TW201350625A - 鍍敷裝置及鍍敷液管理方法 - Google Patents

鍍敷裝置及鍍敷液管理方法 Download PDF

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Abstract

本發明之鍍敷裝置是於基板表面,將Sn合金鍍敷膜予以成膜之裝置。該裝置具有:鍍敷槽,其是於內部所保持的鍍敷液中,令不溶性陽極與基板相對向而浸漬;鍍敷液透析管路,其是抽出前述鍍敷槽內之鍍敷液,再送回鍍敷槽;透析槽,其設置於前述鍍敷液透析管路內,藉由利用了陰離子交換膜之透析,從鍍敷液去除游離酸;游離酸濃度分析裝置,其是測定前述鍍敷液中之游離酸濃度;及控制部,其是根據藉由前述游離酸濃度分析裝置測定之游離酸濃度,來控制流於前述鍍敷液透析管路內之鍍敷液流量。

Description

鍍敷裝置及鍍敷液管理方法 發明領域
本發明是關於一種鍍敷裝置,及管理該鍍敷裝置所使用的鍍敷液之鍍敷液管理方法;前述鍍敷裝置是為了於基板表面,將例如無鉛、由焊接性良好之Sn-Ag等Sn合金所組成的鍍敷膜予以成膜而使用。
發明背景
以電鍍成膜於基板表面之Sn-Ag等Sn合金所組成的鍍敷膜,據知使用於無鉛之凸塊焊錫。於該Sn合金鍍敷中,電極一般使用不溶性陽極,於鍍敷液中相對向而浸漬之不溶性陽極與基板表面之間,施加電壓以使Sn合金鍍敷膜成膜於該表面。除了Sn-Ag以外,就Sn-Cu、Sn-Bi等Sn合金鍍敷而言,一般亦使用不溶性陽極作為電極。
連續進行Sn合金鍍敷例如Sn-Ag鍍敷時,鍍敷液據知使用包含以下之鹽或錯合物作為成分之鍍敷液:與形成Sn離子(Sn2+)和水溶性之鹽或錯合物之酸或錯合劑之鹽或錯合物,例如甲磺酸錫,以及與形成Ag離子(Ag+)和水溶性之鹽或錯合物之酸或錯合劑之鹽或錯合物,例如甲磺酸銀;為了補給隨著鍍敷處理進行而消耗之金屬離子(Sn離子 或Ag離子),對鍍敷液供給該等鹽或錯合物(參考日本專利第4698904號公報)。
於這類金屬離子之補給方法中,由於隨著鍍敷處理進行,金屬離子與游離酸之例如甲磺酸銀相互分離,金屬離子被鍍敷所消耗,故鍍敷液之游離酸濃度逐漸增加。因此,提案取出鍍敷液之一部分,採離子交換樹脂法、電透析法、擴散透析法等來去除鍍敷液中之游離酸(參考日本特開平1-312099號公報)。
就利用不溶性陽極之電鍍而言,提案藉由擴散透析循環處理鍍敷液,去除鍍敷液中之游離酸以調整鍍敷液之pH值(參考日本特開昭57-29600號公報)。又,提案謀求對電解槽或透析槽之供液最佳化(參考日本特開昭59-28584號公報),亦或於利用擴散透析之酸回收中,使得原液之流動方向與水之流動方向呈反方向(參考日本特開平9-75681號公報)。
日本特開昭57-29600號公報所記載的發明,是不測定鍍敷液之游離酸濃度,藉由透析處理去除鍍敷液中之游離酸,以調整鍍敷液之pH。因此,若一面補給金屬離子,一面連續進行鍍敷處理時,游離酸之去除量可能過多,鍍敷液之游離酸濃度變得過低,亦或游離酸之去除量可能過少,鍍敷液之游離酸濃度變得過高。如此,若使用游離酸濃度變得過低、亦或變得過高之鍍敷液來進行鍍敷處理,則藉由鍍敷處理而成膜之鍍敷膜之外觀或膜厚之面內均勻性變差,產生廢棄鍍敷液的需要,導致成本上升。此狀況 在其他先行技術亦同樣發生。
發明概要
本發明是有鑑於上述事由而完成,其目的在於提供一種鍍敷裝置及鍍敷液管理方法,其是藉由將鍍敷液之游離酸濃度調整在較佳範圍內,可歷經更長時間來使用鍍敷液。
本發明之一態樣為一種鍍敷裝置,是於基板表面,將Sn合金鍍敷膜予以成膜,其特徵在於具有:鍍敷槽,其是於內部所保持的鍍敷液中,令不溶性陽極與基板相對向而浸漬;鍍敷液透析管路,其是抽出前述鍍敷槽內之鍍敷液,再送回鍍敷槽;透析槽,其設置於前述鍍敷液透析管路內,藉由利用了陰離子交換膜之透析,從鍍敷液去除游離酸;游離酸濃度分析裝置,其是測定前述鍍敷液中之游離酸濃度;及控制部,其是根據藉由前述游離酸濃度分析裝置測定之游離酸濃度,來控制流於前述鍍敷液透析管路內之鍍敷液流量。
本發明之其他態樣為一種鍍敷裝置,是於基板表面,將Sn合金鍍敷膜予以成膜,其特徵在於具有:鍍敷槽,其是於內部所保持的鍍敷液中,令不溶性陽極與基板相對向而浸漬;鍍敷液透析管路,其是抽出前述鍍敷槽內之鍍敷液,再送回鍍敷槽;透析槽,其設置於前述鍍敷液透析 管路內,藉由利用了陰離子交換膜之透析,從鍍敷液去除游離酸;及控制部,其是根據施加於前述鍍敷槽內之鍍敷液之電量之乘算值,來控制流於前述鍍敷液透析管路內之鍍敷液流量。
本發明進一步之其他態樣為一種鍍敷液管理方法,其特徵在於:於鍍敷液中相對向而浸漬之不溶性陽極與基板表面之間施加電壓,於該表面形成由Sn合金所組成的鍍敷膜;以游離酸濃度分析裝置,測定前述鍍敷槽內之鍍敷液中之游離酸濃度;經由鍍敷液透析管路抽出前述鍍敷槽內之鍍敷液,再將該鍍敷液送回前述鍍敷槽;一面根據以前述游離酸濃度分析裝置測定之游離酸濃度,來控制流於前述鍍敷液透析管路內之鍍敷液流量,一面藉由包含有陰離子交換膜之透析槽,從流於前述鍍敷液透析管路內之鍍敷液去除游離酸。
