JP4198514B2 - 無電解めっき方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無電解めっき方法に係り、より詳しくは、導電パターン上に選択的に金属層をめっきする工程に適用できる無電解めっき方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配線基板などの製造工程において、無電解めっきにより導電パターン上に選択的に金属層を形成する工程がある。例えば、電子部品が実装される配線基板では、その電極が一般的に銅からなるので、電子部品との接続の信頼性を高めるために銅電極上にニッケル層及び金層などの金属層が選択的に形成される場合が多い。
【０００３】
このような配線基板では、表面が触媒活性化処理された銅電極上に開口部を有するソルダレジスト膜が形成され、次いで、ソルダレジストの開口部に露出する銅電極上に無電解めっきによりニッケル層及び金層などの金属層が形成される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２６４９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電子部品の小型化、高性能化に伴って、配線基板の配線のファインパターン化が進み、配線基板の電極ピッチの狭小化が図られている。配線基板の銅電極のピッチが狭くなると（例えば６０μｍ程度以下）、各銅電極上に開口部がそれぞれ設けられたソルダレジスト膜を精度よく形成することが困難になる。
【０００６】
従って、配線基板の銅電極が配置される領域にソルダレジストがない状態で銅電極上に選択的にニッケル層及び金層を無電解めっきにより形成する必要がある。この場合、配線基板の銅電極及び絶縁体上に触媒としてパラジウムが付与され、触媒活性となった銅電極上に選択的にめっきが施される。
【０００７】
しかしながら、絶縁体上にもパラジウムが付与されて僅かにめっきが施されるため、特に銅電極間のスペース部が狭い部分では銅電極同士が電気的にショートしやすくなり、配線基板の製造歩留りが低下するという問題がある。
【０００８】
このため、狭小ピッチの電極上に無電解めっきにより選択的に金属層を歩留りよく形成する方法が切望されている。
【０００９】
なお、上記した特許文献１には、導電パターンの表面にインクジェット法により無電解めっき液を供給して無電解めっき処理を施すことが記載されているものの、無電解めっきの前処理である触媒処理に関しては何ら考慮されておらず、本発明を示唆するものではない。
【００１０】
本発明は以上の課題を鑑みて創作されたものであり、狭小ピッチの導電パターン上に無電解めっきにより金属層を歩留りよく形成できる無電解めっき方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は無電解めっき方法に係り、絶縁体と該絶縁体上に形成された導電パターンとを備えた基板を用意する工程と、前記絶縁体及び導電パターン上に無電解めっきの触媒となる触媒金属を付着させる工程と、前記導電パターン間のスペース部の前記触媒金属上に、該触媒金属を酸化させる酸化剤を選択的に形成する工程と、前記無電解めっきにより、前記導電パターン上に選択的に金属層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明は、絶縁体上に形成された導電パターンに金属層を無電解めっきにより選択的に形成する際に、導電パターンのスペース部にめっきが施されることによる導電パターン同士の電気的なショートを防止するために工夫されたものである。
【００１３】
本発明では、絶縁体及び導電パターン上に無電解めっきの触媒となる触媒金属（例えばパラジウム）を付着させた後に、導電パターン間のスペース部の触媒金属上に保護膜を形成するか、又は触媒金属を酸化する酸化剤を選択的に塗布してその部分の触媒金属を不活性な状態とする。その後に、無電解めっきにより導電パターン上に金属層（例えばニッケル層又は銅層など）が選択的に形成される。
