JP2007186735A

JP2007186735A - 電鋳部品の製造方法

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Publication number: JP2007186735A
Application number: JP2006003977A
Authority: JP
Inventors: Matsuo Kishi; 松雄岸; Takashi Niwa; 隆新輪
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2026-01-11
Also published as: JP4800774B2

Abstract

【課題】電鋳体の変色・変質を最小限に抑えて電鋳体と樹脂層とを安定的に剥離させることができる電鋳部品の製造方法を提供すること。
【解決手段】表面に導電層２が配された基板３にフォトレジスト（感光性材料）を硬化させた樹脂層５を配して形成した成形型１に電鋳体６を形成する電鋳部品の製造方法であって、電鋳体６が配された成形型１から樹脂層５を除去する除去工程を備え、除去工程が、成形型１から基板３を除去した後、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムとを有し、かつ、酸化物を有さない剥離剤に投入する工程と、１５０℃以上、２５０℃以下の温度に剥離剤を加熱する工程とを備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、電鋳によって部品や型といった電鋳部品を製造する方法に関する。

精密な電鋳部品は、導電性を有する基板と、樹脂系のめっきレジストとを有する電鋳型に形成した電鋳体から製造される。特に微細な部品を電鋳によって製造する場合、めっきレジストとして、アクリル系のドライフィルムフォトレジストや、より厚膜を形成できるエポキシ系のフォトレジストが使用される。電鋳後、フォトレジストを硬化して樹脂層としたものを電鋳体から除去する際には、有機溶剤やアルカリ水溶液等の剥離剤が使用されている。この際、よりよい剥離性を得るため、硝酸ナトリウムと水酸化カリウムとの混合物を剥離剤とし、３００℃〜３５０℃の温度下でアルカリ融解させている。（例えば、非特許文献１参照。）。
Paul M.Dentinger、"Removal of SU-8 Photoresist for Thick Film Applications I: Wet Techniques"、[online]、Sandia National Laboratories、［平成１７年１１月１６日検索］、インターネット、<URL:http://www.ca.sandia.gov/liga/ pdfs/su8#wet.pdf>

しかしながら、上述した剥離剤による前記フォトレジストの剥離性は非常に悪く、有機溶剤やアルカリ水溶液のような溶液系では、フォトレジストが膨潤する程度で溶解しない。このため、樹脂層の非常に微細な箇所や電鋳体が覆いかぶさった部分を電鋳体から剥離することは困難である。また、ニッケルや銅からなる電鋳体に対して、剥離剤としてアルカリ溶融剤を用いた場合、電鋳体の変色や溶解が起こると同時に、電鋳体の組成変化や材料としての機能の低下をきたしてしまう。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、電鋳体の変色・変質を最小限に抑えて電鋳体と樹脂層とを安定的に剥離させることができる電鋳部品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る電鋳部品の製造方法は、表面に導電層が配された基板に感光性材料を硬化させた樹脂層を配して形成した成形型に電鋳体を形成する電鋳部品の製造方法であって、前記電鋳体が配された前記成形型から前記樹脂層を除去する除去工程を備え、該除去工程が、前記成形型から前記基板を除去した後、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムとを有し、かつ、ハロゲン化合物又は硫酸基或いは硝酸基を含む化合物を有さない剥離剤に投入する工程と、１５０℃以上、２５０℃以下の温度に前記剥離剤を加熱する工程とを備えていることを特徴とする。

この発明は、電鋳体の変色や変質を抑えた状態で樹脂層を溶解して、電鋳体から剥離することができる。

また、本発明に係る電鋳部品の製造方法は、前記電鋳部品の製造方法であって、水酸化ナトリウムよりも水酸化カリウムを多く有する前記剥離剤を用いることを特徴とする。
この発明は、カリウムの含有量のほうがナトリウムの含有量よりも多いので、電鋳体の変色をより好適に抑えることができる。

