JP5807889B2 - Method for forming metal structure - Google Patents
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本発明は、微細なパターンの金属構造体を電気めっき方法により形成する金属構造体の形成方法に関し、特に1個のパターン面積がミクロンオーダーの微細パターンの金属構造体を電気めっき方法により形成する金属構造体の形成方法に関する。 The present invention relates to a method for forming a metal structure in which a metal structure having a fine pattern is formed by an electroplating method, and in particular, a metal in which a metal structure having a fine pattern having a pattern area of the order of microns is formed by an electroplating method. It relates to the method of forming the structure.
電子機器の小型化および高機能化により、実装配線板に微細な金属構造体を形成する方法が求められている。そのなかでも、配線基板(以下、「基板」という。)の基板面積と比較して極めて小面積であるミクロンオーダーの微細金属構造体を、基板上に形成する方法が求められる場合がある。 A method for forming a fine metal structure on a mounting wiring board is required in accordance with miniaturization and high functionality of electronic devices. Among these, there is a case where a method for forming a micron-order fine metal structure on the substrate, which is an extremely small area compared to the substrate area of a wiring substrate (hereinafter referred to as “substrate”), may be required.
たとえば、半導体回路が形成されたシリコンチップと基板とを接続する方法のひとつであるフリップチップ接続方法では、FR4等の非導電性基板およびシリコンチップの表面配線にバンプと呼ばれる微細な金属構造体を介して電気的接続を行う。基板には複数個のバンプが形成されるが、全てのバンプの面積を合算してもバンプ専有面積の基板全体面積に対する割合は極めて小さい。 For example, in a flip chip connection method, which is one of the methods for connecting a silicon chip on which a semiconductor circuit is formed and a substrate, a fine metal structure called a bump is formed on the surface wiring of the non-conductive substrate such as FR4 and the silicon chip. Make electrical connections. A plurality of bumps are formed on the substrate, but even if the areas of all the bumps are combined, the ratio of the area occupied by the bumps to the total area of the substrate is extremely small.
一方、マイクロエレクトロメカニカルシステム、すなわちMEMS、分野等においても、ミクロンオーダーの極めて微細なパターンを、基板上に部分的に形成する方法が求められている。 On the other hand, in a microelectromechanical system, that is, MEMS, the field, etc., there is a demand for a method for partially forming a very fine pattern on the order of microns on a substrate.
基板上に微細金属構造体を形成する方法として、電気めっき法が広く使用されている。電気めっき法による微細金属構造体の形成方法では、導電性を有する基板表面に所望のパターン形状の開口部を有するフォトレジストからなるめっきマスク膜を形成した後に電気めっきを行う。 Electroplating is widely used as a method for forming a fine metal structure on a substrate. In the method of forming a fine metal structure by electroplating, electroplating is performed after forming a plating mask film made of a photoresist having openings having a desired pattern shape on the surface of a conductive substrate.
電気めっき法には、定電位電気めっき法と定電流電気めっき法の2種類の方法がある。電極間を定電位に設定した、定電圧による電気めっき法では、基板表面の状態に非常に敏感であり、特に基板面のよごれの影響を受けやすい。これに対して、析出量が制御しやすい定電流による電気めっき法では、基板面積に対して開口面積があまりに少ないパターンでは、接続部や端部のレジストクラック部などに電流がリークされやすく、また、過電圧も極めて低いことから、所望の微細金属構造体を形成する部分に十分な電流が流れないため、開口部内へ成膜できないことがあった。 There are two types of electroplating methods: constant potential electroplating and constant current electroplating. The electroplating method using a constant voltage with a constant potential between the electrodes is very sensitive to the state of the substrate surface, and is particularly susceptible to contamination of the substrate surface. On the other hand, in the electroplating method with a constant current that makes it easy to control the amount of deposition, in a pattern with an opening area that is too small relative to the substrate area, the current is likely to leak to the connection cracks and resist cracks at the edges. In addition, since the overvoltage is extremely low, a sufficient current does not flow in a portion where a desired fine metal structure is to be formed.
このため、たとえば、特公昭56−36706号公報には、いわゆるフレームめっき法が開示されている。フレームめっき法は、フォトレジストにより所望の微細パターン形状の枠(フレーム)が形成された導電性基板に電気めっき法により成膜を行った後に、不要な枠外部のめっき膜を除去することにより、所望の微細パターンを得る方法である。 For this reason, for example, Japanese Patent Publication No. 56-36706 discloses a so-called frame plating method. In the frame plating method, after forming a film by electroplating on a conductive substrate on which a frame (frame) having a desired fine pattern shape is formed by a photoresist, an unnecessary plating film outside the frame is removed, This is a method for obtaining a desired fine pattern.
また、電気めっき法では、均一な成膜を実現するために、外部電極と呼ばれる電極を配置することが広く用いられている。たとえば、特許第2807061号明細書には、円形の被めっき基板に対してドーナツ形状の補助陰極を用いることが開示されている。 In electroplating, it is widely used to arrange electrodes called external electrodes in order to achieve uniform film formation. For example, Japanese Patent No. 2870661 discloses the use of a donut-shaped auxiliary cathode for a circular substrate to be plated.
