JP2021075743A - 電解銅めっき方法、及び、ダミー材の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電解銅めっき工程で使用されたダミー材を有効に再利用する。【解決手段】電解銅めっき工程Ｓ４のめっき槽２０にはめっき液２１が貯められている。めっき治具１０はラック１１とアーム１２で構成され、めっき対象基板１と、ダミー材４０としてのチタン製又はステンレス製の板材とが取り付けられている。めっき治具１０はめっき液２１が貯められているめっき槽２０の内側に配置される。直流電源１４の陽極側には銅製の電極１３が、陰極側にめっき治具１０が接続される。【選択図】図９

Description

本発明は、電解銅めっき方法、及びこの方法で用いられたダミー材の処理方法に関する。

樹脂板の表面に銅箔を積層した銅張積層板は、電解銅めっき工程を経てプリント配線板の材料となる。電解銅めっき工程では、硫酸銅が溶解しためっき液内にリンを含んだ銅を陽極として配置し、銅張積層板を陰極として配置し、電流を流すことで陰極側に銅を析出させ表面をめっきする。この時、陰極側の銅張積層板の枚数や面積が変化すると、電流密度が変化し、めっきの厚さが不均一となる。更に、めっき液槽内の電流密度は槽の端部で高くなるため、陰極側に流れる電流の大きさが部位によって異なり、その結果、めっきの厚さが不均一となる。
そこで、従来より、陰極側の電流密度が均一にすべく、ダミー材をめっき対象基板と共にめっき液内に投入することが行われている。ダミー材は電導性を有し、一般的には銅張積層板が用いられている。ダミー材にもめっき対象基板と同様に電解銅めっきが施されるため、めっき対象基板とダミー材を合わせた数量（枚数）が一定となるように、ダミー材を投入することで、めっき対象基板へのめっき条件を均一にして、めっき厚さも均一に保つことができる。ダミー材は複数回の電解銅めっき工程で繰り返し利用され、従来は、めっき厚が厚くなると交換されていた。
なお、特許文献１には、従来技術として、電解銅めっき工程において電流集中の生じる部分に電導性のダミー材を使うことが記載されている。
また、特許文献２には、銅を含む廃棄物の処理方法として、廃棄物を所定のサイズ以下に粉砕する工程と、前記粉砕された廃棄物を銅の溶錬炉で処理する工程とを備えた処理方法が記載されている。

特開平６−２９９３９８号公報 特開２０１５−１２３４１８号公報

特許文献１に記載されるように、電解銅めっき工程でダミー材を用いた場合、銅めっきされたダミー材から、銅とダミー材基材を分離して再利用することが望ましく、この場合、特許文献２に記載された技術を適用することも考えられる。しかし、特許文献２の技術では、廃棄物の樹脂と銅は分離されずに一緒に粉砕され、銅の溶錬炉へ投入される。このため、溶解した銅は再利用できるが、樹脂は燃焼して再利用できないため、ダミー材を完全にリサイクルすることはできない。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、電解銅めっき工程で使用されたダミー材を有効に再利用できるようにすることを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明は、めっき対象基板をめっき液に浸漬させ電流を流す電解めっき工程と、を備える電解銅めっき方法において、前記電解めっき工程において、前記めっき対象基板のめっき条件を一定に保つためのダミー材としてチタン製又はステンレス製の部材を用いることを特徴とする。

また、本発明は、電解銅めっき方法において、銅めっきされたダミー材の処理方法であって、めっき工程で析出した銅をダミー材から剥離させることを特徴とするダミー材の処理方法が提供される。

また、本発明は、電解銅めっき方法において、銅めっきされたダミー材の処理方法であって、ダミー材を酸に浸漬してめっきされた銅を溶解させることを特徴とする。

この場合、前記酸は硫酸であることが好ましい。

以上によれば、ダミー材がチタン製又はステンレス製であり、チタン及びステンレスと銅との付着性は低いため、銅めっきされたダミー材から銅を完全に分離することができるので、ダミー材を再利用することができる。また、上記特許文献２の技術を適用した場合には、樹脂を含むダミー材を焼却することになり、焼却に伴って発生する煙が大気汚染につながるおそれがあるが、本発明によれば、焼却処理を行わないので煙が発生せず、大気汚染の原因となるおそれもなく、環境に配慮した処理方法を提供できる。

