JP4674735B2

JP4674735B2 - 電鋳メタルの製造方法

Info

Publication number: JP4674735B2
Application number: JP2000387388A
Authority: JP
Inventors: 良弘小林
Original assignee: Kyushu Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Kyushu Hitachi Maxell Ltd
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: JP2002180282A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高密度配線用基板やグリーンシートなどに部品搭載用の多数の孔を設ける穿設用や、多数の凹み（反対面に突出部）を設ける精密金型その他、回路の作動をテストするための検査用プローブ等の接触端子用のバンプの形成、更にこれ自体が微少な凸部を有することに意義のある精密部品としても広く用いることができる電鋳メタルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属基盤上に多数の凸部を設けるについて、電鋳メタル製にすることは、高精度に仕上がり、生産性にも優れる利点がある。すなわち、通常の電鋳法によるときは、図８（Ａ）に示すごとく、母型となる金属基盤２上に、凸部３に相当する電着用の開口部１５を有するパターンレジスト１６を設け、図８（Ｂ）に示すごとく、金属基盤２上のパターンレジスト１６で覆われていない開口部１５に電鋳法で電着金属２７を電鋳したのち、パターンレジスト１６を除去することにより、図８（Ｃ）に示すごとく、金属基盤２上に多数の凸部３が個々に独立して設けられた電鋳メタル１を得ることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
問題は、各凸部３の突出高さ（厚み）をいかにして均一に揃えるかにある。すなわち電鋳法では、金属基盤２上における単位面積当たりに電着される電着金属２７の量は略一定である。従って、各凸部３の径寸法と形状、及び各凸部間の間隔がいずれも同一であれば、全ての凸部３の突出高さは均一化する。
【０００４】
しかし、電鋳メタル１の各部における凸部３の径寸法に違いがあったり、各凸部間の配設間隔に粗密差がある場合は、全ての凸部３の突出高さが均一にはならない。例えば、電鋳メタル１において、図８（Ｂ）・（Ｃ）に示すごとく凸部３が疎に存在する粗の領域Ｐと、凸部３が密集して存在する密の領域Ｑとがある場合、全ての凸部３が同一径とするならば、粗の領域Ｐにある凸部３の突出高さは大きく、密の領域Ｑにある凸部３の突出高さは小さくなる。凸部３が均一に配置されていれば、径大の凸部３は径小の凸部３に比べて突出高さが小さくなるの道理である。凸部３にかかる高低差がある場合、先の図８（Ｂ）の状態において電鋳面側を研磨処理して高さを均一化することが考えられるが、凸部３の配設の疎密の差が大きく、その高低差が数倍程度と大きいと全ての凸部３の突出高さを均一に研磨することは困難である。
【０００５】
そこで本発明の目的は、金属基盤上の各凸部に径寸法の違い及び／又は配設密度の差があっても、電鋳法によって全ての凸部の突出高さを略均一状にしかも容易に製作できる電鋳メタルと、その製造方法を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の製造方法によって製造される電鋳メタルは、図１に示すごとく電鋳時の母型となる金属基盤２上に、径寸法及び／又は配設密度の異なる多数の微小な凸部３が、定められた略同一高さになるよう電鋳法で形成されている。すなわち、多数の凸部３は、径寸法の異なるものが混在しているか、領域によって配設密度が異なっているか、あるいはこれらが複合していることを前提としている。
【０００７】