すでに説明したように、パターンめっきでは、導電性基板の表面をフォトレジスト等のめっきマスク膜により所望のパターン形状部分を残してマスク、すなわち、めっきが析出しないようにする。 As already described, in pattern plating, the surface of the conductive substrate is left with a desired pattern shape portion by a plating mask film such as a photoresist so that plating, that is, plating is not deposited.
ところが、図1に示すように、ひとつの開口部の面積がミクロンオーダー、すなわち、1mm2未満の場合には、外部電極を用いても開口率が0.01%よりも小さくなると、同じ電流密度で成膜しているにも関わらず、析出量が急激に減少し、殆ど成膜されないことを、我々は見いだした。 However, as shown in FIG. 1, when the area of one opening is on the order of microns, that is, less than 1 mm 2 , the same current density is obtained when the aperture ratio becomes smaller than 0.01% even if an external electrode is used. In spite of the fact that the film was deposited, we found that the amount of deposition decreased rapidly and almost no film was formed.
ここで、電流を流さない無電解めっき法は本質的には微細な金属構造体の形成に適したプロセスであるため、ひとつの開口部の面積がミクロンオーダーであったとしても問題が発生しないとも考えられる。しかし、無電解めっき法は電気めっき法に比べ制御が容易ではなく、また、電気めっき法に比べてpHおよび浴温が高く基板へのダメージが問題となることがあった。 Here, since the electroless plating method that does not pass current is a process that is essentially suitable for forming a fine metal structure, there is no problem even if the area of one opening is in the micron order. Conceivable. However, the electroless plating method is not easy to control compared to the electroplating method, and the pH and bath temperature are higher than the electroplating method, and damage to the substrate sometimes becomes a problem.
また、従来公知の外部電極は、電流密度分布に起因する膜厚分布の改善または高電流密度部分の、いわゆるヤケを抑制されるために用いられるものであった。このため、従来公知の外部電極は、基板全体の面積に対して成膜するパターンの面積の割合、いわゆる、パターン密度が極めて低いために、析出が困難なパターンめっきに適応できる手法ではなかった。 Further, conventionally known external electrodes have been used to improve the film thickness distribution due to the current density distribution or to suppress so-called burns in the high current density portion. For this reason, the conventionally known external electrode is not a technique that can be applied to pattern plating that is difficult to deposit because the ratio of the area of the pattern to be formed to the total area of the substrate, the so-called pattern density, is extremely low.
なお、フレームめっき法では、めっき成膜後にフレーム外部に析出しためっき膜を除去しなければならない。しかし、除去するめっき膜と同じ金属材料で構成された下地が存在する場合には、めっき膜を除去するときに下地にも影響を及ぼすため、フレームめっき法を適用することは容易ではなかった。また、めっき膜を除去する工程はフレーム内部をマスクしてからエッチング法等により除去しなければならないため、コスト高の工程であった。
本発明は、ミクロンオーダーの金属構造体を電気めっき法により安定して形成する金属
構造体の形成方法を提供することを目的とする。
An object of this invention is to provide the formation method of the metal structure which forms the metal structure of a micron order stably by the electroplating method.
上記目的を達成すべく、本発明の金属構造体の形成方法は、基板の表面に、それぞれの面積が1μm2以上1mm2未満の複数の開口部を有するめっきマクス膜を形成するマスク膜形成ステップと、前記基板の外周部に、前記基板と同時にめっき成膜される外部電極を形成する外部電極形成ステップと、前記基板の前記開口部および前記外部電極の被めっき領域を陰極として電気めっき法により金属構造体を成膜する電気めっきステップと、を有する金属構造体の形成方法であって、前記外部電極の前記被めっき領域の面積が、前記開口部の合計面積の3000倍以上であり、かつ、開口部の合計面積が、前記外部電極の内周部に露出している前記基板の面積の0.01%以下である。 To achieve the above object, a method of forming the metal structure of the present invention, the mask layer formed on the surface of the substrate, forming a plating Makusu film each area is have a plurality of openings of less than 1 [mu] m 2 or more 1 mm 2 a step, the outer peripheral portion of the substrate, and the external electrode formation step of forming an external electrode which is simultaneously plated deposition and the substrate, electroplating the plated area of the opening and the external electrode of the substrate as a cathode in the electroplating step of forming a metal structure by law, method of forming a metallic structure having an area of the object to be plated region of the external electrode, or 3000 times the total area of the openings And the total area of the openings is 0.01% or less of the area of the substrate exposed at the inner periphery of the external electrode.
