JPS6148590A - 電界メツキ領域を有する製品の製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気メッキに係る。

技術分野 電気メッキによるたとえば金属層のような堆積領域の形
成は、きわめて広範囲に行われている技術である。プリ
ントされた回路ホードのような多すき゛るほどの製品が
、メッキすべき領域を露出して最初マスクし、たとえば
液体電界質のようなメッキ媒体中に、対向電極とともに
挿入することによシ、電気メッキで生成される。対向電
極は典型的な場合、１）たとえば白金を含む電極のよう
な■族金属のごとき不活性電極又は　２）たとえば銅、
ニッケル又はハンダメッキに対し、それぞれ銅、ニッケ
ル又はハンダ電極のようなメッキ媒体中のメッキ物質を
補給する電極である。

電界は対向電極とメッキすべき表面の間に電圧降下を作
ることにより、メッキ媒体中に形成する。（このことを
表すために、メッキすべき試料は基板とよばれる。この
基板は特定の対象に限定されず、たとえば　１）電気メ
ッキプロセスを除いて完成した物体又は　２）メッキを
し、その後所望の構造を生成するために加工される物体
が＠まれる。）印加電圧により形成された電界は、電子
化学還元により、基板表面上に堆積すべきメッキ媒体中
の金属イオンのような物質を生じる。これらの物質は一
般に適当な対向電極から補給されるが、メッキ媒体中の
物質の均一な濃度は、典型的な場合、かく拌により保た
れる。

プリント回路ボードの製作中、基板の選択された領域を
メッキするような多くの用途において、基板のメッキ領
域内で、層厚の変化が１０パーセント以下というような
均一な堆積層厚を維持することが、きわめて重要である
。（厚さはメッキ表面上の任意の点で、この点における
表面の接線に対し、垂直方向に測定する。）プリント回
路ボードの場合、厚さの不均一性すなわち１０パーセン
ト以上の平均偏差があると、粘着性の悪い堆積、樹状突
起の形成、クラッキングのような表面の異常、マスク材
料の除去といったその後の加工工程での困難さなどの不
利益が生じる。均一な厚さに電気メッキさせた領域に依
存する他の用途の例には、集積回路用リードフレームの
メッキ及びリレー接点のメッキがある。これらの用途に
おいて、厚さの均一性が欠けると、それぞれその後のハ
ンダボンディングや相対する接点の永久的な溶融といっ
た困難なことが生じる。従って、多くのきわめて重要な
商品生産において、均一な厚さの電気メッキ層が、所望
の特性を得るために、必要である。

用途に必要とされる厚さの均一性を確保するだめに、多
くの方策が開発されてきだ。たとえば、１９７５年１月
２８日に発行された米国特許第３，８６２，８９１号に
述べられているように、均一性を増すために、その特許
の第１図及び第５図に示されているように、電界伝搬に
対する障壁を置くことである。これらの努力にもかかわ
らず、堆積された層の厚さの変化は、末端では１０パー
セントを越えている。

この問題は、本発明に従い、基板と対向電極の間の領域
中で、電界の伝搬を部分的に阻止し、そらすための部材
を挿入することにより、本質的により均一な電−気メッ
キ層を実現することによって、解決される。具体的には
、この領域中での阻止部材の移動は、メッキすべき領域
の末端における局在領域中で測定した電界が、末端領域
に隣接したメッキすべき領域内のすべての点で測定した
平均電界の１０パーセント内になるように制御される。

（局在した末端領域というのは、メッキすべき全領域の
２０パーセントを構成する゛領域である。

この領域の境界は、メッキ領域境界に平行々仮想の線で
、それと全メッキ領域の２０パーセントのメッキ領域境
界の間の部分を囲むようにして描かれる。）障壁はこの
所望の結果を、対向電極の末端から電界が伝搬するのを
！　　　　　　　阻止するだけでなく、不均一性を補償
するだめ、伝搬する電界をそらすことにより、実現する
。この方式により、１０パーセントより著しく小さい厚
さの変化が得られる。