本発明の製造方法は、図２（Ｄ）に示すごとく金属基盤２を母型として該金属基盤２上に前記凸部３に相当する電着用の開口部１５を有するパターンレジスト１６を設けるパターニング工程と、図３（Ａ）に示すごとくパターンレジスト１６上に、前記開口部１５の周辺に開口部１５内での電着金属の析出成長量を調整するための導電性の捨て電着用部材１８を密着させる捨て電着用部材積層工程と、図３（Ｂ）に示すごとく金属基盤２上の前記開口部１５と、捨て電着用部材１８の表面とに、前記凸部３に相当する電着金属２７と、捨て電着金属２８とをそれぞれ電着形成する電鋳工程と、図３（Ｃ）および（Ｄ）に示すごとく捨て電着金属２８を含む捨て電着用部材１８、および前記パターンレジスト１６を除去する除去工程とを含み、前記捨て電着用部材１８は、剥離母型１９の表面にパターンレジスト２３を形成し、前記剥離母型１９の前記パターンレジスト２３で覆われていない表面に電着金属２５を電鋳法により形成したのち、前記パターンレジスト２３を除去して、前記剥離母型１９から前記電着金属２５を剥離することにより得られることを特徴とする。これによれば、金属基盤２上に電着金属２７で凸部３が形成される。特に、開口部１５の周辺に形成した捨て電着用部材１８の各個所における面積を、対応する開口部１５の径あるいは、配列される開口部１５の疎密の度合いに応じて単位面積中における析出面積を均一化するよう任意に設定することで各凸部３が析出成長して行く過程において各開口部１５内に析出形成される凸部３の高さを略均一となるように制御することが可能となる。金属基盤２上のパターンレジスト１６は、フォトレジスト等を使用したリソグラフィー法その他の任意の方法で形成でき、パターンレジスト６の形成手段は問わない。捨て電着用部材１８は、電鋳工程における通電と、除去工程における除去のために全て連続していることが好ましい。
【０００８】
具体的には、前記パターンニング工程に先立って、図２（Ａ）に示すごとく金属基盤２上に無光沢ニッケルの電着層１０を一次電鋳したのち、図２（Ｄ）に示すごとく電着層１０上にパターンレジスト１６を設けてあり、図３（Ｂ）の前記電鋳工程において、前記電着層１０上に光沢ニッケルの前記電着金属２７を二次電鋳してある。
【０００９】
図３（Ａ）に示すごとく捨て電着用部材１８の各通孔１７は、これに対応する前記開口部１５よりもそれぞれ径大に形成されている。
【００１０】
そして、前記パターンレジスト１６の除去後に、図３（Ｅ）に示すごとく前記金属基盤２の凸部形成面側に、前記凸部３の外表面を含めて全面的にめっき皮膜３０をめっき処理して形成してある。
【００１１】
【発明の作用効果】
本発明の製造方法に係る電鋳メタルによれば、金属基盤２上に径寸法及び／又は配設密度の異なる多数の凸部３を配設するについて、金属基盤２をそのまま電鋳母型として各凸部３が定められた略同一高さになるよう電鋳法により形成するものとした。従って、電鋳法により製作するので、各凸部３の径や配列の疎密の差の程度にかかわらず、高精度に能率良く生産できる。その結果、本発明の電鋳メタルは、例えば高密度配線用基板などに部品搭載用の多数の孔を設ける精密金型あるいは接続用バンプとしての凸部を備えた検査用プローブなど様々な用途に好適なものとなる。
【００１２】
請求項１記載の本発明に係る電鋳メタルの製造方法によれば、金属基盤２の表面側に設けたパターンレジスト１６上に捨て電着用部材１８を密着させ、パターンレジスト１６の各開口部１５と、捨て電着用部材１８の各通孔１７とがそれぞれ合致するようにしてある。従って図３（Ｂ）の電鋳工程において、金属基盤２と捨て電着用部材１８とを陰電極にすることにより、金属基盤２上の開口部１５に電着金属２７が、捨て電着用部材１８上にも捨て電着金属２８がそれぞれ電着形成される。このとき、単位面積当たりにおける電鋳析出量が略均一であることから、捨て電着金属２８の多寡を任意に設定することによって、各開口部１５内に析出する電着金属２７の突出高さが均一化するよう調整される。すなわち、ひとつの開口部１５における電着金属２７の突出高さが低くなり過ぎるときは、該当の開口部１５まわりの捨て電着用部材１８上の捨て電着金属２８の電着量を少なくし、他の開口部１５における電着金属２７の突出高さが高くなり過ぎるときは、該当の開口部１５まわりの捨て電着用部材１８上の捨て電着金属２８の電着量を多くし、以て全体としてみたとき単位面積当たりの電着量を均一化する。