JP3988391B2 - エッチング部品の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はテレビ、コンピューター等のディスプレーのブラウン管中に用いられるシャドウマスクや、リードフレーム等のエッチング部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、リードフレームの微細化やシャドウマスクの高精度高精細化、大画面化が進み、リードフレームにおいては高い引っ張り強度を持つことにより微細加工のための薄板化に対応可能で、熱膨張係数がシリコンチップのそれとほぼ同じであるためパッケージクラックの発生を抑制できるＦｅ−Ｎｉ合金（Ｎｉ４２重量％）が広く利用されている。また、シャドウマスクの金属基材としては従来主に使用されてきた純鉄（アルミキルド鋼）に替わり、室温での熱膨張係数が純鉄（アルミキルド鋼）に比べ極めて低く、シャドウマスクの電子ビーム透過孔の位置精度を温度に依存せず正確に保つことのできるＦｅ−３６重量％Ｎｉ合金（いわゆるアンバー合金）をはじめとする低熱膨張特性を有するＦｅ−Ｎｉ系合金が使用されている。
【０００３】
リードフレームやシャドウマスク等のエッチング部品の製造方法としてはウエットエッチング加工が一般的である。エッチング液としては、その加工性とコストから塩化第二鉄液が主に使用されている。リードフレームではモールド樹脂封止後のアウターリード部のモールド樹脂除去を簡便にする目的で、またシャドウマスクにおいては製品内の電子線透過率を均一にする目的でエッチング面の表面粗さを低くし、平滑なエッチング面を形成することが重要である。近年の高精細シャドウマスクではその寸法精度要求が貫通孔部分で±１μｍ程度であり、エッチング面粗さがＲａで１μｍ以上となってしまうとそれだけで寸法精度の要求を満たすことができなくなってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エッチング面粗さは、エッチング液の温度、比重、遊離塩酸濃度、ニッケル含有量、酸化還元電位（ＯＲＰ）等、種々の因子により複雑に変化するのが実状である。そのため、それらの因子を個々に、所定の狭い範囲に制御するという厳しい管理を行わざるを得なかった。
例えば、エッチング液の温度が上昇すると、表面粗さは大きくなり、比重が上昇すると、表面粗さは小さくなる。また、遊離塩酸濃度が上昇すると、０％から１％程度までは表面粗さは小さくなり、それ以上の濃度では表面粗さは大きくなる。さらに、ニッケル含有量が多くなると表面粗さは大きくなる。そして、酸化還元電位（ＯＲＰ）が上昇すると、表面粗さは大きくなる。
【０００５】
これらの因子は所定の狭い管理範囲に制御されているため、実際にはそのうちの一つの因子が管理範囲からずれても、ただちにエッチング面粗さが、許容できないほど粗くなるとも限らず、必要以上に厳しい管理を行っていた。そして、エッチング液の疲労や、室温等によるエッチング液の温度への影響等により、エッチング精度と表面粗さを制御するのは困難であった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、鉄−ニッケル合金からなる金属基材をエッチングする際エッチング時の表面粗さを一定の値以下に制御することができるエッチング部品の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１においては、鉄−ニッケル合金からなる金属基材を、塩化第二鉄溶液にてエッチング加工するエッチング部品の製造方法において、エッチング加工時の前記金属基材の電位が１５０ｍＶを越える状態でエッチングを行うことを特徴とするエッチング部品の製造方法としたものである。
【０００８】
また、請求項２においては、前記金属基材がニッケルを３０〜５０重量％含有する鉄−ニッケル合金を用いることを特徴とする請求項１記載のエッチング部品の製造方法としたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明では金属基材をエッチング加工する際エッチング面粗さを制御できる因子について再度検討を行い、エッチング液そのものの特性値ではなく、金属基材のエッチング表面でのエッチング液の電気化学反応の状態を表す電位に着目した。
【００１０】
その結果、金属基材のエッチング面の電位とエッチング面粗さの関係は線形ではなく、急激に表面粗さの変化する点（変曲点）が存在することが判明した。