【００１４】
このようにすることにより、導電パターン間のスペース部では触媒金属が露出しない状態、又は触媒金属が不活性な状態となるため、導電パターン間のスペース部にはめっきが施されないようになる。これによって、微細な導電パターンであっても電気的なショートの発生が防止される。
【００１５】
本発明の一つの好適な態様では、保護膜又は酸化剤を選択的に形成する工程はインクジェット法により行われる。また、導電パターンは、該導電パターン間のスペース部が複数の異なった寸法をもった状態で配置されており、保護膜又は酸化剤は、導電パターン間のスペース部のうち所定寸法以下の部分に選択的に形成される。
【００１６】
本発明の好適な態様では、導電パターン間のスペース部に散布状にめっきが施される場合に、導電パターン同士が電気的にショートする部分（幅が狭い部分）、及びめっきが施されてもショートしない部分（幅が広い部分）を特定しておくことで、導電パターンのスペース部のうちの必要な部分のみにインクジェット法により保護膜（又は酸化剤）が選択的に形成される。
【００１７】
このため、極めて短手番で保護膜（又は酸化剤）を形成することができるので、低コストで導電パターン同士の電気的なショートが防止されて配線基板の製造歩留りが向上する。
【００１８】
また、上記した課題を解決するため、本発明は無電解めっき方法に係り、絶縁体と該絶縁体上に形成された導電パターンとを備えた基板を用意する工程と、無電解めっきの触媒となる触媒金属を前記導電パターン上に選択的に付着させる工程と、前記無電解めっきにより、前記導電パターン上に選択的に金属層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
本発明では、導電パターン間のスペース部に保護膜（又は酸化剤）を形成する代わりに、導電パターン上のみに選択的に触媒金属を付着させるようにする。例えば、インクジェット法により活性化液が導電パターン上に選択的に塗布され、酸化還元反応によって触媒金属が導電パターン上に選択的に析出して付着する。
【００２０】
このようにしても、導電パターン間のスペース部には触媒金属が存在しないため、導電パターン上のみに選択的に無電解めっきが施されるようになり、導電パターン同士の電気的なショートの発生が防止される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を説明する前に、狭小ピッチの導電パターン上に無電解めっきを施す際の問題点について説明する。図４は狭小ピッチの導電パターン上に無電解めっきを施す際の問題点を示す断面図である。
【００２２】
図４（ａ）に示すように、まず、絶縁体１０２上に銅（Ｃｕ）電極１０４が形成された構造を有する基板１００を用意する。その後、図４（ｂ）に示すように、基板１００を洗浄した後に、基板１００を塩化すず（ＳｎＣｌ2）溶液に浸漬し、次いで塩化パラジウム（ＰｄＣｌ2）溶液に浸漬する。
【００２３】
これにより、図４（ｂ）に示すように、酸化還元反応によりＣｕ電極１０４上にＰｄ１０６が析出して付着することによって、無電解めっきに対して強い触媒作用を示すようになる。このとき、絶縁体１０２はそれ自体の触媒活性度が弱いものの、絶縁体１０２上にもＰｄ１０６が付着する。
【００２４】
次いで、図４（ｃ）に示すように、基板１００をニッケル（Ｎｉ）用の無電解めっき液に浸漬することにより、Ｃｕ電極１０４上にＮｉ層１０８を選択的に形成する。このとき、絶縁体１０２上にもＰｄ１０６が付着しているので、絶縁体１０２上にもめっきが多少施されてＮｉ粒１０８ａが形成されることになる。
【００２５】
特にＣｕ電極１０４間のスペース部Ｓが狭い場合では（例えば３０μｍ以下）、絶縁体１０２上に形成されたＮｉ粒１０８ａの影響でＣｕ電極１０４同士が電気的にショートしやすく、製品の歩留りの低下をもたらすという問題がある。
