approach, a metallurgical approach, a complex chloride approach, an analytical chemistry approach, etc. are required. It has been.
【0004】メッキ工業では従来から電極反応に関する
研究に重点がおかれているが、その反応は極めて複雑で
ある。酸性の銅メッキを例にとりカソード(陰極)反応
のみに限定してみる。見掛け上の全反応は、下記の通り
である。[0004] The plating industry has traditionally focused on electrode reaction research, but the reaction is extremely complex. Taking the acid copper plating as an example, we will limit it to only the cathode (cathode) reaction. The total apparent reactions are as follows:
【0005】[0005]
【化1】 しかし、最新の研究レベルでも、メッキは外部からカソ
ード分極するので、単にこの全反応のみならず色々な現
象や反応が起きていると考えられている。例えば銅の電
着をみても、Embedded image However, even at the latest research level, it is thought that various phenomena and reactions occur not only in this total reaction but also because the plating is cathodically polarized from the outside. For example, looking at the electrodeposition of copper,
【化2】 が起きて、引き続きEmbedded image Happened and continued
【化3】 の2段階反応も考えられている。このように全反応が何
段階かの電極反応を経由するとき、これらの反応は電子
の出入りのない単なる化学反応のこともあるとされてい
る。水中に存在するイオンの状態を直接見ることはでき
ないので、他にも色々な変化が起きている可能性が指摘
されている。結局、後は各種測定データを解読して妥当
性を議論するということになり、メッキ技術の複雑性を
裏付けている。Embedded image A two-step reaction has also been considered. When the whole reaction goes through several stages of electrode reactions, it is said that these reactions may be merely chemical reactions without the entrance and exit of electrons. Since it is not possible to directly see the state of ions existing in water, it has been pointed out that various other changes may have occurred. Eventually, it will be necessary to decipher the measured data and discuss the validity, confirming the complexity of the plating technology.
【0006】外部からカソード(陰極)分極すると、表
面にあるイオンはその電子を受け取ろうとするが、イオ
ンの状態と還元された状態では電子の並べ替えが起きな
ければならない。これにはエネルギーが余分に必要とな
る。この余分なエネルギーを受け取った状態を活性錯体
と呼び、余分なエネルギーを活性エネルギーと呼ぶ。こ
のように活性錯体を経由して電子を受け取る反応(アノ
ードつまり陽極のときは電子を放出する反応)を活性化
反応と呼ぶ。[0006] When the cathode (cathode) is polarized from the outside, the ions on the surface try to receive the electrons, but the rearrangement of the electrons must occur in the ionic state and the reduced state. This requires extra energy. The state of receiving the extra energy is called an active complex, and the extra energy is called an active energy. Such a reaction of receiving electrons via the active complex (a reaction of releasing electrons in the case of an anode, ie, an anode) is called an activation reaction.
【0007】大気中の金属は、酸素を媒介としてほぼ単
分子の水が吸着した状態であるとされているが、メッキ
浴のように周囲に多量の自由水があると、水の置き換わ
りや酸素の拡散などがあって、部分カソードや部分アノ
ードができる。浴中では電子の多い部分に水素が、少な
い部分に酸素が向いて並ぶが、電子が動き回っているの
で、場所が常に変動しており見掛け上平均化している筈
である。[0007] The metal in the atmosphere is said to be in a state where almost monomolecular water is adsorbed through oxygen. However, if there is a large amount of free water in the surroundings such as in a plating bath, the replacement of water and the oxygen And a partial cathode or partial anode is formed. In the bath, hydrogen is lined up in a portion with a lot of electrons, and oxygen is lined up in a portion with a little electron. However, since the electrons move around, the place is always fluctuating and apparently averaged.
【0008】カソード(陰極)方向に分極しようとする
と、表面の電子密度が大きくなり電子の一部が電気を帯
びているから+の電気と引き合う。水は極性分子と言っ
て水素側が+の、酸素の部分が−の電気を帯びやすい。
このため水分子はカソード(陰極)側に、酸素を沖合い
向きにして整列する。そのため極表面近くは、あたかも
コンデンサーができたような形になる。[0008] When trying to polarize in the direction of the cathode (cathode), the electron density on the surface increases, and a part of the electrons is charged with electricity, so that it attracts + electricity. Water is a polar molecule and tends to be positively charged on the hydrogen side and negative on the oxygen side.
For this reason, the water molecules are arranged on the cathode side with the oxygen facing off. Therefore, near the very surface, it is as if a capacitor was made.
【0009】この外側にイオンの濃度勾配ができて、こ
の厚みはせいぜい1μm程度であって、電子の受け渡し
はこの中の何処かで起こっているとされている。[0009] An ion concentration gradient is formed on the outer side, the thickness is at most about 1 µm, and it is said that the transfer of electrons is occurring somewhere in this.
【0010】この層のことを電気2重層またはヘルムホ
ルツ層と呼ぶ。この層の中で活性化反応、例えばThis layer is called an electric double layer or a Helmholtz layer. Activation reactions in this layer, for example
【化1】 が起きるとすれば、この近傍のCu2+ の欠乏が起こ
る。そこで沖合からCu2+を補給しないと電気的バラン
スがとれない。沖合からCu2+ がヘルムホルツ層に到
達するには消耗速度が速いほど濃度勾配が大きくなるか
ら、距離が一定ならば移動速度が速くなるし、速度が一
定ならば距離が長くなる。この濃度勾配のある層を拡散
層と呼び、厚さは数mmあるとされている。普通は拡散
速度の方が一定であると考えられている。ただ、この層
の中ではカチオンのみならずアニオンや水が動いてお
り、単純に拡散方程式を当てはめて良いかどうかは疑問
としながらも一般には普通の拡散と同じ扱いがなされて
いる。Embedded image If this occurs, a deficiency of Cu 2+ in the vicinity occurs. Therefore, the electric balance cannot be obtained unless Cu 2+ is supplied from offshore. In order for Cu 2+ to reach the Helmholtz layer from offshore, the concentration gradient increases as the consumption rate increases. Therefore, if the distance is constant, the moving speed increases, and if the speed is constant, the distance increases. This layer having a concentration gradient is called a diffusion layer, and has a thickness of several mm. It is generally thought that the diffusion rate is more constant. However, not only cations but also anions and water move in this layer, and although it is doubtful whether a simple diffusion equation can be applied, it is generally treated in the same way as ordinary diffusion.
【0011】メッキの場合は、さらに表面に電着した原
子の表面拡散や核の生成、成長の過程が加わるのでもっ
と複雑になる。拡散、ヘルムホルツ層の形成、化学反応
や素反応、核の生成・成長などは独立して起こっている
訳ではなく、分極の条件や変化の種類に応じて連続して
起きている。メッキの定常状態の測定で検出される電位
や電流は、各種の変化の中で律速段階と呼ばれる一番遅
い変化による値を示している。[0011] In the case of plating, the process of surface diffusion, nucleation and growth of atoms electrodeposited on the surface is further added, and the process becomes more complicated. Diffusion, formation of the Helmholtz layer, chemical reaction and elementary reaction, nucleation and growth do not occur independently, but occur continuously according to the polarization conditions and the type of change. The potential and the current detected in the measurement of the steady state of the plating show values due to the slowest change called a rate-limiting step among various changes.
【0012】メッキ浴ではこのような色々な現象が混在
するが、幸いなことにこれらの現象は速度が皆違うの
で、スイッチオンの瞬間から現象を見ると不完全ではあ
るが、各種変化の一部を垣間見る研究もある。それによ
れば、反応がただ一つだけである場合には、スイッチを
入れた瞬間には、最初に電気抵抗による立ち上がりがあ
り、続いてヘルムホルツ層ができるのが観察され、その
後拡散層ができ、核の形成に関わる現象が起きるとい
う。Although various phenomena are mixed in the plating bath, fortunately, these phenomena have different speeds. For this reason, although the phenomena are imperfect when viewed from the moment of switch-on, various phenomena are observed. There is also research to get a glimpse of the department. According to it, when there is only one reaction, at the moment when the switch is turned on, there is first a rise due to electrical resistance, followed by the formation of a Helmholtz layer, followed by the formation of a diffusion layer, It is said that phenomena related to nuclear formation occur.
