JP2016108601A - 治具及び治具生産方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 柱状の工作物に対してメッキ処理を行うために、その側面を利用して保持することに適した治具等を提案する。
【解決手段】 メッキ処理を行うために工作物を保持するメッキ治具１であって、工作物は、例えば角形チップのような柱状のものであり、工作物を収納する内部空間を有する枠体３と、枠体３の内部空間において工作物の柱状の側面を押さえる保持部５及び７を備える。メッキ治具１は、金属製であり、導電性を有する。導電性を有するため、例えば側面給電を可能にする。また、メッキ治具１は、硬度が異なる複数の金属が多層になったものであり、厚さ等を変更することにより、容易にヤング率等を容易に調整することが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、治具及び治具生産方法に関し、特に、メッキ処理のために工作物を保持する治具等に関する。

従来のＷａｆｅｒは円形のものであり、その表面の外周に電気メッキのための通電層がある。そのため、従来のＷａｆｅｒメッキ治具は、例えば特許文献１に記載されているように、表面の外周に形成された通電層を用いるものであった。

特開２００７−１６９７９２号公報

しかしながら、例えば角形チップのように、表面に通電層を設けるスペースがない場合がある。このように表面に通電層を設けることができない場合、従来のＷａｆｅｒメッキ治具と同様にして保持することはできない。

そこで、本発明は、柱状の工作物に対してメッキ処理を行うために、その側面を利用して保持することに適した治具等を提案することを目的とする。

本願発明の第１の観点は、メッキ処理を行うために工作物を保持する治具であって、前記工作物は、柱状のものであり、前記工作物を収納する内部空間を有する枠体と、前記枠体の前記内部空間において前記柱状の側面を押さえる導電性の保持部を備えるものである。

本願発明の第２の観点は、第１の観点の治具であって、前記枠体の前記内部空間において前記工作物の側面の第１部分を押さえる第１保持部と、前記枠体の前記内部空間において前記工作物の側面の前記第１部分とは異なる第２部分を押さえる第２保持部を備えるものである。

本願発明の第３の観点は、第２の観点の治具であって、前記第１保持部及び前記第２保持部は、それぞれ、弾性を有し、一か所で前記枠体に接続するものであり、前記枠体の前記内部空間において位置が変わることにより前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方を変形させて共に移動させる移動部を備え、前記第１保持部及び前記第２保持部は、変形していない状態では前記枠体との間に前記工作物よりも狭い空間とし、前記移動部が移動することにより前記枠体との間に前記工作物よりも広い空間にして、前記工作物を押さえることが可能なものである。

本願発明の第４の観点は、第１から第３のいずれかの観点の治具であって、前記枠体及び前記弾性保持部は、硬度が異なる複数の金属による多層のものである。

本願発明の第５の観点は、第１から第４のいずれかに記載の治具であって、前記工作物は、側面に通電部を有するチップであり、前記弾性保持部は、取り付け電極であり、前記通電部を押さえることにより、前記工作物に対して側面給電が可能である。

本願発明の第６の観点は、第１から第５のいずれかの観点の治具であって、前記工作物は、側面に平面である部分を有するものであり、前記保持部は、前記平面である部分を押さえるものである。

本願発明の第７の観点は、メッキ処理を行うために工作物を保持する金属製の治具を生産するための治具生産方法であって、前記工作物は、柱状であり、前記治具は、前記工作物を収納する内部空間を有する枠体と、前記枠体の前記内部空間において前記工作物の側面を押さえる保持部を備えるものであり、基板上に前記治具の前記枠体及び前記保持部のパターンを形成するパターニング工程と、前記パターンを用いて電鋳して前記枠体及び前記保持部を作成する電鋳工程と、前記パターン及び前記基板を除去して前記治具を生成する除去工程を含むものである。

なお、本願発明を、前記保持部が、前記工作物の前記柱状の側面を複数個所で保持するものとして捉えてもよい。また、工作物は、角形チップのような側面に平面部を有するものでも、一般的な円形のチップ（円柱状）のようなものでもよい。

本願発明の各観点によれば、保持部が、枠体の内部空間内において、柱状の工作物の側面の少なくとも一か所を押さえて保持することにより、容易かつ確実に保持することが可能になる。そして、保持部が導電性であることから、保持部により給電を行い、メッキ処理を行うことができる。ここで、工作物の側面の他の部分は、枠体によって支持する箇所があってもよく、他の部材によって押さえる箇所があってもよい。