冥施例の説明 すでに述べたように、本発明の電気メッキプロセスでは
、対向電極とメッキ表面間で伝搬する電界を用いる。典
型的な場合、対向電極及び基板は、メッキ媒体と接する
。すなわち、媒体は電界の影響下で、基板上に堆積する
物質を含む。各種の適当なメッキ媒体については、フレ
デリック・エイ・ローペンハイム（Ｆｒｅｄｒｉｃｋ　
Ａ、　Ｌｏｗｅｎｈｅｉｍ　）編モダン　エレクトロブ
レーティング（Ｍｏｄｅｒｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｐｌａ
ｔｉｒｌｇ　）　＋　ジョーン・ウイリーサンズ、第３
版、１９７４のような多くの論文で述べられている。用
いる具体的なメッキ媒体は厳密でなくてよく、堆積すべ
き特定の材料に依存する。同様に、基板材料の選択も厳
密でなくてよい。

一般に、対向電極は堆積プロセスを劣化させないように
選択される。典型的な場合、対向電極の組成は不活性材
料であるか、メッキ物質を補給する材料である。従って
、たとえば後者の場合、銅、ニッケル又はハンダを堆積
させるならば、対向電極′組成としては、それぞれ銅、
ニッケル及びハンダが有用である。

加えて、対向電極の形及び表面領域も厳密でなくてよい
。一般に、メッキすべき基板領域の１００パーセント又
はそれ以上の表面積をもつ対向電極が、用いられる。典
型的な場合、対向電極の形は具体的な用途とともに変る
。

たとえば、回路ボードのメッキは、一般に複数の等間隔
の平行棒を含む対向電極を用いて行われる。

基板が経験する電界分布は、１）ｉ＝＜拌を含むメッキ
タンクの形状、２）伝導率及び物質の濃度といったメッ
キ媒体の特性、３）基板及び対向電極の組成、４）電極
の形、５）対向電極及び基板間の間隔、６）印加された
′電位差の大きさ、７）最も重要な点である挿入された
阻止部材によって決る。最初の４つの要因は、一般にメ
ッキすべき材料及びこのメッキを起す対象物により、予
測される。タンクは典型的な場合断面が長方形で、メッ
キすべき領域をメッキ媒体中に浸すことができるように
、十分大きい。メッキ媒体及び対向電極は、先に述べた
ように選択される。メッキ媒体の所望の伝導率は、メッ
キすべき材料に依存する。一般に、媒体は伝導性物質の
析出が起るほど導電性であってはならず、また過度のメ
ッキパワーが必要なｌ−１ど低導電性であってもならな
い。たとえば、典型的な場合、銅の堆積には、０４（Ω
−ｃｍ）−’　ないし０．１（Ω−ｃｍ）−’の範囲の
伝導率を有するメッキ媒体が用いられる。０．４（Ω−
ｃｍ）−’以上の伝導率では飽和のため電解質の析出が
起り、一方０１（Ω−ｃｍ）−’以下の伝導率では、堆
積領域の陶工性が下シ、パワー損失は大きくなる。メッ
キすべき基体と対向電極との間の距離は、具体的な用途
によって変る。プリント回路ボードメッキのような用途
の場合、基板から対向電極までの間隔は、一般に１５２
ないし３５．６　ｃｍ　（６インチないし１４インチ）
の範囲である。１５．２ｃｍ（６インチ）以下の間隔で
は、メッキ表面上への対向電極への投影に対応する形状
をもつ不均一性が生じる。

