JP2002129399A - 金属表面処理装置とこれを用いた金属表面処理方法 - Google Patents
金属表面処理装置とこれを用いた金属表面処理方法Info
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Abstract
た金属表面処理装置及びこれを用いた金属表面処理方法
を提供すること。 【解決手段】 電解槽(21)と、前記電解槽内に存在
する電解質(24)と、前記電解質内に浸漬された陽極
(22)と、前記電解質内に浸漬された陰極(23)と
を有する金属表面処理装置において、前記陽極と前記陰
極との間に微細孔が形成された隔膜(200)を設け、
電極反応時前記電解質内に溶解された特定のイオンのみ
を選択的に一方の電極から他方の電極へと通過可能とし
た。
Description
係り、特に電解槽内に陽極と陰極とを分離するように隔
膜が設けられて電極への異物の電着現象を防止すること
が可能な金属表面処理装置とこれを用いた金属表面処理
方法に関する。
ップの高密度化、高集積化及び実装方法等によって多様
な形状を有している。前記半導体リードフレームは銅や
鉄系の合金から製造することになるが、原材料の表面に
は様々な不純物が付着されている。
形状を得るため蝕刻(エッチング)やスタンピング工程
を経た後、原材料表面における酸化物を除去して平滑性
(levelling)を高める電解研磨(electro-polishing)
工程が必要である。また、特定の形状を有する半導体リ
ードフレームを半導体チップと電気的に連結するために
ワイヤーボンディングを行う必要があるが、ここで、ボ
ンディング力の向上、腐食の防止及び実装効率の向上の
ために電気メッキ(electro-plating)工程が必要であ
る。
研磨装置10を示す図面である。
極12と、陰極13と、両電極12、13間に存在する
電解質(electrolyte)14とを有する電解槽(electro
lytic bath)11を含む。陽極12は銅や鉄系の合金よ
りなる半導体リードフレームであり、陰極13はステン
レススチール(SUS)や白金(Pt)網とすることが
できる。また、電解質14は60±5%の燐酸(H3P
O4)を含む水溶液である。
回収タンク16が設けられている。この回収タンク16
は供給路17及び回収路18を通じて電解槽11と連通
されている。また、電解槽11の底面には回収タンク1
6から供給路17を経て供給される電解質14を噴射可
能なノズル19が設けられている。
置10は次のような反応メカニズムを有する。
ンに溶解される酸化反応が生じ、陰極13では銅イオン
が電子を得て銅原子に還元される還元反応が生じる。
のような問題点がある。
成され、形成されたスラッジが電解質14の流れによっ
て陽極12の表面に電着される現象が発生する。このよ
うなスラッジは陽極12から溶解された金属イオンが陰
極13の表面で電解質14と反応して凝集された固形物
であって、多量のH2Oを含有した不純物である。ま
た、スラッジは陽極12として用いられた製品を洗浄す
る工程でも完全に除去されないために製品の不良の原因
となる。
が、陰極13を完全に覆ってしまうほど多くなる場合が
ある。これにより、電流効率が急激に低下し、その結
果、電解研磨速度が遅くなる。従って、スラッジを除去
するために適当な間隔で洗浄する必要があり、その際に
は金属表面処理装置を一時停止しなければならない。特
に、半導体リードフレームのようなインライン設備の場
合には設備全体を停止すべき場合も発生する。
され、濃度が薄くなる。そのため常に溶液を補充する必
要がある。
合、陽極から生成される反応副産物がメッキ層の形成さ
れる陰極の表面に電着されてメッキ層に悪影響を与える
とともに、電解質を汚染しその寿命を短縮させる。
な問題点を解決するために創案されたものであり、その
主たる目的は、スラッジのような異物の発生反応を抑制
し、電極への異物の電着を防止するべく改善された金属
表面処理装置及びこれを用いた金属表面処理方法を提供
することである。
管理することが可能な金属表面処理装置及びこれを用い
た金属表面処理方法を提供することである。
ために本発明に係る金属表面処理装置は、電解槽と、前