【0013】電気化学現象の律速の要因はいくつもある
が、電気メッキでは電流密度が十分に大きいので、大部
分は拡散などが律速となると考えられる。拡散律速の場
合は、電極表面(正しくはヘルムホルツ層の外側と言わ
れている)に活性錯体が幾つ存在するかで流れる電流密
度の大きさが決まるとされている。Although there are many factors that determine the rate of electrochemical phenomena, it is considered that diffusion and the like are rate-determining in most cases because current density is sufficiently large in electroplating. In the case of diffusion control, it is said that the magnitude of the current density flowing depends on the number of active complexes present on the electrode surface (correctly called the outside of the Helmholtz layer).
【0014】完全な拡散律速の場合には、電荷の移動速
度の方が速いから、見掛け上表面濃度は0になる。この
状態の電流密度を限界電流密度と呼ぶ。限界電流密度で
は、表面の濃度が0に近いので単純な溶液からのメッキ
では、粉末状の金属が得られることになってしまい好ま
しくない。In the case of perfect diffusion control, since the moving speed of charges is faster, the apparent surface concentration becomes zero. The current density in this state is called a limit current density. At the limit current density, since the surface concentration is close to 0, plating from a simple solution is not preferable because a powdery metal is obtained.
【0015】拡散速度は、通常、ネルンストの近似解で
間に合わせることが多いが、沖合濃度と表面濃度の差に
拡散定数を乗じたものを拡散層の厚さで除すが、拡散層
の厚さは対流の影響を受け、掻き混ぜによって小さくす
ることができると言われる。しかし、掻き混ぜなどの対
流の影響は流体力学などの複雑な計算が必要で、その定
量的影響については十分な研究がなされているとは言え
ない。Usually, the diffusion speed can be usually adjusted by Nernst's approximation solution. The difference between the offshore concentration and the surface concentration multiplied by the diffusion constant is divided by the thickness of the diffusion layer. Said is said to be affected by convection and can be reduced by stirring. However, the effects of convection such as stirring require complicated calculations such as fluid dynamics, and the quantitative effects have not been sufficiently studied.
【0016】またメッキの場合には、電極との間で電子
のやり取りをする反応の他に単なる化学変化を伴うこと
が多い。例えば錯イオンの解離、重合反応による被膜の
形成、溶存酸素による酸化、アノード(陽極)反応物と
の反応、不均化反応などがある。このような反応が律速
になった場合、簡単に取り扱えないが、イオンの供給速
度が一定になるならば、この場合は拡散と同じように限
界電流が観測され、分極状態は拡散律速の場合と同じに
なる。拡散律速との違いは温度の影響が大きく、掻き混
ぜの影響が異なる点であると言われている。化学反応が
律速の場合は、予想しなかったようなデータが得られる
ことが多く、データを逆に解析して論理構成をした方が
よい場合が多いとされている。これがメッキ技術につい
て解明されている現状である。このようにヘルムホルツ
層や拡散層のメッキに及ぼす影響は大きいと言われなが
らも、流体力学の面からのメカニズムの解明は進んでお
らず、未知の領域が多い。In the case of plating, in addition to a reaction for exchanging electrons with an electrode, a mere chemical change often occurs. Examples include dissociation of complex ions, formation of a film by a polymerization reaction, oxidation by dissolved oxygen, reaction with an anode (anode) reactant, and disproportionation reaction. If such a reaction becomes rate-limiting, it cannot be handled easily, but if the supply rate of ions is constant, in this case, a limiting current is observed in the same way as diffusion, and the polarization state is the same as that in the case of diffusion-limited. Will be the same. It is said that the difference from diffusion control is that the effect of temperature is large and the effect of stirring is different. It is said that when the chemical reaction is rate-determining, unexpected data is often obtained, and it is often better to reversely analyze the data to form a logical configuration. This is the current situation where the plating technology has been elucidated. Although it is said that the influence of the Helmholtz layer and the diffusion layer on the plating is great as described above, the elucidation of the mechanism in terms of fluid dynamics has not been advanced, and there are many unknown areas.
【0017】これまで述べたような複雑な要素が関わる
上に、工業的にはメッキ浴の容量が大きいため一層複雑
になる。この要因の複雑さとそのため本質的に不安定に
ならざるを得ないメッキ技術が、基板の高密度実装化に
伴いますます精密性が求められ、その対処がますます困
難となっているのが実情である。つまり、実験室レベル
から見ると遙かに大面積の被メッキ体は高密度、高精度
に印刷された回路パターンを有し、そのパターン内に加
工された各種形状の細孔があるという中で、細孔内部を
均一にメッキするための各種条件の調整がますます複
雑、困難になっている。微視的なメッキの均一性、つま
り高いミクロスローインパワーを達成する手段が、従来
は殆ど検討されていなかった。In addition to the complicated elements described above, the plating bath is industrially more complicated due to the large capacity of the plating bath. The complexity of this factor, and the plating technology that must be inherently unstable, requires higher precision due to the high-density mounting of substrates, and it is becoming increasingly difficult to deal with it. It is. In other words, when viewed from the laboratory level, an object to be plated with a much larger area has a circuit pattern printed with high density and high accuracy, and the pattern has pores of various shapes processed in the pattern. In addition, it has become increasingly complicated and difficult to adjust various conditions for uniformly plating the inside of the pores. Means for achieving microscopic plating uniformity, that is, a high micro-slow in-power, has heretofore been scarcely studied.
【0018】従来のメッキ技術において、アノードで溶
解された金属イオンをメッキ浴中に均一に分散させるた
め気泡によるメッキ液の攪拌が行なわれてきたが、その
ための気泡発生に用いられる空気供給量は、メッキ層表
面積0.1m2 当たり毎分30リットル程度であるが、
この程度ではスルーホール中の残存気泡すら完全に排出
する力を作り得ない。また、基板をその表面に対して直
角方向に往復運動を行なうか、あるいは平行方向(つま
り平面方向)に上下または左右に往復運動を行なって、
基板を揺動し、スルーホールなどの細孔中でメッキ液の
流れを生じさせようとする方法もあるが、実際には流体
力学的にみて殆ど効果はない。In the conventional plating technique, the plating solution has been agitated by bubbles to uniformly disperse the metal ions dissolved in the anode in the plating bath. The plating layer surface area is about 30 liters per minute per 0.1 m 2 ,
With this degree, it is not possible to create a force for completely discharging even the remaining air bubbles in the through holes. Also, the substrate is reciprocated in a direction perpendicular to the surface thereof, or reciprocated up and down or left and right in a parallel direction (that is, a plane direction),
There is also a method in which the substrate is oscillated to cause a plating solution to flow in pores such as through holes. However, there is practically no effect in terms of fluid dynamics.
【0019】流体力学的にメッキ浴の挙動を見るとき、
メッキ浴の大部分は水であるから、水の挙動を最も重要
視しなければならない。水は極性分子であり、浴中では
H2O単分子として存在している訳ではなく、4〜5個
の分子が電気的に緩やかに結合している。この緩やかな
結合状態が水に粘性を持たせる要因である。また金属イ
オンはメッキ液中に水和した状態で存在しており、水和
した金属イオンは普通6配位の陽イオン錯体〔M(OH
2 )6 〕n+の構造を持つ。Cuの場合は2価の金属であ
るため、n+は2+で、水分子12個で錯体のように包まれ
ている。When observing the behavior of the plating bath hydrodynamically,
Since the majority of the plating bath is water, the behavior of water must be of the utmost importance. Water is a polar molecule, is in the bath does not mean that are present as H 2 O monomolecular, 4-5 molecules are electrically loosely coupled. This loose binding state is a factor that makes water viscous. The metal ions are present in a hydrated state in the plating solution, and the hydrated metal ions are usually a hexacoordinate cation complex [M (OH
2 ) 6 ] It has a structure of n + . Since Cu is a divalent metal, n + is 2+ and is wrapped like a complex with 12 water molecules.