例えば、図６および図７に示すごとく凸部３ひいては開口部１５が全て同一径であって、配設密度のみが異なる場合、各開口部１５に対する各通孔１７の大きさの比を一定にしても、密度が粗の領域Ｐでは、ひとつの開口部１５まわりの捨て電着用部材１８の面積が大きくなる分だけ捨て電着金属２８の電着量が大きくなって該当の開口部１５内での電着金属２７の突出高さは相対的に小さく抑えられ、凸部３ひいては開口部１５が密集する密の領域Ｑでは、ひとつの開口部１５まわりの捨て電着用部材１８の面積が小さくなる分だけ捨て電着金属２７の突出高さは相対的に大きくなる。このように電着金属２７と捨て電着金属２８とが互いに相殺し合う。その結果、捨て電着用部材１８が除去されたとき、電着金属２７で形成される全ての凸部３は、これに径の大小や領域による配設密度差があっても、前述の要領で突出高さが均一化したものが得られる。
【００１３】
請求項３記載の本発明に係る電鋳メタルの製造方法によれば、請求項１または２記載の製造方法において、一次電鋳される電着層１０が無光沢ニッケル層であって、二次電鋳される電着金属２７が光沢ニッケル層になっている。一次の電着層１０を無光沢ニッケルとしたのは、金属基盤２との密着性、および光沢ニッケルからなる二次の電着金属２７に対する密着性を図るためである。更に、光沢ニッケルの電着金属２７は、硬度が高いので、これによって形成される凸部３の全体強度をよく確保できる。これにより本発明方法によって得られる電鋳メタルは、金属基盤２に対する凸部３の一体化が強固となり、各凸部３の倒れ変形や欠落を良く防止できるものとなる。一次の電着層１０および二次の電着金属２７は、共にニッケル層としたので、汎用のスルファミン酸ニッケルを主成分とするニッケル浴とし、硫黄含有の有無ないし多寡に基づき無光沢か光沢かを調整するだけでよく、建浴が容易になる。
【００１４】
請求項４記載の本発明に係る電鋳メタルの製造方法によれば、捨て電着用部材１８の各通孔１７が、これ対応するパターンレジスト１６の各開口部１５よりもそれぞれ径大に形成されているので、前記電鋳工程において捨て電着金属２８が該開口部１５の開口縁にまで回り込み形成されていない。各通孔１７を各開口部１５に対してどの程度まで径大化するかは、ひとつの開口部１５における電着金属２７の突出高さを規定値にするために、該当の開口部１５まわりの捨て電着用部材１８に電着させるべき捨て電着金属２８の電着量を考慮して決定することができる。
【００１５】
請求項５記載の本発明に係る電鋳メタルの製造方法によれば、めっき皮膜３０によって微小な凸部３の倒れ防止に有利となる。このめっき皮膜３０は、２〜５μｍの厚さに設定することができる。更に各凸部３は、予め必要な径よりも径小に電鋳成形したのち、めっき皮膜３０の厚み調整で必要な径寸法にすることができ、めっき皮膜３０の形成は各凸部３の成形精度を確保するのに有利である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電鋳メタルマスク１は、図１に示すごとく電鋳時の母型となる金属基盤２上に、多数の微少な凸部３が、定められた略同一高さで電鋳法により形成されている。ここでの各凸部３は、同一径の円柱状で領域によって配設密度が異なるものである。
【００１７】
（第１実施例）図２〜図４は本発明に係る電鋳メタル１の製造方法の第１実施例を示す。まず、図２（Ａ）に示すごとく、導電性を有する真ちゅう鋼製の金属基盤２の表面に薄肉（３０μｍ厚）の無光沢ニッケルの電着層１０を一次電鋳し、図２（Ｂ）に示すごとくこの電着層１０上にフォトレジスト層１１を約２５０〜３５０μｍ厚で形成する。このフォトレジスト層１１は、ネガタイプの感光性ドライフィルムレジストを１枚ないし数枚ラミネートして熱圧着により形成した。
【００１８】
次いで、図２（Ｃ）に示すごとくフォトレジスト層１１の上に、前記凸部３に対応する透光孔１２ａを持つパターンフィルム（ガラスマスク）１２を密着させたのち、紫外線ランプで紫外光線を照射して露光を行い、現像・乾燥の各処理を行って、未露光部分を溶解除去することにより、図２（Ｄ）に示すごとく前記凸部３に相当する電着用の開口部１５を有するパターンレジスト１６を電着層１０上に形成した。
【００１９】