本発明で取りあげた鉄−ニッケル合金からなる金属基材では、エッチング時の金属基材の電位を１５０ｍＶ以上に制御することによって、エッチング面粗さを安定して低く抑制することができる。
さらに、ニッケルが３０〜５０質量％である金属基材の場合に、その効果が顕著である。
【００１１】
【実施例】
以下実施例により本発明を詳細に説明する。
＜実施例１＞
図１に金属基材をエッチング加工する際のエッチング条件、金属基材の電位及び表面粗さ測定に用いた回転電極装置の構成概要図を示す。
回転電極装置１００はエッチング槽１１、エッチング加工に使用するエッチング溶液、金属基材からなる回転電極３１、参照電極４１及び金属基材の電位を測定する電圧計５１から構成されている。
アンバー合金基板（ＹＥＴ３６：日立金属（株）製）を円筒形に加工して回転電極３１とし、円筒部分を絶縁性の材料で覆い、先端の円形部を露出し、表面積を０．３４ｃｍ2にしてエッチング溶液２１に浸漬した。回転電極３１を毎分１６００回転させ、所定のエッチング溶液に５分間浸漬した。参照電極（基準電極）４１として濃度が３モル／リットルの塩化カリウム水溶液中の銀塩化銀電極を用い、浸漬中のアンバー材の電位を浸漬５分後に測定した。なお、電位は、全て標準水素電極基準（ＳＨＥ）で表示した。５分後エッチング液から取り出し、純水で洗浄した後、アセトンで脱脂した。その後、表面粗さ計を用いて、ＪＩＳで規格されているＲａを測定した。
【００１２】
エッチング液の条件として温度、比重、遊離塩酸濃度、ＯＲＰ、Ｎｉ含有量を変化させて、６５種類のエッチング溶液を準備し、エッチングテストを行い、電位及び表面粗さＲａを測定した。
測定結果を表１、表２及び図２に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
表１及び表２は６５種類のテストサンプルについて、エッチング液の条件、電位及び表面粗さＲａについて測定した結果を示す。
図２は６５種類のテストサンプルの電位と表面粗さＲａをグラフ上にプロットしたものである。電位が１５０ｍＶ以下ではＲａが０．８〜１．４μｍの表面粗さ、電位が１５０ｍＶ以上ではＲａが０．２〜０．６μｍの表面粗さになっていることが確認できた。
【００１６】
＜実施例２＞
本発明のエッチング部品の製造方法を用いてシャドウマスクを作製する事例について説明する。
まず、板厚１３０μｍのアンバー合金基板（ＹＥＴ３６：日立金属（株）製）からなる金属基材６１の両面に、フォトレジストとして重クロム酸アンモニウムを１重量％添加した水溶性レジスト（ＦＲ−１７：富士薬品工業（株））をディップコーティングにより塗布し、６０℃・３０分の乾燥を行いレジスト層６２を形成した（図３（ａ）参照）。
【００１７】
次に、金属基材６１のフォトレジスト層６２に、パターンを描いたネガ型のフォトマスクを通して、３ｋＷの超高圧水銀灯を用い積算光量で１５００ｍＪ／ｃｍ2の露光を行った。フォトマスク上の描画パターンとしては、円形状のシャドウマスクパターンで、円の直径が小孔用１００μｍ、大孔用１４０μｍであるものを用いた。さらに、一般の上水を現像液としてスプレー圧０．１ＭＰａで９０秒間噴霧し、レジスト層６２の未露光部分を除去（現像）し、小孔開口部６３を有する小孔側フォトレジストパターン６２ａ、大孔開口部６４を有する大孔側フォトレジストパターン６２ｂを形成した（図３（ｂ）参照）。
【００１８】
次に、小孔側フォトレジストパターン６２ａ及び大孔側フォトレジストパターン６２ｂが形成された金属基板６１をエッチング液として塩化第二鉄液を用いてスプレーエッチング加工を施し、小孔開口マスク６５及び大孔開口マスク６６を得た（図３（ｃ）参照）。
比重、液温度等を変えて数種のエッチング液条件で行った。また、各条件での電位の測定も行った。その測定結果を表３に示す。電位の測定には、基準電極として濃度が3モル／リットルの塩化カリウム水溶液中の銀塩化銀電極を用い、電位は標準水素電極基準(ＳＨＥ)で表示した。
【００１９】
【表３】
【００２０】
次に、８０℃に加熱した２０重量％の水酸化ナトリウム水溶液に３分間浸漬することにより小孔側フォトレジストパターン６２ａ及び大孔側フォトレジストパターン６２ｂを除去し、孔貫通部寸法６７がおよそ１４０μｍのシャドウマスクを得た。
【００２１】
