(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明者は、研究を進める中で、ビアホール等の微小孔を有する被めっき物に対して断続的電気めっきを行う場合、該微小孔における金属の析出の程度(フィリング性)が顕著に低いことを見出した。
【0006】
そこで、本発明は、断続的電気めっきにおける微小孔のフィリング性を向上させる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者は、さらに研究を進める中で、断続的電気めっきにおけるフィリング性の低下は、断続的めっき法特有の現象、すなわちめっき槽から排出された被めっき物及びめっき槽に供給される被めっき物にわずかに付着しためっき液(
図1に示される実施形態の場合であれば、めっき槽の側面からわずかに漏れるめっき液)による低電流密度の発生という問題に起因することを見出した。そして、本発明者は、一層研究を進める中で、多価金属イオンを含有するめっき液を使用することにより、上記課題が解決できることを見出した。本発明者はこれらの知見に基づいてさらに研究を進めた結果、本発明を完成させた。
【0008】
即ち、本発明は、下記の態様を包含する。
【0009】
項1. 多価金属イオンを含有するめっき液を使用することを含む、微小孔を有する被めっき物に対する断続的電気めっき方法。
【0010】
項2. 前記多価金属イオンの価数が3以上である、項1に記載の断続的電気めっき方法。
【0011】
項3. 前記多価金属イオンが、Fe
3+、V
5+、Mn
7+、Mo
6+、W
6+、Ce
4+、Cr
3+、Cr
6+、Ti
4+、Sn
4+、及びCo
3+からなる群より選択される少なくとも1種である、項1又は2に記載の断続的電気めっき方法。
【0012】
項4. 前記多価金属イオンが、Fe
3+及びV
5+からなる群より選択される少なくとも1種である、項1〜3のいずれかに記載の断続的電気めっき方法。
【0013】
項5. 長尺状の被めっき物がライン上で連続的にめっき槽に供給され、且つめっき槽からの被めっき物の排出とめっき槽への被めっき物の供給とが複数回繰り返される、項1〜4のいずれかに記載の断続的電気めっき方法。
【0014】
項6. 前記被めっき物が複数のめっき槽を通過する、項5に記載の断続的電気めっき方法。
【0015】
項7. 前記排出及び前記供給がめっき槽の側面で行われる、項5又は6に記載の断続的電気めっき方法。
【0016】
項8. リールトゥリールのライン上で行う、項5〜7のいずれかに記載の断続的電気めっき方法。
【0017】
項9. 前記微小孔がマイクロビアである、項1〜8のいずれかに記載の断続的電気めっき方法。
【0018】
項10. 被めっき物上に析出させる金属がCu、Ni、及びSnからなる群より選択される少なくとも1種を含む、項1〜9のいずれかに記載の断続的電気めっき方法。
【0019】
項11. 前記めっき液がさらにビアフィリング用添加剤を含有する、項1〜10のいずれかに記載の断続的電気めっき方法。
【0020】
項12. 多価金属イオンを含有する、項1〜11のいずれかに記載の断続的電気めっき方法に用いるためのめっき液。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、断続的電気めっきにおける微小孔のフィリング性を向上させる技術、具体的には、断続的電気めっき方法、微小孔の充填方法、めっき液等を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0023】
本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。
【0024】
本発明は、その一態様において、多価金属イオンを含有するめっき液を使用することを含む、微小孔を有する被めっき物に対する断続的電気めっき方法(本明細書において、「本発明の断続的電気めっき方法」と示すこともある。)に係る。
【0025】
また、本発明は、その一態様において、多価金属イオンを含有する、本発明の断続的電気めっき方法に用いるためのめっき液に係る。