【００２６】
本発明の実施形態の無電解めっき方法は上記した課題を解決することができる。
【００２７】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は本発明の第１実施形態の無電解めっき方法を示す断面図である。本発明の第１実施形態の無電解めっき方法は、まず、図１（ａ）に示すように、絶縁体１０上に導電パターンの一例であるＣｕ電極１２が形成された構造を有する基板１５を用意する。この基板１５は、例えば電子部品が実装される配線基板であり、基板１５のＣｕ電極１２に電子部品の接続パッドが接続される。この場合、電子部品との接続の信頼性を向上させるために、無電解めっきによりＣｕ電極１２上にＮｉ層及び金層が形成される。
【００２９】
本発明の無電解めっき方法は、導電パターン上に各種の金属層を選択的に形成する工程に適用できるが、本実施形態ではＣｕ電極１２上にＮｉ層を形成する工程を例に挙げて説明する。
【００３０】
その後に、基板１５をエタノールで洗浄して脱脂した後に、５０％の塩酸（ＨＣｌ）液に浸漬させて基板１５の表面をソフトエッチングする。続いて、この基板１５を塩化すず（ＩＩ）（ＳｎＣｌ2）溶液（感受性化液）に浸漬することにより、基板１５上にＳｎ（ＩＩ）イオンを付着させる。
【００３１】
次いで、基板１５を塩化パラジウム（ＰｄＣｌ2）溶液（活性化液）に浸漬する。これにより、図１（ｂ）に示すように、以下の反応式（１）に基づいて酸化還元反応が進み、Ｐｄ（ＩＩ）イオンが還元（活性化）されてＣｕ電極１２上にＰｄ１４（触媒金属）が析出して付着する。
【００３２】
Ｓｎ（ＩＩ）＋Ｐｄ（ＩＩ）→Ｓｎ（ＩＶ）＋Ｐｄ（触媒核）・・・（１）
このようにして、Ｃｕ電極１２の表面がＰｄ１４で修飾されて、無電解めっきに対して強い触媒作用を示すようになる。
このとき、前述したように、絶縁体１０はそれ自体の触媒活性度が弱いものの、絶縁体１０上にもＰｄ１４が多少付着する。このため、前述したように、Ｃｕ電極１２間のスペース部Ｓにも僅かにめっきが施されてＣｕ電極１２同士が電気的にショートするおそれがある。
【００３３】
本実施形態の特徴の一つは、少なくとも電気的なショートが発生するおそれのあるＣｕ電極１２間のスペース部Ｓ上に無電解めっきが施されないようにすることにある。このため、次工程で、図１（ｃ）に示すように、Ｃｕ電極１２間のスペース部Ｓ（例えば３０μｍ以下の部分）上に保護膜１６を選択的に形成する。保護膜１６としては、レジスト膜又はポリイミド膜などの絶縁膜が使用される。
【００３４】
保護膜１６を形成する工程では、好適にインクジェット法が採用される。図３は本実施形態で使用されるインクジェット装置を示す模式図である。図３に示すように、本実施形態に係るインクジェット装置１は、基板１５が載置されるステージ２２を備えており、このステージ２２はそれを移動するためのステージ移動手段２６に接続されている。これにより、ステージ２２はＸ−Ｙ方向を含む水平方向の任意の位置に移動できるようになっている。
【００３５】
基板１５は真空チャックなどのチャック手段（不図示）によりステージ２２上に固定される。また、ステージ２２には基板１５を加熱するためのヒーターなどの加熱手段２４が設けられていて基板１５を加熱することができる。
【００３６】
ステージ２２の上方には、基板１５上に液体３を噴射して塗布する複数のノズルを含む塗布手段２８が配置されていて、塗布手段２８は配管３０を介して液体供給部３２に繋がっている。また、塗布手段２８にはノズル制御手段３４が接続されており、塗布手段２８のノズルの選定や噴射特性などを制御することができる。
【００３７】