続いて、先のパターンレジスト１６上に、図３（Ａ）に示すごとく前記開口部１５に対応する多数の通孔１７を有する導電性の捨て電着用部材１８を密着させて積層した。捨て電着用部材１８は全てが連続状につながっている。各通孔１７は、これに対応する各開口部１５よりも予め径大に形成してあり、対応する部位における各通孔１７と各開口部１５とが同心状に合致するようにした。
【００２０】
捨て電着用部材１８は電鋳法により形成した。すなわち、図４（Ａ）に示すごとくステンレス製の剥離母型１９の表面に、先の図２（Ｂ）と同じ要領でフォトレジスト層２０を形成し、次いで図４（Ｂ）に示すごとくフォトレジスト層２０の上に、位置的に前記凸部３に対応するが面積的には該凸部３よりも大きい透光孔２２ａを有するパターンフィルム２２を密着させたのち、紫外線ランプで紫外光線を照射して露光を行い、現像・乾燥の各処理を行って、未露光部分を溶解除去することにより、図４（Ｃ）に示すごとく前記透光孔２２ａに対応する多数の独立したレジスト体２３ａを持つパターンレジスト２３を形成する。次に、図４（Ｄ）に示すごとく剥離母型１９のパターンレジスト２３で覆われていない表面に光沢ニッケルの電着金属２５を３０〜５０μｍ厚で電鋳法により形成したのち、パターンレジスト２３を溶解除去して、図４（Ｅ）に示すごとく剥離母型１９から電着金属２５を剥離することにより、多数の通孔１７を有する捨て電着用部材１８をつくった。
【００２１】
図３（Ａ）に示すごとく前記パターンレジスト１６上に捨て電着用部材１８を前述の要領で密着させたのち、図５に示すごとく金属基盤２を所定の配合にて建浴したスルファミン酸ニッケル浴２６に移し、金属基盤２および捨て電着用部材１８を陰電極にして二次電鋳を行う。これにより、図３（Ｂ）に示すごとく金属基盤２のパターンレジスト１６で覆われていない表面、すなわち前記開口部１５に、光沢ニッケルからなる約２００〜３００μｍ厚の電着金属２７を前記電着層１０上に電着形成するとともに、捨て電着用部材１８の表面にも捨て電着金属２８を電着形成した。
【００２２】
次に、図３（Ｃ）に示すごとく、捨て電着金属２８を含む捨て電着用部材１８を剥離除去した。このとき、捨て電着用部材１８は全て連続ししているので、これの剥離除去が容易に行える。その後に、電着金属２７の表面を機械的研磨や電解研磨により研磨処理した。
【００２３】
続いて、アルカリ溶液による膨潤、溶解等の方法により、パターンレジスト１６を除去し、図３（Ｄ）に示すごとく、金属基盤２上に、無光沢ニッケルの電着層１０を介して光沢ニッケルの電着金属２７からなる多数の凸部３が植設された電鋳メタル１を得た。
【００２４】
最後に、後処理として金属基盤２をめっき浴に移し、図３（Ｅ）に示すごとく金属基盤２の凸部形成面側に、ニッケルめっきを施し、前記凸部３の外表面を含めて全面的に厚さ２μｍ程度のめっき皮膜３０を形成した。
【００２５】
かしくて得られた電鋳メタル１の製品は、図１に示す断面形状を呈しており、電鋳母型となった金属基盤２をそのまま利用し、この金属基盤２上に、光沢ニッケルの電着金属２７からなる多数の凸部３が無光沢ニッケルの電着層１０を介して強固に植設され、めっき皮膜３０と相まって各凸部３が倒れ変形し難いものとなった。
【００２６】
また、本発明の電鋳メタル１は、凸部３群の配設密度が粗の領域Ｐと、凸部３群の配設密度が高い領域Ｑとにおいても、各凸部３は同一の均一高さを以て高精度に仕上がっており、回路基板に部品搭載用の多数の孔を同時に穿設する精密金型として好適なものとなった。
【００２７】
すなわち、先の図３（Ｂ）における電鋳工程において、パターンレジスト１６の開口部１５は同一径であって、各開口部１５に対応する捨て電着用部材１８の通孔１７も該当の開口部１５より径大の実質的に同一寸法にして電鋳した。その際、図６および図７に示すごとく開口部１５が粗の領域Ｐでは、元来、該当の開口部１５における電着金属２７の突出高さ（電着量）が密の領域Ｑに比べて高くなる筈のところが、該開口部１５まわりの捨て電着金属２８の電着量が広い面積で大となるため、相殺し合って該当部位の電着金属２７の突出高さは小さく抑えられる。一方、開口部１５が密の領域Ｐでは、元来、該当の開口部１５における電着金属２７の突出高さが粗の領域Ｑに比べて低くなる筈のところが、該開口部１５まわりの捨て電着金属２８の電着量が小さな面積の故に少なくなるため、相殺し合って該当部位の電着金属２７の突出高さは元来のそれよりも大きく成長する。このように、単位面積あたりの電着量は一定であることを念頭に置いたうえで、捨て電着用部材１８を別に用意し、かつ捨て電着金属２８を電鋳形成する犠牲を払ったが、得られた電鋳メタル製品の凸部３は全ては可及的に均一な高さを有するというメリットが得られた。