【0020】メッキ液中の水自体も存在するアニオンも
カチオンも総て水和し、水分子の影響を被って粘性を示
す。実際のメッキでは、ヘルムホルツ層といった局部で
の水和金属の析出反応、つまり還元反応が連続的に起こ
っているが、還元されたときに残存する水分子の集合体
は粘性を持つためその位置に溜まろうとし、連続して起
こるべき反応を阻害することになる。これは工業メッキ
のように被メッキ体の表面積が大きくなればなるほどそ
の影響は顕著になり、メッキのばらつきとなって現れ
る。このことは拡散をもたらす電気泳動速度を一定とみ
がちな電気化学理論が実際のメッキ現象を説明しきれな
い理由の一つといえる。The water in the plating solution itself as well as the existing anions and cations are all hydrated and exhibit viscosity under the influence of water molecules. In actual plating, the precipitation reaction of the hydrated metal in the local region such as the Helmholtz layer, that is, the reduction reaction, occurs continuously, but the aggregate of water molecules remaining when reduced has viscosity, so it is located at that position. Attempts to accumulate and hinder the reactions that must occur continuously. This effect becomes more remarkable as the surface area of the object to be plated increases as in the case of industrial plating, and appears as plating variation. This is one of the reasons why the electrochemical theory, which tends to keep the electrophoresis speed causing diffusion constant, cannot fully explain the actual plating phenomenon.
【0021】さらに前記水和金属イオンの還元反応にお
いて、水の粘性が接近する金属イオンの運動を妨害する
ことになるという事実をみたとき、電気化学反応を効率
化し、均一化するための条件を整えることが如何に重要
であるかが分かる。積極的に陽極と陰極(基板)の表面
のヘルムホルツ層やその外側の拡散層を物理的な外力に
よって破壊し、極近傍に必要十分な金属イオンを連続的
かつ安定に供給する方法が得られれば、電気化学的メカ
ニズムによるメッキが安定した技術として確立されるこ
とになる。後述する本発明は、陰極(基板)近傍のメッ
キ液に乱流を造成することができる有効な手段である。Further, in the reduction reaction of the hydrated metal ions, when the fact that the viscosity of water impedes the movement of the approaching metal ions, the conditions for making the electrochemical reaction efficient and uniform are considered. You can see how important it is to arrange. If a method could be obtained in which the Helmholtz layer on the surface of the anode and cathode (substrate) and the diffusion layer on the outside of the anode and cathode (substrate) were positively destroyed by a physical external force, and the necessary and sufficient metal ions were supplied continuously and stably to the vicinity Thus, plating by an electrochemical mechanism is established as a stable technique. The present invention described below is an effective means for forming a turbulent flow in the plating solution near the cathode (substrate).
【0022】近年、有機添加物の進歩により、メッキの
均一性や物性に大きな改善がみられている。しかし、電
子回路の実装密度の増加ニーズはますます高まり、回路
線幅のさらなる精細化に伴う三次元回路を形成するスル
ーホールやブラインドホールの被メッキ部もますます小
さくなる傾向にあり、それに対応するためには、メッキ
の電気化学反応の安定化に極めて重要なヘルムホルツ層
や拡散層の構造を改善することは極めて重要である。In recent years, with the progress of organic additives, great improvements have been seen in plating uniformity and physical properties. However, the need to increase the mounting density of electronic circuits is increasing, and the plated parts of through-holes and blind holes that form three-dimensional circuits due to the further refinement of circuit line widths are also becoming smaller and smaller. For this purpose, it is very important to improve the structure of the Helmholtz layer and the diffusion layer, which are extremely important for stabilizing the electrochemical reaction of plating.
【0023】スルーホールやブラインドホールの孔径が
小さくなるにつれて、メッキ部位におけるイオン供給量
の差に僅かな違いがあってもメッキの均一性に大きな影
響が出る。従来技術ではスルーホール中央部のメッキが
薄くなることを改善することは殆ど不可能で、形成され
た回路の性能と信頼性の大きな問題となっている。ま
た、電気化学理論に従って印加電流密度を高くすると、
ホール内壁に比べ、回路表面部およびホールの開口に近
い部分のメッキ厚みが大きくなり過ぎる。従って印加電
流密度を高くすることができないので、メッキ時間の短
縮化が図れない。またブラインドホールの孔埋めなどで
はホール内のメッキが少ないため、厚くメッキされた表
面部を研磨して薄くした上でメッキを繰り返さなければ
ならず、極端な工程増加となり生産効率が悪い。As the hole diameter of the through hole or the blind hole becomes smaller, even if there is a slight difference in the ion supply amount at the plating portion, the uniformity of plating is greatly affected. In the prior art, it is almost impossible to improve the thinning of the plating at the center of the through hole, and this is a major problem in the performance and reliability of the formed circuit. When the applied current density is increased according to the electrochemical theory,
As compared with the inner wall of the hole, the plating thickness of the portion near the circuit surface and the opening of the hole is too large. Therefore, the applied current density cannot be increased, so that the plating time cannot be reduced. In addition, when filling a blind hole or the like, since plating in the hole is small, plating must be repeated after the thick plated surface is polished and thinned, resulting in an extremely large number of steps and poor production efficiency.
【0024】[0024]
【発明が解決しようとする課題】被メッキ体の揺動につ
いて注目すべき従来技術として、特許第1582721 号(特
公平1−43039号公報)がある。この特許はメッキ
液中で基板に円または楕円運動を与えることにより、印
加電流密度を効果的に高め、メッキ時間を短縮できるこ
とが示されている。さらに、基板の円または楕円運動が
メッキ液の乱流を増大し、それによってスルーホール内
壁にも均一なメッキが可能であるとしている。この特許
の実施例によれば、円または楕円運動の振幅は100m
mと比較的大きく、回転数は1秒間に2.5回から10
回となっており、150rpmから600rpmと極め
て速い。As a prior art to which attention should be paid to the oscillation of the object to be plated, there is Japanese Patent No. 1572271 (Japanese Patent Publication No. 1-343039). This patent shows that applying a circular or elliptical motion to the substrate in the plating solution can effectively increase the applied current density and reduce the plating time. Further, the circular or elliptical movement of the substrate increases the turbulence of the plating solution, thereby enabling uniform plating on the inner wall of the through hole. According to an embodiment of this patent, the amplitude of the circular or elliptical motion is 100 m
m, relatively high, and the rotation speed is 2.5 to 10 times per second.
The speed is extremely fast, from 150 rpm to 600 rpm.
【0025】基板をメッキ液中で円または楕円運動させ
ることにより渦流が生じるが、その渦流の中央部に島状
領域と呼ばれる閉軌道上を規則的に動く領域が形成さ
れ、その傾向は上述のように基板の円または楕円運動の
振幅が大きいと島状領域が形成され易い。またこの特許
のように基板の回転が高速であると、装置の構造ならび
に耐久性にも問題がある。A vortex is generated by moving the substrate in a circular or elliptical motion in the plating solution. A region called an island region that moves regularly on a closed orbit is formed at the center of the vortex. When the amplitude of the circular or elliptical motion of the substrate is large as described above, an island region is easily formed. Further, when the substrate rotates at a high speed as in this patent, there are problems in the structure and durability of the apparatus.
【0026】本発明の目的は、このような従来技術の欠
点を解消し、例えば0.2mm程度細い孔径を有するス
ルーホールやブラインドホールに対しても、均一性の高
いメッキが可能で、しかもメッキ時間の短縮が図れる効
率の良いメッキ装置を提供することにある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art. For example, highly uniform plating can be performed even on a through hole or a blind hole having a hole diameter as small as about 0.2 mm. An object of the present invention is to provide an efficient plating apparatus capable of reducing time.
【0027】[0027]
【課題を解決するための手段】メッキ厚みに差が発生す
るのは、主として金属イオン供給量の局部的ばらつきと
陰陽極間の電気力線のばらつきにより、基板表面とスル
ーホールやブラインドホールの内壁での析出量に差があ
るからであり、加えてホールの形状が複雑であることに
拠っている。ヘルムホルツ層と拡散層に何らかの改善を
加えれば、均一性の高いメッキが得られる。The difference in plating thickness is mainly caused by the local variation in the supply amount of metal ions and the variation in the lines of electric force between the anode and the anode, and the surface of the substrate and the inner walls of through holes and blind holes. This is because there is a difference in the amount of precipitation in the hole, and the hole shape is complicated. If any improvement is made to the Helmholtz layer and the diffusion layer, highly uniform plating can be obtained.
