JP2009191312A - エッチング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンレジストされたプリント配線基板等をエッチングするエッチング装置を制御するエッチング制御装置において、エッチング液の組成のリアルタイム自動制御を可能にしたエッチング制御装置を提供する。
【解決手段】エッチング装置に硫酸と過酸化水素水とを混合した反応速度の遅いエッチング液を用いており、ファインピッチのプリント配線基板等を時間をかけてエッチングする。また、硫酸および過酸化水素水の濃度を検出するのに赤外線方式の一つのセンサを用いて、設備にかかるコストを抑え、より正確な濃度を検出する。これにより、より薄く精密なプリント配線基板等のエッチングでもリアルタイムでエッチング液の組成を制御できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、パターンレジストされたプリント配線基板等をエッチングするエッチング装置を制御するエッチング制御装置に関し、特にエッチング槽内の濃度を検出することにより、エッチング液に対する成分の補給を制御するエッチング制御装置に関する。

従来より一般的なプリント配線基板の銅箔の厚さは、７０〜３５μｍ程度であった。箔厚３５μｍのプリント配線基板により、１００μｍピッチ（配線５０μｍ＋スペース５０μｍ）程度の配線パターンを形成することができる。

上記箔厚のプリント配線基板のエッチングは、主として塩化第二鉄溶液を用いて行われていた。塩化第二鉄を用いたエッチング工程は、一般的に自動化されており、プリント配線基板をコンベアで連続して供給し、エッチング液はリアルタイムで再生される。エッチング液の再生装置は、エッチング液の組成を検出するセンサを有し、この検出内容に基づいて上記再生助剤や水を添加してエッチング液を再生する（たとえば特許文献１参照）。

特開平８−２４６１６８号公報

ところで、近年携帯電話機や携帯ゲーム機等の高性能な小型電子機器の普及により、配線パターンの更なる微細化（ファインピッチ化）が要求され、近年は５０μｍピッチ（配線２５μｍ＋スペース２５μｍ）以下のピッチの配線パターンまで要求されるようになってきている。しかし、上述した一般的な箔厚３５μｍのプリント配線基板では、１００μｍピッチが限界であり、これよりもファインピッチの配線パターンを形成するためには、銅箔の厚みをより薄くする必要がある。また、薄い銅箔で微細な配線パターンを形成するためには、エッチング制御をより精密に行う必要がある。

しかしながら、３５μｍ以下の銅箔は極めて弱く基板への貼り付けが困難であるため、箔厚の薄い（たとえば１０μｍ厚の）プリント配線基板は非常に高価であり、にもかかわらず不良率が高いのが現状である。

そこで、箔厚が３５μｍ程度の品質が安定し且つ安価なプリント配線基板を用い、化学処理（エッチング）によって銅箔の厚さを薄く加工することにより、箔厚１０μｍ程度のプリント配線基板を製造することが行われている。この工程をハーフエッチングと呼ぶ。このハーフエッチング工程をプリント配線基板全体に均一に行うためには、塩化第二鉄溶液等の反応力の強いエッチング液を用いることができず、より反応が穏やかな硫酸過水等が用いられる。

また、エッチング工程では、配線パターンやエッチング液の劣化の度合い等に基づいて微妙にエッチング時間を制御することにより、エッチングの仕上がりの制御をしているが、薄い銅箔の微細な配線パターンを反応力の強い塩化第二鉄溶液でエッチングした場合、数秒程度の極めて短時間でエッチングが完了してしまい、エッチング時間の微妙な制御が極めて困難になるいう問題点があった。そこで、実際のエッチング工程においても反応が穏やかな硫酸過水をエッチング液として用いることが考えられる。
硫酸過水は、硫酸と過酸化水素水の混合液であり、硫酸過水で銅をエッチングした場合、硫酸過水は以下のように組成が変化する。
H₂SO₄＋H₂O₂＋Cu→CuSO₄＋2H₂O

エッチング工程、ハーフエッチング工程を自動化し、リアルタイムにエッチング液を再生するため、すなわち、再生助剤を添加する量やそのタイミングをはかるためには、エッチング液の組成を検出する必要がある。硫酸過水の場合、銅濃度、硫酸濃度、過酸化水素濃度を検出する必要があるが、従来これら３種類の組成物の濃度を全て非接触で検出することができるセンサがなかった。複数のセンサを用いた場合、コストアップにつながるとともに、センサにばらつきが発生した場合、誤差を補正するのが困難であるという問題があった。また、硫酸過水に直接接触するセンサを用いた場合、腐食等のため耐久性に問題が生じるという問題点があった。

この発明の目的は、硫酸過水のエッチング液を用いたエッチング装置で、エッチング液の組成のリアルタイム自動制御を可能にしたエッチング制御装置を提供することである。

また、この発明は、メンテナンス不要で、設備にかかるコストを抑え、センサのばらつきによる誤差をなくし、より正確な値に基づいてエッチング液の組成を検出するエッチング制御装置を提供することを目的とする。