本發明進一步之其他態樣為一種鍍敷液管理方法,其特徵在於:於鍍敷液中相對向而浸漬之不溶性陽極與基板表面之間施加電壓,於該表面形成由Sn合金所組成的鍍敷膜;經由鍍敷液透析管路抽出前述鍍敷槽內之鍍敷液,再將該鍍敷液送回前述鍍敷槽;一面根據施加於前述鍍敷槽內之鍍敷液之電量之乘算值,來控制流於前述鍍敷液透析管路內之鍍敷液流量,一面藉由包含有陰離子交換膜之透析槽,從流於前述鍍敷液透析管路內之鍍敷液去除游離酸。
若依據本發明,藉由根據鍍敷液之游離酸濃度之分析值、或施加於鍍敷槽內之鍍敷液之電量之乘算值,來控制供給至透析槽而被去除游離酸之鍍敷液之流量,可一面將鍍敷液之游離酸濃度控制在較佳範圍內,一面進行鍍敷處理,藉此可歷經更長時間,安定地將外觀或膜厚之面內均勻性良好的鍍敷膜予以成膜,延長鍍敷液之使用壽命。
10‧‧‧鍍敷槽
12‧‧‧不溶性陽極
14‧‧‧陽極架
16‧‧‧基板架
18‧‧‧鍍敷電源
20‧‧‧內槽
22‧‧‧溢流槽
24‧‧‧泵
26‧‧‧熱交換器
28‧‧‧過濾器
30、50、56‧‧‧流量計
32‧‧‧鍍敷液循環管路
34‧‧‧鍍敷液回送管
36‧‧‧調整板
36a‧‧‧中央孔
38‧‧‧攪拌槳
40‧‧‧陰離子交換膜
44‧‧‧鍍敷液供給管
46‧‧‧鍍敷液排出管
48‧‧‧鍍敷液透析管路
52‧‧‧鍍敷液量調整閥
54‧‧‧供水管路
58‧‧‧水量調整閥
60‧‧‧排液管路
62‧‧‧游離酸濃度分析裝置
64‧‧‧鍍敷液分析管路
66‧‧‧鍍敷液抽出管
68‧‧‧抽出液排出管
69‧‧‧補給液供給管路
70‧‧‧控制部
80、84‧‧‧開閉閥
82‧‧‧第1管泵
86‧‧‧第2管泵
154‧‧‧第1保持構件
154a‧‧‧通孔
156‧‧‧鉸鏈
158‧‧‧第2保持構件
160‧‧‧基部
162‧‧‧密封架
164‧‧‧壓環
164a‧‧‧小突件
164b‧‧‧突起部
165‧‧‧間隔件
166‧‧‧基板側密封構件
168‧‧‧架側密封構件
169a、169b、189‧‧‧緊固件
170a‧‧‧第1固定環
170b‧‧‧第2固定環
172‧‧‧壓板
174‧‧‧夾持器
180‧‧‧支持面
182‧‧‧突條部
184‧‧‧凹部
186‧‧‧導電體
188‧‧‧電性接點
190‧‧‧手臂
A‧‧‧有效膜面積
Q‧‧‧鍍敷液
v‧‧‧流量
W‧‧‧基板
圖1是表示本發明之實施形態之鍍敷裝置之概要圖。
圖2是表示圖1所示之基板架之概略之立體圖。
圖3是圖1所示之基板架之俯視圖。
圖4是圖1所示之基板架之右側面圖。
圖5是圖4之A部放大圖。
圖6是表示本發明之其他實施形態之鍍敷裝置之概要圖。
圖7是表示本發明進一步之其他實施形態之鍍敷裝置之概要圖。
圖8是表示進行鍍敷液之透析處理且同時進行鍍敷處理的情況,及不進行鍍敷液之透析處理而進行鍍敷處理的情況下,施加於鍍敷液之電量之乘算值(Ah/L)與游離酸濃度(g/L)之關係之線圖。
圖9是表示進行鍍敷液之透析處理且同時進行鍍敷處理的情況,及不進行鍍敷液之透析處理而進行鍍敷處理的情況下,施加於鍍敷液之電量之乘算值(Ah/L)與凸塊高度 (鍍敷膜之膜厚)之基板面內均勻性(%)之關係之線圖。
圖10(a)~(f)是模式性地表示進行鍍敷液之透析處理且同時進行鍍敷處理的情況下,凸塊之剖面形狀隨著施加於鍍敷液之電量之乘算值增加而變化之圖。
圖11(a)~(d)是模式性地表示不進行鍍敷液之透析處理而進行鍍敷處理的情況下,凸塊之剖面形狀隨著施加於鍍敷液之電量之乘算值增加而變化之圖。
圖12是表示一面以透析槽進行鍍敷液之透析處理一面進行鍍敷處理的情況下,將陰離子交換膜之有效膜面積A(m2)除以供給至透析槽之鍍敷液之流量v(L/h)所得之是數a(=A/v)、與游離酸去除率(%)之關係之線圖。
圖13是表示供給至鍍敷槽之水之流量設為一定的情況下,供給至透析槽之水之流量V(L/h)與供給至透析槽之鍍敷液之流量v(L/h)之比(V/v)、與游離酸去除率(%)之關係之線圖。
圖14是表示供給至鍍敷槽之鍍敷液之流量設為一定的情況下,供給至透析槽之水之流量V(L/h)與供給至透析槽之鍍敷液之流量v(L/h)之比(V/v)、與游離酸去除率(%)之關係之線圖。
較佳實施例之詳細說明
以下參考圖式來說明有關本發明之實施形態。於以下例中,所用之鍍敷液是分別使用甲磺酸錫溶液作為Sn離子(Sn2+)之供給源,使用甲磺酸銀溶液作為Ag離子(Ag+) 之供給源,以於基板表面形成由Sn-Ag合金所組成的鍍敷膜。再者,於圖1至圖7中,對同一或等同之構件附上同一符號,並省略重複的說明。
圖1是表示本發明之實施形態之鍍敷裝置之概要圖。如圖1所示,該鍍敷裝置包含有:鍍敷槽10,其是於內部保持鍍敷液Q;陽極架14,其是保持由例如鈦所組成的不溶性陽極12,使其浸漬於鍍敷槽10之鍍敷液Q,配置於預定位置;及基板架16,其是拆裝自如地保持基板W,使其浸漬於鍍敷槽10之鍍敷液Q,配置於與不溶性陽極12相對向之預定位置。
於鍍敷處理時,不溶性陽極12是連接於鍍敷電源18之陽極,形成於基板W之表面之晶種層等導電層(未圖式)是連接於鍍敷電源18之陰極,藉此於導電層表面,形成由Sn-Ag合金所組成的鍍敷膜。該鍍敷膜使用於例如無鉛之焊錫凸塊。