さらに、本願発明の第２の観点によれば、第１保持部及び第２保持部が、側面の複数個所を押さえることにより、工作物をよりしっかりと保持することが可能になる。また、複数個所で給電することも可能になる。工作物の他の側面は、枠体によって支持してもよく、他の弾性部材によって押さえて保持してもよい。

さらに、本願発明の第３の観点によれば、第１保持部及び第２保持部を同時に移動することが可能となり、容易に取り付けることができる。

さらに、本願発明の第４の観点によれば、枠体及び保持部を硬度が異なる多層の金属とすることにより、ヤング率等を容易に調整して、例えば、高いヤング率を安定して得られるようにすることができる。

さらに、本願発明の第５の観点によれば、取り付け電極を用いて、治具に保持させることが可能となるとともに側面給電も可能とする。特に第４の観点にあるように治具を多層の金属とすることにより、硬度を容易に変更できるだけでなく、側面給電をも容易に実現し、めっき処理などを容易に行うことができる。

さらに、本願発明の第６の観点によれば、角形チップなどの側面に平面である部分がある場合に、この平面部分を利用して保持することが可能になる。

さらに、本願発明の第７の観点によれば、精密電鋳で治具を作製することにより、機械加工等に比較して直線性に優れ、工作物との接点に適したものとすることができる。出願人らは、このことを実験により確かめたものである。

本願発明の実施の形態の一例である角形チップのメッキ治具を示す図である。 図１の角形チップのマイクロ取り出し電極の例を示す図である。 図１のメッキ治具の精密電鋳工程の一例を示す図である。 本願発明の実施の形態の他の例である角形チップのメッキ治具を示す図である。 複数の金属の積層構造評価のために、メッキ皮膜で引張試験機にて行ったヤング率測定を示す。 様々な金属電極材質を評価するためにＣｕとＮｉの膜厚比を変えた試料による引張試験の追加実験における引張実験片の断面イメージを示す図である。 塑性変形せずにチップを保持する構造を分析するための片持ち梁構造を示す図である。 チップを取り付けた電極に噴流が当たる概要を示す図である。 図１の電極形状の保持力の追加評価を示す図である。 精密電鋳により作成された構造体の断面観察を示す図である。

以下では、図面を参照して、本願発明の実施例について説明する。なお、本願発明は、この実施例に限定されるものではない。

図１は、本願発明の実施の形態の一例である角形チップのメッキ治具を示す図である。（ａ）は角形チップを保持していない状態、（ｂ）は角形チップを保持している状態、（ｃ）は形状を示す図である。

図１（ａ）にあるように、メッキ治具１は、枠体３（本願請求項の「枠体」の一例）と、第１保持部５（本願請求項の「第１保持部」の一例）と、第２保持部７（本願請求項の「第２保持部」の一例）（第１保持部５及び第２保持部７が本願請求項の「保持部」の一例である。）と、移動部９（本願請求項の「移動部」の一例）を備える。

メッキ治具１は、後に説明するように、硬度の異なる複数の金属を多層化して形成したものである。そのため、通電性を有する。さらに、（特に第１保持部５及び第２保持部７について）弾性を有する。複数の金属の多層構造のため、弾性を容易に調整することができる。

枠体３は、図１（ｂ）にあるように、その内側に、角形チップ１３(本願請求項の「工作物」の一例)を収納可能な大きさの空間（本願請求項の「内部空間」の一例）を有する。

第１保持部５は、凸の曲線状のものである。一方端は、枠体３と、点１１で接続する。第１保持部５の他方端は、移動部９と接続する。第２保持部７も、同様に凸の曲線状のものである。一方端は、移動部９と接続し、他方端は、開放されている。そのため、第１保持部５等の弾性を利用して移動部９を移動させることにより、角形チップ１３の接点箇所である第１保持部５及び第２保持部７を共に移動させることができる。ここで、第１保持部５及び第２保持部７は、後述のシミュレーション等の結果から、線幅200μｍの一定の電極形状とする。

角形チップ１３は、例えば以下のようにして取り付けることができる。図１（ａ）の内部空間において、第１保持部５と第２保持部７による左下側に形成される空間は、角形チップ１３の大きさよりも小さい。移動部９を図１（ａ）の右上に移動させることにより、枠体３の内部の左下側の空間を角形チップ１３よりも大きくする。そして、角形チップ１３を大きくした空間にいれ、移動部９を開放することにより、角形チップ１３は、第１保持部５及び第２保持部７が押さえて固定して保持することができる。ここで、第１保持部５及び第２保持部７は、角形チップ１３を押さえる向きに凸の曲面であるため、接線により安定して押さえることができる。

