JP5284957B2 - 表面の湿式化学処理を増進させる方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、処理流体の吹付けまたは散布により材料の表面を湿式化学処理する方法および装置に関する。

湿式化学処理のための工場は、一般に浸漬工場または連続処理工場である。そのような工場を用いる場合、当業者は被処理材料の表面に向かって処理流体が流れるよう、固定式、アクチュエータ作動式、または振動式のノズルまたはノズルパイプを使用する。これは、充分な湿式化学処理の成果ができる限り速く得られるようにする意図によるものである。しかし、表面処理の実施において、そのような意図と相反する作用がある。表面処理の集中度を増すと、すなわち処理時間を短縮すると、得られる成果は悪化する。

典型的な表面処理の適用例は、プリント回路技術である。この技術においては、本発明による方法および装置を好適に適用することができる様々な工程がある。例えば、洗浄や濯ぎ濯ぎ、フィルムまたはレジストの現像、銅のエッチング、フィルムまたはレジストの除去、および金属レジストのエッチングである。このような方法は通常、被処理材料に吹付けまたは散布することにより実行される。材料の表面上で、必要な物質移動が、対応する拡散層内で起こる。このような物質移動は、吹付け圧力を増加することにより加速し、その結果、処理時間が短縮される。しかし、このような場合、処理成果の精度が悪化するという好ましくない副作用がある。例として、材料表面の全般的構造のエッチングや、プリント回路板の導電性パターンのエッチングが挙げられる。エッチングしない領域は、フィルムまたはレジストで覆われる。レジストはエッチング液に対して安定している。ノズルまたはノズルパイプでの吹付けまたは散布によりエッチングを行う場合、そのような処理は、レジストで覆われた領域と領域の間のエッチング溝の露出部のみでなく、エッチング溝の側面でも行われることになる。結果として、レジストのアンダーカットは非常に小さい規模でしか許容されなくなる。従って、導体トラックの寸法および断面に関して、残りの構造についての成果は予測できない。特に精密導体技術（導体トラックの幅および間隔が約１２０μｍ以下）において、精度および再現性がより高い処理成果が要求される。従って、前述した他の方法による構造の側面の処理の予測不能性も許容されない。一般的に、エッチング構造に必要な精度を得るために処理時間が短縮されるが、これは好ましいことではない。

ドイツ特許出願公開第ＤＥ １９５ ２４ ５２３ Ａ１号明細書には、表面の湿式化学処理時に発生する前述の課題を解決するための方法および装置が記載されている。流体噴流において、キャビテーション気泡がノズルの特定の高圧部分で発生する。流体噴流は、必要とされる、きれいな物質を材料表面上の拡散層へ運ぶ。そこではキャビテーション気泡が内側に破裂し、その結果、物質移動が起こる。この方法は前述の用途、特にプリント回路板技術に好適である。しかし、高圧ユニットの技術的な複雑度は非常に高い。

ドイツ特許出願公開第ＤＥ ０４ ５２２ Ａ１明細書には、構造の湿式化学エッチングのための抑制剤であって、エッチング液に添加するものである抑制剤が記載されている。抑制剤は、エッチング溝の側面を保護する保護皮膜を生成する。抑制剤が側面への反応を低減することが記載されている。しかし、この方法では各工程で特定の抑制剤が必要とされるため、この方法を総合的に適用することは難しい。

ドイツ特許発明第ＤＥ １９９ ０８ ９６０ Ｃ２号明細書には、平坦なキャリヤの層をエッチングする別の方法であって、一方の側での層の厚さは対向する側での層の厚さとは異なるものである方法が記載されている。キャリヤの各側について個別に処理時間を設定するが、処理時間はエッチングする層の厚さに比例する。最大限可能な処理時間と比べて短時間しか必要でない場合、これは処理を一時的に中断して実行する。層の厚さが最大の場合、中断時間はゼロとなる。