本発明は、ミクロンオーダーの金属構造体を電気めっき法により安定して形成する金属
構造体の形成方法を提供するものである。
The present invention provides a method for forming a metal structure in which a metal structure in the order of microns is stably formed by electroplating.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の金属構造体の形成方法について説明する。 Hereinafter, a method for forming a metal structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1の実施の形態>
図2は、本実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる基板の構造および金属構造体を説明するための部分斜視図であり、図3は、本実施の形態の金属構造体の形成方法の処理を説明するための断面図であり、図4は、本実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、(A)被めっき体10の正面から見た図、および(B)図4(A)のIVB―IVB線断面構造図である。なお、本明細書で使用する図は構造等を説明するための模式図であり、特に、図4等における大きな開口部は説明のため表示しているものであり、実際には存在していない。
<First Embodiment>
FIG. 2 is a partial perspective view for explaining the structure of the substrate and the metal structure used in the method of forming the metal structure of the present embodiment, and FIG. 3 is the method of forming the metal structure of the present embodiment. 4A and 4B are cross-sectional views for explaining the process of FIG. 4. FIG. 4A is a view of the metal structure forming method according to the present embodiment, and FIG. It is the IVB-IVB line sectional structure figure of (A). The drawings used in this specification are schematic diagrams for explaining the structure and the like. In particular, large openings in FIG. 4 and the like are shown for explanation and do not actually exist. .
最初に、図2を用いて、本実施の形態の金属構造体であるバンプ11が形成された状態の基板1の構造を示す。本実施の形態の金属構造体の形成方法に用いる基板1は、縦38mm、横34mm、厚さ50μmの矩形のポリイミドフィルム1A上に、幅25μm、厚さ8μmの銅配線パターン2が45μmピッチで229本形成されている配線集合体が2個形成されている。なお、全ての銅配線パターン2は、基板1の外周部において電気的に接続されている。
First, FIG. 2 is used to show the structure of the
そして、電気めっき方法により形成された金属構造体であるバンプ11は、ニッケルにより構成された10μm角、高さ10μm、すなわち面積が100μm2とミクロンオーダーの金属構造体である。なお、面積がミクロンオーダーとは1μm2以上1mm2未満であることを意味する。
The
次に、図3を用いて、本実施の形態の金属構造体の形成方法について説明する。 Next, a method for forming a metal structure according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
<基板準備ステップ>
図3(A)に示すように、基板1はポリイミドフィルム1A上に銅配線パターン2が形成された配線基板である。
<Board preparation step>
As shown in FIG. 3A, the
そして、最初に下地膜(不図示)として、基板1の銅配線パターン2上に、ニッケルめっき法によりニッケル膜が1.5μm、置換金めっき法および電気金めっき法により金膜が0.7μm、順に成膜される。
First, as a base film (not shown), on the
<マスク膜形成ステップ>
図3(B)に示すように、基板1上に、スピンコータを用いて、フォトレジスト膜3(東京応化工業社製PMER−LA900PM)が厚さ13μm塗布される。
<Mask film forming step>
As shown in FIG. 3B, a photoresist film 3 (PMER-LA900PM manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied to the
そして、図3(C)に示すように、コンタクトマスクアライナーを用いて、それぞれの銅配線パターン2上に面積がミクロンオーダーである10μm角のレジストパターンの開口部3Aを2個、すなわち、合計458個の開口部3Aが形成される。すなわち、めっきマクス膜3Bが形成される。
Then, as shown in FIG. 3C, by using a contact mask aligner, two 10 μm square
<外部電極形成ステップ>
図3(D)および図4に示すように、に示すように、基板1の外周部に基板1とは別の部材である外部電極6が配設される。外部電極6は、ステンレス製の直径70mmの金属板の中心部に縦32mm、横27mmの開口部を設けた金属板である。外部電極6の開口部に基板1が設置され、外部電極6と銅配線パターン2とは電気的に接続され、リード部7と接続されている。そして基板1と外部電極6とは、プラスチックカバー8とプラスチックカバー9とにより両面から押圧固定され、被めっき体10を構成している。なお、めっき液に浸漬されるリード部7の表面は電流が流れないように樹脂等によりカバーされている。
<External electrode formation step>
As shown in FIGS. 3D and 4,
すなわち、本実施の形態においては、基板1とは別部材の外部電極6を基板1の導電部である銅配線パターン2の端部と接触させて電気的接続をとるように固定し、ひとつの電源から基板1および外部電極6に通電する。もちろん基板1と外部電極6とを電気的に接続しないで、それぞれの電源を用いて、成膜してもよい。