記電解槽内に存在する電解質と、前記電解質内に浸漬さ
れた陽極と、前記電解質内に浸漬された陰極と、前記陽
極と前記陰極との間に設けられ、電極反応時前記電解質
内に溶解された特定のイオンのみを選択的に一方の電極
から他方の電極へと通過させる微細孔が形成された隔膜
とを含むことを特徴とする。
の被研磨体を用い、前記陰極として例えばステンレスス
チールや白金グリッドのような金属板を用いることによ
り被研磨体の電解研磨を行うことができるが、このとき
電解研磨工程によって陽極から電解質中へと溶解された
金属イオンが陰極へと通過するのを隔膜が阻止するよう
にすると、陰極表面における金属スラッジの生成を防止
して、良好な電解研磨を実現することができる。
して被メッキ体を用いた構成とすると被メッキ体へのメ
ッキを行うことができるが、このとき、電気メッキ工程
によって前記陽極から金属イオンを溶解して前記陰極の
表面にメッキする際に前記陽極から発生する反応副産物
の陰極への通過を隔膜によって阻止するようにすると、
反応副産物に影響されない良好なメッキが実現される。
から回収された金属イオンまたは反応副産物を捕集する
捕集部がさらに設けられる。それにより電解槽の電解質
中の金属イオン濃度を所望に制御することが可能とな
る。
中に浸漬された陽極及び陰極と、前記両電極を相互分離
し特定のイオンのみを選択的に一方の電極から他方の電
極に通過させる微細孔の形成された隔膜とを具備する電
解槽を用意する過程と、電極反応が起こるように前記電
解槽に電流を印加しつつ、一方の電極から溶解された特
定のイオンの他方の電極への移動が前記隔膜によって阻
止されるようにする過程と、前記電解質の濃度を一定に
保つべく前記電解槽の一側に接続されたイオン捕集部に
よって電極反応中に発生する特定のイオンを捕集する過
程とを含むことを特徴とする金属表面処理方法が提供さ
れる。
発明を詳しく説明する。
処理装置の電解研磨装置20を示した模式図である。
極22と、陰極23と、両電極22、23間に存在する
電解質24とを有する電解槽21を含む。陽極22とし
ては銅や鉄系の合金よりなる被研磨体の半導体リードフ
レームを使用し、陰極23としてはSUSまたは白金網
を使用することができる。また、電解質24は高電流が
印加される酸を主とした溶液であって、60±5%のH
3PO4を含む水溶液が望ましい。
極22から溶解された銅イオンが陰極23の表面で電解
質24と反応してスラッジが形成され、形成されたスラ
ッジが陽極22に再び電着される現象を防止するために
隔膜200が設けられている。
するべく、それらの間の位置に設けられている。隔膜2
00は濾過紙やセルロイドのような薄膜であって、膜に
は微細孔が数多く形成されて特定のイオンのみを選択的
に通過させる働きをする。ここでは、隔膜200はH+
イオンのみを選択的に通過させ、陽極22から溶解され
た銅イオンが陰極23に電着されるのを防止する。
備した第1回収タンク26が設けられている。第1回収
タンク26は、隔膜200の設置によって陰極セル40
と分離された陽極セル30に対し電解質24の供給/回
収を行うため第1供給路27及び第1回収路28を通じ
て陽極セル30と連通されている。第1供給路27を通
じて供給される電解質24は電解槽21の底面に設けら
れたノズル29を通じて噴射可能となっている。
70と、第3回収路280を経て第3ポンプ260を具
備したイオン捕集部(ion collecting portion)220
に接続されている。イオン捕集部220は電解研磨工程
において電解質24中に存在する銅イオンに電子を供給
して銅に還元し、銅濃度の上昇を防止する役割をする。
下部には陰極セル40に対し電解質24の供給/回収を
行うべく第2供給路240及び第2回収路250によっ
て陰極セル40と連通された第2ポンプ230を具備し
た第2回収タンク210が設けられている。第2回収タ
ンク210内には陽極セル30に供給される電解質24
と同一成分の電解質または伝導性研磨液が貯蔵されてい
る。
電解研磨装置20は次のような反応メカニズムを有す
る。
されると、陽極22では銅原子が電子を失って銅イオン
となり溶解される酸化反応が起こる。この際、陽極22