また、銅めっきされたダミー材から銅層を剥離させた場合、剥離した銅層も銅板として再利用することができる。
また、銅めっきされたダミー材を硫酸に浸漬させて銅を溶解させた場合、硫酸銅が生成される。硫酸銅は例えばめっき液の材料として有効に再利用することができる。

本発明によれば、電解銅めっき工程で使用されたダミー材を有効に再利用することができる。

プリント基板（リジット基板）銅めっき工程を表すフローチャートである。 めっき治具１０にめっき対象基板１が取り付けられている状態を示す正面図である。 電解銅めっき中のめっき槽２０の側面図である。 電解銅めっき中のめっき槽２０内の電流密度を示す側面図である。 電解銅めっき中のめっき槽２０内における図４のＡ−Ａ断面の電流密度を示す断面図である。 めっき対象基板１の電流密度が高い部分３１を示すめっき治具１０の正面図である。 ダミー材４０の使用例を示すめっき治具１０の正面図である。 ダミー材４０をめっき対象基板１の周辺に配置した状態を示すめっき治具１０の正面図である。 銅めっきされたダミー材４０を示す正面図である。 図９におけるＢ−Ｂ断面図である。 銅めっきされたダミー材４０を硫酸に浸漬している状態を示す正面図である。

先ず、プリント基板（リジット基板）銅めっき工程の概要を説明する。
図１は、プリント基板（リジット基板）銅めっき工程を表すフローチャートである。
同図に示すように、プリント基板（リジット基板）銅めっき工程では、前洗浄工程Ｓ１、触媒付与工程Ｓ２、無電解銅めっき工程Ｓ３、電解銅めっき工程Ｓ４、後洗浄工程Ｓ５がこの順で実行される。

前洗浄工程Ｓ１は、めっき対象基板１を脱脂、水洗する工程である。前記めっき対象基板１の表面の不純物を取り除き、後工程の触媒付与工程Ｓ２で意図した部位に触媒が付与できるようにする工程である。めっき対象基板１は板状の紙やガラス繊維等の基材にエポキシ等の樹脂を含浸させた基板と、基板の表面に銅箔を貼り付けたもので、いわゆる銅張積層板である。めっき対象基板１には穴部２が設けられている。
触媒付与工程Ｓ２は、めっき対象基板１に触媒であるパラジウムを付与させる工程である。パラジウムを下地として、次の無電解銅めっき工程Ｓ３において、めっき対象基板１の穴部２に存在する樹脂部に銅が析出する。
無電解銅めっき工程Ｓ３は、めっき対象基板１を銅イオンを含む無電解銅めっき用のめっき液に浸漬し、化学反応でめっき対象基板１の樹脂部に銅めっきが析出する工程である。触媒付与工程Ｓ２においてめっき対象基板１の樹脂部に付与したパラジウムを触媒として、めっき液中の銅イオンが還元されて、銅がめっき対象基板１の穴部２内面の樹脂部に析出し、これによりめっき対象基板１の表面の銅箔と裏面の銅箔とが電気的に接続される。
電解銅めっき工程Ｓ４は、硫酸銅が溶解されためっき液にめっき対象基板１を浸漬し、めっき液中に配置された銅製の陽極と、めっき対象基板１を陰極として電流を流すことで、めっき対象基板１の表面に銅を析出させる工程である。
後洗浄工程Ｓ５は、めっき対象基板１から前工程で使用した硫酸を洗浄する工程である。

次に、電解銅めっき工程Ｓ４の詳細について図２及び図３を参照して説明する。
図２に示すように、穴部２に銅めっきが生成されためっき対象基板１が、めっき治具１０に取り付けられる。めっき治具１０は、例えば、めっき対象基板１を支えるラック１１と、アーム１２で構成される。ラック１１とアーム１２は電導性の金属（例えばステンレス）で構成され、後述するように、直流電源１４からめっき対象基板１に電流が流れる。

めっき槽２０には、めっき液２１が貯められている。めっき槽２０はその内面が耐酸性を有する材料（例えばＦＲＰ等の樹脂）により覆われた、上面が開口した直方体状の槽である。めっき液２１は硫酸銅を含む溶液であり、めっき条件調整のための添加剤も含まれる。めっき槽２０には銅製の電極１３が、その下端がめっき槽２０の底面に接触せず、上端がめっき液２１の液面よりも上に位置するように配置されている。電極１３は棒状や板状に形成され、めっき槽２０の側壁面と平行となるように配置されるのが好ましい。電極１３は直流電源１４の陽極端子に接続されている。