【0026】
さらに、本発明は、多価金属イオンを含有するめっき液を使用することを含む、微小孔を有する被めっき物に対する断続的電気めっきによる微小孔充填(ビアフィリング)方法に係る。
【0028】
多価金属イオンは、価数が2以上の金属イオンである限り、特に制限されない。
【0029】
多価金属イオンの価数は、3以上であることが好ましい。価数が3以上の多価金属イオンを使用することにより、微小孔のフィリング性を大幅に向上させることができる。多価金属イオンの価数の上限は、特に制限されず、例えば7、6、5、4である。
【0030】
多価金属イオンの具体例としては、Fe
3+、V
5+、Mn
7+、Mo
6+、W
6+、Ce
4+、Cr
3+、Cr
6+、Ti
4+、Sn
4+、Co
3+等が挙げられる。これらの中でも、微小孔のフィリング性の観点から、好ましくはFe
3+、V
5+、Mn
7+、Mo
6+、W
6+、Ce
4+、Cr
3+等が挙げられる。中でも、微小孔のフィリング性の観点からFe
3+及びV
5+がとりわけ好ましく、Fe
3+が特に好ましい。
【0031】
多価金属イオンは、1種単独であってもよいし、2種以上の組合せであってもよい。
【0032】
多価金属イオンを含有するめっき液は、めっき液を調製する際に金属化合物を添加することにより得ることができる。使用される金属化合物としては、例えば、Fe
3+含有するめっき液を得る場合であれば例えば硫酸鉄(III)水和物・無水物、硝酸鉄(III)九水和物、臭化鉄(III)無水、クエン酸鉄アンモニウム、クエン酸鉄(III) 水和物、酸化鉄(III)、硫酸アンモニウム鉄(III) 水和物等が挙げられ; V
5+含有するめっき液を得る場合であれば例えばメタバナジン酸ナトリウム、メタバナジン酸カリウム、メタバナジン酸アンモニウム等が挙げられ; Mn
7+含有するめっき液を得る場合であれば例えば過マンガン酸カリウム、過マンガン酸ナトリウム等が挙げられ; Mo
6+含有するめっき液を得る場合であれば例えばモリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸カリウム、モリブデン酸リチウム、七モリブデン酸六アンモニウム四水和物等が挙げられ; W
6+含有するめっき液を得る場合であれば例えばタングステン(IV)酸ナトリウム二水和物、メタタングステン酸ナトリウム、タングステン酸カリウム等が挙げられ; Ce
4+含有するめっき液を得る場合であれば例えば硝酸セリウム(IV)アンモニウム、硫酸セリウム(IV)水和物・無水物、硫酸四アンモニウムセリウム(IV)二水和物等が挙げられ; Cr
3+含有するめっき液を得る場合であれば例えば硫酸クロム水和物・無水物、酢酸クロム、硫酸クロムカリウム等が挙げられ; Cr
6+含有するめっき液を得る場合であれば例えば重クロム酸ナトリウム、重クロム酸カリウム等が挙げられ; Ti
4+含有するめっき液を得る場合であれば例えば硫酸チタニル等が挙げられ; Sn
4+含有するめっき液を得る場合であれば例えば錫酸ナトリウム三水和物等が挙げられ; Co
3+含有するめっき液を得る場合であれば例えばヘキサアンミンコバルト(III)塩化物等が挙げられる。
【0033】
これらの金属化合物の中でも、微小孔のフィリング性の観点からとりわけ好ましくは、硫酸鉄(III)水和物・無水物、硝酸鉄(III)九水和物、臭化鉄(III)無水、クエン酸鉄アンモニウム、クエン酸鉄(III) 水和物、酸化鉄(III)、硫酸アンモニウム鉄(III) 水和物、メタバナジン酸ナトリウム、メタバナジン酸カリウム、メタバナジン酸アンモニウム等が挙げられ、さらにとりわけ好ましくは硫酸鉄(III)水和物・無水物、硝酸鉄(III)九水和物、臭化鉄(III)無水、クエン酸鉄アンモニウム、クエン酸鉄(III) 水和物、酸化鉄(III)、硫酸アンモニウム鉄(III) 水和物等が挙げられ、特に好ましくは硫酸鉄(III)水和物・無水物が挙げられる。
【0034】
めっき液に含まれる多価金属イオンは、金属化合物(上記金属化合物、或いはそれ以外の金属化合物)を添加後にめっき液中で価数が変化したものであってもよい。
【0035】