【0028】本発明はこのような知見に基づいてなされ
たものであり、前記目的を達成するため、第1の手段
は、メッキ液中に所定の間隔をおいて対向するように配
置した陽極板と陰極となり所定位置に細径のホールを有
するメッキすべき例えば基板などの被メッキ体と、 そ
の被メッキ体を懸垂支持する例えばバーなどの支持部材
の両側に2個の回転体を偏心して設けた例えば偏心カ
ム、動力伝達機構、モータなどを有する回動手段と、前
記メッキ液中において被メッキ体の下方から上方に沿っ
て上昇する無数の気泡を発生する例えばエアボックスな
どの気泡発生手段とを備え、前記2個の回転体を同期回
転することにより前記被メッキ体をその平面内において
円または楕円状に揺動するとともに、被メッキ体の下方
から上方に沿って気泡の上昇流を形成しながら、被メッ
キ体のホール内面を含む表面にメッキを施すメッキ装置
において、前記被メッキ体のメッキ液中における揺動振
幅が2mm〜10mmの範囲に規制されていることを特
徴とするものである。The present invention has been made based on such knowledge, and in order to achieve the above object, a first means is to provide an anode plate which is disposed so as to face a plating solution at a predetermined interval. The two rotating bodies are eccentrically provided on both sides of a plate to be plated, for example, a substrate, having a small diameter hole at a predetermined position, which serves as a cathode, and a support member, such as a bar, for suspending and supporting the plate. A rotating means having, for example, an eccentric cam, a power transmission mechanism, a motor, and the like, and a bubble generating means such as an air box for generating an infinite number of bubbles rising upward from below the object to be plated in the plating solution. The object to be plated is swung in a circular or elliptical shape in the plane by synchronously rotating the two rotating bodies, and bubbles are formed along the object to be plated from below to above. In a plating apparatus for plating a surface including an inner surface of a hole of an object to be plated while forming an ascending flow, a swing amplitude of the object to be plated in a plating solution is regulated in a range of 2 mm to 10 mm. It is assumed that.
【0029】本発明の第2の手段は前記第1の手段にお
いて、前記回転体の回転速度が60rpm〜140rp
mの範囲に規制されていることを特徴とするものであ
る。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the rotational speed of the rotating body is from 60 rpm to 140 rpm.
It is characterized by being restricted to the range of m.
【0030】本発明の第3の手段は前記第1の手段また
は第2の手段において、前記メッキ液中における気泡の
上昇速度が0.5m/秒〜1.0m/秒の範囲に規制さ
れていることを特徴とするものである。A third aspect of the present invention is the first aspect or the second aspect, wherein the rate of rise of bubbles in the plating solution is regulated to a range of 0.5 m / sec to 1.0 m / sec. It is characterized by having.
【0031】本発明の第4の手段は前記第1の手段にお
いて、前記回転体の回転速度が60rpm〜140rp
mの範囲に規制され、かつ前記メッキ液中における気泡
の上昇速度が0.5m/秒〜1.0m/秒の範囲に規制
されていることを特徴とするものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the rotation speed of the rotating body is from 60 rpm to 140 rpm.
m, and the rising speed of bubbles in the plating solution is regulated to a range of 0.5 m / sec to 1.0 m / sec.
【0032】[0032]
【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態に係るメッ
キ装置の構造ならびに動作について図とともに説明す
る。図1ないし図5は実施形態に係るメッキ装置を説明
するための図で、図1はメッキ装置の正面図、図2はメ
ッキ装置の平面図、図3はメッキ装置の一部を切除した
斜視図、図4は図3X−X線上の断面図、図5は図4A
部の拡大図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure and operation of a plating apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 5 are views for explaining a plating apparatus according to an embodiment. FIG. 1 is a front view of the plating apparatus, FIG. 2 is a plan view of the plating apparatus, and FIG. FIG. 4 is a sectional view taken along line XX of FIG. 3 and FIG.
It is an enlarged view of a part.
【0033】図1に示すように、基板1はカソード給電
クランプ2で垂直に懸吊され陰極となり、カソード給電
クランプ2はバー3に取り付けられ、バー3の両端には
偏心カム4,4が連結されている。基板1は、浴槽5内
のメッキ液6中に浸漬される。偏心カム4は図示してい
ないがモータならびに歯車などの動力伝達機構を介して
回転駆動され、偏心カム4の回転により基板1はメッキ
液6中で円または楕円回転する。なお本明細書では、こ
の回転運動による基板1の円または楕円運動を揺動とい
う。As shown in FIG. 1, the substrate 1 is suspended vertically by a cathode power supply clamp 2 to serve as a cathode. The cathode power supply clamp 2 is attached to a bar 3, and eccentric cams 4, 4 are connected to both ends of the bar 3. Have been. The substrate 1 is immersed in a plating solution 6 in a bath 5. The eccentric cam 4 is rotationally driven through a power transmission mechanism such as a motor and a gear, not shown, and the substrate 1 rotates in a circle or an ellipse in the plating solution 6 by the rotation of the eccentric cam 4. In the present specification, the circular or elliptical motion of the substrate 1 due to the rotational motion is called swing.
【0034】この基板1は図4に示すように、2列に配
列される多数の含燐銅ボールが充填された陽極チタンバ
スケット7,7の間に吊るされる。基板1として、例え
ば直径0.3mmのスルーホールを、それぞれ所定の位
置に形成され、更に無電解メッキなどの導電性付与処理
が施された銅張り積層板が用いられる。As shown in FIG. 4, the substrate 1 is suspended between anode titanium baskets 7, 7 filled with a large number of phosphorous-containing copper balls arranged in two rows. As the substrate 1, for example, a copper-clad laminate in which through holes having a diameter of 0.3 mm are formed at predetermined positions and further subjected to a conductivity imparting treatment such as electroless plating is used.
【0035】浴槽5の底部にエアボックス8を設置す
る。図5に示すようにエアボックス8の上部には多数の
細孔9が2列に設けられ、この孔9から無数の気泡10
が吐出されて、メッキ液6中を上昇する。An air box 8 is provided at the bottom of the bathtub 5. As shown in FIG. 5, a large number of pores 9 are provided in two rows at the top of the air box 8, and countless bubbles 10
Is discharged and rises in the plating solution 6.
【0036】エアボックス8の内部には、図示していな
いが外部の高圧送風機にバルブを介して繋がる送風パイ
プ18が貫通し、このバルブを調節して空気量を定め
る。また、パイプ18には比較的広い孔径の空気吐出孔
19が形成され、エアボックス8の孔9から吐出される
空気量を均一化せしめる。Inside the air box 8, though not shown, a blower pipe 18 connected to an external high-pressure blower through a valve penetrates, and the valve is adjusted to determine the amount of air. Further, an air discharge hole 19 having a relatively large diameter is formed in the pipe 18 to make the amount of air discharged from the hole 9 of the air box 8 uniform.
【0037】図3と図4に示すように、オーバーフロー
槽12は浴槽5の上部四辺を囲んで、気泡10に伴う上
昇流と、エアボックス8の両側には図示していないが外
部に設置される熱交換処理槽およびろ過器を介し、浴槽
5に送液するパイプ20の液を集めて、再び熱交換処理
槽に戻し、常時、浴槽5との間をメッキ液6は循環す
る。As shown in FIGS. 3 and 4, the overflow bath 12 surrounds the upper four sides of the bathtub 5, and has an ascending flow accompanying the air bubbles 10 and is installed on both sides of the air box 8 (not shown). The liquid in the pipe 20 to be sent to the bath 5 is collected through the heat exchange tank and the filter, and returned to the heat exchange tank again. The plating solution 6 constantly circulates between the bath 5 and the heat exchange tank.
【0038】メッキ装置で空気攪拌が行なわれていない
とき、浴の液面はろ過器の給液量が一定なので浴槽5と
オーバーフロー槽12の境をなす部位21を少し越える
流れ5aを保つ。基板1にメッキを施す際は、偏心カム
4を所定の速度(例えば100rpm)で回転し、基板
1を揺動する(例えば揺動幅2mm)とともに、エアボ
ックス8に空気を圧入し、孔9から無数の気泡10を放
出せしめた後、陰極基板1と陽極バスケット7に電流
(例えば陰極電流密度5A/dm2 )を流す。When the air is not agitated in the plating apparatus, the liquid level of the bath keeps the flow 5a slightly over the portion 21 which is the boundary between the bath 5 and the overflow tank 12 because the supply amount of the filter is constant. When plating the substrate 1, the eccentric cam 4 is rotated at a predetermined speed (for example, 100 rpm) to swing the substrate 1 (for example, a swing width of 2 mm), press air into the air box 8, and After an infinite number of bubbles 10 are released from the substrate, a current (for example, a cathode current density of 5 A / dm 2 ) is passed through the cathode substrate 1 and the anode basket 7.