That is, in the present embodiment, the
なお、本実施の形態においては、外部電極6の面積2984mm2と開口部3Aの全面積との比は、1:1.5×10−5であり、言い換えれば、外部電極6の面積は、開口部3Aの全面積の65000倍である。また、めっきマクス膜3Bの個々の開口部3Aの面積は100μm2であり、458個の開口部3Aの面積の総和は45800μm2であるため、基板1の外部電極内部である縦32mm、横27mmの864mm2に対する開口部3A面積比、言い換えれば、めっきマクス膜3Bの開口部3Aの合計面積が基板1の面積に対する比率である開口率は、0.0053%である。
In the present embodiment, the ratio of the area 2984 mm 2 of the
<電気めっきステップ>
最初に、被めっき体10は、5重量%の塩化ナトリウムを含む10容量%りん酸水溶液中で揺動させながら60秒間浸漬することにより開口部3Aの内部および外部電極6の表面が前処理された後、水洗される。さらに、被めっき体10は、10容量%硫酸水溶液中で揺動させながら60秒間浸漬することにより酸洗浄処理された後、水洗される。
<Electroplating step>
First, the
そして、図5に示すような電気めっき装置20を用いて、電気めっき法によるバンプ11の形成が行われる。図5に示すように、電気めっき装置20は、被めっき体10のめっき面と対向する位置に対極23として溶解性ニッケル板を用い、電源22を用いて定電流にてめっきを行う。めっき槽24のめっき液21の組成およびめっき条件を以下に示す。
Then, bumps 11 are formed by electroplating using an
硫酸ニッケル 280g
塩化ニッケル 45g
ホウ酸 40g
添加剤A 適量
添加剤B 適量
界面活性剤 適量
pH 4.05〜4.07
温度 室温
電流値 192mA
時間 180秒
図3(E)に示すように定電流電気めっきを行うことにより、陰極である被めっき体10の開口部3Aにバンプ11が、やはり陰極である外部電極6にめっき膜11Aが、同時に形成される。そして、めっき成膜後に、プラスチックカバー8、9および外部電極6を基板1から外してから、基板1を水洗し乾燥する。さらに、基板1は、アセトンに浸漬することによるめっきマクス膜3B除去後、エタノールを用いて置換処理を行い、乾燥することで、図3(F)に示す金属構造体であるバンプ11が銅配線パターン2上に形成された基板1を得た。
Nickel sulfate 280g
Nickel chloride 45g
40g boric acid
Additive A Appropriate amount
Additive B Appropriate amount
Surfactant appropriate amount
pH 4.05-4.07
Temperature room temperature
Current value 192mA
Time 180 seconds
As shown in FIG. 3E, by performing constant current electroplating, bumps 11 are formed at the
<評価結果>
バンプ11が形成された基板1の評価として、光学顕微鏡により、3個の配線基板A1〜A3の、それぞれ一列分のバンプ11すなわち229個のバンプ11の外観観察を行った。その結果を以下に示す。
<Evaluation results>
As an evaluation of the
サンプルA1:未析出2個、不良率0.87%
サンプルA2:未析出2個、不良率0.87%
サンプルA3:未析出1個、不良率0.44%
平均値 :未析出5/3個、不良率0.73%
次に、レーザー顕微鏡を用いて3個の配線基板A1〜A3の、それぞれ一列中の任意の5個のバンプ11について高さ測定を行った結果を以下に示す。なお、最大バラツキとは最小値と最大値の差であり、最大誤差とは平均値から最も離れた測定値の平均値に対する乖離割合を意味している。
Sample A1: 2 undeposited, defective rate 0.87%
Sample A2: 2 undeposited, defective rate 0.87%
Sample A3: 1 undeposited, defective rate 0.44%
Average value: 5/3 undeposited, defective rate 0.73%
Next, the results of measuring the height of any five
サンプルA1:平均高さ10.27μm、最大バラツキ0.87μm、最大誤差±4.2%
サンプルA2:平均高さ10.30μm、最大バラツキ0.89μm、最大誤差±4.4%
サンプルA3:平均高さ10.52μm、最大バラツキ0.63μm、最大誤差±3.0%
平均値 :平均高さ10.33μm、最大バラツキ0.80μm、最大誤差±4.0%
以上のように、本実施の形態のバンプ11の形成方法により形成されたバンプ11は、ばらつきが小さく実用上問題のないレベルであった。
Sample A1: Average height 10.27 μm, maximum variation 0.87 μm, maximum error ± 4.2%
Sample A2: Average height 10.30 μm, maximum variation 0.89 μm, maximum error ± 4.4%
Sample A3: Average height 10.52 μm, maximum variation 0.63 μm, maximum error ± 3.0%
Average value: average height 10.33 μm, maximum variation 0.80 μm, maximum error ± 4.0%
As described above, the
<比較の形態>
以下、本発明の比較の形態の金属構造体の形成方法について説明する。なお、本比較の形態の金属構造体の形成方法は、第1の実施の形態の金属構造体の形成方法と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し、同じ処理等の説明は省略する。
<Comparison form>
Hereinafter, a method for forming a metal structure according to a comparative embodiment of the present invention will be described. In addition, since the formation method of the metal structure of this comparative form is similar to the formation method of the metal structure of the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, Description is omitted.