と陰極23との間には隔膜200が設けられているの
で、特定のイオンは陰極セル40へ移動することができ
ない。
隔膜200を通過できず、陽極セル30内にイオン状態
で存在することになり、H+イオンのみが隔膜200の
微細孔を通じて陰極セル40に移動できる。これによ
り、陰極23の表面には陽極22からイオン化された銅
イオンが移動しないために銅イオンによる異物の発生反
応が抑制される。従って、電解槽21内における銅スラ
ッジの発生及び電極表面へのスラッジの電着が防止され
る。
極セル30から第1回収路28、第1回収タンク26及
び第3回収路280を経てイオン捕集部220へと送ら
れ、そこで銅イオンの捕集がなされる。これにより、電
解質24の銅濃度の上昇を防止することができる。
極として半導体リードフレームのような被メッキ体を設
定して電気メッキを行う場合にも同じことが成り立つ。
即ち、電解槽内の陽極及び陰極間に隔膜を設けることに
よって、メッキ液を陽極及び陰極セル別に管理し、メッ
キ工程中に陽極で反応副産物が発生しても、陰極セルに
影響を与えないようにすることができる。
た本出願人による実験結果を示す。
る電解質の濃度変化と銅スラッジの生成有無を示したも
のである。
ドフレームであり、陰極23はSUSまたは白金網であ
る。また、電解質24は燐酸を含有している。電解槽2
1に印加される電流は60A/dm2であり、測定は研
磨時間2時間毎に行った。ここで、電解槽21には陽極
22と陰極23との間に特定のイオン、例えば銅イオン
の通過を防止するための隔膜200が設けられている。
に、2時間間隔で研磨工程を行うにつれ、陽極セル30
における燐酸濃度は64.2、62.3、59.7、5
8.7%と変化した。そして、銅濃度は0.75、1.
23、1.71、2.36g/lと変化した。即ち、陽
極セル30では時間の経過とともに燐酸濃度が徐々に減
少し、逆に銅濃度は徐々に増加した。これは陽極22か
ら溶解された銅イオンが隔膜200を通過できず、陽極
セル30内に残留するためと考えられる。
3、64.3、64.6、62.9%とほとんど変化せ
ず、銅イオンは検出されなかった。これにより、隔膜2
00の存在によって銅イオンが陽極セル30から陰極セ
ル40に移動できなくなったことが分かる。その結果、
陰極23の表面への銅スラッジの電着は生じなかった。
ある。グラフのX軸は時間を、Y軸は濃度を示す。そし
て、Aのプロットは陽極セル30における銅濃度の変化
であり、Bのプロットは陰極セル40における銅濃度の
変化を示す。
陽極セル30では銅濃度が表1のように徐々に増加する
傾向を見せた。一方、陰極セル40では銅濃度の変化が
無かった。即ち、隔膜200の設置によって陽極22か
ら溶解された銅イオンは陰極23側に移動できないた
め、陰極23の表面では銅イオンと電解質の反応による
銅スラッジが形成されなかった。
である。グラフのX軸は時間を、Y軸は濃度を示す。そ
して、Aのプロットは陽極セル30の燐酸濃度の変化で
あり、Bのプロットは陰極セル40の燐酸濃度の変化を
示す。
陽極セル30では燐酸濃度が徐々に減少する傾向を示し
たが、陰極セル40では燐酸濃度の変化はほとんど無か
ったことがわかる。即ち、陽極セル30では銅イオン濃
度の増加にともない燐酸濃度が減少した。
ける銅濃度の経時的変化を示すグラフである。グラフの
X軸は時間を、Y軸は濃度を示す。そして、Cのプロッ
トは陽極セル30内における銅濃度の変化であり、Dの
プロットは回収タンク26における銅濃度の変化であ
る。
陽極セル30内では銅濃度が徐々に増加するのに対し、
回収タンク26内では銅濃度が徐々に減少する傾向を示
している。回収タンク26内で銅濃度が減少するのは、
これと連通されるイオン捕集部220に銅イオンが捕集
されるからである。
染値を示すグラフである。グラフのX軸は時間を、Y軸
は汚染値を示す。そして、Eのプロットは経時的な汚染
値の変化である。このとき、印加した電流密度は3A/
dm2であった。
時間の経過とともに汚染値が減少する傾向を示した。こ
れは陽極21から溶解された銅イオンに対するイオン捕
集部220における捕集率(collection ratio)が相対
的に増加されるからである。
置及びこれを用いた金属表面処理方法では、陽極及び陰