【0039】する。Then,
【0040】発生した気泡10は整流板11に沿って分
かれて基板1の両側に分配され上昇し、メッキ液6を攪
拌する(例えば気泡上昇速度0.5m/秒)。この気泡
10の注入によりメッキ液6の液面は上昇し、図4の湾
曲した破線で示す如く中央部が盛り上がり、陽極バスケ
ット7の背後に密着してタンク壁との間に設けられた仕
切り板15との間を下降し、仕切り板15の下端から再
び陽極バスケット7の下端と抑止板16の間を通り、上
昇流に加わり循環を繰り返す。このときエアボックス8
の抑止板16は下降流が気泡流に影響することを抑止す
る。斯くして基板1表面の流れは均一性が保てる。なお
図中の13はオーバーフロー配管、14はパイプドレイ
ン、17はろ過液供給用パイプである。The generated bubbles 10 are divided along the current plate 11 and distributed to both sides of the substrate 1 to rise and stir the plating solution 6 (for example, the bubble rising speed is 0.5 m / sec). The liquid level of the plating solution 6 rises due to the injection of the bubbles 10, the central portion rises as shown by a curved broken line in FIG. 15, and from the lower end of the partition plate 15 to the lower end of the anode basket 7 and the depressing plate 16 again, it joins the upward flow and repeats the circulation. At this time, the air box 8
The deterrent plate 16 suppresses the downward flow from affecting the bubble flow. Thus, the flow on the surface of the substrate 1 can be kept uniform. In the drawing, 13 is an overflow pipe, 14 is a pipe drain, and 17 is a filtrate supply pipe.
【0041】本発明は、ヘルムホルツ層や拡散層に影響
すると考えられる乱流発生要因を基にして、それら要因
とメッキ効果について相関関係が明らかにできるような
試験設計を立てて各種実験を行なった結果から生じたも
のである。この実施形態に示すような工業生産規模のメ
ッキ装置を製造し、実験レベルで得られた結果が工業的
実用性を持つかどうかを検証した。In the present invention, various experiments were carried out based on turbulence generation factors considered to affect the Helmholtz layer and the diffusion layer, by setting up a test design that can clarify the correlation between the factors and the plating effect. Resulting from the result. An industrial production scale plating apparatus as shown in this embodiment was manufactured, and it was verified whether the results obtained at the experimental level had industrial practicality.
【0042】(実験方法)実験に用いたメッキ装置は図
1〜5に示したものと同じ構造ある。下記の実験1〜3
に用いた基板1は、縦300mm、横300mm、厚さ
1.6mmである。スルーホール径は0.2mm、0.
3mm、1.0mmで、各5個を基板1の中心線上およ
び中心線の両側9cmの線上に0.2mm、0.3m
m、1.0mmの順に穿設した。(Experimental Method) The plating apparatus used in the experiment has the same structure as that shown in FIGS. Experiments 1-3 below
The substrate 1 used for (1) has a length of 300 mm, a width of 300 mm, and a thickness of 1.6 mm. The through-hole diameter is 0.2 mm
3 mm, 1.0 mm, 5 mm each on the center line of the substrate 1 and 0.2 mm, 0.3 m on the line 9 cm on both sides of the center line
m and 1.0 mm.
【0043】これらの基板をまず市販のダイレクトプレ
ーティングメッキ液とそれを使用する処方に基づいて無
電解で孔中に銅メッキを施した。銅メッキ液の条件は、
下記の通りである。These substrates were first subjected to electroless copper plating in the holes based on a commercially available direct plating plating solution and a recipe using the same. The conditions for the copper plating solution are
It is as follows.
【0044】 CuSO4 ・5H2 O 90g/L H2 SO4 190g/L 塩素 50ppm 市販光沢剤 少量 浴温 24℃ メッキ厚25μmを得るため、印加電流密度(Dk)5
A/dm2 、時間25分の加工をそれぞれ実験の目的に
応じた条件で各4枚の基板に施し、各孔列の端部2個所
をクロスカットしてスローインパワーを計測し、その平
均値を算出して以下の特性図を作製した。スローインパ
ワーは、表面メッキ厚み(P)に対するホール内壁のメ
ッキ厚み(T)の割合の値〔(T/P)×100〕
(%)であり、スローインパワーの高低でメッキの均一
性が評価できる。CuSO 4 .5H 2 O 90 g / L H 2 SO 4 190 g / L Chlorine 50 ppm Commercial brightener Small amount Bath temperature 24 ° C. To obtain a plating thickness of 25 μm, an applied current density (Dk) of 5
A / dm 2 , processing for 25 minutes was applied to each of the four substrates under conditions according to the purpose of the experiment, and two ends of each hole array were cross-cut to measure the slow-in power, and the average was calculated. The values were calculated to produce the following characteristic diagrams. The throw-in power is a value of the ratio of the plating thickness (T) of the inner wall of the hole to the surface plating thickness (P) [(T / P) × 100].
(%), And the uniformity of plating can be evaluated based on the level of the slow-in power.
【0045】従来の印加電流密度(Dk)は2A/dm
2 以下が通常であるから、本発明の実施形態に係る印加
電流密度(Dk)5A/dm2 は従来のものに比較して
顕著に大きい。この印加電流密度(Dk)の大きさは本
発明の理論を裏付けるものであり、このように印加電流
密度(Dk)が大きいことは、結局、メッキ時間の大幅
な短縮が図れる。The conventional applied current density (Dk) is 2 A / dm
Since 2 or less is normal, the applied current density (Dk) of 5 A / dm 2 according to the embodiment of the present invention is remarkably large as compared with the conventional one. The magnitude of the applied current density (Dk) supports the theory of the present invention, and the fact that the applied current density (Dk) is large as described above can greatly reduce the plating time.
【0046】(実験1:スルーホール径(直径)と気泡
上昇速度の関係)実験1では印加電流密度(Dk)を5
A/dm2 、基板の振幅を5mm、回転揺動幅可変カム
(陰極)の回転数を100rpmに固定し、気泡上昇速
度を1秒間当たり0.2m、0.5m、1.0mに変化
させた場合の各スルーホール径における気泡上昇速度と
スローインパワーとの関係を検討し、その結果を図6に
示す。この図から明らかなように、スルーホール径が
1.0mmでは気泡上昇速度が0.5m/秒で約80%
のスローインパワーの達成が可能であり、スルーホール
径が小さくなればスローインパワーが低くなる傾向にあ
る。しかし、いずれのスルーホール径でも気泡上昇速度
が0.5m/秒、1.0m/秒と増加すればスローイン
パワーが高くなり、一方、0.2m/秒の気泡上昇速度
ではスローインパワーが不十分であり、均一なメッキが
得られない。(Experiment 1: Relationship between through-hole diameter (diameter) and bubble rising speed) In Experiment 1, the applied current density (Dk) was 5
A / dm 2 , the amplitude of the substrate was fixed at 5 mm, the rotation speed of the rotation swing width variable cam (cathode) was fixed at 100 rpm, and the bubble rising speed was changed to 0.2 m, 0.5 m and 1.0 m per second. The relationship between the bubble rising speed and the slow-in power at each through-hole diameter in the case of the above was examined, and the results are shown in FIG. As is clear from this figure, when the through hole diameter is 1.0 mm, the bubble rising speed is about 80% at 0.5 m / sec.
Can be achieved, and the smaller the diameter of the through-hole, the lower the throw-in power tends to be. However, for any diameter of the through-hole, if the bubble rising speed increases to 0.5 m / sec and 1.0 m / sec, the slow-in power increases, while if the bubble rising speed is 0.2 m / sec, the slow-in power increases. It is insufficient and uniform plating cannot be obtained.