電位が１５０ｍＶ以上のシャドウマスクに関してはエッチング面の表面粗さＲａが０．５以下、また孔貫通部寸法６７のばらつきも±１μｍ以下であった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のエッチング部品の製造方法を用いて、塩化第二鉄液にてエッチング加工する際、電位に着目することにより、所望のエッチング表面粗さを得ることが可能となり、従って、表面粗さと寸法精度に優れるエッチング部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エッチング液の条件と電位とエッチング表面粗さを測定する回転電極装置の構成概要図である。
【図２】回転電極装置を用いてエッチング加工したサンプルの電位と表面粗さの関係を示す説明図である。
【図３】本発明のエッチング部品の製造方法を用いて金属基材をエッチング加工してシャドウマスクを作製する製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１１……エッチング槽
２１……エッチング溶液
３１……回転電極
４１……参照電極
５１……電圧計
１００……回転電極装置
６１……金属基材
６２……レジスト層
６２ａ……小孔レジストパターン
６２ｂ……大孔レジストパターン
６３……小孔開口部
６４……大孔開口部
６５……小孔開口マスク
６６……大孔開口マスク
６７……孔貫通孔部寸法
【発明の属する技術分野】
本発明はテレビ、コンピューター等のディスプレーのブラウン管中に用いられるシャドウマスクや、リードフレーム等のエッチング部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、リードフレームの微細化やシャドウマスクの高精度高精細化、大画面化が進み、リードフレームにおいては高い引っ張り強度を持つことにより微細加工のための薄板化に対応可能で、熱膨張係数がシリコンチップのそれとほぼ同じであるためパッケージクラックの発生を抑制できるＦｅ−Ｎｉ合金（Ｎｉ４２重量％）が広く利用されている。また、シャドウマスクの金属基材としては従来主に使用されてきた純鉄（アルミキルド鋼）に替わり、室温での熱膨張係数が純鉄（アルミキルド鋼）に比べ極めて低く、シャドウマスクの電子ビーム透過孔の位置精度を温度に依存せず正確に保つことのできるＦｅ−３６重量％Ｎｉ合金（いわゆるアンバー合金）をはじめとする低熱膨張特性を有するＦｅ−Ｎｉ系合金が使用されている。
【０００３】
リードフレームやシャドウマスク等のエッチング部品の製造方法としてはウエットエッチング加工が一般的である。エッチング液としては、その加工性とコストから塩化第二鉄液が主に使用されている。リードフレームではモールド樹脂封止後のアウターリード部のモールド樹脂除去を簡便にする目的で、またシャドウマスクにおいては製品内の電子線透過率を均一にする目的でエッチング面の表面粗さを低くし、平滑なエッチング面を形成することが重要である。近年の高精細シャドウマスクではその寸法精度要求が貫通孔部分で±１μｍ程度であり、エッチング面粗さがＲａで１μｍ以上となってしまうとそれだけで寸法精度の要求を満たすことができなくなってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エッチング面粗さは、エッチング液の温度、比重、遊離塩酸濃度、ニッケル含有量、酸化還元電位（ＯＲＰ）等、種々の因子により複雑に変化するのが実状である。そのため、それらの因子を個々に、所定の狭い範囲に制御するという厳しい管理を行わざるを得なかった。
例えば、エッチング液の温度が上昇すると、表面粗さは大きくなり、比重が上昇すると、表面粗さは小さくなる。また、遊離塩酸濃度が上昇すると、０％から１％程度までは表面粗さは小さくなり、それ以上の濃度では表面粗さは大きくなる。さらに、ニッケル含有量が多くなると表面粗さは大きくなる。そして、酸化還元電位（ＯＲＰ）が上昇すると、表面粗さは大きくなる。
【０００５】
これらの因子は所定の狭い管理範囲に制御されているため、実際にはそのうちの一つの因子が管理範囲からずれても、ただちにエッチング面粗さが、許容できないほど粗くなるとも限らず、必要以上に厳しい管理を行っていた。そして、エッチング液の疲労や、室温等によるエッチング液の温度への影響等により、エッチング精度と表面粗さを制御するのは困難であった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、鉄−ニッケル合金からなる金属基材をエッチングする際エッチング時の表面粗さを一定の値以下に制御することができるエッチング部品の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１においては、鉄−ニッケル合金からなる金属基材を、塩化第二鉄溶液にてエッチング加工するエッチング部品の製造方法において、エッチング加工時の前記金属基材の電位が１５０ｍＶを越える状態でエッチングを行うことを特徴とするエッチング部品の製造方法としたものである。