３５、６　ｃｍ　（１，４インチ）より大きな間隔は、
除外されないが、パワー消費が著しく増大する。一般に
、メッキ中所望のメッキ速度及び表面モフォロジーを得
るために、電圧より電流が制御される。この電流は対向
電極と基板間の電位を決る。プリント回路ボードのよう
なほとんど共通の用途に対しては、、１．０７６Ａ／（
デシメートル）２ないしＩＯ，７６Ａ／（デシメートル
）２　（１０Ａ／ｆＶ２ないし１００Ａ／几２）の範囲
の電流密度が典型的な場合用いられる。１０７６Ａ／（
デシメートル）２（１０ｏＡ／ｆｔ２）以上の電流密度
は樹状突起の形成を誘発し、しばしば非固着性の堆積を
！２４″！″“・−１１１１−″・”°″。

Ａ／（デシメートル）　２　（１ｏ　Ａ／ｉ’）　以下
の電流密度もまた、不経済なメッキ速度を導くため不利
である。

メッキすべき基板の局部的な末端領域における平均′電
界は、用途により予測される先に述べたメッキ条件下で
、この局部領域の外側の基板領域が経験する平均電界の
１０パーセント以内に、調整される。この調整は要因７
）により実現される。す々わち、電界の伝搬全適当に阻
止し、そらす阻止部材、たとえばポリプロピレン、木又
は任意の非導電性材料、すなわち電界伝搬方向の抵抗が
１００以上である材料から成る部材を、適切に配置する
ことにより、行える。適当にずらすことは、１阻止部材
をそれらがメッキすべき領域の末端部上の各点を、対向
電極の末端部上の各点と接続することにより規定される
領域に、押し込めるように配置することにょシ、行える
。電解液に接する点のみを考える。電解液に接しない点
は、メッキすべき領域又は対向電極の一部とは考えない
。しヵ・し、この領域中に押し込める阻止部材の各々が
、適切に配置される訳ではない。１５目止部材はそれが
対向電極の末端からメッキすべき領域への電界の伝搬を
阻止するように、かつ対向電極と基板間の中央領域から
、電界を基板の一末端に向けて偏向するように配置され
る。従って、第１図に示されるように、た七えば対向電
極と基板間の中央に置かれ、電界伝搬領域中に十分深く
挿入された阻止部材は、一般にこの偏向を起す。

しかし、第４及び５図に示されるように、基板付近又は
対向電極付近に配置された阻止部材は、それぞれの目的
を実現しない。（付近というのは、本発明において、基
板から阻止部材へ又は対向電極から阻止部材へ垂直に測
定した距離が、いずれが小さくても、基板及び対向電極
間の垂直に測定した距離の、２０パーセント以下である
ことをいう。）この場合、第５図に示されるように、阻
止部材が対向電極に近接していると、偏向は起らない。

第４図に示されるように、阻止部材が基板に近接してい
る場合には、メッキ領域の末端における伝搬電界の均一
化も起らない。

先に述べたように、電界は用途毎に変る多くのパラメー
タに依存する。従って、各具体的なプレートの形状に対
し、電界を均一化するための具体的な形状は、あらかじ
め明確になっている訳ではない。しかし、試験用の試料
を用いることにより、具体的な形状に対する適当な阻止
部材の位置が、容易に決められる。この決定めために、
各領域付近に順次電極を挿入し、この挿入電極と基板間
の電圧降下を測定することにより、代表的な数の基板領
域における電界を測定することが可能である。

以下は本発明の例である。

２．５４ｃｍ×１２．７ｃＷＬＸ　１９．６９ｃｍ　（
１インチ×５インチｘ　７．７５インチ）の長方形断面
であるメッキセルを用いた。このセルは１８８Ｓ’　／
　ｔ　の硫酸銅及び７８　ｔ／ｌの硫酸から形成された
メッキ液を含んだ。電界液表面を１９、０５　ｃｍ　（
７，５インチ）の高さにするよう、十分な電解液をセル
中に入れた。２．５４　ｃｍ　Ｘ２０．３２ｃ＋ｎ（１
インチ×８インチ）の白金陰極１を、セルの底に接触し
、電解液の表面方向に、それを越えて延びるように挿入
した。

