JP2638283B2 - 無電解めっき析出速度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は、無電解めっき液の析出速度を測定する装置
に関するものである。

《従来の技術》 従来、印刷配線板の製造工程において、無電解銅めっ
き工程は重要な位置を占めており、アディティブ法の発
展に伴い、その重要さが一層増大している。その理由
は、めっき厚が最適値に設定されないときは品質面で欠
陥が生ずるからである。例えば、めっき厚が大きい場合
には、その後のパターン形成工程においてエッチング残
りの問題が発生する。これに対し、逆にめっき厚が薄い
場合には、クラックの発生などの問題が生じ、スルーホ
ール信頼性を低下させる原因になる。

このような不具合を防止するためには、めっき厚を最
適値にコントロールする必要がある。めっき厚をコント
ロールするための測定方法としては、ある一定時間例え
ば30分〜60分間に析出しためっき銅の重量を測定する重
量法がある。しかし、この測定方法は、定期的に銅の重
量を検出しなければならないため、測定の連続化および
装置化が困難になるという欠点がある。

そこで、この欠点を除去する技術として、近年、分極
抵抗法により無電解めっき液の析出速度を測定する方法
が特開昭58−141373号公報などで提案されている。これ
は、無電解めっき液において、銅電極上にて無電解銅め
っき反応が電位Epl析出速度lplの条件下で進行している
とき、次の関係式（１）に従って外部から一定電流ΔＩ
を与え、それによって引き起こされた外部分極ΔＥを測
定することを特徴とする方法である。

ただし、ΔＥは外部分極 ΔＩは外部電流 Ｋは反応条件で定まる定数 《発明が解決しようとする課題》 しかしながら、この方法では、装置が複雑化し高価に
なるばかりでなく、溶解した金属表面が酸化されやすい
ので、電極表面にめっきがされにくく、正しい測定を行
なうことが困難になるなどの問題点がある。

実際に、本発明者が実験を行なったところ、測定値の
変動が２日で±20％以上になる、という結果が得られ
た。

なお、この実験では、日立化成工業（株）製の無電解
銅めっき液Ｌ−59を使用した。

上記のように、測定値の変動が±20％以上になると、
正しいめっき厚をコントロールすることができなくな
り、印刷配線板の製造工程において、エッチング残りや
クラックが発生し、スルーホール信頼性を著しく低下さ
せることになる。

本発明は、上記の課題を解決するもので、測定値とCu
などの金属箔上での析出速度の差が小さく、しかも測定
値の変動が小さい無電解めっき析出速度測定装置を提供
するものである。

《課題を解決するための手段》 上記のような目的を達成するため、請求項１の発明
は、互いに対向する１組の電極対と、 この電極対に周期的に電圧を印加し、印加時には電極
対間の分極抵抗を測定し、非印加時には電極対に無電解
めっきを析出させる切換スイッチ部と、 この切換スイッチ部を内蔵し、上記分極抵抗を電圧と
して出力させる電気回路と、 この電気回路からの出力電圧をデジタル信号に変換す
るA/D変換部と、 デジタル変換された前記出力電圧の値に基づいて非印
加時に析出した無電解めっき成分の析出速度を算出する
演算部と、 算出された析出速度を表示する表示部と、 から構成したことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の無電解めっき析
出速度測定装置において、上記電極対は、導電面と非導
電面が互いに表裏反対側に形成された電極対であり、か
つ上記導電面が銅，金，白金，パラジウム等の貴金属材
料よりなり、非導電面がエポキシ樹脂，ガラス基材エポ
キシ樹脂等の耐アルカリ性非導電材料よりなることを特
徴とする。

《作用》 請求項１の発明において、切換スイッチ部より電極対
に周期的な電圧を印加し、電圧が加わるときに電極対間
の分極抵抗を測定する一方、加わらないときには電極対
に無電解めっきを析出させる。

そして、上記分極抵抗は電気回路により電圧値として
出力してA/D変換部でデジタル信号に変換する。次い
で、この変換出力を用いて無電解めっき成分の析出速度
を演算部で算出し、その結果を表示部にて表示する。

このように本発明では、電極対間の分極抵抗を基にし
て析出速度を算出・表示するので、析出速度の正確な連
続測定が可能となり、実際の析出速度と測定値との差が
極力小さくなる。

また、請求項２の発明では、電極対の導電面を、イオ
ン化列の小さいAu,Pt等の貴金属材料で形成したため、
金属表面の酸化が防止され、結果として電極表面のめっ
きが円滑に進行し、より精度の高い析出速度測定が可能
となる。