【０００７】
ドイツ特許発明第ＤＥ １９９ ０８ ９６０ Ｃ２号明細書の段落［００２１］には、エッチング工程での各回の中断時に、付着するエッチング液による一時的な再エッチングが行われることが記載されている。再エッチングが行われる時間よりも中断時間を短くすることは、この用途には妥当でない。一般に、薄層は短いエッチング時間でエッチングすることができる。再エッチングをする場合、周期的に中断すると効果がある。
ドイツ特許出願公開第１０１ ５４ ８８６ Ａ１号明細書には、エッチング溝の側面でのエッチングを低減する方法が記載されている。金属材料の除去を２段階の方法で行う。第一に、パルス電界をかけることにより金属材料を電解的に除去する。このエッチングは、好ましくは側面にあまり作用を与えないよう、エッチング溝の深さ方向に行われる。エッチング溝の所定の深さに到達すると、一部の構造の電気接続が切り離される。従って、そのようなエッチング溝の底部領域は、さらなる工程で再エッチングしなければならず、さらなる技術的努力を伴う工程が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】

独国特許出願公開第１９５２４５２３号明細書 独国特許出願公開第３１０４５２２号明細書 独国特許発明第１９９０８９６０号明細書 独国特許出願公開第１０１５４８８６号明細書 独国特許出願公開第４４１６７４７号明細書 米国特許第６３０７２４０号明細書 米国特許出願公開第２００４／００６０９０６号明細書

先行技術のこのような課題を鑑み、本発明の主たる目的は、表面構造の精密な湿式化学処理工程を可能にすることにより、処理時間を短縮する方法および装置を提供することである。

本発明の主目的および別の目的は、請求項１の方法および請求項１５の装置を提供することにより実現できる。好適な実施形態は、従属項に記載されている。

添付図面を参照しながら、以下に本発明を説明する。
図１は、本発明による装置の第１の実施形態の断面図である。 図２ａは、本発明による装置の第２の実施形態の正面図であり、第１の回転式中断手段が図示されている。 図２ｂは、図２ａに示した第１の中断手段の上面図および側面図である。 図３は、本発明による装置の第３の実施形態の断面図である。 図４は、本発明による装置の第３の実施形態の一部の展開図である。 図５ａは、第１の位置にある時の、本発明による装置の第４の実施形態の側面図である。 図５ｂは、第２の位置にある時の、本発明による装置の第４の実施形態の側面図である。

図１は、本発明による装置の第１の実施形態を示す。処理流体の強い流れ、すなわち吹付け噴流２が開口部、すなわちノズル１を通って流れ、この吹付け噴流２は、開口部と共に設けられた中断手段３により繰返し、好ましくは周期的に中断される。この実施形態では、周期的に中断される吹付け噴流２が被処理材料６の表面５に到達し、そこで、本発明により吹付け噴流２が材料６の表面５に不連続的に衝突する。吹付け噴流２は、流体力学的に脈動する有効な噴流４として作用する。以下、この有効噴流４の流体を「有効流体８」と称する。パルスの一時停止時に中断手段に蓄積し、その時点では使用されない処理流体を、以下、「無効流体９」と称する。この無効流体９は、被処理材料６の表面５から充分に遠ざけられる。これにより、被処理材料６の表面５への処理流体付着が低減する。従って、中断され、脈動する有効噴流４の動的作用が化学処理時に大幅に増大する。被処理材料６の表面５上で、処理流体で濡れた表面の永久的衝撃および突破が起こる。このような衝撃作用は、拡散層の厚さを低減する形で実際の湿式化学処理プロセスを実質的に促進する。この流体力学的促進は、濯ぎ工程を含む前述の全工程で有用である。衝撃作用により、処理時間は最大５０％短縮される。構造の処理時に得られる精度にはマイナスの影響がないため、非常に有利である。先行技術による強制湿式化学プロセスは一般に処理の成果の質、特にエッチング溝の質に不利な影響を及ぼすため、これは大いに驚くべきことである。

処理噴流の周期的中断は周波数を用いて行い、この周波数は少なくとも０．５Ｈｚ、好ましくは１０Ｈ〜１００Ｈｚまたはそれ以上である。衝突パルス時間とパルス一時停止時間の比は少なくとも１０：１〜１：１０、好ましくは２：１〜１：２とし、この比は制御装置により調節する。中断手段の駆動は電動式、電磁式、空気式、油圧式、またはその他のアクチュエータ装置により行う。本発明は、例えば処理流体に抑制剤を加えるなど、他の公知の湿式化学処理の成果改善手段と組み合わせることができる。