金属化合物は、1種単独であってもよいし、2種以上の組合せであってもよい。
【0036】
めっき液中の多価金属イオンの濃度は、特に制限されないが、例えば0.01〜20g/Lである。該濃度は、微小孔のフィリング性の観点から、好ましくは0.05〜10g/L、より好ましくは0.1〜5g/L、さらに好ましくは0.2〜3g/L、よりさらに好ましくは0.5〜3g/Lである。該濃度は、微小孔のフィリング性を大きく向上させることができるという観点から、特に好ましくは0.7〜2.5g/L(さらに好ましくは0.9〜2.2g/Lである。
【0037】
本発明の断続的めっき方法において、被めっき物上に析出させる金属は特に制限されない。該金属としては、例えばCu、Ni、Sn等が挙げられる。これらの中でも、Cuが特に好ましい。被めっき物上に析出させる金属は、1種単独であってもよいし、2種以上の組合せであってもよい。
【0038】
析出させる金属に合わせて、めっき液には、析出させる金属のイオン、必要に応じて配合される成分等の他の成分が含まれる。他の成分は、公知の電気めっき液(例えばCuめっき液(例えば硫酸銅浴、ほうふっ化銅浴、シアン化銅浴、ピロリン酸銅浴等)、Niめっき液(例えば複塩浴、普通浴、回転浴、高硫酸塩浴、ワット浴、全塩化物浴、硫酸塩−塩化物浴、全硫酸塩浴、高質浴、ストライクニッケル浴、スルファミン酸ニッケル浴、ほうふっ化ニッケル浴等)、Snめっき液(例えばアルカリ性浴、硫酸浴、スルフォン酸浴、ピロリン酸浴、ほうふっ化浴等)等)の組成に従って又は準じて、適宜設定することができる。
【0039】
代表的に、Cuめっき液について以下に説明する。Cuめっき液としては、他の成分として、銅イオン、並びに有機酸及び無機酸から選ばれた少なくとも一種の酸成分を必須成分として含有する酸性銅めっき液を用いることができる。
【0040】
酸性銅めっき液における銅イオン源としては、めっき液中に可溶性の銅化合物であれば、特に限定なく使用できる。この様な銅化合物の具体例としては、硫酸銅、酸化銅、塩化銅、炭酸銅、ピロリン酸銅、アルカンスルホン酸銅、アルカノールスルホン酸銅、有機酸銅等を挙げることができる。銅化合物は、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。酸性銅めっき液における銅化合物濃度については、特に限定はないが、例えば、20〜280g/L程度の範囲とすることができる。該濃度は、好ましくは100〜250g/L、より好ましくは150〜230g/Lである。
【0041】
酸性銅めっき液における酸成分としては、有機酸及び無機酸からなる群から選ばれた少なくとも一種を用いることができる。有機酸の具体例としては、メタンスルホン酸等のアルカンスルホン酸、アルカノールスルホン酸等を挙げることができ、無機酸の具体例としては硫酸等を挙げることができる。これらの酸成分は、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。酸性銅めっき液における酸成分の濃度については、特に限定はないが、例えば、10〜400g/L程度とすることができる。該濃度は、好ましくは40〜200g/L、より好ましくは70〜150g/Lである。
【0042】
酸性銅めっき液は、好ましくは塩化物イオンを含有する。その濃度は、通常、10〜200mg/L程度であればよい。該濃度は、好ましくは25〜100mg/L、より好ましくは40〜70mg/Lである。この様な濃度範囲とするためには、必要に応じて、塩酸、塩化ナトリウム等を用いてめっき液中の塩化物イオン濃度を調整すればよい。
【0043】
酸性銅めっき液には、各種添加剤が含まれていてもよい。添加剤の中でも、ビアフィリング用添加剤が好ましい。
【0044】
被めっき物は、微小孔を有する被めっき物であって、電気めっき可能なものである限り特に限定されない。被めっき物としては、例えばビアホールを有する基板が挙げられる。
【0045】
微小孔はマイクロビアであることが好ましい。微小孔のサイズは、例えば直径300〜5μm(好ましくは150〜30μm)、深さ150〜5μm(好ましくは100〜20μm)である。本発明の断続的電気めっき方法によれば、マイクロビアに対しても、良好なフィリング性を発揮することができる。