【0047】スルーホール径が1mmのものを観察して
みると、ホール内壁のメッキ厚みが表面より厚くなって
いた。これは、ホール内壁部に乱流効果によってメッキ
液が十分に行きわたっていることを示すと共に、乱流エ
ネルギーがあたかも入江に近づくにつれて高まるように
なり、その結果ヘルムホルツ層や拡散層に対する影響が
表面よりも大きくなる理由によるものと考察される。Observation of the through hole having a diameter of 1 mm revealed that the plating thickness of the inner wall of the hole was larger than the surface. This indicates that the plating solution is sufficiently distributed to the inner wall of the hole due to the turbulence effect, and that the turbulence energy increases as if approaching the inlet, so that the influence on the Helmholtz layer and the diffusion layer is reduced. It is considered that the reason is larger.
【0048】(実験2:スルーホール径と陰極(基板)
揺動幅の関係)次にDkを5A/dm2 、気泡上昇速度
を0.5m/秒、陰極回転数を100rpmに固定し、
陰極揺動幅を2mm,10mm,50mm,100mm
と変化させて、スルーホール径に対して陰極揺動幅の大
きさがどのように影響するかの実験を行い、その結果を
図7に示す。(Experiment 2: Through-hole diameter and cathode (substrate))
Next, Dk was fixed at 5 A / dm 2 , the bubble rising speed was fixed at 0.5 m / sec, and the cathode rotation speed was fixed at 100 rpm.
2mm, 10mm, 50mm, 100mm cathode swing width
An experiment was conducted to see how the magnitude of the cathode swing width affected the through-hole diameter, and the results are shown in FIG.
【0049】この図から明らかなように、陰極の揺動幅
は高いスローインパワーを実現する重要な要素であるこ
とを示しており、振幅が2mm〜10mmと十分小さく
なればスルーホール径の小さい基板に対しても安定的に
均一性を達成することが可能であることが分かる。従来
提案されたもののように振幅が100mmもあると、ス
ルーホール径が大きいものでもスローインパワーは低
い。As is apparent from this figure, the swing width of the cathode is an important factor for realizing a high slow-in power, and if the amplitude is sufficiently small, 2 mm to 10 mm, the diameter of the through hole becomes small. It can be seen that uniformity can be stably achieved even for the substrate. If the amplitude is as large as 100 mm as in the conventionally proposed one, the slow-in power is low even if the through-hole diameter is large.
【0050】(実験3:気泡上昇速度と陰極(基板)揺
動幅の関係)ついでDkを5A/dm2 、スルーホール
径を0.3mm、陰極回転数を100rpmに固定し、
気泡上昇速度を0.2m/秒、0.6m/秒と変化さ
せ、陰極揺動幅を2mm,10mm,50mm,100
mmと変化させて、気泡上昇速度と陰極揺動幅の関係に
ついて実験を行い、その結果を図8に示す。(Experiment 3: Relationship between bubble rising speed and swing width of cathode (substrate)) Then, Dk was fixed at 5 A / dm 2 , through-hole diameter was fixed at 0.3 mm, and cathode rotation speed was fixed at 100 rpm.
The bubble rising speed was changed to 0.2 m / sec and 0.6 m / sec, and the cathode swing width was 2 mm, 10 mm, 50 mm, 100 mm.
The experiment was conducted on the relationship between the bubble rising speed and the cathode swing width while changing the distance to mm, and the results are shown in FIG.
【0051】この図から明らかなように、気泡上昇速度
が大きくて、かつ陰極揺動幅が小さい方が高いスローイ
ンパワーを達成することが分かり、図中の2本の曲線の
傾向から見て、気泡上昇速度を0.2m/秒に対する陰
極揺動幅の影響よりも、気泡上昇速度を0.6m/秒に
対する陰極揺動幅の影響の方が大きいことが分かる。前
記実験1の結果とも合わせて考えると、気泡上昇速度は
あるレベル以上必要であるが、あるレペルに達すれば陰
極揺動幅の小さい方がより重要であることが判明した。As is clear from this figure, it was found that the higher the bubble rising speed and the smaller the swinging width of the cathode, the higher the slow in-power achieved, and from the tendency of the two curves in the figure. It can be seen that the influence of the cathode swing width on the bubble rising speed of 0.6 m / sec is greater than the effect of the cathode swing width on the bubble rising speed of 0.2 m / sec. In consideration of the results of Experiment 1, it was found that the bubble rising speed is required to be a certain level or more, but it is more important that the cathode swing width is smaller when the bubble reaches a certain level.
【0052】前記図6〜8に示した実験結果から、スル
ーホールなどのメッキのミクロスローインパワーを達成
するには、陰極揺動幅を2mm〜10mmの範囲、気泡
上昇速度0.5m/秒〜1.0m/秒の範囲に規制する
とよいことが判明した。これは従来言われていたメッキ
液の攪拌効果というよりは乱流効果によりもたらされた
ものと考えられる。From the experimental results shown in FIGS. 6 to 8 above, in order to achieve the micro-slow in power of plating of through holes and the like, the cathode swing width is in the range of 2 mm to 10 mm, and the bubble rising speed is 0.5 m / sec. It has been found that it is better to restrict the range to 1.0 m / sec. This is considered to be caused by the turbulence effect rather than the stirring effect of the plating solution, which has been conventionally called.
【0053】気泡上昇速度を0.5m/秒は、同一メッ
キ浴槽表面積換算で900〜1000リットルの空気供
給量となる。従来技術で説明した空気供給量30リット
ルに比べると30倍以上となり、これまでのメッキ液の
攪拌のための気泡発生とは全く次元の異なる現象が引き
起こされているものと思われる。When the bubble rising speed is 0.5 m / sec, the air supply amount is 900 to 1000 liters in terms of the same plating bath surface area. The air supply amount is 30 times or more as compared with the air supply amount of 30 liters described in the prior art, and it is considered that a phenomenon completely different in dimension from the conventional bubble generation for stirring the plating solution is caused.
【0054】この多量の空気供給とそれに伴う速い気泡
上昇速度がもたらす効果の中で見過ごしてはならないの
は、レイノルズ数の増加と乱流発生である。従来の気泡
上昇速度では、陰極(基板)との境に形成されるの層流
の厚さが比較的厚かった。そして遷移域内の一部では気
泡の効果で乱流になっている考えられるが、拡散層の厚
みからみても、その乱流が拡散層への影響をもたらさな
い程度であると考えられる。Among the effects provided by the large air supply and the accompanying high bubble rising speed, an increase in the Reynolds number and generation of turbulence must not be overlooked. In the conventional bubble rising speed, the thickness of the laminar flow formed at the boundary with the cathode (substrate) was relatively large. Although it is considered that the turbulence is caused by the effect of bubbles in a part of the transition region, it is considered that the turbulence does not affect the diffusion layer in view of the thickness of the diffusion layer.
【0055】これに対して本発明で規定する気泡上昇速
度では、乱流の発生が顕著で、三次元的上昇挙動をとる
気泡の振動も細かくかつ複雑である。この三次元的な振
動を伴う気泡は、接するメッキ液との界面張力と気泡が
受ける圧力とによって複雑に変形する。そしてこの変形
は、メッキ液内部に局所的、不定的なベクトルの圧力遷
移を起こす。その繰り返しによって遷移域が破壊され、
陰極(基板)表面から数mmという拡散層はおろか、陰
極(基板)表面の軽い極性をおびた水分子層つまりヘル
ムホルツ層にも影響を及ぼしているものと考えられる。
つまり、通常のメッキで発生する電極の部分カソード、
部分アノードが除去されることになり、メッキの均一性
を達成する重要な基礎要因の一つが安定する。また本発
明では印加電流密度が増大し、メッキ時間が短縮される
ことから、拡散層が極めて薄くなっていると考えられ
る。On the other hand, at the bubble rising velocity defined in the present invention, turbulence is remarkable, and the vibration of bubbles having a three-dimensional rising behavior is fine and complicated. The bubble accompanied by the three-dimensional vibration is complicatedly deformed by the interfacial tension between the plating solution and the pressure applied to the bubble. This deformation causes a local and indeterminate vector pressure transition inside the plating solution. The repetition destroys the transition zone,
It is considered that not only the diffusion layer several mm from the surface of the cathode (substrate) but also the lightly polarized water molecule layer on the surface of the cathode (substrate), that is, the Helmholtz layer is affected.