また、本発明に係る電鋳部品の製造方法は、前記電鋳部品の製造方法であって、前記電鋳体がニッケルを備え、前記加熱温度を２１５℃以下とすることを特徴とする。
この発明は、ニッケルによる電鋳体の変質をより好適に抑えることができる。

また、本発明に係る電鋳部品の製造方法は、前記電鋳部品の製造方法であって、カルシウム化合物の添加剤を有する前記剥離剤を用いることを特徴とする。
この発明は、フォトレジストにフッ化物やリン含有化合物が含まれている場合、フッ素やリンをカルシウムと反応させることによって、電鋳体からこれらの物質を安定した状態で除去することができる。

また、本発明に係る電鋳部品の製造方法は、前記電鋳部品の製造方法であって、有機酸又は有機酸化合物の添加剤を有する前記剥離剤を用いることを特徴とする。
この発明は、フォトレジストに光重合開始剤（光重合触媒）としてアンチモン化合物等の金属化合物が含まれている場合、この金属化合物等を有機酸基と反応させることによって、電鋳体からこれらの物質を安定した状態で除去することができるので、電鋳体の変色や劣化を防ぐことができる。

また、本発明に係る電鋳部品の製造方法は、前記電鋳部品の製造方法であって、前記有機酸が酒石酸であることを特徴とする。
この発明は、光重合開始剤（光重合触媒）として広く用いられているアンチモン化合物を用いている場合、このアンチモン化合物と酒石酸基が反応し、安定かつ水に可溶な化合物を形成するので、電鋳体表面よりこれらの物質を容易に除去できるので、電鋳体の変色や劣化を防ぐことができる。

本発明によれば、電鋳体からの樹脂層の剥離性を向上させることができる。

本発明に係る一実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
本実施形態に係る電鋳部品の製造方法に使用する成形型１は、図１に示すように、シリコンからなり表面に導電層２が配された基板３と、フォトレジスト（感光性材料）を硬化させた樹脂層５とを備えている。

基板３は、成形型１の強度が維持できる程度、例えば、１μｍ〜１ｍｍ程度の厚さを有している。樹脂層５は、例えば、基板３の厚み方向の厚さが１００μｍ〜２００μｍとされ、例えば、ＳＵ８（米国Micro Chem Corp.の商品名）といった、エポキシ系の樹脂をベースとするフォトレジストを硬化したものとされている。

このような成形型１を使用した電鋳部品の製造方法について説明する。
本実施形態に係る電鋳部品の製造方法は、図２に示すように、成形型１を製造する工程（Ｓ１０）と、成形型１を用いて電鋳体６を製造する工程（Ｓ２０）と、電鋳体６を電鋳部品に加工する工程（Ｓ３０）とを備えている。

成形型１を製造する工程（Ｓ１０）では、まず、図示しない暗室内にて、ＳＵ８といったフォトレジスト７を基板３の表面に所定の厚さに塗布する。そして、フォトレジスト７の硬化させない部分を覆うようにフォトマスク８をフォトレジスト７の表面に配置して、フォトマスク８の上方から露光する。このとき、図３に示すように、フォトマスク８で覆われていない部分のフォトレジスト７が硬化して樹脂層５が形成される。一方、フォトマスク８で覆われた部分は硬化されずに未硬化層１０となる。こうして、図１に示すような成形型１が製造される。

続いて、成形型１を用いて電鋳体６を製造する工程（Ｓ２０）に移行する。
ここでは、成形型１を金属イオンを有する電鋳液１１に浸して導電層２に金属イオンの金属を析出して電鋳体６を形成する工程（Ｓ２１）と、成形型１から基板３と樹脂層５とを除去する工程（Ｓ２２）とを備えている。本実施形態では、ニッケル（Ｎｉ）電鋳による電鋳体６を製造する。従って、上記金属はＮｉとなる。