本比較の形態の金属構造体の形成方法では、外部電極6を形成しないで、かつ、電気めっきステップにおいて、電流値18.32μA、すなわち、電流密度40mA/cm2にて定電流めっき成膜を行った。この時の、めっき電位は−0.64Vであった。しかし、本比較の形態の金属構造体の形成方法では開口部3Aに金属の析出がなく、歩留まりは0%であった。
In the method for forming a metal structure of this comparative embodiment, constant current plating film formation is performed without forming the
以上の説明のように、本実施の形態のバンプ11の形成方法では、パターンめっき法において成膜部分である開口部が極端に小さい場合であっても、基板と電気的に導通しており、めっき時に電位が安定しかつ安定した電流が流れる外部電極を用いて電気めっきを行う。このため、バンプ11の面積に相当する開口部が極端に小さくても、接続部またはキズの部分などの影響が出ない程度の電流を流しつつ、かつ、析出面のよごれがあってもめっき膜の析出が安定する一定の電位になるように、制御する。このため、本実施の形態の金属構造体の形成方法では、ミクロンオーダーの金属構造体を電気めっき法により安定して形成することができる。
As described above, in the method of forming the
上記実施の形態で説明したバンプの面積、すなわちレジスト膜の開口部の面積が大きい場合には、公知のめっき方法でも高い歩留まりを得ることができる。しかし、開口部の面積がミクロンオーダー、すなわち、1mm2未満の場合に本実施の形態の金属構造体の形成方法の効果が現れ、1000μm2以下の時に特に顕著に効果が現れる。本実施の形態の金属構造体の形成方法の効果が得られなくなる開口部の面積の下限は開口部形成の困難度等から確認されていないが、1μm2までは効果が得られていることが確認されている。このため、開口部の面積の下限は、ナノオーダー、すなわち1μm2未満の場合と推定されている。 When the bump area described in the above embodiment, that is, the area of the opening of the resist film is large, a high yield can be obtained even by a known plating method. However, when the area of the opening is on the order of microns, that is, less than 1 mm 2 , the effect of the metal structure forming method of the present embodiment appears, and when the area is 1000 μm 2 or less, the effect is particularly remarkable. The lower limit of the area of the opening where the effect of the metal structure forming method of the present embodiment cannot be obtained has not been confirmed from the difficulty of forming the opening, but the effect is obtained up to 1 μm 2. It has been confirmed. For this reason, the lower limit of the area of the opening is estimated to be nano-order, that is, less than 1 μm 2 .
また、外部電極6の面積と開口部3Aの総面積との割合は、面積比が所定の割合、100よりも小さい場合には、本実施の形態の金属構造体の形成方法の効果が得られにくい。これに対して、面積比、外部電極6面積/開口部3A総面積が、3000以上の場合に本実施の形態の金属構造体の形成方法の効果が現れ、外部電極6面積/開口部3A総面積が、10000以上、さらに外部電極6面積/開口部3A総面積が、50000以上の時に特に顕著に効果が現れる。開口部3A総と外部電極6の面積の比率、外部電極6面積/開口部3A面積の上限は特にないが、外部電極6に析出しためっき膜は有効に利用されないため、たとえば、500000以下が好ましい。
Further, when the area ratio of the area of the
<第1の実施の形態の変形例>
以下、本発明の第1の実施の形態の変形例の金属構造体の形成方法について説明する。なお、本変形例の金属構造体の形成方法は、第1の実施の形態の金属構造体の形成方法と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し、同じ処理等の説明は省略する。
<Modification of the first embodiment>
Hereinafter, a method for forming a metal structure according to a modification of the first embodiment of the present invention will be described. The method for forming the metal structure according to the present modification is similar to the method for forming the metal structure according to the first embodiment. Is omitted.
第1の実施の形態では、外部電極6としてステンレス製の金属板を用いたが、本変形例では、外部電極6Bとして外部電極6と同じ形状のチタン製の金属板を用いた。また、第1の実施の形態では、基板1の銅配線パターン2上に、ニッケルめっき法によりニッケル膜および金膜を成膜したが、本変形例では、ニッケル膜のみを成膜した。それ以外の工程等は第1の実施の形態と同様の工程を用いて、金属構造物であるバンプ部を有するサンプルB1〜B4を得た。
In the first embodiment, a stainless steel metal plate is used as the
<評価結果>
バンプ11が形成された基板1の評価として、光学顕微鏡により、4個の配線基板B1〜B4の、それぞれ一列分のバンプ11すなわち229個のバンプ11の外観観察を行った。その結果を以下に示す。
<Evaluation results>
As the evaluation of the
サンプルB1:未析出1個、不良率0.44%
サンプルB2:未析出0個、不良率0%
サンプルB3:未析出1個、不良率0.44%
サンプルB4:未析出0個、不良率0%
平均値 :未析出2/4個、不良率0.22%
次に、レーザー顕微鏡を用いて4個の配線基板B1〜B4の、それぞれ一列中の任意の5個のバンプ11について高さ測定を行った結果を以下に示す。なお、最大バラツキとは最小値と最大値の差であり、最大誤差率とは平均値から最も離れた測定値の平均値に対する乖離率を意味している。
Sample B1: 1 undeposited, defective rate 0.44%
Sample B2: 0 undeposited,
Sample B3: 1 undeposited, defective rate 0.44%
Sample B4: 0 undeposited, 0% defect rate
Average value: 2/4 undeposited, defective rate 0.22%
Next, the results of measuring the height of any five