鍍敷槽10具有:內槽20,其是於內部積存鍍敷液Q;及溢流槽22,其是包圍該內槽20;溢流到內槽20之上端之鍍敷液Q是流入溢流槽22內。於溢流槽22之底部,連結有鍍敷液循環管路32之一端,其介裝有泵24、熱交換器(溫度調整器)26、過濾器28及流量計30;該鍍敷液循環管路32之另一端是中介鍍敷液回送管34而連接於內槽20之底部。
於鍍敷槽10之內部配置有調整板(regulation plate)36,其是位於不溶性陽極12與配置在鍍敷槽10內之基板架16之間,調整鍍敷槽10內之電位分布。於本例中,調 整板36是使用介電體之氯乙烯作為材質,具有甚大之中央孔36a,以便可充分限制電場擴大。於調整板36之下端到達鍍敷槽10之底板。
於鍍敷槽10之內部配置有作為攪拌件之攪拌槳38,其是位於配置在鍍敷槽10內之基板架16與調整板36之間,延伸於鉛直方向,與基板W呈平行地進行往復運動,攪拌基板架16與調整板36之間之鍍敷液Q。藉由於鍍敷中,以攪拌槳(攪拌件)38攪拌鍍敷液Q,可對基板W之表面均勻地供給充分的離子。
於鍍敷液循環管路32之鍍敷液回送管34連接有鍍敷液供給管44,其是對內部組入陰離子交換膜40之透析槽42,供給鍍敷液Q;從透析槽42延伸之鍍敷液排出管46是連接於溢流槽22之頂部。藉由該鍍敷液供給管44及鍍敷液排出管46構成鍍敷液透析管路48,其是連接於鍍敷液循環管路32,從該鍍敷液循環管路32取出鍍敷液Q之一部分而使其循環。於鍍敷液供給管44,介裝有流量計50及作為鍍敷液量調整機構之鍍敷液量調整閥52。於透析槽42,連接有對該內部供給水(純水)之供水管路54,於該供水管路54,介裝有流量計56及作為水量調整機構之水量調整閥58。進而於透析槽42連接有排液管路60。
藉此,流於鍍敷液透析管路48內之鍍敷液Q是供給至透析槽42內,藉由利用了陰離子交換膜40之透析來去除游離酸(例如甲磺酸)後,再送回溢流槽22。藉由該透析,從鍍敷液Q去除之游離酸是經由供水管路54而擴散到供給 至透析槽42內之水(純水),從排液管路60排出至外部。
陰離子交換膜40是使用例如AGC Engineering股份有限公司製之DSV(有效膜面積0.0172m2),配合鍍敷液之透析量(游離酸之去除量),於透析槽42組入任意片數(例如19片)之陰離子交換膜40。
於鍍敷液循環管路32之鍍敷液回送管34,連接有內部介裝有游離酸濃度分析裝置62之鍍敷液分析管路64之鍍敷液抽出管66;從游離酸濃度分析裝置62延伸之抽出液排出管68是連接於溢流槽22之頂部。藉此,循環於鍍敷液循環管路32之鍍敷液Q之一部分是經由鍍敷液抽出管66而抽出,並送至游離酸濃度分析裝置62,以游離酸濃度分析裝置62測定鍍敷液Q之游離酸濃度後,再送回溢流槽22。
於溢流槽22之頂部,連接有供給補給液之補給液供給管路69。經由該補給液供給管路69,對經由鍍敷液循環管路32循環之鍍敷液Q,補給鍍敷液或金屬離子,亦即補給甲磺酸錫溶液作為Sn離子(Sn2+)之供給源、或甲磺酸銀溶液作為Ag離子(Ag+)之供給源。
游離酸濃度分析裝置62之分析結果(游離酸濃度分析值)、或流量計30、50、56之測定結果是輸入於控制部70,藉由來自該控制部70之輸出,調整鍍敷液量調整閥(鍍敷液量調整機構)52及水量調整閥(水量調整機構)58之開度,藉此控制流於鍍敷液透析管路48內而供給至透析槽42之鍍敷液Q之流量、及流於供給管路54內而供給至透析槽42之水之流量。
如圖2至圖5所示,基板架16具有:例如氯乙烯製、矩形平板狀之第1保持構件(固定保持構件)154;及第2保持構件(可動保持構件)158,其透過鉸鏈156而開閉自如地安裝於該第1保持構件154。再者,於本例雖表示透過鉸鏈156而將第2保持構件158構成為開閉自如之例,但例如將第2保持構件158配置在與第1保持構件154相對峙之位置,令該第2保持構件158向第1保持構件154前進而開閉亦可。
第2保持構件158具有基部160及環狀之密封架162。密封架162為氯乙烯製,使得與下述壓環164之滑動性良好。於密封架162之上面,安裝有基板側密封構件166,其是當以基板架16保持基板W時,壓接於基板W之表面外周部,以密封基板W與第2保持構件158之間之間隙。於密封架162之與第1保持構件154相對向之面,安裝有架側密封構件168,其是於基板側密封構件166之外方位置壓接於第1保持構件154,以密封第1保持構件154與第2保持構件158之間之間隙。
如圖5所示,基板側密封構件166是被夾持於密封架162、與透過螺栓等緊固件169a而安裝於該密封架162之第1固定環170a之間,以安裝於密封架162;架側密封構件168是被夾持於密封架162、與透過螺栓等緊固件169b而安裝於該密封架162之第2固定環170b之間,以安裝於密封架162。