電鋳体６を製造するための装置１２は、図４に示すように、電鋳液１１が満たされた電鋳槽１３と、電鋳液１１に浸されて配された電極１５と、電気配線１６を介して成形型１の導電層２及び電極１５に接続される電源１７とを備えている。
電鋳液１１は、析出させる金属によって異なるが、Ｎｉ電鋳を行う場合、スルファミン酸ニッケル水和塩を含む水溶液を使用する。電極１５は、Ｎｉを析出させるためにＮｉ板となっている。

まず、電鋳体６を形成する工程（Ｓ２１）では、成形型１の導電層２に電気配線１６を接続して成形型１を電鋳液１１に浸す。このとき、電源１７から所定の電圧を所定時間印加した場合、成形型１の導電層２に電子が供給される。これにより、電極１５から溶出されたＮｉイオンが成形型１のほうに移動する。そして、基板３上に形成された導電層２からＮｉが基板３の厚さ方向に徐々に析出されて電鋳体６が形成される。一方、樹脂層５には電流が流れないので、この樹脂層５には電鋳体は析出しない。こうして、図５に示すように、樹脂層５の厚さになるまでＮｉを析出させる。

次に、成形型１から基板３と樹脂層５とを除去する工程（Ｓ２２）に移行する。
本工程は、さらに、基板３を除去する工程（Ｓ２２１）と、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムとを有し、かつ、ハロゲンや硫酸基、硝酸基等を含む化合物を有さない剥離剤１８に投入する工程（Ｓ２２２）と、１５０℃以上、２５０℃以下の温度に剥離剤１８を加熱する工程（Ｓ２２３）とを備えている。

まず、基板３を除去する工程（Ｓ２２１）では、成形型１を水酸化ナトリウム５０％水溶液に浸して、略９５℃に加熱して数時間維持する。これによって基板３材料であるシリコンが水溶液中に溶解する。その後、水溶液を冷却して電鋳体６に樹脂層５が付着した状態のものを取り出し、樹脂層５に付着している導電層２をさらにエッチング等によって除去する。

次に、剥離剤１８に投入する工程（Ｓ２２２）に移行する。
ここでは、図６に示すように、るつぼ２０内に水酸化ナトリウム２１と水酸化カリウム２２との混合物を主成分とする剥離剤１８を導入し、基板３を剥離させた状態の成形型１を剥離剤１８に投入する。この剥離剤１８における水酸化ナトリウム２１と水酸化カリウム２２との比率は、例えば、重量比で１対４となるようにしておく。なお、この段階の剥離剤１８は、液相を形成する比率で水酸化ナトリウム２１と水酸化カリウム２２との粒を混ぜただけのものでもよく、液相を形成する組成の水酸化ナトリウムと水酸化カリウムとの固溶体としたものでも構わない。

ここで、ＳＵ８には、光重合開始剤（光重合触媒）として六フッ化アンチモンイオンが含まれているので、剥離剤１８には、添加剤として、例えば、さらに、アンチモンと安定な物質を形成する酒石酸や酒石酸カリウムなどのような酒石酸基を有する化合物を添加剤２３として混ぜても良い。また、るつぼ２０は、電鋳体６を構成するニッケルよりもイオン化傾向が大きい、例えば、鉄製のものを使用する。

続いて、剥離剤１８を加熱する工程（Ｓ２２３）に移行する。
まず、るつぼ２０を図示しない電気炉に投入する。そして、炉内を不活性ガス雰囲気とした後、剥離剤１８の温度が１５０℃以上、２１５℃以下となるように加熱する。剥離剤１８がある程度溶融するまで数時間加熱した後、加熱状態を少なくとも１時間維持する。このとき、電鋳体６が液状の剥離剤１８内を沈んでいき、樹脂層５の微細部及び電鋳体６によって覆われた部分が溶解して電鋳体６から剥離する。