白金電極１の最上部１２９平方センチメートル（２平方
インチンは、絶縁性ラッカでカバーした。加えて、２．
５４　ｃｍ　Ｘ　２０．３２　ｃｍの銅対内電極２も、
陰極と平行に、それから１２．７ｃｒｎ　（５インチ）
の距離に挿入した。２．５４　ｃｍ（１インチ）の厚さ
のテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ、　登録商標）で作られ、セ
ルの幅と同じ幅の阻止部材を、陽極及び陰極の中間に挿
入し、電解液の表面下５．８４　ｃｍ　（２，３インチ
）−１で延した。電気的接触は、わにロクリツプで、陽
極及び陰極に対して形成した。（セルの最終的な形態は
、第２図に示されている。） 惇 電解液をかく拌するために、圧縮空気が用いられ、陰極
の底部に近接し７て置かれた直径１胴の３個の孔を通し
て導入された。９００ミリアンペアの全電流を生じるよ
うに、電極間に十分な電圧を印加した。この電流は２分
間保たれた。白金陰極上に生じた銅メッキの厚さは、ク
ロノケミカル法により測定した。

（エイ・バード（Ａ、　Ｂａｒｄ　）及びエル・フォル
フナ（Ｌ、　Ｆａｕｌｋｎｅｒ　）、エレクトロケミカ
ルメソッド（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｔ
ｈｏｄｓ　）、ウィリー・サンズ、１９８０−＃参照の
こと）上で述べたようなセル中で生じたメッキされた銅
の基板位置の関数としての厚さと、阻止部材をもたない
対応するセル中の銅の厚さが、第３図に示されている。

この図かられかるように、閉止部材を有する場合の均一
性の幅は約４パーセントで、阻止部材を有しない場合は
約６５パーセントであった。

【図面の簡単な説明】

第１．４及び５図は本発明を含むプロセスの例を示す図
、 第２図は本発明に有用な電解液セルの例を示す図、 第３図は本発明を用いて実現される物性の例を示す図で
ある。 〔主要部分の符号の説明〕 １・・・白金電極　　　　２・・・対向電極吊　願　人
　、　アメリカン　テレフォン　アンドテレグラフ　カ
ムパニー 電極の底部からの距離

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、メッキ媒体及び対向電極の存在下で、基板に電界を
   印加する工程を含む電界メッキ 領域を有する製品の製作方法において、 前記メッキ媒体に接する前記基板上のメ ッキすべきすべての点を、前記メッキ媒体 と接する前記対向電極上のすべての点に接 続する直線により規定される領域中に、誘 電体阻止部材が存在し、前記阻止部材は ａ）前記対向電極からの距離及び前記基板 からの距離が、前記対向電極及び前記基 板間の距離の少くとも２０パーセントで あり、 ｂ）前記電気メッキ領域の局在した末端領 域中の電界が、前記末端領域の外側の平 均電界の１０パーセント以内であるよう に、配置されることを特徴とする電界メ ッキ領域を有する製品の製作方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の方法において、 前記製品はプリント回路板であることを 特徴とする電界メッキ領域を有する製品の 製作方法。 ３、特許請求の範囲第１項記載の方法において、 前記メッキ媒体は電界液であることを特 徴とする電界メッキ領域を有する製品の製 作方法。 ４、特許請求の範囲第３項記載の方法において、 前記電界液は銅含有物質を含むことを特 徴とする電界メッキ領域を有する製品の製 作方法。 ５、特許請求の範囲第４項記載の方法において、 前記対向電極は銅を含むことを特徴とす る電界メッキ領域を有する製品の製作方法。 ６、特許請求の範囲第１項記載の方法において、 前記阻止部材は絶縁体を含むことを特徴 とする電界メッキ領域を有する製品の製作 方法。 ７、特許請求の範囲第１項記載の方法において、 前記対向電極は不活性材料を含むことを 特徴とする電界メッキ領域を有する製品の 製作方法。 ８、特許請求の範囲第７項記載の方法において、 前記不活性材料は白金を含むことを特徴 とする電界メッキ領域を有する製品の製作 方法。