出願人は、本発明の方法および装置をプリント回路板上の精密トラックのエッチングに適用した。結果として処理時間が約３３％短縮され、先行技術の方法による場合よりも深いレジストのアンダーカットは見られなかった。集中的なエッチング工程であるにも関わらず、エッチング溝の側面には変化がなかった。エッチング溝の底部での衝撃効果が構造の側面での衝撃効果よりもはるかに大きいと考えられる。さらに、一方では、パルスの一時停止中には処理流体が材料の表面へ流れないが、他方では、処理流体はエッチング溝から排出される可能性があると考えられる。次いで発生するエッチング・パルス時には、エッチング溝に残る処理流体は圧力を受けず、有効噴流４はより薄い拡散層をより深く通る。特に精密導体技術、いわゆるＨＤＩ技術においては、必要とされるエッチング溝のカット深さによりトラックの幅が実現される。これは、プリント回路板の全プロセスにおいて大きな課題である。先行技術においては、処理流体により側面に流体圧力がかかることが知られているが、これは、本発明により深構造の溝を脈動処理することにより回避できる。その結果、構造の側面は、溝の底面よりも湿式化学処理の度合いが低くなる。従って、本発明の方法を適用すれば、質を落とすことなく処理時間を大幅に短縮すると共に、湿式化学処理の精度を大幅に向上させることが可能である。

出願人が行ったエッチング実験の中で、ノズル１から材料６の表面５までの距離は１００ｍｍであった。頂角が３０°の各テーパノズルを通る処理流体の流量は、３バール（３００，０００Ｎ／ｍ^２）の圧力で１．６リットル／分であった。

図２ａは、数本のノズル１が設けられた管状吹付け装置１０の断面図である。ノズルの代わりに、開口部直径が例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍである穴部を有する装置１０を提供すると、より安価となる。処理流体は、加圧状態で入口７を通って吹付け装置１０の中へ流れ、加圧状態でノズル１を通って装置１０から出る。圧力は大幅に変えることができる。圧力は工程、構造の寸法、およびノズルの位置（材料６の下側であるか上側であるか）により、１．１〜１００バールとする。穴部または凹部を有する穴開きディスク１１として、回転式中断手段がノズル１の正面に位置している。穴開きディスクは、処理流体の吹付け噴流２の一部に触れる受け部１２を有する。これにより、穴開きディスク１１は推進される。ディスク１１は吹付け噴流２を中断し、処理流体が有効噴流４として材料６の表面５にパルス的に到達するようにする。図２ｂに、２対のノズル１用の穴開きディスクを示す。各対のノズル１は、吹付け装置１０の位置に配置され、この各対のノズル１は、穴開きディスク１１の所定の回転方向によって傾斜が異なる。穴開きディスク１１には、図２ｂに示したように開口部が穴部またはスロットとして存在する。

さらに別の実施形態によると、中断手段は、吹付け装置の長さ全体に沿って延在するノズルまたは穴部の正面に軸方向に配置された、穴開きまたはスロット開きストリップである。開口部を有するストリップを周期的に軸方向に動かし、吹付け噴流２を中断する。

吹付け装置は、連続処理工場内で、材料６が水平または垂直に搬送されるように固定的に配置し、その際、吹付け装置は搬送方向に１００ｍｍの間隔で配置する。しかし、先行技術による湿式化学処理機において公知のように、移動可能に配置しても良い。この点に関して、中断手段３と組み合わせた本発明の吹付け装置１０は、半径方向および／または軸方向に旋回または振動することができる。これにより、材料表面上の処理流体の蓄積が低減する。

図３は、本発明のさらに別の実施形態を示しており、吹付け装置１０は穴部１４またはノズルを有する。旋回または回転式シリンダが吹付け装置１０と同軸に位置し、シリンダ１５は、その周囲にスロット１６または穴部が配置され、このスロット１６または穴部は、吹付け装置１０の穴部と一致している。スロット１６または穴部は各々、両側にカラー１７が設けられている。このカラー１７は、少し傾斜した吹付け噴流のための接触面として作用し、これにより、シリンダは推進される。さらに、カラー１７はパルスの一時停止時に材料６の表面５に到達すべきでない処理流体を蓄積する。処理流体は、シリンダから横方向に排出される。吹付け装置１０およびシリンダ１５が少し傾斜しているため、処理流体の横方向の排出を行い易くなる。従って、処理流体のこの部分は材料６の表面５に到達しない。その結果、被処理表面の濡れが最小限に抑えられ、前述した衝撃効果が改善される。本発明の装置は、材料が連続処理工場で水平方向に搬送される場合の材料表面の湿式化学処理に好適である。必要でない処理流体は、被処理部材の表面から離される。