その後、るつぼ２０を電気炉から取り出し、水酸化ナトリウムが固まるまで剥離剤１８を冷却する。そして、電鋳体６とともに固まった剥離剤を水中に投入して剥離剤１８を水溶させて電鋳体６を取り出す。
こうして、電鋳体６を電鋳部品に加工する工程（Ｓ３０）に移行して、取り出した電鋳体６を機械加工等によって所望の形状に加工して、図７に示すような、電鋳部品２５を得る。

この電鋳部品の製造方法によれば、電鋳体６の変色や変質を抑えた状態でＳＵ８のようなエポキシ系フォトレジストからなる樹脂層５を溶解して、電鋳体６から剥離することができ、電鋳体６からの樹脂層５の剥離性を向上させることができる。
この際、剥離剤１８において、水酸化カリウムの含有量のほうが水酸化ナトリウムの含有量よりも多いので、電鋳体６の変色をより好適に抑えることができる。

また、１５０℃以上、２１５℃以下の温度で剥離剤１８を加熱するので、ニッケルによる電鋳体６に不純物が含まれていても変質をより好適に抑えることができる。
さらに、剥離剤１８にカルシウム化合物を添加剤２３として混合しているので、電鋳体６にフッ化物やリン含有化合物が含まれている場合、フッ素やリンをカルシウムと反応させることによって、電鋳体６からこれらの物質を安定した状態で除去することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、剥離剤１８に電鋳体６を投入しているが、電鋳体６を先にるつぼ２０に投入してから剥離剤１８を投入しても構わない。

また、本実施形態では、基板としてシリコンを用いているが、シリコンが水酸化ナトリウムや水酸化カリウムの溶融液に溶解して高融点物質が形成されるため、本発明で使用する剥離剤が固化してしまう。このため、フォトレジストを剥離する工程（Ｓ２２２とＳ２２３）に先立ち基板を除去する工程（Ｓ２２１）を行った。しかしながら、基板として、本発明である剥離剤に不溶なサファイアや鉄、ステンレス、チタンのような材料を基板として用いた場合には、これらの工程の順番を変えることが可能である。

本発明の一実施形態に係る電鋳部品の製造に使用する成形型の概要を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る電鋳部品の製造方法を示すフロー図である。本発明の一実施形態に係る電鋳部品の製造における成形型を形成する状態を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る電鋳部品の製造における電鋳体を形成する際に使用する装置を示す概要図である。本発明の一実施形態に係る電鋳部品の製造において成形型に電鋳体を形成した状態を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る電鋳部品の製造において電鋳体と樹脂層とを剥離させる剥離剤を示す概要図である。本発明の一実施形態に係る電鋳部品の製造方法によって製造された電鋳部品を示す断面図である。

符号の説明

１成形型
２導電層
３基板
５樹脂層
６電鋳体
７フォトレジスト（感光性材料）
１８剥離剤
２５電鋳部品

Claims

表面に導電層が配された基板に感光性材料を硬化させた樹脂層を配して形成した成形型に電鋳体を形成する電鋳部品の製造方法であって、
前記電鋳体が配された前記成形型から前記樹脂層を除去する除去工程を備え、
該除去工程が、前記成形型から前記基板を除去した後、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムとを有し、かつ、ハロゲン化合物又は硫酸基或いは硝酸基を含む化合物を有さない剥離剤に投入する工程と、
１５０℃以上、２５０℃以下の温度に前記剥離剤を加熱する工程とを備えていることを特徴とする電鋳部品の製造方法。
水酸化ナトリウムよりも水酸化カリウムを多く有する前記剥離剤を用いることを特徴とする請求項１に記載の電鋳部品の製造方法。
前記電鋳体がニッケルを備え、
前記加熱温度を２１５℃以下とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の電鋳部品の製造方法。
カルシウム化合物の添加剤を有する前記剥離剤を用いることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の電鋳部品の製造方法。
有機酸又は有機酸化合物の添加剤を有する前記剥離剤を用いることを特徴とする請求項１から４の何れか一つに記載の電鋳部品の製造方法。
前記有機酸が酒石酸であることを特徴とする請求項５に記載の電鋳部品の製造方法。