図１（ｂ）は、角形チップを取り付けた場合を示す図である。角形チップ１３は、四角柱であり、４つの側面１５、１７、１９及び２１がある。側面１５及び１７は、枠体３によって押さえられている。側面１９（本願請求項の「第１直線部に対応する側面」の一例）は第１保持部５により、側面２１（本願請求項の「第２直線部に対応する側面」の一例）は第２保持部７により押さえられている。これにより、チップの取り付けに問題がないことがわかる。また、後に示すように、テスタによる導通を確認しており、角形チップ１３に対して側面から給電可能である。

図１（ｃ）は、このチップ治具の形状を示す図である。

角形チップ１３は、例えば、図２にあるように、厚さが0.2〜0.3mmの柱状の角形基盤と、角形基盤の表面にシード層を有し、柱状の上面のレジストとバンプパターンを用いて、側面のマイクロ取り出し電極を用いて、側面から給電してメッキ処理が可能なものである。

メッキ治具１は、例えば、図３にあるように、次のように製造することができる。大きく、パターニング処理と、精密電鋳処理に分かれる。パターニング処理は、基板上にＤＦＲをラミネートし、メッキ治具１の形状で露光・現像することにより、基板上にＤＦＲのパターンを形成するものである。精密電鋳処理は、形成されたパターンを用いて電鋳処理を行い、ＤＦＲを除去し、基板を除去することにより、電鋳を形成して、メッキ治具１を生成する。

図４は、本願発明の実施の形態の他の例である角形チップのメッキ治具を示す図である。図４（ａ）では、図１と比較して、強度確保のために保持部と枠体の接点部分（保持部の根元部）を太くしている。図４（ｂ）は、図４（ａ）のチップ取り付け状態を示す。図４（ｃ）は、２つのばね状に加工した保持部により独立して押さえるものである。図４（ｄ）は、図４（ｃ）のチップ取り付け状態を示す。この場合、２か所を同時に変形させる必要がある。図４（ｅ）は、ばね状に加工して右上から押さえるものを示す。図４（ｆ）は、図４（ｅ）のチップ取り付け状態を示す。図４（ｇ）は、２つの保持部により独立して押さえるものである。保持部は、円状のものを組み合わせてバネ性を持たせたものである。図４（ｈ）は、図４（ｇ）のチップ取り付け状態を示す。この場合も２か所を同時に変形させる必要がある。（ａ）及び（ｅ）では、一度で接点箇所が両方動く。

図１及び図４により、本願発明の治具により、角形チップを保持することが可能であり、さらに、角形チップに対して側面給電が可能であることがわかる。そのため、角形チップの側面に例えばバンプメッキ用取り付け電極などとして通電部を設けて側面給電を行うことにより、チップの表面に電気メッキのための通電部を設ける必要がなくなる。

続いて、複数の金属の積層構造評価について説明する。取り出し電極（図１の第１保持部５及び第２保持部７）に弾性（バネ性）を持たせるため、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属を組み合わせた積層構造の材料特性評価を行った。実験は、図５（ａ）にあるように、メッキ皮膜で引張試験機にてヤング率測定を行った。図５では、引張試験片を上下に引っ張っている。図５（ｂ）は、図５（ａ）の引張試験片のＡ−Ａ断面の断面イメージであり、Ｃｕ皮膜とＮｉ皮膜を繰り返すことにより多層化している。金属の組み合わせの最適値は、例えば高いヤング率を安定して得られるように硬度に着目したり、最大応力までの変位を大きくするために層毎の膜厚は厚くしたり、最大応力までの変位を大きくするために硬度が低くしたりして決定すればよい。

図６は、さまざまな金属電極材質を評価するためにＣｕとＮｉの膜厚比を変えた試料による引張試験の追加実験における引張実験片の断面イメージを示す。低硬度で伸びが大きいＣｕ皮膜に対し、上下からサンドイッチ構造でＮｉ皮膜を増加させてＮｉ比を大きくする。Ｎｉ皮膜は、高硬度であり、伸びが小さい。

今回得られたヤング率などの物性値を用いて、マイクロ取り出し電極構造の簡易シミュレーションを行った。マイクロ取り出し電極構造の電極幅は、片持ち梁のシミュレーションにおいて、断面形状やヤング率等のパラメータを入力することで、塑性変形しない電極幅を決定することができる。