【0046】
本発明の断続的電気めっき方法において、被めっき物は前処理されたものであることが好ましい。前処理方法については、特に限定はなく、常法に従えばよい。例えば導電化処理(例えば、無電解めっき処理、カーボン処理、スパッタリング処理、Sn-Pdコロイド系触媒処理、導電性ポリマー処理等)を施した被めっき物について、例えば脱脂処理、前工程で付着した汚れの除去処理、酸洗による酸化皮膜の除去等を経て得られたものを、被めっき物として使用することができる。
【0047】
また、被めっき物は、既に、電気めっきによるめっき膜が形成されたものであってもよい。
【0048】
本発明の断続的電気めっき方法は、電流付加サイクルが断続的に繰り返される方法であって、めっき槽から排出された被めっき物及びめっき槽に供給される被めっき物にわずかに付着しためっき液(
図1に示される実施形態の場合であれば、めっき槽の側面からわずかに漏れるめっき液)による低電流密度の発生という問題が生じる方法である限り、特に制限されない。
【0049】
本発明の断続的電気めっき方法は、好ましくは長尺状の被めっき物がライン上で連続的にめっき槽に供給され、且つめっき槽からの被めっき物の排出とめっき槽への被めっき物の供給とが複数回繰り返される方法である。
【0050】
「長尺状の被めっき物がライン上で連続的にめっき槽に供給され」とは、複数の互いに分断された被めっき物を順番にめっき槽に供給するのではなく、一つの長尺状の被めっき物を、ローラー等で搬送しながら、被めっき物の一端側からめっき槽に供給さる態様を意味する。
【0051】
めっき槽からの被めっき物の排出とめっき槽への被めっき物の供給の態様は、特に制限されない。該排出及び該供給がめっき槽の側面で行われることが好ましい。この場合、めっき槽の側面壁から被めっき物が排出される際、及びめっき槽の側面壁を介して被めっき物が供給される際に、めっき槽内部のめっき液が、被めっき物を介して、めっき槽外に漏れてしまい、本発明における問題(低電流密度の発生)が生じる。
【0052】
めっき槽に対する被めっき物の供給と排出とが繰り返される回数は、例えば2〜30回、好ましくは5〜25回、より好ましくは10〜20回である。
【0053】
本発明の断続的電気めっき方法は、被めっき物が複数のめっき槽を通過する方法であることが好ましい。通過するめっき槽の数は、例えば2〜30、好ましくは5〜25、より好ましくは10〜20である。
【0054】
本発明の断続的電気めっき方法は、好ましくは、リールトゥリールのライン上で行う方法である。
【0055】
めっき液の攪拌方法についても特に限定はなく、空気攪拌、噴流攪拌、機械的攪拌などを行うことができ、複数の攪拌方法を組み合わせてもよい。
【0056】
めっき処理を行う際に、アノードとしては、可溶性アノード及び不溶性アノードをいずれも用いることができる。例えば、可溶性アノードとしては、例えば、リン含有量0.02〜0.06%程度の含リン銅を用いることができる。また、不溶性アノードとしては、チタンに酸化イリジウムをコーティングしたもの、チタンに白金めっきしたもの等を用いることができる。アノードの形状についても特に限定はなく、棒状、球状、板状、メッシュ状等の各種形状のアノードを用いることができる。
【0057】
めっき処理を行う際に、カソードとしては、被めっき物を使用することができる。
【0058】
めっき液の液温については、通常、10〜50℃程度とすればよい。該温度は、好ましくは20〜35℃である。
【0059】
本発明の断続的電気めっき方法における電流密度(めっき槽内における電流密度)は、例えば2〜15A/dm
2、好ましくは2〜10A/dm
2である。
【0060】
本発明の断続的電気めっき方法における、電流付加1回あたりの時間(被めっき物中のある一点がめっき槽内のめっき液に浸漬してる時間)は、例えば5〜120秒間、好ましくは10〜60秒間、より好ましくは20〜40秒間である。
【0061】
本発明の断続的電気めっき方法における、電流付加サイクルの回数は、例えば2〜30回、好ましくは5〜25回、より好ましくは10〜20回である。