シリンダの軸受は、吹付け装置の端部に配置する。これには転がり軸受１８を用いることができるが、このような軸受は各処理流体に対して耐薬品性を有する必要がある。プラスチックまたはセラミック製の転がり軸受が好適である。

シリンダ型の中断手段およびその他の中断手段は、電気式、空圧式、または流体力学的駆動装置により推進することができる。その結果、回転速度は吹付け噴流２の物理的特性から独立する。特に、高回転速度および高パルスサイクルの調節（例えば、１０００パルス／秒）が可能である。これにより、入口７の圧力が高い場合、有効噴流が、短サイクルで大加速された処理流体滴に変態される。これは特に、湿式化学処理工程において効果的である。雰囲気が不安定であるため、空冷式モータまたは適切な保護が施された電動モータが妥当である。

必要とされる材料の処理により、湿式化学処理工場の電気および電子制御装置で工程パラメータを調節する。中断周波数、および有効噴流４のパルス時間とパルス一時停止時間との比の調節についても同じである。

図５ａおよび図５ｂに、シリンダ１５の展開図を各々上面図および側面図として示す。吹付け噴流２が妨害されないようにスロット１６を設けたシリンダ１５を安定させるために、ノズル位置とノズル位置との間にブリッジまたはウェブ１９を配置する。処理流体がたまっているシリンダ１５の領域の底部に、弾性部材をダンパ２０として挿入する。このダンパ２０は、処理流体がシリンダ１５の内壁にぶつかる時に、処理流体の制御不能なはね返りを低減する。また、これにより、シリンダ１５からの処理流体の横方向への排出が加速される。

図５ａおよび図５ｂに、ノズル１、および振動する薄片２１としての中断手段３を示す。この弾性機械要素を固定点２３に取付ける。中断手段は、吹付け噴流２が薄片２１の上端にぶつかることにより、吹付け噴流２が反れるように、ノズル１の正面に配置する。これにより、薄片２１が吹付け噴流２の方向へ曲がり、薄片２１の出口２２が噴流の方向に来る。（図５ｂを参照のこと。）出口２２は、被処理材料６の表面への通路を開く。処理流体の有効噴流が突然、材料６に到達する。同時に、薄片２１上の動圧が低減する。その結果、薄片２１は突然、図５ａに示したスタート位置に戻る。この位置にある時、吹付け噴流２は無効噴流として反れ、捕集溝２４で捕集される。材料に到達すべきでない処理流体は、捕集溝２４により、吹付け装置に向かって横方向・横断方向に進路が変わる。捕集溝２４は、表面５と平行に延在する。本発明のこの実施形態は、水平方向に搬送される材料の両面の処理に好適である。薄片の弾性および寸法と、処理流体の流体力学的状態とにより、湿式化学処理の最適なパルス周波数が決まる。

この実施形態の中断手段は、寸法が小さいノズル本体に収納する場合にも好適である。このような中断手段または同様な中断手段を設けたノズルを用いると、パルス一時停止時の処理流体の排出が防止できる。これらのノズルはさらに、水平方向に搬送される材料の上側に置くのに好適である。

本発明のさらに別の実施形態によると、材料６の表面５から反射される処理流体の排出のために、追加の吸込み装置を設ける。これにより、材料６の表面５上に流体がたまることを防止でき、不必要な流体の残留が回避できるため、導体トラックのアンダーカットがさらに低減される。

説明は、例示・説明の目的で行った。上述した本発明は、その請求範囲および趣旨から逸脱しない範囲で変形・改変が可能であることが当業者には明らかであろう。

１…ノズル、開口部
２…処理流体の吹付け噴流
３…中断手段
４…有効噴流、脈動噴流
５…被処理表面
６…部材
７…入口
８…有効流体
９…無効流体
１０…吹付け装置
１１…穴開きディスク
１２…受け部
１３…開口部
１４…穴部
１５…シリンダ
１６…スロット
１７…カラー
１８…転がり軸受
１９…ブリッジ
２０…ダンパ
２１…薄片
２２…出口
２３…固定点
２４…捕集溝

Claims (15)