於第2保持構件158之密封架162之外周部設有階差部,於該階差部,中介間隔件165旋轉自如地裝配有壓環 164。再者,壓環164是藉由壓板172(參考圖3)而不可脫離地裝配;前述壓板172是以朝外方突出之方式安裝於密封架162之側面。該壓環164是由對於酸或鹼之耐蝕性良好,具有充分剛性之例如鈦所構成;間隔件165是以摩擦是數低的材料例如PTFE所構成,以使壓環164能順利旋轉。
位於壓環164之外側方,在第1保持構件154,具有朝內方突出之突出部之倒L字形之夾持器174,是沿著壓環164之圓周方向,以等間隔立設。另,於壓環164之與沿著圓周方向之夾持器174相對向之位置,設有往外方突出之突起部164b。然後,夾持器174之內方突出部之下面及壓環164之突起部164a之上面,是成為沿著壓環164之旋轉方向互往相反方向傾斜之錐形面。於沿著壓環164之圓周方向之複數處(例如3處),設有往上方突出之小突件164a。藉此,令旋轉銷(未圖示)旋轉,從橫側輪流按壓小突件164a,以便可使壓環164旋轉。
藉此,在第2保持構件158開啟之狀態下,藉由於第1保持構件154之中央部插入基板W,透過鉸鏈156而關閉第2保持構件158,使得壓環164順時針旋轉,讓壓環164之突起部164b滑入夾持器174之內方突出部之內部,以便透過分別設於壓環164與夾持器174之錐形面,將第1保持構件154與第2保持構件158相互緊固而鎖定,並藉由使得壓環164逆時針旋轉,從倒L字形之夾持器174取下壓環164之突起部164b,以解除該鎖定。然後,如此鎖定第2保持構件158時,分別而言,基板側密封構件166之內周面側之下方突出 部下端會壓接於基板架16所保持的基板W之表面外周部,架側密封構件168之外周側之下方突出部下端會壓接於第1保持構件154之表面,均勻地按壓密封構件166、168,密封基板W與第2保持構件158之間之間隙、以及第1保持構件154與第2保持構件158之間之間隙。
於第1保持構件154之中央部設有突條部182,其是配合基板W之大小而呈環狀突出,表面抵接於基板W之外周部,成為支持該基板W之支持面180;於該突條部182之沿著圓周方向之預定位置設有凹部184。
然後,如圖3所示,於該各凹部184內,配置有複數個(於圖示為12個)導電體(電性接點)186,其是分別連接於延伸自設在手臂190之外部接點之複數條配線;於第1保持構件154之支持面180上載置有基板W時,該導電體186之端部是於基板W之側方,以具有彈簧性之狀態露出於第1保持構件154之表面,接觸圖5所示之電性接點188之下部。
電性地連接於導電體186之電性接點188,是透過螺栓等緊固件189而固定於第2保持構件158之密封架162。該電性接點188是構成如下:形成為片簧狀,位於基板側密封構件166之外方,於內方具有突出為片簧狀之接點部,於該接點部,具有來自其彈力之彈簧性,容易彎曲,在以第1保持構件154及第2保持構件158保持有基板W時,電性接點188之接點部彈性地接觸被第1保持構件154之支持面180所支持的基板W之外周面。
第2保持構件158之開閉是藉由未圖式之缸及第2 保持構件158之自重來進行。亦即,於第1保持構件154設有通孔154a,經由通孔154a,以按壓棒將第2保持構件158之密封架162往上方推升,藉此開啟第2保持構件158,令缸桿收縮,使得第2保持構件158因其自重而關閉。
於基板架16之第1保持構件154之端部,連接有一對大致T字形之手臂190,其是作為搬送亦或垂吊支持基板架16時之支持部。
於本例中,根據游離酸濃度分析裝置62之游離酸濃度分析值,來調整鍍敷液量調整閥52及水量調整閥58之開度,控制流於鍍敷液透析管路48內而供給至透析槽42而被去除游離酸之鍍敷液Q之流量、及流於供給管路54內而供給至透析槽42之水之流量,藉此調整使用於鍍敷處理之鍍敷液Q之游離酸濃度成為例如較佳之60~250g/L。
總言之,驅動泵24,經由鍍敷液循環管路32以使鍍敷槽10內之鍍敷液Q循環的狀態下,將基板架16所保持的基板W配置於鍍敷槽10內預定位置,分別將不溶性陽極12連接於鍍敷電源18之陽極,將形成於基板W表面之晶種層等導電層連接於鍍敷電源18之陰極,開始基板W之鍍敷處理。此時,鍍敷液量調整閥52及水量調整閥58關閉。
如此,若經由鍍敷液循環管路32使鍍敷槽10內之鍍敷液Q循環,則鍍敷液Q之一部分經由鍍敷液抽出管66抽出,並送至游離酸濃度分析裝置62,於該游離酸濃度分析裝置62,鍍敷液Q之游離酸濃度分析是例如1日進行數次。然後,該分析結果(游離酸濃度分析值)是輸入控制部70。
控制部70是根據游離酸濃度分析裝置62之分析結果(游離酸濃度分析值),對鍍敷液量調整閥52及水量調整閥58送出訊號,調整鍍敷液量調整閥52及水量調整閥58之開度,以使得使用於鍍敷處理之鍍敷液Q之游離酸濃度成為例如60~250g/L。總言之,藉由控制經由鍍敷液透析管路48送至透析槽42而去除游離酸(甲磺酸)之鍍敷液之流量,及使用於去除該游離酸(甲磺酸)之水之流量,以使得使用於鍍敷處理之鍍敷液Q之游離酸濃度成為例如60~250g/L。每當於游離酸濃度分析裝置62進行鍍敷液Q之游離酸濃度分析時,即調整該鍍敷液量調整閥52及水量調整閥58之開度。