図７は、片持ち梁構造を示す図である。荷重Ｆ[N]が曲げ応力σmax[MPa]よりも大きいときに塑性変形する。マイクロ取り出し電極へのチップ取り付けを想定し、２ｍｍ可動必要と仮定した場合のシミュレーションでは、最大応力を４００ＭＰａとした場合、長さが８ｍｍ以上あれば、２ｍｍ可動させても塑性変形せずにチップを保持できることがわかった。

ただし、塑性変形せずにチップを押さえるためには、０．０１Ｎ程度と低荷重すぎるので、実作業（特にメッキプロセス）で問題ないかをシミュレーションにより確認した。図８を参照してメッキプロセスにおける外力シミュレーションを説明する。メッキ実作業の噴流による外力を想定し、チップを保持できるかのシミュレーションについて説明する。図８は、チップを取り付けた電極に噴流が当たる概要を示す図である。保持力Ｐ[N]が外力Ｆ[N]よりも大きければよい。はりの長さ１０ｍｍの場合、電極幅が２００μｍあれば、噴流による外力が発生してもチップを保持できる。

図９は、図１の電極形状の保持力の追加評価を示す図である。（ａ）は、保持力試験前を示し、（ｂ）は保持力試験時を示す。（ｃ）は、チップの導通確認を示す。下記の表にあるように、荷重に対して十分な保持力が認められた。また、下記の実験では、導通も確認することができた。

図１０は、精密電鋳により作成された構造体の断面観察を示す図である。精密電鋳で作成された構造体は、機械加工等と比較して直線性に優れており、角形チップとの接点に適する。図１の電極形状の接点箇所の直線性を確認するため、断面試料を作製してＳＥＭ観察を行った。（ａ）は、電極形状を示し、（ｂ）は、Ａ−Ａ断面のＳＥＭ断面観察を示す。角形チップとの接点部分を観察した結果、直線性があり、角形チップの接点として問題ないこと、電極幅が約２００μｍ、電鋳厚さが約２５０μｍであること、ディッシングがおさえられた形状であり、ほぼ狙いどおりに取り出し電極を作製できていることがわかった。

１ チップ治具、３ 枠体、５ 第１保持部、７ 第２保持部、９ 移動部、１１ 接点、１３ 角形チップ、１５，１７，１９．２１ 側面

Claims (7)

1. メッキ処理を行うために工作物を保持する治具であって、
   前記工作物は、柱状のものであり、
   前記工作物を収納する内部空間を有する枠体と、
   前記枠体の前記内部空間において前記柱状の側面を押さえる導電性の保持部を備える治具。
2. 前記枠体の前記内部空間において前記工作物の側面の第１部分を押さえる第１保持部と、
   前記枠体の前記内部空間において前記工作物の側面の前記第１部分とは異なる第２部分を押さえる第２保持部を備える請求項１記載の治具。
3. 前記第１保持部及び前記第２保持部は、それぞれ、弾性を有し、一か所で前記枠体に接続するものであり、
   前記枠体の前記内部空間において位置が変わることにより前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方を変形させて共に移動させる移動部を備え、
   前記第１保持部及び前記第２保持部は、
   変形していない状態では前記枠体との間に前記工作物よりも狭い空間とし、
   前記移動部が移動することにより前記枠体との間に前記工作物よりも広い空間にして、前記工作物を押さえることが可能なものである、請求項２記載の治具。
4. 前記枠体及び前記保持部は、硬度が異なる複数の金属による多層のものである、請求項１から３のいずれかに記載の治具。
5. 前記工作物は、側面に通電部を有するチップであり、
   前記保持部は、取り付け電極であり、前記通電部を押さえることにより、前記工作物に対して側面給電が可能である、請求項１から４のいずれかに記載の治具。
6. 前記工作物は、側面に平面である部分を有するものであり、
   前記保持部は、前記平面である部分を押さえる、請求項１から５のいずれかに記載の治具。
7. メッキ処理を行うために工作物を保持する金属製の治具を生産するための治具生産方法であって、
   前記工作物は、柱状であり、
   前記治具は、
   前記工作物を収納する内部空間を有する枠体と、
   前記枠体の前記内部空間において前記工作物の側面を押さえる保持部を備えるものであり、
   基板上に前記治具の前記枠体及び前記保持部のパターンを形成するパターニング工程と、
   前記パターンを用いて電鋳して前記枠体及び前記保持部を作成する電鋳工程と、
   前記パターン及び前記基板を除去して前記治具を生成する除去工程を含む治具生産方法。