請求項２の電極対構造について述べると、電極対の内
側対向面に金属材料を形成した場合と、外側面に形成し
た場合とでは、前者の方がめっき液の拡散状態がより均
一になり、後者はめっき液の拡散状態が不均一になる傾
向にある。このため、内側対向面に金属材料を形成した
構造の方が、外側に形成した構造のものよりも、測定値
とCu箔上の析出速度の差がより小さくなり、しかも測定
値の変動も小さくなる。

また、非導電面をエポキシ樹脂材などの耐アルカリ性
非導電材料で形成することにより、非導電面の劣化が少
なくなり、加えて電極対のリサイクル利用が図られ、電
極対の寿命も大幅に延びる。

《実施例》 以下に本発明の実施例および比較例を説明する。

実施例 表１に示す成分を含む無電解銅めっき液に、電極対を
浸漬した。

この電極対としては、第１図に示すように、１組の対
向面側にAu2を形成するとともに、その反対側にガラス
布エポキシ樹脂１を形成した電極と、これを支持固着す
るエポキシ樹脂３と、エポキシ樹脂３を貫通して先端が
Au2に接続された電極対６を用いた。

このめっき処理時において、Cuの析出速度を本発明の
測定装置により測定した。

本装置には、上記電極対６に対して周期的に電圧を加
えて電極対６間の分極抵抗を測定し、かつ電圧がかから
ないときは電極対６に無電解Cuめっきを析出させるため
の切換スイッチ部と、この切換スイッチ部を内蔵し、か
つ電極対６間の分極抵抗を電圧として出力させるための
電気回路が具備されている。

そして、電気回路には、上記出力電圧をデジタル信号
に変換するA/D変換部と、デジタル変換された出力電圧
の値を用いて、電極対６に電圧をかけなかったときに析
出した無電解Cuめっき成分の析出速度を算出する演算部
と、算出された析出速度を表示する表示部が接続されて
いる。

このほかに、本システムは上記演算部などの各動作シ
ーケンス制御を実行するためのCPU［日立製作所（株）
製，商品名HL−6309E］を有している。このCPUには、時
間計測用のタイマ部［日立製作所（株）製，商品名HL−
IC6340］と、警報等の出力手段として機能する接点出力
部［日立製作所（株）製，商品名HL−6321］と、CPUへ
のデータの入出力を表示するパネル入出力部［日本電気
（株）製，商品名μPC8279C］と、レコーダー用信号を
作るD/A変換部［マキシム（株）製，商品名MT−7528］
と、電極部のリレーを制御するリレー駆動部［ジエルシ
ステム（株）製，商品名SSR.A2P/202A］と、アナログデ
ータをデジタルに変換してCPUに伝送するA/D変換部［マ
キシム（株）製，商品名CICL−7109］と、コンダクタン
スを測定するコンダクタンス測定部［ナショナルコンダ
クター（株）製，商品名LF−13741］などが接続されて
いる。

次に、実施例の測定動作を第４図に従って説明する。

この測定装置では、まずタイマ部をオンにして測定を
開始すると（S1）、めっき液中に浸した電極対６は、測
定を開始した後から６秒間は切換スイッチ部がオフであ
り（S2）、６秒間経過してから初めて切換スイッチ部が
オンになる（S3）。

次に、電極対６に電圧を印加した後（S4）、分極コン
ダクタンス（分極抵抗値の逆数）を測定し（S5）、この
測定したアナログデータをデジタルに変換する（S6）。
そして、この変換データをCPUに転送し、メモリ部に格
納する（S7,8）。この後、切換スイッチ部がオフに切換
わることにより（S9）、析出速度の測定が終了するとい
う動作を繰り返す。

このとき電気回路によって得られる出力電圧は、次の
ように変化する。すなわち、両電極対６の表面にめっき
を行なって電圧を印加させると、電極対６間に分極コン
ダクタンス（抵抗）が生じる。

このとき生じた分極抵抗により上記電圧が変化し、電
圧の変化を測定する。ここで、めっき速度は、分極コン
ダクタンスに対して、次の関係式（２）が成立している
ため、比例関係にある。