1. 浸漬工場または連続処理工場において、処理流体によって被処理材料（６）の表面（５）を処理する湿式化学処理の方法において、
   前記処理流体が前記被処理材料（６）へ向けて吹付け噴流（２）にして吹き付けられ、
   吹付け噴流中断手段（３）の位置を所定の位置からずらすことにより前記吹付け噴流（２）が前記被処理材料（６）の前記表面（５）に衝突することを中断するようになっている
   方法であって、
   前記吹付け噴流（２）はノズル（１）によって生成されるものであり、
   前記吹付け噴流中段手段（３）は、前記ノズル（１）と前記被処理材料（６）の前記表面（５）との間に配置されており、それにより前記吹付け噴流（２）が前記被処理材料（６）の前記表面（５）に衝突することを中断するものであり、
   前記吹付け噴流中段手段（３）は、前記ノズル（１）によって生成された噴流がこの吹付け噴流中段手段（３）に衝突することによって駆動され前記のように位置をずらすものである
   方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   前記吹付け噴流中段手段（３）は、衝突した噴流をこの前記吹付け噴流中段手段（３）によって上記被処理材料（６）から遠ざかる方向へ案内され排出するように設定されていることを特徴とする。
3. 請求項１記載の方法において、前記吹付け噴流中断手段（３）の位置のずらしは、回転、旋回、または直線運動により達成されることを特徴とするものである。
4. 請求項１または３のいずれかに記載の方法において、前記被処理材料（６）への前記吹付け噴流（２）の不連続的衝突は周期的に行われ、少なくとも０．５Ｈｚの中断周波数で達成されることを特徴とするものである。
5. 請求項１または３のいずれかに記載の方法において、前記被処理材料（６）への前記吹付け噴流（２）の不連続的衝突は周期的に行われ、１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの中断周波数で達成されることを特徴とするものである。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の方法において、前記被処理材料（６）への前記吹付け噴流（２）の不連続的衝突は、衝突パルス時間とパルス一時停止時間の比が１０：１〜１：１０の範囲で起こることを特徴とするものである。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の方法において、前記被処理材料（６）への前記吹付け噴流（２）の不連続的衝突は、衝突パルス時間とパルス一時停止時間の比が２：１〜１：２の範囲で起こることを特徴とするものである。
8. 請求項２記載の方法において、前記処理流体は、カラー（１７）、捕集溝（２４）、または吸込み装置により前記被処理材料（６）の前記表面（５）から遠ざけられることを特徴とするものである。
9. 浸漬工場または連続処理工場において、処理流体によって前記被処理材料の材料（６）の表面に湿式化学処理を施すための装置において、この装置により前記処理流体が前記被処理材料（６）へ向けて噴流（２）にして吹き付けられることで、位置がずらされるように駆動される吹付け噴流中断手段（３）を少なくとも１つ有し、これにより前記吹付け噴流（２）が不連続的に前記被処理材料（６）に誘導され、前記吹付け噴流（２）が前記ノズル（１）によって生成されるものである前記湿式化学処理を施すための装置であって、
   前記吹付け噴流中断手段（３）は前記ノズル（１）と前記被処理材料（６）の前記表面（５）との間に配置されるものである、ことを特徴とする装置。
10. 請求項９記載の装置において、前記吹付け噴流中断手段（３）の位置のずらしは、回転、旋回、または直線運動により達成されることを特徴とするものである。
11. 請求項９または１０のいずれかに記載の装置において、前記吹付け噴流中断手段（３）の位置ずれは、超過圧力で流れる前記処理流体の前記吹付け噴流（２）により発生する力により達成されることを特徴とするものである。
12. 請求項９〜１１のいずれかに記載の装置において、前記吹付け噴流中断手段（３）は前記ノズル（１）と前記被処理材料（６）との間に配置され、前記吹付け噴流中断手段（３）は回転可能または旋回可能なシリンダ（１５）として形成されることを特徴とするものである。
13. 請求項９〜１２のいずれかに記載の装置において、前記吹付け噴流中断手段（３）は振動要素として形成されることを特徴とするものである。
14. 請求項９〜１３のいずれかに記載の装置において、前記吹付け噴流中断手段（３）は被処理表面と平行に延在する捕集溝（２４）を有し、この捕集溝（２４）は前記吹付け噴流（２）のうち不要な部分を捕集するのに適しているように構成されていることを特徴とするものである。
15. 請求項９〜１４のいずれかに記載の装置において、この装置は、排出される前記処理流体の吸込み装置を有することを特徴とするものである。

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