如此,藉由根據游離酸濃度分析裝置62之游離酸濃度分析值,控制流於具有從鍍敷液去除游離酸之透析槽42之鍍敷液透析管路48內之鍍敷液流量,可一面將鍍敷液之游離酸濃度調整於例如60~250g/L之較佳範圍內,一面進行鍍敷處理。
若依據本實施形態,可一面經由鍍敷液循環管路32使鍍敷液循環,一面控制流於鍍敷液透析管路48內之鍍敷液流量而從鍍敷液去除游離酸。
在此,宜調整鍍敷液量調整閥52之開度,以使得將透析槽42之陰離子交換膜40之有效膜面積A(m2),除以經由鍍敷液透析管路48供給至透析槽42之鍍敷液之流量v(L/h)所得之是數a(=A/v)成為0.3~0.7(a=0.3~0.7)。又,宜調整水量調整閥58之開度,以使得經由供水管路54供給至透析槽42內之水之流量V(L/h),成為經由鍍敷液透析管路48供 給至透析槽42內之鍍敷液之流量v(L/h)之30%~100%(V/v=0.3~1)。
進而言之,於本例中,施加於鍍敷槽10內之鍍敷液Q之電量之乘算值是以控制部70計算。在此,施加於鍍敷液Q之電量是指從鍍敷電極18之陽極,經由不溶性陽極12、鍍敷液Q、形成於基板W表面之導電層而流往鍍敷電極18之陰極之電流,與電流流通時間之積,乘算值是指從例如於鍍敷槽10放入鍍敷液Q之後,到廢棄鍍敷液Q為止之間,施加於鍍敷液Q之電量總和。由於鍍敷液Q之游離酸是隨著鍍敷液Q所含金屬離子被鍍敷消耗而產生,因此可將施加於鍍敷液Q之電量之乘算值視為游離酸濃度上升之指標。因此,控制部可根據施加於鍍敷液Q之電量之乘算值,對鍍敷液量調整閥52及水量調整閥58送出訊號,調整鍍敷液量調整閥52及水量調整閥58之開度,使得使用於鍍敷處理之鍍敷液Q之游離酸濃度成為例如60~250g/L。例如一面使用預定量之鍍敷液Q補給金屬離子,一面連續進行鍍敷處理,當施加於鍍敷液之電量之乘算值達到某值時,打開鍍敷液量調整閥52及水量調整閥58至某開度,進行透析處理而去除游離酸。
如此,藉由根據施加於鍍敷槽10內之鍍敷液Q之電量之乘算值,來控制流於具有從鍍敷液去除游離酸之透析槽42之鍍敷液透析管路48內之鍍敷液流量,亦可一面將鍍敷液之游離酸濃度調整在例如60~250g/L之較佳範圍內,一面進行鍍敷處理。
於本例中,根據以游離酸濃度分析裝置62分析之游離酸濃度分析值、及施加於鍍敷液Q之電量之乘算值之至少一方,控制部70是對鍍敷液量調整閥52及水量調整閥58送出訊號,調整鍍敷液量調整閥52及水量調整閥58之開度,以使得使用於鍍敷處理之鍍敷液Q之游離酸濃度成為例如60~250g/L。亦可根據以游離酸濃度分析裝置62分析之游離酸濃度分析值、及施加於鍍敷液Q之電量之乘算值之一方,來控制鍍敷液量調整閥52及水量調整閥58。
又,取代鍍敷液量調整閥52及水量調整閥58,亦可分別使用經由計時器進行開啟.關閉控制之開閉閥來構成鍍敷液量調整機構及水量調整機構,以具有該開閉閥之鍍敷液量調整機構及水量調整機構,來控制流於鍍敷液透析管路48內而供給至透析槽42之鍍敷液Q之流量、及流於供水管路54內而供給至透析槽42之水之流量。
圖6是本發明之其他實施形態之鍍敷裝置之概要圖。本例與圖1所示例之相異點在於,於鍍敷液透析管路48,取代鍍敷液量調整閥52而設置作為鍍敷液量調整機構之開閉閥80及第1管泵82,於供水管路54,取代水量調整閥58而設置作為水量調整機構之開閉閥84及第2管泵86,以控制部70控制作為鍍敷液量調整機構之開閉閥80及第1管泵82,以及作為水量調整機構之開閉閥84及第2管泵86。
若依據本例,藉由於開閉閥80開啟的狀態下,以控制部70控制第1管泵82,可調整流於鍍敷液透析管路48內之鍍敷液流量,於開閉閥84開啟的狀態下,以控制部70控 制第2管泵86,可調整流於供水管路54內之水流量。
圖7是本發明進一步之其他實施形態之鍍敷裝置之概要圖。本例與圖6所示例之相異點在於,鍍敷液供給管44從溢流槽22之底部延伸,以取代將鍍敷液透析管路48之鍍敷液供給管44連接於鍍敷液循環管路32之鍍敷液回送管34。若依據本例,可將流入溢流槽22內而積存之鍍敷液Q之一部分,經由鍍敷液透析管路48供給至透析槽42,以透析槽42去除游離酸後,再送回溢流槽22。
為了確認能去除鍍敷液中之游離酸(甲磺酸),使用AGC Engineering股份有限公司製之DSV(有效膜面積0.0172m2)作為陰離子交換膜,單獨以組入9片陰離子交換膜之透析槽,進行鍍敷液之游離酸去除試驗。鍍敷液對透析槽之供給流量為2.9ml/min,純水對透析槽之供給流量為2.9ml/min。因此,將透析槽之陰離子交換膜之有效膜面積A(m2),除以供給至透析槽之鍍敷液之流量v(L/h)所得之是數a(=A/v)為0.9(a=A/v=0.9),供給至透析槽之水之流量V(L/h)為供給至透析槽之鍍敷液之流量v(L/h)之100%(V/v=1)。
本實驗的結果,透析前游離酸濃度242g/L之鍍敷液,是於透析後成為游離酸濃度45g/L之鍍敷液。藉此可確認能從鍍敷液去除游離酸。然而,透析後之鍍敷液是混濁到不適於鍍敷處理的程度。由此來看,游離酸濃度小於60g/L之鍍敷液不適於鍍敷處理,期望鍍敷液之游離酸濃度為60g/L以上,較宜為80g/L。