【０００８】
また、請求項２においては、前記金属基材がニッケルを３０〜５０重量％含有する鉄−ニッケル合金を用いることを特徴とする請求項１記載のエッチング部品の製造方法としたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明では金属基材をエッチング加工する際エッチング面粗さを制御できる因子について再度検討を行い、エッチング液そのものの特性値ではなく、金属基材のエッチング表面でのエッチング液の電気化学反応の状態を表す電位に着目した。
【００１０】
その結果、金属基材のエッチング面の電位とエッチング面粗さの関係は線形ではなく、急激に表面粗さの変化する点（変曲点）が存在することが判明した。
本発明で取りあげた鉄−ニッケル合金からなる金属基材では、エッチング時の金属基材の電位を１５０ｍＶ以上に制御することによって、エッチング面粗さを安定して低く抑制することができる。
さらに、ニッケルが３０〜５０質量％である金属基材の場合に、その効果が顕著である。
【００１１】
【実施例】
以下実施例により本発明を詳細に説明する。
＜実施例１＞
図１に金属基材をエッチング加工する際のエッチング条件、金属基材の電位及び表面粗さ測定に用いた回転電極装置の構成概要図を示す。
回転電極装置１００はエッチング槽１１、エッチング加工に使用するエッチング溶液、金属基材からなる回転電極３１、参照電極４１及び金属基材の電位を測定する電圧計５１から構成されている。
アンバー合金基板（ＹＥＴ３６：日立金属（株）製）を円筒形に加工して回転電極３１とし、円筒部分を絶縁性の材料で覆い、先端の円形部を露出し、表面積を０．３４ｃｍ2にしてエッチング溶液２１に浸漬した。回転電極３１を毎分１６００回転させ、所定のエッチング溶液に５分間浸漬した。参照電極（基準電極）４１として濃度が３モル／リットルの塩化カリウム水溶液中の銀塩化銀電極を用い、浸漬中のアンバー材の電位を浸漬５分後に測定した。なお、電位は、全て標準水素電極基準（ＳＨＥ）で表示した。５分後エッチング液から取り出し、純水で洗浄した後、アセトンで脱脂した。その後、表面粗さ計を用いて、ＪＩＳで規格されているＲａを測定した。
【００１２】
エッチング液の条件として温度、比重、遊離塩酸濃度、ＯＲＰ、Ｎｉ含有量を変化させて、６５種類のエッチング溶液を準備し、エッチングテストを行い、電位及び表面粗さＲａを測定した。
測定結果を表１、表２及び図２に示す。
【００１３】
【表１】
【表２】
表１及び表２は６５種類のテストサンプルについて、エッチング液の条件、電位及び表面粗さＲａについて測定した結果を示す。
図２は６５種類のテストサンプルの電位と表面粗さＲａをグラフ上にプロットしたものである。電位が１５０ｍＶ以下ではＲａが０．８〜１．４μｍの表面粗さ、電位が１５０ｍＶ以上ではＲａが０．２〜０．６μｍの表面粗さになっていることが確認できた。
【００１６】
＜実施例２＞
本発明のエッチング部品の製造方法を用いてシャドウマスクを作製する事例について説明する。
まず、板厚１３０μｍのアンバー合金基板（ＹＥＴ３６：日立金属（株）製）からなる金属基材６１の両面に、フォトレジストとして重クロム酸アンモニウムを１重量％添加した水溶性レジスト（ＦＲ−１７：富士薬品工業（株））をディップコーティングにより塗布し、６０℃・３０分の乾燥を行いレジスト層６２を形成した（図３（ａ）参照）。
【００１７】
次に、金属基材６１のフォトレジスト層６２に、パターンを描いたネガ型のフォトマスクを通して、３ｋＷの超高圧水銀灯を用い積算光量で１５００ｍＪ／ｃｍ2の露光を行った。フォトマスク上の描画パターンとしては、円形状のシャドウマスクパターンで、円の直径が小孔用１００μｍ、大孔用１４０μｍであるものを用いた。さらに、一般の上水を現像液としてスプレー圧０．１ＭＰａで９０秒間噴霧し、レジスト層６２の未露光部分を除去（現像）し、小孔開口部６３を有する小孔側フォトレジストパターン６２ａ、大孔開口部６４を有する大孔側フォトレジストパターン６２ｂを形成した（図３（ｂ）参照）。
【００１８】