【００２８】
本発明方法の実施に際し、先の図３（Ｃ）の状態、すなわち捨て電着用部材１８を除去したのち、電鋳面側を研磨処理することは、全ての凸部３の突出高さを更に均一化するに有利であるが、この研磨処理工程は省略してもよい。また、先の図３（Ｅ）におけるめっき皮膜３０の形成も、不可欠の要素ではなく、製品の用途に応じて省略できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電鋳メタルの断面図
【図２】金属基盤にパターンレジストを形成するまでの工程説明図
【図３】パターンレジストを形成したのちの製造過程の工程説明図
【図４】捨て電着用部材の製造過程の工程説明図
【図５】電着金属および捨て電着金属を電着形成する電鋳工程を説明する概念図
【図６】図３（Ｂ）の電鋳工程の状態を説明する平面図
【図７】図６におけるＡ−Ａ線断面図
【図８】通常の電鋳法で電鋳メタルを製造する工程を示す比較例の工程説明図
【符号の説明】
１電鋳メタル
２金属基盤
３凸部
１０電着層
１５開口部
１７通孔
１８捨て電着用部材
２７電着金属
２８捨て電着金属
３０めっき皮膜

Claims

電鋳時の母型となる金属基盤（２）上に、径寸法及び／又は配設密度の異なる多数の微小な凸部（３）が、定められた略同一高さになるよう電鋳法で形成された電鋳メタルの製造方法において、
前記金属基盤（２）上に前記凸部（３）に相当する電着用の開口部（１５）を有するパターンレジスト（１６）を設けるパターニング工程と、
前記パターンレジスト（１６）上に、前記開口部（１５）の周辺に前記開口部（１５）内での電着金属の析出成長量を調整するための導電性の捨て電着用部材（１８）を密着させる捨て電着用部材積層工程と、
前記金属基盤（２）上の前記開口部（１５）と、前記捨て電着用部材（１８）の表面とに、前記凸部（３）に相当する電着金属（２７）と、捨て電着金属（２８）とをそれぞれ電着形成する電鋳工程と、
前記捨て電着金属（２８）を含む捨て前記電着用部材（１８）、および前記パターンレジスト（１６）を除去する除去工程とを含み、
前記捨て電着用部材（１８）は、剥離母型（１９）の表面にパターンレジスト（２３）を形成し、前記剥離母型（１９）の前記パターンレジスト（２３）で覆われていない表面に電着金属（２５）を電鋳法により形成したのち、前記パターンレジスト（２３）を除去して、前記剥離母型（１９）から前記電着金属（２５）を剥離することにより得られることを特徴とする電鋳メタルの製造方法。
前記捨て電着用部材（１８）は、全て連続していることを特徴とする請求項１記載の電鋳メタルの製造方法。
前記パターニング工程に先立って、前記金属基盤（２）上に無光沢ニッケルの電着層（１０）を一次電鋳したのち、この電着層（１０）上に前記パターンレジスト（１６）を設けてあり、
前記電鋳工程において、前記電着層（１０）上に光沢ニッケルの前記電着金属（２７）を二次電鋳してあることを特徴とする請求項１または２記載の電鋳メタルの製造方法。
前記捨て電着用部材（１８）は、前記パターンレジスト（１８）の前記開口部（１５）と対応する通孔（１７）を有し、
前記各通孔（１７）が、これに対応する前記開口部（１５）よりもそれぞれ径大に形成されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の電鋳メタルの製造方法。
前記パターンレジスト（１６）の除去後に、前記金属基盤（２）の前記凸部（３）形成面側に、前記凸部（３）の外表面を含めて全面的にめっき皮膜（３０）をめっき処理して形成してあることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の電鋳メタルの製造方法。