接著,使用陰離子交換膜之面積減少的透析槽,亦即使用AGC Engineering股份有限公司製之DSV(有效膜面積0.0172m2)作為陰離子交換膜,單獨以組入5片陰離子交換膜之透析槽,進行鍍敷液之游離酸去除試驗。鍍敷液對透析槽之供給流量為2.9ml/min,純水對透析槽之供給流量為1.7ml/min。因此,將透析槽之陰離子交換膜之有效膜面積A(m2),除以供給至透析槽之鍍敷液之流量v(L/h)所得之是數a(=A/v)為0.45(a=A/v=0.45),供給至透析槽之水之流量V(L/h)為供給至透析槽之鍍敷液之流量v(L/h)之59%(V/v=0.59)。
本實驗的結果,透析前游離酸濃度256g/L之鍍敷液,是於透析後成為游離酸濃度115g/L之鍍敷液。
進而言之,對組入5片陰離子交換膜之透析槽之鍍敷液之供給流量維持在2.9ml/min,純水對透析槽之供給流量從1.7ml/min變更為1.23ml/min,進行鍍敷液之游離酸去除試驗。因此,將透析槽之陰離子交換膜之有效膜面積A(m2),除以供給至透析槽之鍍敷液之流量v(L/h)所得之是數a(=A/v)為0.45(a=A/a=0.45),供給至透析槽之水之流量V(L/h)為供給至透析槽之鍍敷液之流量v(L/h)之42%(V/v=0.42)。
本實驗的結果,透析前游離酸濃度256g/L之鍍敷液,是於透析後成為游離酸濃度150g/L之鍍敷液。藉此,可知因使得供給至透析槽之水流量減少,游離酸之去除效果會減少。
接著,為了調查鍍敷液之游離酸濃度對形成於基板表面之鍍敷膜所造成的影響,進行如下試驗:確認對單槽鍍敷槽(容量28L)之鍍敷液,每1日加施8.7Ah/L之電量,一面以透析槽進行鍍敷液之透析處理(游離酸去除處理),一面於基板表面形成作為凸塊之鍍敷膜時,與不進行鍍敷液之透析處理(游離酸去除處理)而於基板表面形成作為凸塊之鍍敷膜時,隨著電量乘算值之變化(增加)之鍍敷液之游離酸濃度之變化、形成於基板表面之凸塊高度(鍍敷膜之膜厚)在基板整面之均勻性(基板面內均勻性)之變化。
透析槽是組入19片由AGC Engineering股份有限公司製之DSV(有效膜面積0.0172m2)所組成的陰離子交換膜之透析槽。以各個管泵控制鍍敷液流量及水流量,使得於透析槽送入流量9~10ml/min之鍍敷液、及流量6~7ml/min之水。因此,將透析槽之陰離子交換膜之有效膜面積A(m2),除以供給至透析槽之鍍敷液之流量v(L/h)所得之是數a(=A/v)為0.5~0.6(a=A/a=0.5~0.6),供給至透析槽之水之流量V(L/h)為供給至透析槽之鍍敷液之流量v(L/h)之60%~80%(V/v=0.6~0.8)。
於施加於鍍敷液之電量乘算值超過20Ah/L的時點,開始鍍敷液之透析處理,而於中途,由於鍍敷液之游離酸濃度似將超過200g/L,因此於施加於鍍敷液之電量乘算值達到59Ah/L的時點,不對鍍敷槽內之鍍敷液加施電流,進行1日之鍍敷液之透析處理,降低鍍敷液之游離酸濃度。
圖8是表示藉由上述實驗所得之進行與不進行鍍敷液之透析處理的情況下,施加於鍍敷液之電量之乘算值(Ah/L)與游離酸濃度(g/L)之關係。圖9是表示藉由上述實驗所得之進行與不進行鍍敷液之透析處理的情況下,施加於鍍敷液之電量之乘算值(Ah/L)與凸塊高度(鍍敷膜之膜厚)之基板面內均勻性(%)之關係。
從圖8及圖9可知,藉由進行鍍敷液之透析處理(游離酸去除處理),可將鍍敷液之游離酸濃度抑制在200g/L以下,使得基板面內均勻性成為10%以下,但若不進行鍍敷液之透析處理(游離酸去除處理),則隨著施加於鍍敷液之電量乘算值之增加,鍍敷液之游離酸濃度會超過250g/L,基板面內均勻性會超過10%。
在此,基板面內均勻性一般要求在10%以內。從圖8及圖9可知,藉由使鍍敷液之游離酸濃度為250g/L以下,較宜為200g/L以下,更宜為170g/L以下,可將基板面內均勻性抑制在10%以內。由此來看,於前述各鍍敷裝置,將鍍敷液之游離酸濃度控制在250g/L,較宜控制在200g/L以下,更宜控制在170g/L以下,而且如前述,為了防止鍍敷液混濁到不適於鍍敷的程度,鍍敷液之游離酸濃度宜控制在60g/L以上,較宜控制在80g/L以上。
圖10(a)至圖10(f)是模式性地表示藉由上述實驗所得之已進行鍍敷液之透析處理的情況下,施加於鍍敷液之電量之乘算值(Ah/L)之增加與凸塊(鍍敷膜)之剖面形狀之變化。亦即,分別而言,圖10(a)是模式性地表示施加於 鍍敷液之電量之乘算值(Ah/L)為0Ah/L時之凸塊(鍍敷膜)之剖面形狀;圖10(b)是模式性地表示施加於鍍敷液之電量之乘算值(Ah/L)為20Ah/L時之凸塊(鍍敷膜)之剖面形狀;圖10(c)是模式性地表示施加於鍍敷液之電量之乘算值(Ah/L)為40Ah/L時之凸塊(鍍敷膜)之剖面形狀;圖10(d)是模式性地表示施加於鍍敷液之電量之乘算值(Ah/L)為59Ah/L時之凸塊(鍍敷膜)之剖面形狀;圖10(e)是模式性地表示施加於鍍敷液之電量之乘算值(Ah/L)為80Ah/L時之凸塊(鍍敷膜)之剖面形狀;圖10(f)是模式性地表示施加於鍍敷液之電量之乘算值(Ah/L)為130Ah/L時之凸塊(鍍敷膜)之剖面形狀。