請求項１のエッチング制御装置は、硫酸を貯蔵する第一の貯蔵手段と、過酸化水素水を貯蔵する第二の貯蔵手段と、金属の腐食を行う硫酸過水が排出されるエッチング槽と、上記エッチング槽内の硫酸および過酸化水素水の濃度を検出する濃度検出手段と、上記濃度検出手段によって検出された濃度検出値に基づいて第一、第二の貯蔵手段に貯蔵されている硫酸および過酸化水素水を上記エッチング槽に補給する補給手段、を備えたことを特徴とする。

請求項２のエッチング制御装置は、請求項１に記載のエッチング制御装置において、上記濃度検出手段は、硫酸および過酸化水素水の濃度を検出する赤外線方式の検出装置であることを特徴とする。

請求項３のエッチング制御装置は、請求項２に記載のエッチング制御装置において、上記赤外線方式の検出装置は、一組の発光素子と受光素子を備えることを特徴とする。

以上のように、この発明によれば、硫酸過水のエッチング液を用いるので、金属を腐食させる際にゆるやかな反応をさせることができ、時間をかけたエッチングが可能なので、薄く精密なプリント配線基板等のエッチングをする場合に、リアルタイムでエッチング液の組成を制御して、高精度のエッチング制御が可能になる。

また、硫酸および過酸化水素水の濃度を検出するのに赤外線方式の検出装置を用いて非接触で検出できるため、メンテナンスフリーであり、銅などの他の物質がある中で過酸化水素水の濃度を正確に検出することができる。

そして、複数のセンサではなく、一つのセンサで各成分の濃度を検出できるため、設備費等が安価となるとともに、複数のセンサのばらつきによる誤差が生じず、より正確な濃度を検出することができる。したがって、硫酸過水濃度を個別にリアルタイムで高精度に管理することにより高品質と生産安定を達成し、低コストで効率よく高機能品を作ることができる。

図１は、この発明の実施形態であるエッチング制御装置を適用したエッチング装置の構成を示す図である。この実施形態では、硫酸と過酸化水素（水）とを混合した硫酸過水をエッチング液として用いる。エッチングマシン３はコンベアで連続的に搬送されてくるプリント配線基板の銅箔を連続してエッチングする。エッチング装置は、硫酸を貯蔵する硫酸タンク１と、過酸化水素水を貯蔵する過酸化水素タンク２と、水を貯蔵する水タンク７とエッチングを行うエッチングマシン３と、上記エッチングマシン３で使用され組成が変化したことでエッチング能力が低下したエッチング液を再生する再生タンク４と、上記再生タンク４内のエッチング液の濃度を検出する濃度検出部５と、上記濃度検出部５の検出結果に基づいてエッチング液の再生を制御する制御部６とを備えている。

ここで、硫酸過水は、従来、プリント配線基板のドライフィルムラミネートの前処理やハンダフラックス塗布の前処理として銅箔の酸化膜除去に用いられていたソフトエッチング液であるが、このエッチング装置では、超ファインピッチのプリント配線基板のエッチング液またはプリント配線基板の銅箔の厚さを薄く加工する（たとえば３５μｍ→１０μｍ）ハーフエッチング液として用いられる。
エッチングマシン３で使用されている硫酸過水は銅をエッチングするにつれて以下のように組成が変化する。
Cu＋H₂SO₄＋H₂O₂→CuSO₄＋2H₂O

エッチングマシン３は、このように組成の変化したエッチング液を図示していないポンプを利用して再生タンク４に排出する。そして、再生タンク４は、ポンプによって濃度検出部５にエッチング液を流通させる。濃度検出部５は、図２に示すような赤外線方式の分光センサであり、エッチング液は赤外線を透過する透明ホース内を流通して再生タンク４に戻る。制御部６は、濃度検出部５の検出結果に基づいて、硫酸タンク１、過酸化水素タンク２および水タンク７のポンプ（不図示）を制御し、硫酸、過酸化水素水および比重調整水を再生タンク４内のエッチング液に注入する。

図２は、濃度検出部５の構成を示す図である。濃度検出部５は、エッチング液中に赤外線を照射し、エッチング液中の硫酸、過酸化水素水、水の濃度に応じた赤外線の吸収量を検知器で捉えることによりエッチング液中の成分濃度を求める。エッチング液は溶融した銅を含有するため、一般の光学センサでは硫酸、過酸化水素水、水の成分濃度を同時に検出することが極めて困難である。しかし赤外線センサに特定の干渉フィルタを適用することにより、これら３つの成分濃度を同時に検出することができた。具体的には、ブルーの干渉フィルタを適用することにより、硫酸銅の濃度を検出することができ、この検出値に基づいて、他の成分の濃度を検出することができる。