【実施例】
【0062】
以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【0063】
試験例1.断続的電気めっき試験1
<試験例1−1.電気めっき液の調製>
下記表1に示す組成の電気めっき液を調製した。
【0064】
【表1】
【0065】
<試験例1−2.前処理>
厚み64μm(層構成:銅箔7μm/樹脂(ポリイミド)層50μm/銅箔7μm)の銅箔樹脂基板において、直径100μm且つ深さ57μmの多数のビアホールを有し、ビアホール樹脂内壁にカーボンのダイレクトプレーティングシステムにより導電性を持たせてなる基板(
図2)を被めっき物として用い、これを脱脂液(商品名: DP−320クリーン 奥野製薬工業社製、100ml/L水溶液)に45℃で5分間浸漬した後、1分間水洗し、100g/Lの希硫酸に1分間浸漬して前処理を行った。
【0066】
<試験例1−3.電気めっき>
上記で得られた電気めっき液に前処理後の被めっき物を浸漬し、表2に示すサイクルで電気めっきを行った。めっき条件は表3の通りである。表2中の低電流密度及びその通電時間の具体的な値は、表4に示す。また、このサイクルの一例(低電流密度=0.2A/dm
2、通電時間5秒)を表すグラフを
図3に示す。
【0067】
【表2】
【0068】
【表3】
【0069】
<試験例1−4.フィリング性評価>
電気めっき終了後、被めっき物のビア部分の断面観察を行い、
図4に示すビア部分の凹み量を測定した。測定値に基づいて、次の評価基準(○:凹み量48μm以下、△:凹み量: 48〜 53μm、×:凹み量53μm以上)によりフィリング性を評価した。
【0070】
<試験例1−5.結果>
結果を表4に示す。表4中、低電流密度は表2のサイクルにおける低電流密度を表し、通電時間は表2のサイクルにおける低電流密度の通電時間(X)を表す。
【0071】
【表4】
【0072】
表4に示されるように、低電流密度を発生させないサイクルで電気めっきを行った場合(比較例1)は、フィリング性は比較的良好であった。しかし、断続的電気めっき、特に長尺状の被めっき物がライン上で連続的にめっき槽に供給され、且つめっき槽からの被めっき物の排出とめっき槽への被めっき物の供給とが複数回繰り返される断続的電気めっき等においては、めっき槽から排出された被めっき物及びめっき槽に供給される被めっき物にわずかに付着しためっき液による低電流密度の発生が避けられないところ、このような場合を模擬的に表した場合(比較例2〜5)には、フィリング性が大きく悪化してしまうことが分かった。
【0073】
試験例2.断続的電気めっき試験2
電気めっき液に硫酸第二鉄n水和物を添加して、Fe
3+濃度を表5に示す濃度に調整する以外は、試験例1−1と同様にして電気めっき液を調製した。その他は、試験例1と同様にして、前処理、電気めっき、及びフィリング性評価を行った。
【0074】
結果を表5に示す。表5中、低電流密度は表2のサイクルにおける低電流密度を表し、通電時間は表2のサイクルにおける低電流密度の通電時間(X)を表す。また、実施例2及び比較例3の、電気めっき終了後の被めっき物のビア部分の断面観察図を
図5に示す。
【0075】
【表5】
【0076】
表5に示されるように、低電流密度の発生によるフィリング性の悪化(比較例1と比較例2〜5との比較)が、Fe
3+を含有するめっき液を使用することにより大幅に改善することが分かった。
【0077】
試験例3.断続的電気めっき試験3
電気めっき液に各種金属化合物を添加して、多価金属イオン濃度を表6に示す濃度に調整する以外は、試験例1−1と同様にして電気めっき液を調製した。その他は、試験例1と同様にして、前処理、電気めっき、及びフィリング性評価を行った。なお、本試験における低電流密度は0.2A/dm
2であり、その通電時間5秒である。
【0078】
結果を表6に示す。
【0079】
【表6】
【0080】
表6に示されるように、低電流密度の発生によるフィリング性の悪化(比較例1と比較例2〜5との比較)が、多価金属イオンを含有するめっき液を使用することにより大幅に改善することが分かった。