從圖10(a)至圖10(f)可知,施加於鍍敷液之電量之乘算值到80Ah/L為止,凸塊(鍍敷膜)之外觀正常。當施加於鍍敷液之電量之乘算值達到130Ah/L時,引起結晶粒粗大化,由於此是顯現於凸塊(鍍敷膜)之外觀,據判凸塊(鍍敷膜)之表面因此些許粗糙。
圖11(a)至圖11(d)是模式性地表示藉由上述實驗所得之不進行鍍敷液之透析處理的情況下,施加於鍍敷液之電量之乘算值(Ah/L)之增加與凸塊(鍍敷膜)之剖面形狀之變化。亦即,分別而言,圖11(a)是模式性地表示施加於鍍敷液之電量之乘算值(Ah/L)為0Ah/L時之凸塊(鍍敷膜)之剖面形狀;圖11(b)是模式性地表示施加於鍍敷液之電量之乘算值(Ah/L)為19Ah/L時之凸塊(鍍敷膜)之剖面形狀;圖11(c)是模式性地表示施加於鍍敷液之電量之乘算值(Ah/L)為59Ah/L時之凸塊(鍍敷膜)之剖面形狀;圖11(d)是模式性 地表示施加於鍍敷液之電量之乘算值(Ah/L)為100Ah/L時之凸塊(鍍敷膜)之剖面形狀。
從圖11(a)至圖11(d)可知,當施加於鍍敷液之電量之乘算值達到59Ah/L時,凸塊(鍍敷膜)之表面粗糙,當施加於鍍敷液之電量之乘算值達到100Ah/L時,凸塊(鍍敷膜)之表面相當粗糙。如此,據判凸塊(鍍敷膜)之表面粗糙是由於隨著游離酸濃度增加,膜中之Ag降低所致。
圖12是表示以組入19片上述陰離子交換膜之透析槽進行鍍敷液之透析處理(游離酸去除處理)的情況下,將進行鍍敷處理時之陰離子交換膜之有效膜面積A(m2),除以供給至透析槽之鍍敷液之流量v(L/h)所得之是數a(=A/v)、與游離酸去除率(%)之關係之線圖。此時供給至透析槽之水之流量為6.3ml/min。
從該圖12可知,藉由將前述是數a(=A/v)控制為0.3~0.7,可使游離酸去除率成為約30~65%之適當值。此亦同樣適用於前述各鍍敷裝置,如前述,藉由調整鍍敷液量調整閥52之開度,以使得將透析槽42之陰離子交換膜40之有效膜面積A(m2),除以經由鍍敷液透析管路48供給至透析槽42之鍍敷液之流量v(L/h)所得之是數a(=A/v)成為0.3~0.7(a=0.3~0.7),可使游離酸去除率成為約30~65%之適當值。
圖13及圖14是表示使用組入19片上述陰離子交換膜之透析槽進行了鍍敷液之透析處理(游離酸去除處理)的情況下,供給至透析槽之水之流量V(L/h)與供給至透析 槽之鍍敷液之流量v(L/h)之比(V/v)、與游離酸去除率之關係之線圖。圖13是表示供給至透析槽之水之流量設為一定之6.3ml/min,令供給至透析槽之鍍敷液之流量變化。圖14是表示供給至透析槽之鍍敷液流量設為一定之10.3ml/min,令供給至透析槽之水之流量變化。
從圖13及圖14可知,藉由將前述比(=V/v)控制為0.3~1,可使游離酸去除率成為約30~65%之適當值。此亦同樣適用於前述各鍍敷裝置,如前述,藉由調整水量調整閥58之開度,以使得經由供水管路54供給至透析槽42內之水之流量V(L/h),成為經由鍍敷液透析管路48供給至透析槽42內之鍍敷液之流量v(L/h)之30%~100%(V/v=0.3~1),可使游離酸去除率成為約30~65%之適當值。
到目前說明了有關本發明之一實施形態,但本發明不限定於上述實施形態,無須贅述亦可於該技術思想之範圍內,以各種不同形態來實施。
10‧‧‧鍍敷槽
12‧‧‧不溶性陽極
14‧‧‧陽極架
16‧‧‧基板架
18‧‧‧鍍敷電源
20‧‧‧內槽
22‧‧‧溢流槽
24‧‧‧泵
26‧‧‧熱交換器
28‧‧‧過濾器
30、50、56‧‧‧流量計
32‧‧‧鍍敷液循環管路
34‧‧‧鍍敷液回送管
36‧‧‧調整板
36a‧‧‧中央孔
38‧‧‧攪拌槳
40‧‧‧陰離子交換膜
44‧‧‧鍍敷液供給管
46‧‧‧鍍敷液排出管
48‧‧‧鍍敷液透析管路
52‧‧‧鍍敷液量調整閥
54‧‧‧供水管路
58‧‧‧水量調整閥
60‧‧‧排液管路
62‧‧‧游離酸濃度分析裝置
64‧‧‧鍍敷液分析管路
66‧‧‧鍍敷液抽出管
68‧‧‧抽出液排出管
69‧‧‧補給液供給管路
70‧‧‧控制部
Q‧‧‧鍍敷液
W‧‧‧基板

Claims (18)

  1. 一種鍍敷裝置,是於基板表面,將Sn合金鍍敷膜予以成膜,其特徵在於具有:鍍敷槽,其是於內部所保持的鍍敷液中,令不溶性陽極與基板相對向而浸漬;鍍敷液透析管路,其是抽出前述鍍敷槽內之鍍敷液,再送回鍍敷槽;透析槽,其設置於前述鍍敷液透析管路內,藉由利用了陰離子交換膜之透析,從鍍敷液去除游離酸;游離酸濃度分析裝置,其是測定前述鍍敷液中之游離酸濃度;及控制部,其是根據藉由前述游離酸濃度分析裝置測定之游離酸濃度,來控制流於前述鍍敷液透析管路內之鍍敷液流量。
  2. 如申請專利範圍第1項之鍍敷裝置,其中包含有鍍敷液循環管路,其是於鍍敷處理中,抽出前述鍍敷槽內之鍍敷液再送回鍍敷槽,使其循環;前述鍍敷液透析管路是連接於前述鍍敷液循環管路。