濃度検出部５は、光源１２、第１の集光レンズ１３、干渉フィルタ１４、第２の集光レンズ１５、測定部１６、第３の集光レンズ１７およびセンサ１８で構成される。

まず、光源１２は８００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長の赤外線を照射するランプで構成される。センサ１８は赤外線にフラットな感度を持つ半導体セルが用いられる。光源１２とセンサ１８との間にエッチング液が通過する測定部１６が配置される。測定部１６は、再生タンク４から送りだれたエッチング液が流通する透明のホースで構成される。光源１２と測定部１６との間には、第１の集光レンズ１３、干渉フィルタ１４および第２の集光レンズ１５が設けられ、測定部１６とセンサ１８との間には第３の集光レンズ１７が設けられている。

光源１２から照射された赤外線は集光レンズ１３によって干渉フィルタ１４に集光される。干渉フィルタ１４はそれぞれ透過波長の異なる複数（たとえば６〜８枚）のフィルタを有し、赤外線の光路上にこの複数のフィルタを高速に順次交換して挿入する機能を有している。一般的には、円板の周に沿って開設された複数の穴にそれぞれフィルタを取り付け、この円盤を高速に回転させることで、複数のフィルタを順次光路上に挿入する構成を有している。干渉フィルタ１４は、赤外線を上記複数のフィルタにより６〜８波長に分光する。分光された赤外線を集光レンズ１５によりエッチング液が通過する測定部１６に集光する。そして、この測定部１６のエッチング液を透過した光を集光レンズ１７によってセンサ１８に集光し、センサ１８がその光強度を検出する。すなわち、センサ１８は、干渉フィルタ１４によって分光された複数波長の赤外線の透過強度を順次検出する。

センサ１８が検出した複数の検出値は、デジタル値に変換された後、制御部６に入力される。制御部６は、濃度検出部５から入力されたスペクトルに基づいて解析・演算処理（たとえば行列演算）を行い、エッチング液の各成分（硫酸、過酸化水素、水の含有率）の濃度を割り出し、硫酸、過酸化水素水、比重調整水の添加量を決定する。

図３は、エッチング制御装置の動作のフローチャートである。エッチングマシン３は連続動作し、ポンプによるエッチングマシン３と再生タンク４との間のエッチング液の還流は常時行われているため、この処理動作は一定時間毎に実行される。制御部６は、濃度検出部５の検出内容に基づき、エッチング液中の硫酸、過酸化水素水、水の濃度を検出する（Ｓ１）。そして、制御部６は、この検出された濃度に基づいて、エッチング液に補給すべき硫酸、過酸化水素水、水の補給量を演算し（Ｓ３）、図示しないポンプを制御して硫酸１、過酸化水素水２を再生タンク４に添加して液を再生するとともに、比重調整水７を添加してエッチング液の比重を調整する（Ｓ４）。このように一定時間おきにエッチング液内の組成を検出し、各成分の補給量を調整しているため、常に安定したエッチングを行うことができる。

なお、赤外線センサ８は、１組の光源１２とセンサ１８を備えているが、検出対象の成分ごとに別々の光源とセンサを備えてもよい。
また、この実施形態では、エッチング液を濃度検出部５内の透明ホースに流通させて、その組成を検出しているが、エッチング液を一次貯留するサンプリング槽を設け、このサンプリング槽に濃度検出装置を浸漬してエッチング液の組成を検出するようにしてもよい。

この発明の実施例であるエッチング制御装置を適用したエッチング装置の構成を示す図である。 濃度検出部の構成を示す図である。 エッチング制御装置の動作のフローチャートである。

符号の説明

１−硫酸の貯蔵タンク
２−過酸化水素水の貯蔵タンク
３−エッチングマシン
４−再生タンク
５−濃度検出部
６−制御部
７−水の貯蔵タンク

Claims (3)

1. 硫酸を貯蔵する第１の貯蔵手段と、
   過酸化水素水を貯蔵する第２の貯蔵手段と、
   金属の腐食を行う硫酸過水が排出されるエッチング槽と、
   上記エッチング槽内の硫酸および過酸化水素水の濃度を検出する濃度検出手段と、
   上記濃度検出手段によって検出された濃度検出値に基づいて第１、第２の貯蔵手段に貯蔵されている硫酸および過酸化水素水を上記エッチング槽に補給する補給手段と、
   を備えたことを特徴とするエッチング制御装置。
2. 上記濃度検出手段は、硫酸および過酸化水素水の濃度を検出する赤外線方式の検出装置であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング制御装置。
3. 上記赤外線方式の検出装置は、一組の発光素子と受光素子を備えることを特徴とする請求項２に記載のエッチング制御装置。

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