さらに、インクジェット装置１はコントローラ３４を備えており、このコントローラ３４はステージ移動手段２６、加熱手段２４、液体供給部３２及びノズル制御部３４に接続されている。これにより、基板１５における液体３が塗布される部分の位置決め、塗布手段２８からの液体３の噴出特性などがコントローラ３４により制御される。
【００３８】
上記した塗布手段２８としては、発熱体によりノズル内に充填された液体に気泡を発生させてノズルから液体を噴射するバブルジェット方式、あるいはピエゾ素子を用いてノズルから液体を噴射させるピエゾ駆動方式が採用される。
【００３９】
このようなインクジェット装置１のステージ２２上に前述した触媒処理が施された基板１５を載置した後に、チャック手段により基板１５を固定する。その後に、図１（ｃ）に示すように、ステージ２２を水平方向に移動させながら又は固定した状態で、基板１５上のＣｕ電極１２間のスペース部Ｓに塗布手段２８によりレジスト又はポリイミドなどの塗布液３ａを選択的に塗布して塗布膜を形成する。続いて、加熱手段２４により塗布膜を加熱することにより樹脂膜を形成して保護膜１６を得る。
【００４０】
このようなインクジェット装置１を用いることにより、フォトリソグラフィなどを使用することなく、Ｃｕ電極１２間のスペース部Ｓ上に保護膜１６を短手番で形成することができる。
【００４１】
次いで、無電解めっきによりＮｉ層を形成するための無電解めっき液を用意する。無電解めっき液としては、還元剤としての次亜リン酸ナトリウム（ＮａＨ2ＰＯ2）と、緩衝剤としての硫酸アンモニウム（（ＮＨ4）2ＳＯ4））と、錯化剤としてのクエン酸ナトリウム（Ｃ3Ｈ4（ＯＨ）（ＣＯ2Ｎａ）3）と、金属塩としての硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ4）とが混合された溶液が使用される。
【００４２】
次いで、図１（ｄ）に示すように、触媒処理が施された基板１５を上記した無電解めっき液に浸漬することにより、Ｃｕ電極１２上にＮｉ層１８（金属層）を選択的に形成する。このとき、反応式（２）に基づいてＮｉが析出してＮｉ層１８が形成される。
【００４３】
Ｎｉ2 +＋Ｈ2ＰＯ2 -＋３ＯＨ-→Ｎｉ＋ＨＰＯ3 2-＋２Ｈ2Ｏ・・・（２）
またこのとき、Ｃｕ電極１２間のスペース部Ｓには保護膜１６が被覆されることで無電解めっきの触媒であるＰｄ１４が露出しないようにしたので、Ｃｕ電極１２間のスペース部Ｓ上にはＮｉめっきが施されない。
【００４４】
このように、Ｃｕ電極１２間のスペース部Ｓのうちの少なくとも電気的なショートが発生するおそれのある部分に保護膜１６を被覆してＰｄ１４が露出しない状態で無電解めっきによりＣｕ電極１２上にＮｉ層１８が形成される。このため、Ｃｕ電極１２が狭小ピッチ（例えば６０μｍ（ライン：スペース＝３０μｍ：３０μｍ）以下）で配置されている場合であっても、Ｃｕ電極１２同士が電気的にショートするといった不具合は発生しなくなり、製品の製造歩留りを向上させることができる。
【００４５】
なお、保護膜１６が形成されない部分の絶縁体１０上には、Ｎｉ粒１８ａがめっきされるが、Ｃｕ電極１２間のスペース部が広いためＣｕ電極１２同士が電気的にショートしないようになっている。
【００４６】
その後に、基板１５を金の無電解めっき液に浸漬することにより、Ｎｉ層１８上に金層２０を選択的に形成する。以上により、基板１５のＣｕ電極１２上にＮｉ層１８及び金層２０が選択的に形成される。
【００４７】
本実施形態の変形例としては、Ｃｕ電極１２間のスペース部Ｓ上に保護膜１６を形成する代わりに、析出したＰｄ１４を逆に酸化する機能を有する酸化剤をインクジェット装置１によりＣｕ電極１２間のスペース部Ｓ上に塗布してもよい。これにより、Ｐｄイオンが還元（活性化）されて析出したＰｄ１４が逆に酸化されて不活性な状態となる。
【００４８】
従って、酸化剤が塗布された部分のＰｄ１４は無電解めっきに対する触媒作用を示さなくなくなるので、前述した反応式（２）での酸化還元反応が抑止されてＣｕ電極１２間のスペース部ＳにはＮｉめっきが施されなくなる。そのような酸化剤としては、例えば、Ｈ2ＳＯ4、又はＨ2ＳＯ4とＨＣｌとの混合液などが使用される。