サンプルB1:平均高さ9.05μm、最大バラツキ0.66μm、最大誤差±3.7%
サンプルB2:平均高さ8.81μm、最大バラツキ1.15μm、最大誤差±6.4%
サンプルB3:平均高さ8.10μm、最大バラツキ0.56μm、最大誤差±3.4%
サンプルB4:平均高さ8.42μm、最大バラツキ1.09μm、最大誤差±6.4%
平均値 :平均高さ8.60μm、最大バラツキ0.87μm、最大誤差±4.0%
以上のように、本変形例のバンプ11の形成方法により形成されたバンプ11は、ばらつきが小さく実用上問題のないレベルであった。
Sample B1: Average height 9.05 μm, maximum variation 0.66 μm, maximum error ± 3.7%
Sample B2: Average height 8.81 μm, maximum variation 1.15 μm, maximum error ± 6.4%
Sample B3: average height 8.10 μm, maximum variation 0.56 μm, maximum error ± 3.4%
Sample B4: Average height of 8.42 μm, maximum variation of 1.09 μm, maximum error of ± 6.4%
Average value: average height 8.60 μm, maximum variation 0.87 μm, maximum error ± 4.0%
As described above, the
外部電極6として金属を用いる場合には、接触抵抗が低い金属が好ましく、たとえば、金、銅、または黄銅などがあげられる。また外部電極6を繰り返し使用するためには、外部電極6表面に析出した金属を化学的溶解させて除去したり、引きはがし等により物理的に除去したりする必要があるために、外部電極6の材料としては、化学的に安定な金属が好ましい。外部電極の材料としては、たとえば、金、ステンレス、チタンなどを用いることができる。
When a metal is used as the
<第2の実施の形態>
以下、図6を用いて、本発明の第2の実施の形態の金属構造体の形成方法について説明する。図6は、本実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、(A)被めっき体10Bの正面から見た図、および、(B)図6(A)のVIB―VIB線断面構造図である。なお、本実施の形態の金属構造体の形成方法は、第1の実施の形態の金属構造体の形成方法と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し、同じ処理等の説明は省略する。
<Second Embodiment>
Hereinafter, a method for forming a metal structure according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIGS. 6A and 6B are (A) a diagram viewed from the front of the object to be plated 10B and (B) a sectional view taken along the line VIB-VIB in FIG. 6 (A), which is used in the method for forming a metal structure of the present embodiment. It is. In addition, since the formation method of the metal structure of this Embodiment is similar to the formation method of the metal structure of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and the same process etc. Description is omitted.
第1の実施の形態では、外部電極6として基板1とは別の部材であるステンレス製の金属板を用いたが、本実施の形態では、外部電極形成ステップにおいて、基板1とは別の部材である導電性銅テープを円形の基板1Bの外周部に貼付して導電性基板5と共に外部電極を形成している。すなわち、導電性テープは基板1Bを導電性基板5に固定すると同時に外部電極4を形成し被めっき体10Bを得ている。なお、図6においては、リード部は図示していない。また、導電性基板5の裏面等は、めっき成膜されないように樹脂等でマスキングしてもよい。
In the first embodiment, a metal plate made of stainless steel, which is a member different from the
被めっき体10Bを用いて、電気めっきステップにおいてバンプ11を形成する基板1Bは、第1の実施の形態と基板1と同様に高い歩留まりを示す。
The substrate 1B on which the
なお、外部電極4を形成するための、導電性テープとしては、カーボンテープ、または、銅テープなどの金属性の導電テープを用いることができる。ただし、めっき中にテープから不要な成分が溶け出すことがないテープが望ましい。
In addition, as a conductive tape for forming the
また、導電テープの替わりに、導電性ペーストを用いて外部電極4を形成することもできる。導電性ペーストとしては、たとえば、銀ペーストがあげられる。ただし、めっき中にペーストから不要な成分が溶け出すことがないようにめっき前に十分に加熱処理等を行う必要がある。
Further, the
導電性基板5としては、導電性が有りめっき液に浸漬したときに溶解しないものであればよく、銅板またはステンレス板を好ましく用いることができる。また、導電性基板5としてシリコンウエハ上に真空蒸着法等より、銅または金などを成膜した基板を用いることは、外部電極として平滑性が高いために好ましい。
The
<第3の実施の形態>
以下、図7を用いて、本発明の第3の実施の形態の金属構造体の形成方法について説明する。図7は、本実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、(A)被めっき体10Bの正面から見た図および(B)図7(A)のVIIB―VIIB線断面構造図である。
なお、本実施の形態の金属構造体の形成方法は、第1の実施の形態の金属構造体の形成方法と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し、同じ処理等の説明は省略する。
<Third Embodiment>
Hereinafter, a method for forming a metal structure according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7A is a cross-sectional view taken along the line VIIB-VIIB of FIG. 7A used in the method for forming a metal structure of the present embodiment. .
In addition, since the formation method of the metal structure of this Embodiment is similar to the formation method of the metal structure of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and the same process etc. Description is omitted.