In other words, the partial cathode of the electrode generated by normal plating,
The partial anode will be removed, stabilizing one of the important building blocks to achieve plating uniformity. Further, in the present invention, since the applied current density increases and the plating time is shortened, it is considered that the diffusion layer is extremely thin.
【0056】前記実験1(図6参照)から明らかなよう
に、気泡上昇速度の増大だけでは小径のスルホールのも
のに対してスローインパワーが十分でないのは、スルホ
ールの内側において単に気泡上昇による乱流のみである
からと考えられる。これに陰極(基板)の細かい円また
は楕円運動(振動)を加えることにより、円または楕円
運動で発生する乱流のベクトル効果が相乗的に加わり、
スルホール両側のメッキ液の圧力関係が実に複雑となっ
て、スルホール内のメッキ液が滞留することなく乱流効
果を受ける。As is evident from Experiment 1 (see FIG. 6), the reason why the increase in bubble rising speed alone does not provide sufficient slow-in power for a small-diameter through-hole is that the turbulence caused only by the rise of bubbles inside the through-hole. It is thought that it is only the flow. By adding a fine circular or elliptical motion (vibration) of the cathode (substrate) to this, the vector effect of turbulence generated by the circular or elliptical motion is added synergistically,
The pressure relationship between the plating solutions on both sides of the through hole becomes really complicated, and the plating solution in the through hole receives the turbulence effect without staying.
【0057】上昇する気泡の後流に発生する乱流は小さ
な渦流よりなるが、その渦の方向は上昇方向と反対方向
にある。しかし、基板の円または楕円運動はその回転が
適度になされれば、スルホールの軸方向に対して垂直方
向に渦流を発生させ、孔周辺のメッキ液圧力遷移をより
複雑にし、メッキ液の滞留を小さくする効果がある。The turbulence generated behind the rising bubble consists of small vortices, the direction of which is in the opposite direction to the rising direction. However, the circular or elliptical motion of the substrate, if the rotation is moderate, generates a vortex in the direction perpendicular to the axial direction of the through hole, making the transition of the plating solution pressure around the hole more complicated and reducing the retention of the plating solution. It has the effect of making it smaller.
【0058】(実験4:陰極回転速度とスローインパワ
ーの関係)実験1から実験3までは、陰極回転速度を1
00rpmに固定して行なったが、それは実験4に示す
最適と考えられる回転速度を固定条件として他の要因の
最適化を検討するためであった。(Experiment 4: Relationship between Cathode Rotation Speed and Slow In Power) In Experiments 1 to 3, the cathode rotation speed was set to 1
The experiment was carried out with the rotation speed fixed at 00 rpm, in order to examine the optimization of other factors with the rotation speed considered to be optimum shown in Experiment 4 as a fixed condition.
【0059】実験4は比較的早い段階で実施されたもの
である。この実験4では基板厚みが1.6mm、スルホ
ール孔径が0.3mmの基板を用い、気泡上昇速度を
0.6m/秒、陰極揺動幅を2mmに設定した。さらに
メッキ時間が最短になるように高い電流密度(Dk)5
A/dm2 を印加した。これは、5A/dm2 より低い
電流密度ではより高いスローインパワーが達成できるの
は当然なので、回転速度条件を特定するに当たり電流密
度(Dk)5A/dm2 は厳しい設定である。このよう
な条件下において、陰極回転速度を変化させた場合の陰
極回転速度とスローインパワーの関係を図9に示す。Experiment 4 was conducted at a relatively early stage. In Experiment 4, a substrate having a thickness of 1.6 mm and a through-hole diameter of 0.3 mm was used, the bubble rising speed was set to 0.6 m / sec, and the cathode swing width was set to 2 mm. Furthermore, a high current density (Dk) 5 so as to minimize the plating time
A / dm 2 was applied. It is natural that a higher slow-in power can be achieved at a current density lower than 5 A / dm 2, so that the current density (Dk) 5 A / dm 2 is a strict setting for specifying the rotational speed condition. FIG. 9 shows the relationship between the cathode rotation speed and the slow-in power when the cathode rotation speed is changed under such conditions.
【0060】特に本実験に用いた厚みが1.6mm、ス
ルホール孔径が0.3mmのように高いアスペクト比の
基板の場合は、陰極回転速度によるスローインパワーの
違いが明確に現れる。このようにアスペクト比の高いホ
ールメッキにおいては、基板の性能と信頼性の面からス
ローインパワーに対する要求が極めて厳しくなる。この
図9から明らかなように、陰極回転速度が20rpmや
40rpmのように遅くても、また140rpmを超え
るように早くても十分なスローインパワーは得られず、
前述のように高い電流密度の印加で、しかも80%以上
のスローインパワーを得るには、陰極回転速度を60r
pmから140rpmの範囲、好ましくは80rpmか
ら120rpmの範囲に規制する必要がある。In particular, in the case of a substrate having a high aspect ratio such as 1.6 mm in thickness and a through-hole hole diameter of 0.3 mm used in this experiment, the difference in slow-in power depending on the cathode rotation speed clearly appears. In such hole plating with a high aspect ratio, the demand for slow-in power becomes extremely strict in terms of substrate performance and reliability. As is clear from FIG. 9, even if the cathode rotation speed is as slow as 20 rpm or 40 rpm, or even as fast as over 140 rpm, sufficient slow-in power cannot be obtained.
As described above, in order to apply a high current density and obtain a slow-in power of 80% or more, the cathode rotation speed must be set to 60 r.
It is necessary to regulate in the range of from rpm to 140 rpm, preferably in the range of from 80 rpm to 120 rpm.
【0061】これらの関連する各種要因を分離評価する
ための実験結果から、メッキのスローインパワーの改善
には気泡上昇速度、揺動振幅、陰極回転速度に相関関係
があることが判明した。From the experimental results for separating and evaluating these various factors, it was found that the improvement of the plating slow-in power had a correlation with the bubble rising speed, the swing amplitude, and the cathode rotation speed.
【0062】前記実施形態では被メツキ体として基板の
場合について説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、例えばシリコンウェハー上のメッキ、及び
その他のハイアスペクト比の細孔を有する金属やその他
平板など、ホールを有する他の被メツキ体にも適用可能
である。In the above-described embodiment, the case where a substrate is used as an object to be plated has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, plating on a silicon wafer and other metal having pores with a high aspect ratio The present invention is also applicable to other plated objects having holes, such as and other flat plates.
【0063】[0063]
【発明の効果】本発明は前述のように、メッキ液中に所
定の間隔をおいて対向するように配置した陽極板と所定
位置にホールを有する被メッキ体と、その被メッキ体を
懸垂支持する支持部材の両側に2個の回転体を偏心して
設けた回動手段と、メッキ液中において被メッキ体の下
方から上方に沿って上昇する無数の気泡を発生する気泡
発生手段とを備え、前記2個の回転体を同期回転するこ
とにより被メッキ体をその平面内において円または楕円
状に揺動するとともに、被メッキ体の下方から上方に沿
って気泡の上昇流を形成しながら、被メッキ体のホール
内面を含む表面にメッキを施すメッキ装置において、被
メッキ体のメッキ液中における揺動振幅、回転体の回転
速度ならびにメッキ液中における気泡の上昇速度をそれ
ぞれ規制することにより、高いスローインパワーが達成
可能で、しかもメッキ時間の短縮が図れる効率の良いメ
ッキ装置を提供することができる。As described above, according to the present invention, an object to be plated having a hole at a predetermined position and an anode plate which is disposed so as to face a predetermined distance in a plating solution, and the object to be plated is suspended and supported. A rotating means provided eccentrically with two rotating bodies on both sides of the supporting member, and a bubble generating means for generating innumerable bubbles rising upward from below the body to be plated in the plating solution, The object to be plated is swung in a circular or elliptical shape in the plane by synchronously rotating the two rotating bodies, and the object to be plated is formed while forming a rising flow of air bubbles from below to above the object to be plated. In a plating apparatus that performs plating on the surface including the inner surface of a hole in a plated body, the swing amplitude of the body to be plated in the plating solution, the rotation speed of the rotating body, and the rising speed of bubbles in the plating solution are each regulated. More, higher throw-power achievable, yet it is possible to provide an efficient plating apparatus can be shortened plating time.