ただし、lplはめっき速度,Kは定数， 1/RPは分極コンダクタンス また、電圧は分極コンダクタンスに対して次の関係式
（３）があるため、比例関係にある。

ただし、E0は出力電圧,Rfは帰還抵抗,RPは分極抵抗 このため、上記電圧を測定することにより、めっき速
度を測定できる。

本装置による測定結果を表２に示す。

比較例 実施例と同じめっき液に電極対を浸漬した。この電極
対としては、第３図に示すように、長方体の部材５をポ
リプロピレンにより形成した電極対８を用いた。

このめっき処理時において、めっきの析出速度を実施
例と同様に測定した。

その測定結果を、表２に併せて示す。

上記実施例および比較例では、測定値の変動は、10分
間隔毎の変動値を調べた。また、析出速度は、１時間当
たりのめっき厚の変化に基づいて調べた。

表２から明らかなように、比較例では測定値の変動、
および測定値とCu箔の析出速度との差は、双方ともに１
日稼働しただけで±10％以上になったのに対し、実施例
では双方ともに６日連続稼働しても±10％未満になると
いう良好な結果が得られた。

また、電極対６は、その非導電面をエポキシ樹脂材で
形成したため、本装置のリサイクル使用が可能になっ
た。

なお、前述の析出速度測定動作では、測定周期が10秒
と短く、上記電極に対する電圧の印加時間４秒，無電解
めっき処理時間６秒の交互に繰り返したことにより、リ
アルタイムに近付けることができ、しかも電極に電圧を
印加する際、電極のコンデンサ成分に対する充電時間を
なくすために、電圧を印加してから２秒経過後にコンダ
クタンスデータの読み込みを開始することができる。

この無電解めっき析出速度測定装置において、電極対
の構造および材質は、第１図〜第３図に示すように、電
極対６〜８などの種々のタイプのものが考えられたが、
実験によれば、後二者の電極対7,8よりも前者の電極対
６を用いる方が、良好な結果が得られた。すなわち、電
極対６を使用することにより、測定値とCu箔上との析出
速度の差が小さくなること、および測定値の変動が小さ
くなることがわかった。しかも、導電面に一定のCuが析
出した後、このCuを除去すれば再度使用することができ
ること、つまり電極部のリサイクル使用が容易になるこ
とがわかった。

このような電極対６と７による測定結果の差は、現時
点では不明であるが、本発明者によればおそらく電極表
面におけるめっき液の拡散状態による化学反応の差であ
ると考えられる。

また、電極対６と８による測定結果の差は、高温，高
アルカリに浸漬させると、導通面とテフロン（登録商標
名）材との密着力が低下するためにリークが発生し、導
通面とリード線の接触部において徐々にCuが析出し、こ
れにより測定値とCu箔上とで析出速度の差が大きくな
り、加えて測定値の変動も大きくなるものと考えられ
る。

《発明の効果》 以上説明したように、請求項１の発明によれば、電極
対間の分極抵抗に基づいて非印加時の析出速度を演算・
表示する構成としたため、析出速度の測定を連続して正
確に行なうことができ、測定値と実際の析出速度との差
を従来に比べて小さくすることができる。

したがって、印刷配線板の製造で本発明装置を用いれ
ば、めっき厚の制御を正確に行なえるので、エッチング
残りやクラック発生をなくしスルーホール信頼性を向上
させることができる。

特に、請求項２の発明によれば、電極対の導電面を貴
金属、非導電面を耐アルカリ性材料でそれぞれ構成した
ため、無電解めっきが円滑に進行し、測定値の変動幅を
従来のものより小さくすることができるとともに、長期
間にわたって電極対の劣化を少なくしてリサイクル利用
を図ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はそれぞれ本発明に係る電極対を示す斜
視図、第４図は本発明の析出速度測定動作を示すフロー
チャートである。 １……ガラス布エポキシ樹脂 ２……Au（導電面） ３……エポキシ樹脂（非導電面） ６……電極対

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに対向する１組の電極対と、 この電極対に周期的に電圧を印加し、印加時には電極対
   間の分極抵抗を測定し、非印加時には電極対に無電解め
   っきを析出させる切換スイッチ部と、 この切換スイッチ部を内蔵し、上記分極抵抗を電圧とし
   て出力させる電気回路と、 この電気回路からの出力電圧をデジタル信号に変換する
   A/D変換部と、 デジタル変換された前記出力電圧の値に基づいて非印加
   時に析出した無電解めっき成分の析出速度を算出する演
   算部と、 算出された析出速度を表示する表示部と、 から構成したことを特徴とする無電解めっき析出速度測
   定装置。
2. 【請求項２】上記電極対は、導電面と非導電面が互いに
   表裏反対側に形成された電極対であり、かつ上記導電面
   が銅，金，白金，パラジウム等の貴金属材料よりなり、
   非導電面がエポキシ樹脂，ガラス基材エポキシ樹脂等の
   耐アルカリ性非導電材料よりなることを特徴とする請求
   項１記載の無電解めっき析出速度測定装置。