極間に隔膜が設けられるとともに、特定のイオンを捕集
するようにしたことによって次のような効果が得られ
る。
動できなくなるため、そのようなイオンが陰極表面にお
いて電解質と反応してスラッジを形成するのを防止する
ことができる。これにより、スラッジが陽極に再び電着
される現象を未然に防止でき、製品の不良率を著しく減
らすことができる。
れないため、時間の経過にともなって電流効率が低下す
るのを防止し、研磨速度を一定に保つことが可能とな
る。また、陰極の周期的な洗浄工程が不要となるため生
産性を向上させることができる。
して電解質の入替え周期を延ばすことができる。
極反応副産物の陰極への移動を阻止することによって、
メッキ液を効率よく管理することができる。
説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者であ
れば本明細書に記載した実施例に基づき多様な変形及び
均等な他実施例が可能であることは明らかである。従っ
て、本発明の真の技術的な保護範囲は特許請求の範囲に
よってのみ決まるべきである。
である。
略的な構成図である。
的変化を測定したグラフである。
時的変化を測定したグラフである。
タンク内における銅濃度の経時的変化を測定したグラフ
である。
的変化を測定したグラフである。
Claims (9)
- 【請求項1】 電解槽と、 前記電解槽内に存在する電解質と、 前記電解質内に浸漬された陽極と、 前記電解質内に浸漬された陰極と、 前記陽極と前記陰極との間に設けられ、電極反応時前記
電解質内に溶解された特定のイオンのみを選択的に一方
の電極から他方の電極へと通過させる微細孔が形成され
た隔膜とを含むことを特徴とする金属表面処理装置。 - 【請求項2】 前記陽極が被研磨体を含んでおり、前記
陰極が金属板を含んでおり、前記陽極の表面を平滑化す
るべく電解研磨工程によって前記陽極から金属イオンが
溶解され、前記隔膜は前記金属イオンが前記陰極へと通
過するのを阻止し、陰極表面において金属スラッジが生
成されるのを防止することを特徴とする請求項1に記載
の金属表面処理装置。 - 【請求項3】 前記陽極は半導体リードフレームである
ことを特徴とする請求項2に記載の金属表面処理装置。 - 【請求項4】 前記電解質は燐酸を主成分とする水溶液
であることを特徴とする請求項2に記載の金属表面処理
装置。 - 【請求項5】 前記陽極が金属板を含んでおり、前記陰
極が被メッキ体を含んでおり、電気メッキ工程によって
前記陽極から金属イオンが溶解されて前記陰極の表面に
メッキされ、前記隔膜は前記陽極から発生する反応副産
物の前記陰極への通過を阻止することを特徴とする請求
項1に記載の金属表面処理装置。 - 【請求項6】 前記電解槽の一側に前記電解質から回収
された金属イオンまたは反応副産物を捕集する捕集部が
さらに設けられていることを特徴とする請求項2または
請求項5のいずれかに記載の金属表面処理装置。 - 【請求項7】 前記捕集部は前記隔膜によって陰極セル
と分離された陽極セルに対する電解質の供給/回収を行
うことが可能なように前記電解槽に連結された第1回収
タンクと連通されていることを特徴とする請求項6に記
載の金属表面処理装置。 - 【請求項8】 前記隔膜によって前記陽極セルと分離さ
れた陰極セルに対する電解質の供給/回収を行うことが
可能なように第2回収タンクが前記電解槽の他側に連結
されていることを特徴とする請求項7に記載の金属表面
処理装置。 - 【請求項9】 電解質中に浸漬された陽極及び陰極と、
前記両電極を相互分離し特定のイオンのみを選択的に一
方の電極から他方の電極に通過させる微細孔の形成され
た隔膜とを具備する電解槽を用意する過程と、 電極反応が起こるように前記電解槽に電流を印加しつ
つ、一方の電極から溶解された特定のイオンの他方の電
極への移動が前記隔膜によって阻止されるようにする過
程と、 前記電解質の濃度を一定に保つべく前記電解槽の一側に
接続されたイオン捕集部によって電極反応中に発生する
特定のイオンを捕集する過程とを含むことを特徴とする
金属表面処理方法。
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