【図1】本発明の実施形態に係るメッキ装置の正面図で
ある。FIG. 1 is a front view of a plating apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】そのメッキ装置の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the plating apparatus.
【図3】そのメッキ装置の一部を切除した斜視図であ
る。FIG. 3 is a perspective view in which a part of the plating apparatus is cut away.
【図4】図3X−X線上の断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken on line XX of FIG. 3;
【図5】図4A部の拡大図である。FIG. 5 is an enlarged view of a portion shown in FIG. 4A.
【図6】基板のスルーホール径と気泡上昇速度との関係
を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a through hole diameter of a substrate and a bubble rising speed.
【図7】基板のスルーホール径と陰極揺動幅との関係を
示す特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between a through hole diameter of a substrate and a cathode swing width.
【図8】気泡上昇速度と陰極揺動幅との関係を示す特性
図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between a bubble rising speed and a cathode swing width.
【図9】陰極回転速度とスローインパワーとの関係を示
す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a cathode rotation speed and a slow in power.
1 基板 2 カソード給電クランプ 3 バー 4 偏心カム 5 浴槽 6 メッキ液 7 陽極チタンバスケット 8 エアボックス 9 孔 10 気泡 11 整流板 12 オーバーフロー槽 13 オーバーフロー配管 14 パイプドレイン 15 整流板 16 抑止板 17 ろ過液供給用パイプ 18 送風パイプ 19 空気吐出孔 20 ろ過液供給用パイプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Cathode power supply clamp 3 Bar 4 Eccentric cam 5 Bath 6 Plating solution 7 Anode titanium basket 8 Air box 9 Hole 10 Bubbles 11 Rectifier plate 12 Overflow tank 13 Overflow piping 14 Pipe drain 15 Rectifier plate 16 Suppression plate 17 Filtrate supply Pipe 18 Ventilation pipe 19 Air discharge hole 20 Filtrate supply pipe
Claims (4)
るように配置した陽極板と陰極となり所定位置に細径の
ホールを有するメッキすべき被メッキ体と、 その被メッキ体を懸垂支持する支持部材の両側に2個の
回転体を偏心して設けた回動手段と、 前記メッキ液中において被メッキ体の下方から上方に沿
って上昇する無数の気泡を発生する気泡発生手段とを備
え、 前記2個の回転体を同期回転することにより前記被メッ
キ体をその平面内において円または楕円状に揺動すると
ともに、被メッキ体の下方から上方に沿って気泡の上昇
流を形成しながら、被メッキ体のホール内面を含む表面
にメッキを施すメッキ装置において、 前記被メッキ体のメッキ液中における揺動振幅が2mm
〜10mmの範囲に規制されていることを特徴とするメ
ッキ装置。An anode plate and a cathode, which are disposed so as to face each other at a predetermined interval in a plating solution, and have a small-diameter hole at a predetermined position to be plated. A rotating means provided eccentrically with two rotating bodies on both sides of a supporting member to be formed; and bubble generating means for generating countless bubbles rising upward from below the body to be plated in the plating solution. By rotating the two rotating bodies synchronously, the object to be plated is swung in a circle or an ellipse in the plane thereof, while forming a rising flow of air bubbles from below to above the object to be plated. A plating apparatus for plating a surface including an inner surface of a hole of a body to be plated, wherein a swing amplitude of the body to be plated in a plating solution is 2 mm.
A plating apparatus characterized by being restricted to a range of 10 to 10 mm.
記回転体の回転速度が60rpm〜140rpmの範囲
に規制されていることを特徴とするメッキ装置。2. The plating apparatus according to claim 1, wherein a rotation speed of said rotating body is regulated in a range of 60 rpm to 140 rpm.
のメッキ装置において、前記メッキ液中における気泡の
上昇速度が0.5m/秒〜1.0m/秒の範囲に規制さ
れていることを特徴とするメッキ装置。3. The plating apparatus according to claim 1, wherein a rising speed of bubbles in the plating solution is regulated in a range of 0.5 m / sec to 1.0 m / sec. A plating apparatus characterized by the following:
記回転体の回転速度が60rpm〜140rpmの範囲
に規制され、かつ前記メッキ液中における気泡の上昇速
度が0.5m/秒〜1.0m/秒の範囲に規制されてい
ることを特徴とするメッキ装置。4. The plating apparatus according to claim 1, wherein the rotation speed of the rotating body is regulated in a range of 60 rpm to 140 rpm, and a rising speed of bubbles in the plating solution is 0.5 m / sec to 1.0 m. A plating apparatus characterized in that the plating rate is regulated in the range of / sec.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001042164A JP2002241999A (en) | 2001-02-19 | 2001-02-19 | Plating apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001042164A JP2002241999A (en) | 2001-02-19 | 2001-02-19 | Plating apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002241999A true JP2002241999A (en) | 2002-08-28 |
Family
ID=18904501
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001042164A Pending JP2002241999A (en) | 2001-02-19 | 2001-02-19 | Plating apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002241999A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101080732B1 (en) * | 2011-06-03 | 2011-11-07 | 김영태 | Swing apparatus for removing air pocket of plated objects |
KR101388678B1 (en) * | 2013-07-22 | 2014-04-24 | (주)창안 | Up and down digestion plating apparatus |
IT201600127075A1 (en) * | 2017-03-14 | 2018-09-14 | L Gv Lavorazioni Galvaniche | Improved method for electroplating blind holes. |
WO2021186840A1 (en) * | 2020-03-18 | 2021-09-23 | 株式会社大気社 | Surface treatment equipment |
-
2001
- 2001-02-19 JP JP2001042164A patent/JP2002241999A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101080732B1 (en) * | 2011-06-03 | 2011-11-07 | 김영태 | Swing apparatus for removing air pocket of plated objects |
KR101388678B1 (en) * | 2013-07-22 | 2014-04-24 | (주)창안 | Up and down digestion plating apparatus |
IT201600127075A1 (en) * | 2017-03-14 | 2018-09-14 | L Gv Lavorazioni Galvaniche | Improved method for electroplating blind holes. |
WO2021186840A1 (en) * | 2020-03-18 | 2021-09-23 | 株式会社大気社 | Surface treatment equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101474377B1 (en) | Electroplating method | |
TWI769131B (en) | Pretreatment of nickel and cobalt liners for electrodeposition of copper into through silicon vias | |
EP0568733B1 (en) | Low profile copper foil and process for making bondable metal foils | |
US6277262B1 (en) | Method and apparatus for continuous processing of semiconductor wafers | |
US20050006241A1 (en) | Paddles and enclosures for enhancing mass transfer during processing of microfeature workpieces | |
KR100296780B1 (en) | Plating method and apparatus | |
US20180030611A1 (en) | Method and apparatus for electroplating semiconductor wafer when controlling cations in electrolyte | |
TWI668335B (en) | Plating device and plating method | |
TW201247946A (en) | Electroplating method | |
KR20050105280A (en) | Method of electroplating a workpiece having high-aspect ratio holes | |
JP2002241999A (en) | Plating apparatus | |
TW202129088A (en) | Differential contrast plating for advanced packaging applications | |
JP2023062067A (en) | System for chemical and/or electrolytic surface treatment | |
JP4795075B2 (en) | Electroplating equipment | |
JP4579306B2 (en) | Circular plating tank | |
JP5385669B2 (en) | Plating method and plating apparatus | |
JP2014029028A (en) | Plating method | |
KR100645630B1 (en) | Method for electrolytic plating on printed circuit board using a periodic directional magnetic field | |
JP2009132982A (en) | Method of manufacturing copper wiring | |
Sun et al. | Research Progress of Electroplated Micropore for Interconnection Technology | |
Liu et al. | A copper electroplating formula for BVHs and THs filling at one process | |
JPS62196398A (en) | High-speed plating method | |
Nurjaman et al. | Optimization of tin magneto electrodeposition under additive electrolyte influence using Taguchi method application | |
JP2000195822A (en) | Method to apply copper plating to silicon wafer | |
CN114921821B (en) | Electroplating device for filling holes of through holes and TGV/TCV hole metallization method |