第1の実施の形態では、外部電極6として基板1とは別の部材であるステンレス製の金属板を用いたが、本実施の形態では、図7に示すように、基板1Cの外周部1C1を外部電極として用いる。すなわち、本実施の形態では、外部電極6が基板1と同一部材である。
In the first embodiment, a metal plate made of stainless steel, which is a member different from the
このため、本実施の形態では、フォトレジスト膜3から開口部3Aを有するめっきマスク膜3Bを形成するときに、同時に基板1Cの外周部のレジスト膜を除去することが、外部電極形成ステップに相当する。
For this reason, in this embodiment, when forming the
基板1Cは、外部電極としては基板を大きくして同一基板内に外部電極を形成し、めっき後、外周部1C1部分は切り取られる。 The substrate 1C is enlarged as an external electrode to form the external electrode in the same substrate, and after plating, the outer peripheral portion 1C1 is cut off.
被めっき体10Cを用いて、電気めっきステップにおいてバンプ11を形成する基板1Cは、第1の実施の形態と基板1と同様に高い歩留まりを示す。
The
<付記事項>
基板準備ステップにおいて準備する基板としては、配線基板だけでなく、不導体基板上に金属膜を成膜した基板を用いることもできる。使用する目的により不導体基板の材料および成膜する金属は適宜決定されるが、不導体基板の材料としては、ガラス等のセラミック、シリコンウエハまたはFR4等の有機樹脂などがあげられる。不導体基板の材料としては、リジッド基板だけでなく、可撓性を有するフィルム状のもの、たとえばポリイミドフィルム等を用いることができる。また、成膜する金属としては、金、銅またはニッケルなどがあげられ、これらの金属は無電解めっき、真空蒸着またはスパッタリング法など公知の方法により成膜される。不導体基板の材料として有機樹脂を用いる場合には、銅などの金属箔を不導体基板に接着して用いることもできる。これらの基板の金属層は電気めっきの電極として用いるため、シート抵抗が所定の値よりも低くするために、膜厚は一般に100nm〜20μm程度である。
<Additional notes>
As a substrate to be prepared in the substrate preparation step, not only a wiring substrate but also a substrate in which a metal film is formed on a non-conductive substrate can be used. The material of the non-conductive substrate and the metal to be formed are appropriately determined depending on the purpose of use. Examples of the material of the non-conductive substrate include ceramics such as glass, silicon wafers, and organic resins such as FR4. As a material for the non-conductive substrate, not only a rigid substrate but also a flexible film-like material such as a polyimide film can be used. Examples of the metal to be deposited include gold, copper and nickel, and these metals are deposited by a known method such as electroless plating, vacuum deposition or sputtering. When an organic resin is used as the material for the non-conductive substrate, a metal foil such as copper can be adhered to the non-conductive substrate. Since the metal layer of these substrates is used as an electrode for electroplating, the film thickness is generally about 100 nm to 20 μm in order to make the sheet resistance lower than a predetermined value.
実施の形態に示したように、不導体基板上に金属膜を成膜した基板において、金属膜をパターニングして配線等を形成した配線基板を用いることもできる。ただし、金属パターン上にしか金属構造体は形成できず、また、金属構造体は孤立した金属パターン上には形成できない。 As shown in the embodiment, a wiring board in which a metal film is formed over a non-conductive substrate and a wiring or the like is formed by patterning the metal film can be used. However, a metal structure can be formed only on a metal pattern, and a metal structure cannot be formed on an isolated metal pattern.
マスク膜による開口パターン形成はスクリーン印刷法またはフォトリソグラフィ法を用いることができる。特に微細なパターンを形成する必要からフォトレジストを用いたフォトリソグラフィ法によるレジスト開口パターンが望ましい。 For the opening pattern formation by the mask film, a screen printing method or a photolithography method can be used. In particular, a resist opening pattern by a photolithography method using a photoresist is desirable because it is necessary to form a fine pattern.
レジストの厚さは、形成する金属構造体の厚さ、言い換えれば、高さ、により適宜決定されるが、おおむね1〜20μm程度である。 The thickness of the resist is appropriately determined according to the thickness of the metal structure to be formed, in other words, the height, but is approximately 1 to 20 μm.
電気めっき成膜の前処理としては、公知の前処理を行う。前処理としては、10%硫酸溶液中への浸漬処理などがあげられる。特に微細開口パターンを有するマスク膜が形成された基板では、開口部に気泡の付着していることが多く、気泡除去処理を十分に行う必要がある。気泡の除去には、界面活性を含んだ溶液による処理や、基板や基板を保持する治具を物理的に叩いて除去するノッキングなどの方法などがあげられる。 As the pretreatment for the electroplating film formation, a known pretreatment is performed. Examples of the pretreatment include immersion treatment in a 10% sulfuric acid solution. In particular, in a substrate on which a mask film having a fine opening pattern is formed, bubbles are often attached to the openings, and it is necessary to sufficiently perform bubble removal processing. Examples of the removal of bubbles include a treatment with a solution containing a surface activity and a knocking method in which a substrate or a jig holding the substrate is physically hit to remove it.