次に、小孔側フォトレジストパターン６２ａ及び大孔側フォトレジストパターン６２ｂが形成された金属基板６１をエッチング液として塩化第二鉄液を用いてスプレーエッチング加工を施し、小孔開口マスク６５及び大孔開口マスク６６を得た（図３（ｃ）参照）。
比重、液温度等を変えて数種のエッチング液条件で行った。また、各条件での電位の測定も行った。その測定結果を表３に示す。電位の測定には、基準電極として濃度が3モル／リットルの塩化カリウム水溶液中の銀塩化銀電極を用い、電位は標準水素電極基準(ＳＨＥ)で表示した。
【００１９】
【表３】
次に、８０℃に加熱した２０重量％の水酸化ナトリウム水溶液に３分間浸漬することにより小孔側フォトレジストパターン６２ａ及び大孔側フォトレジストパターン６２ｂを除去し、孔貫通部寸法６７がおよそ１４０μｍのシャドウマスクを得た。
【００２１】
電位が１５０ｍＶ以上のシャドウマスクに関してはエッチング面の表面粗さＲａが０．５以下、また孔貫通部寸法６７のばらつきも±１μｍ以下であった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のエッチング部品の製造方法を用いて、塩化第二鉄液にてエッチング加工する際、電位に着目することにより、所望のエッチング表面粗さを得ることが可能となり、従って、表面粗さと寸法精度に優れるエッチング部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エッチング液の条件と電位とエッチング表面粗さを測定する回転電極装置の構成概要図である。
【図２】回転電極装置を用いてエッチング加工したサンプルの電位と表面粗さの関係を示す説明図である。
【図３】本発明のエッチング部品の製造方法を用いて金属基材をエッチング加工してシャドウマスクを作製する製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１１……エッチング槽
２１……エッチング溶液
３１……回転電極
４１……参照電極
５１……電圧計
１００……回転電極装置
６１……金属基材
６２……レジスト層
６２ａ……小孔レジストパターン
６２ｂ……大孔レジストパターン
６３……小孔開口部
６４……大孔開口部
６５……小孔開口マスク
６６……大孔開口マスク
６７……孔貫通孔部寸法
Claims (1)
- Ｆｅ−３６重量％Ｎｉ合金を、塩化第二鉄溶液にてエッチング加工するエッチング部品の製造方法において、
エッチング加工時の濃度が３モル／リットルの塩化カリウム水溶液中の銀塩化銀電極を基準電極とし、標準水素電極基準で表示した前記金属基材の電位が１５０ｍＶを越えるように、エッチング液の温度、比重、遊離塩酸濃度、ニッケル含有量を変化させ、エッチングを行うことを特徴とするエッチング部品の製造方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001012876A JP3988391B2 (ja) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | エッチング部品の製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002212763A JP2002212763A (ja) | 2002-07-31 |
| JP3988391B2 true JP3988391B2 (ja) | 2007-10-10 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR102528582B1 (ko) * | 2015-04-24 | 2023-05-04 | 엘지이노텍 주식회사 | 금속기판 및 이를 이용한 증착용마스크 |
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| CN106702385B (zh) * | 2017-03-28 | 2018-09-28 | 江苏和达电子科技有限公司 | 一种镍或镍合金的选择性蚀刻液及其制备方法和应用 |
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2001
- 2001-01-22 JP JP2001012876A patent/JP3988391B2/ja not_active Expired - Fee Related
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