【００４９】
また、本実施形態では、Ｃｕ電極１２間のスペース部Ｓのうちの幅が広い部分（Ｎｉ粒が形成されてもＣｕ電極１２同士が電気的にショートしない部分）には保護膜１６を被覆しない形態を例示したが、Ｃｕ電極１２以外の部分の絶縁体１０全体に保護膜１６を形成するようにしてもよい。この場合、Ｃｕ電極１２上のみに選択的にめっきが施されてＮｉ層１８が形成されるようになるので、製品の製造歩留りをさらに向上させることができる。
【００５０】
以上のように、本実施形態の無電解めっき方法では、絶縁体１０及びＣｕ電極１２上に無電解めっきの触媒であるＰｄ１４を付着させた後に、Ｃｕ電極１２上間のスペース部Ｓ上に保護膜１６が形成される（又は酸化剤が塗布される）。その後に、無電解めっきによりＣｕ電極１２上にＮｉ層１８が選択的に形成される。
【００５１】
これにより、Ｃｕ電極１２間のスペース部Ｓ上にはＮｉめっきが施されなくなるので、狭小ピッチのＣｕ電極１２上に歩留りよくＮｉ層１８を選択的に形成することができる。このように、本実施形態では、ソルダレジスト膜の形成が困難なピッチが６０μｍ程度以下の微細な導電パターンであっても、簡易な方法で歩留りよく導電パターン上に金属膜を無電解めっきにより形成することができるようになる。
【００５２】
なお、Ｃｕ電極１２上にＮｉ層１８を無電解めっきする工程に本発明の技術思想を適用する形態を例示したが、触媒金属による触媒作用によって導電パターン上に無電解めっきにより形成される銅、金、銀、コバルト、すず又はパラジウムなどの各種金属の無電解めっき工程に本発明を適用することができる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２実施形態の無電解めっき方法を示す断面図である。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、Ｃｕ電極上のみに選択的にＰｄを付着させるようにしたことである。第１実施形態と同様な工程についてはその詳しい説明を省略する。
【００５４】
第２実施形態の無電解めっき方法は、まず、図２（ａ）に示すように、第１実施形態と同様に、絶縁体１０上にＣｕ電極１２が形成された構造を有する基板１５を用意し、基板１５をエタノールで洗浄した後に、５０％の塩酸（ＨＣｌ）液に浸漬させて基板１５の表面をソフトエッチングする。その後に、基板１５を塩化すず（ＩＩ）（ＳｎＣｌ2）溶液に浸漬することにより、基板１５上にＳｎ（ＩＩ）イオンを付着させる。
【００５５】
次いで、図２（ｂ）に示すように、前述したインクジェット装置１により、Ｃｕ電極１２上に塩化パラジウム（ＰｄＣｌ2）溶液からなる塗布液３ａを選択的に塗布する。これにより、図２（ｃ）に示すように、酸化還元反応によりＣｕ電極１０２の表面にＰｄ１４が析出・付着して、無電解めっきに対して強い触媒作用を示すようになる。
【００５６】
Ｐｄ１４は第１実施形態で説明した反応式（１）に基づいて析出する。第２実施形態では、Ｃｕ電極１２上のみにＰｄ１４が選択的に析出して付着するようにしたことから、Ｃｕ電極１２以外の部分の絶縁体１０上ではＰｄ１４が存在しないため無電解めっきに対する触媒作用を示さない。
【００５７】
次いで、第１実施形態と同様な方法により、Ｎｉ層を形成するための無電解めっき液に基板１５を浸漬することにより、Ｃｕ電極１２上にＮｉ層１８を選択的に形成する。このとき、Ｃｕ電極１２以外の部分の絶縁体１０上にはＰｄ１４が付着していないので、絶縁体１０上にはＮｉめっきが施されずに、Ｃｕ電極１２上のみにＮｉ層１８が選択的に形成される。その後に，無電解めっきによりＮｉ層１８上にＡｕ層２０を選択的に形成する。
【００５８】
これにより、第１実施形態と同様に、Ｃｕ電極１２同士が電気的にショートすることなく、Ｃｕ電極１２上にＮｉ層１８及びＡｕ層２０が歩留りよく形成されるようになる。