  3. 如申請專利範圍第1項之鍍敷裝置,其中前述控制部是控制流於前述鍍敷液透析管路內之鍍敷液流量,以使鍍敷液之游離酸濃度成為60~250g/L。
  4. 如申請專利範圍第1項之鍍敷裝置,其中將位於前述鍍 敷槽與前述透析槽之間之鍍敷液量調整機構,設於前述鍍敷液透析管路;前述控制部是控制前述鍍敷液量調整機構,以使前述透析槽之陰離子交換膜之採單位m2所示之有效膜面積,除以採單位L/h所示之鍍敷液流量所得之是數成為0.3~0.7。
  5. 如申請專利範圍第4項之鍍敷裝置,其中於前述透析槽,連接有內部設置水量調整機構之供水管路;前述控制部是控制前述水量調整機構,以使經由前述供水管路供給至前述透析槽內之水之流量,成為經由前述鍍敷液透析管路供給至前述透析槽內之鍍敷液之流量之30%~100%。
  6. 一種鍍敷裝置,是於基板表面,將Sn合金鍍敷膜予以成膜,其特徵在於具有:鍍敷槽,其是於內部所保持的鍍敷液中,令不溶性陽極與基板相對向而浸漬;鍍敷液透析管路,其是抽出前述鍍敷槽內之鍍敷液,再送回鍍敷槽;透析槽,其設置於前述鍍敷液透析管路內,藉由利用了陰離子交換膜之透析,從鍍敷液去除游離酸;及控制部,其是根據施加於前述鍍敷槽內之鍍敷液之電量之乘算值,來控制流於前述鍍敷液透析管路內之鍍敷液流量。
  7. 如申請專利範圍第6項之鍍敷裝置,其中包含有鍍敷液循環管路,其是於鍍敷處理中,抽出前述鍍敷槽內之鍍 敷液再送回鍍敷槽,使其循環;前述鍍敷液透析管路是連接於前述鍍敷液循環管路。
  8. 如申請專利範圍第6項之鍍敷裝置,其中前述控制部是控制流於前述鍍敷液透析管路內之鍍敷液流量,以使鍍敷液之游離酸濃度成為60~250g/L。
  9. 如申請專利範圍第6項之鍍敷裝置,其中將位於前述鍍敷槽與前述透析槽之間之鍍敷液量調整機構,設於前述鍍敷液透析管路;前述控制部是控制前述鍍敷液量調整機構,以使前述透析槽之陰離子交換膜之採單位m2所示之有效膜面積,除以採單位L/h所示之鍍敷液流量所得之是數成為0.3~0.7。
  10. 如申請專利範圍第9項之鍍敷裝置,其中於前述透析槽,連接有內部設置水量調整機構之供水管路;前述控制部是控制前述水量調整機構,以使經由前述供水管路供給至前述透析槽內之水之流量,成為經由前述鍍敷液透析管路供給至前述透析槽內之鍍敷液之流量之30%~100%。
  11. 一種鍍敷液管理方法,其特徵在於:於鍍敷液中相對向而浸漬之不溶性陽極與基板表面之間施加電壓,於該表面形成由Sn合金所組成的鍍敷膜;以游離酸濃度分析裝置,測定前述鍍敷槽內之鍍敷液中之游離酸濃度;經由鍍敷液透析管路抽出前述鍍敷槽內之鍍敷 液,再將該鍍敷液送回前述鍍敷槽;一面根據以前述游離酸濃度分析裝置測定之游離酸濃度,來控制流於前述鍍敷液透析管路內之鍍敷液流量,一面藉由包含有陰離子交換膜之透析槽,從流於前述鍍敷液透析管路內之鍍敷液去除游離酸。
  12. 如申請專利範圍第11項之鍍敷液管理方法,其是控制流於前述鍍敷液透析管路內之鍍敷液流量,以使鍍敷液之游離酸濃度成為60~250g/L。
  13. 如申請專利範圍第11項之鍍敷液管理方法,其是將位於前述鍍敷槽與前述透析槽之間之鍍敷液量調整機構,設於前述鍍敷液透析管路,並控制前述鍍敷液量調整機構,以使前述透析槽之陰離子交換膜之採單位m2所示之有效膜面積,除以採單位L/h所示之鍍敷液流量所得之是數成為0.3~0.7。
  14. 如申請專利範圍第13項之鍍敷液管理方法,其是於前述透析槽,連接有內部設置水量調整機構之供水管路,並控制前述水量調整機構,以使經由前述供水管路供給至前述透析槽內之水之流量,成為經由前述鍍敷液透析管路供給至前述透析槽內之鍍敷液之流量之30%~100%。
  15. 一種鍍敷液管理方法,其特徵在於:於鍍敷液中相對向而浸漬之不溶性陽極與基板表面之間施加電壓,於該表面形成由Sn合金所組成的鍍敷膜;經由鍍敷液透析管路抽出前述鍍敷槽內之鍍敷液,再將該鍍敷液送回前述鍍敷槽; 一面根據施加於前述鍍敷槽內之鍍敷液之電量之乘算值,來控制流於前述鍍敷液透析管路內之鍍敷液流量,一面藉由包含有陰離子交換膜之透析槽,從流於前述鍍敷液透析管路內之鍍敷液去除游離酸。
  16. 如申請專利範圍第15項之鍍敷液管理方法,其是控制流於前述鍍敷液透析管內之鍍敷液流量,以使鍍敷液之游離酸濃度成為60~250g/L。
  17. 如申請專利範圍第15項之鍍敷液管理方法,其是將位於前述鍍敷槽與前述透析槽之間之鍍敷液量調整機構,設於前述鍍敷液透析管路,並控制前述鍍敷液量調整機構,以使前述透析槽之陰離子交換膜之採單位m2所示之有效膜面積,除以採單位L/h所示之鍍敷液流量所得之是數成為0.3~0.7。
  18. 如申請專利範圍第17項之鍍敷液管理方法,其是於前述透析槽,連接有內部設置水量調整機構之供水管路,並控制前述水量調整機構,以使經由前述供水管路供給至前述透析槽內之水之流量,成為經由前述鍍敷液透析管路供給至前述透析槽內之鍍敷液之流量之30%~100%。
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