金属構造体は、電気めっき法により形成可能な様々な種類の金属で形成することができる。たとえば、金属構造体は、金、銀、銅、白金、コバルト、鉄、ニッケル、クロム、亜鉛などの金属または、コバルト−鉄、ニッケル−鉄、ニッケルリンなどの合金材料により形成することができる。電気めっき法により形成する金属または合金の種類により、使用するめっき浴は適宜決定されるが、実際に必要となる材料の特性まで考慮しためっき浴の選定が必要であり公知のめっき浴から適宜選択する。なお、成膜時の電流密度および電位を除いた、浴温、pHなどの他のめっき条件は、めっき浴により適宜決定される。 The metal structure can be formed of various types of metals that can be formed by electroplating. For example, the metal structure can be formed of a metal such as gold, silver, copper, platinum, cobalt, iron, nickel, chromium, or zinc, or an alloy material such as cobalt-iron, nickel-iron, or nickel phosphorus. Depending on the type of metal or alloy formed by the electroplating method, the plating bath to be used is determined as appropriate, but it is necessary to select a plating bath that takes into account the characteristics of the materials that are actually required. To do. Note that other plating conditions such as bath temperature and pH, excluding current density and potential during film formation, are appropriately determined depending on the plating bath.
本発明の金属構造体の形成方法における電気めっき工程では、めっき膜の析出速度そのものは従来から予想される速度が異なることが多いため、実際に使用する基板、レジストパターンおよび外部電極を用いて被めっき体を形成し、析出速度を予備的に実測する。すなわち、定電流電気めっきでは析出速度は一定なものの、析出速度は予想される値と異なることが多いため、実際に使用する基板およびレジストパターン、外部電極を用いて、被めっき体を形成し、析出速度を実測する。 In the electroplating step in the method for forming a metal structure of the present invention, the deposition rate of the plating film itself is often different from the conventionally expected rate, so that the coating is performed using the actually used substrate, resist pattern, and external electrode. A plated body is formed, and the deposition rate is preliminarily measured. That is, in constant-current electroplating, although the deposition rate is constant, the deposition rate is often different from the expected value, so the substrate to be actually used and the resist pattern, using the external electrode, the object to be plated is formed, Measure the deposition rate.
本発明の電気めっきステップでは、定電位電気めっき法または定電流電気めっき法のどちらでめっきを行うことも可能である。たとえば、めっき電位がめっき表面からの距離1cmにおいて銀塩化銀電極を基準として常に−1.8Vとなるように、電流値を調整することで、電位を−1800mV(v.s.Ag/AgCL)とした定電位めっき成膜を行うことも可能である。しかし、定電流電気めっき法は、電流量を安定させ析出速度を一定にすることから、定電位電気めっき法よりも、好ましい。 In the electroplating step of the present invention, it is possible to perform plating by either constant potential electroplating or constant current electroplating. For example, by adjusting the current value so that the plating potential is always -1.8 V with respect to the silver-silver chloride electrode at a distance of 1 cm from the plating surface, the potential is -1800 mV (vs Ag / AgCL). It is also possible to perform constant potential plating film formation. However, the constant current electroplating method is preferable to the constant potential electroplating method because it stabilizes the amount of current and makes the deposition rate constant.
めっき膜の特性が析出速度に依存する場合には、電流量を適宜調整して所望の析出速度が得られるような電流量をあらかじめ測定してから、めっき成膜する。 In the case where the characteristics of the plating film depend on the deposition rate, the current amount is adjusted appropriately to measure the current amount so as to obtain a desired deposition rate, and then the plating film is formed.
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1…基板
1A…ポリイミドフィルム
1B…基板
1C…基板
1C1…外周部
2…銅配線パターン
3…フォトレジスト膜
3A…開口部
3B…マクス膜
4…外部電極
5…導電性基板
6…外部電極
6B…外部電極
7…リード部
8…プラスチックカバー
9…プラスチックカバー
10…被めっき体
10B…被めっき体
10C…被めっき体
11…バンプ
11A…めっき膜
20…めっき装置
21…めっき液
22…電源
23…対極
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記基板の外周部に、前記基板と同時にめっき成膜される外部電極を形成する外部電極形成ステップと、
前記基板の前記開口部および前記外部電極の被めっき領域を陰極として電気めっき法により金属構造体を成膜する電気めっきステップと、を有する金属構造体の形成方法であって、
前記外部電極の前記被めっき領域の面積が、前記開口部の合計面積の3000倍以上であり、かつ、
前記開口部の合計面積が、前記外部電極の内周部に露出している前記基板の面積の0.01%以下であることを特徴とする金属構造体の形成方法。 A mask film forming step of forming a plating max film having a plurality of openings each having an area of 1 μm 2 or more and less than 1 mm 2 on the surface of the substrate;
An external electrode forming step of forming an external electrode that is formed on the outer periphery of the substrate simultaneously with the substrate;
An electroplating step of forming a metal structure by electroplating using the opening of the substrate and the plating area of the external electrode as a cathode, and a method of forming a metal structure,
The area of the plating area of the external electrode is 3000 times or more the total area of the openings, and
The metal structure forming method, wherein a total area of the openings is 0.01% or less of an area of the substrate exposed at an inner peripheral portion of the external electrode.
前記金属構造体が前記配線上のバンプであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の金属構造体の形成方法。 The board is a wiring board on which a large number of wirings are formed,
The method for forming a metal structure according to claim 1, wherein the metal structure is a bump on the wiring.
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