【００５９】
第２実施形態においても、導電パターン上に触媒金属を付着させて金属膜を選択的に形成する各種金属の無電解めっきに適用することができる。
【００６０】
第２実施形態は第１実施形態と同様な効果を奏すると共に、保護膜１６を形成する工程を必要としないので、第１実施形態より製造コストを低減させることができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、絶縁体及び導電パターン上に無電解めっきの触媒となる触媒金属を付着させた後に、導電パターン間のスペース部の触媒金属上に保護膜又は酸化剤を選択的に形成する。その後に、無電解めっきにより導電パターン上に金属層を選択的に形成する。
【００６２】
これにより、導電パターン間のスペース部では触媒金属が露出しない状態又は触媒金属が不活性な状態となるため、導電パターン間のスペース部には無電解めっきが施されないようになる。従って、微細な導電パターンであってもパターン同士の電気的なショートの発生が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１実施形態の無電解めっき方法を示す断面図である。
【図２】図２は本発明の第２実施形態の無電解めっき方法を示す断面図である。
【図３】図３は本発明の実施形態の無電解めっき方法で使用されるインクジェット装置を示す模式図である。
【図４】図４は狭小ピッチの導電パターン上に無電解めっきを施す際の問題点を示す断面図である。
【符号の説明】
１…パターニング装置、
３…液体、
３ａ…塗布液、
１０…絶縁体、
１２…Ｃｕ電極（導電パターン）、
１４…Ｐｄ（触媒金属）、
１５…基板、
１６…保護膜、
１８…Ｎｉ層（金属層）、
１８ａ…Ｎｉ粒、
２０…Ａｕ層、
２２…ステージ、
２４…加熱手段、
２６…ステージ移動手段、
２８…塗布手段、
３０…配管、
３２…液体供給部、
３４…ノズル制御手段、
３４…コントローラ。

Claims (6)

  1. 絶縁体と該絶縁体上に形成された導電パターンとを備えた基板を用意する工程と、
    前記絶縁体及び導電パターン上に無電解めっきの触媒となる触媒金属を付着させる工程と、
    前記導電パターン間のスペース部の前記触媒金属上に、該触媒金属を酸化させる酸化剤を選択的に形成する工程と、
    前記無電解めっきにより、前記導電パターン上に選択的に金属層を形成する工程とを有することを特徴とする無電解めっき方法。
  2. 前記酸化剤を選択的に形成する工程は、インクジェット法により行われることを特徴とする請求項１に記載の無電解めっき方法。
  3. 前記絶縁体及び導電パターン上に触媒金属を付着させる工程は、前記触媒金属のイオンを含む活性化液を塗布し、酸化還元反応により前記触媒金属を析出させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の無電解めっき方法。
  4. 前記導電パターンは、該導電パターン間のスペース部が複数の異なった寸法をもった状態で配置されており、前記酸化剤は、前記導電パターン間のスペース部のうち所定寸法以下の部分に選択的に形成されることを特徴とする請求項１に記載の無電解めっき方法。
  5. 前記触媒金属はパラジウムであって、前記無電解めっきにより形成される前記金属層は、ニッケル層又は銅層であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無電解めっき方法。
  6. 前記酸化剤は、Ｈ 2 ＳＯ 4 、又はＨ 2 ＳＯ 4 とＨＣｌとの混合液であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無電解めっき方法。
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