めっき治具１０は、図示しない自動搬送装置によってめっき槽２０の内部に電極１３と略平行となるように配置される。めっき治具１０は直流電源１４の陰極端子に接続される。直流電源１４をオンすると、直流電源１４の陽極端子→電極１３→めっき液２１→めっき対象基板１→ラック１１→アーム１２という経路で電流が流れる。この時、陰極側のめっき対象基板１の表面において、めっき液２１内の銅イオンへと電子が受け渡されることで、銅が析出し銅めっき層３０を形成する。一方、電極１３の表面では、銅分子から電子が離されて銅イオンがめっき液２１内に溶解する。

例えば図２で示しためっき治具１０にはめっき対象基板１を４枚取り付けることが可能であるが、生産数の都合等で３枚だけ取り付ける場合もある。この場合、陰極側に接続するめっき対象基板１の面積が減少してしまうため、めっき槽２０内の電流密度が変化し、めっき対象基板１に析出する銅めっき層３０の厚さも変化してしまう。ダミー材４０は、このようなめっき厚さの変化を抑制すべく、図７に示すように、めっき対象基板１が取り付けられていない箇所に配置して減少した面積を補うために用いられる。

ダミー材４０にはめっき対象基板１と同じ材料の銅張積層板が用いられるので、図７に示すようにダミー材４０を配置することで、めっき治具１０にめっき対象基板１が４枚取り付けられている時と同じ電流密度で電解銅めっきを実施することができ、これにより、めっき厚さを一定に保つことができる。

図４は、図３に示す電解銅めっきが行われている状態において、めっき槽２０の内部における電流密度を矢印の密度で表した側面図である。また、図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。例えば図４における直流電源１４の陽極端子に接続された電極１３の下端部を始点とする電流線は、最短距離を通って直流電源１４の陰極端子に接続されためっき対象基板１の下端部へと収束する。同様に、図５における電極１３の左右端部を始点とする電流線は、めっき対象基板１の左右端部へと収束する。それゆえ、図６にハッチングで示すめっき対象基板１の端部は中心部と比較して電流密度が高い。電解めっきにおいて、めっきの厚さと電流密度の高さは比例することが知られている。それゆえ、電流密度が高いめっき対象基板１の端部はめっき厚さが厚くなる。

そこで、図６で示した電流密度が高い部位３１に該当する部分へダミー材４０を配置することで、めっき対象基板１のめっき厚さを均一化することができる。図８に、ダミー材４０専用の取付部位を有するめっき治具１０の一例を示す。めっき対象基板１を電流密度が均一となる部位に配置することができ、めっきの厚さを均一にすることができる。

めっき対象基板１に目標の銅めっき厚さが生成されると、めっき治具１０は図示しない自動搬送装置によって、めっき槽２０から引き揚げられる。その後、後洗浄工程Ｓ５を経て、めっき対象基板１及びダミー材４０はめっき治具１０から取り外される。

ダミー材４０は繰り返し電解銅めっき工程Ｓ４へ投入することが可能である。ただし、ダミー材４０は電解銅めっき工程Ｓ４へ投入される毎に、表面にめっきされる銅が厚くなり、それに伴ってダミー材４０の重量が増大する。そして、めっき治具１０で支持できる重量には限界があるため、一定以上の重量に達するとダミー材４０を交換する必要がある。本発明は、ダミー材４０を有効に再利用する点に特徴を有しているが、この点について以下詳細に説明する。

本発明では、ダミー材４０として、チタン製又はステンレス製の部材（本実施形態では板材）を用いている。チタン又はステンレスは導電体であるため、従来の銅張積層板と同じ使用方法で、めっき槽２０内の電流密度を調整することが可能である。また、ダミー材４０の形状を従来使用していた銅張積層板と同じ形状とすることで、めっき治具１０をそのまま使用してダミー材４０を支持することが可能である。

ダミー材４０としてチタン製又はステンレス製の板材を用いた場合にも、繰り返し電解銅めっき工程Ｓ４で使用されることで表面にめっきされる銅が厚くなり、それに伴って、ダミー材４０の重量が増大するため、一定以上の重量に達するとダミー材４０を交換する必要がある。

図９は、銅めっきされたダミー材４０の正面図であり、図１０は図９のＢ−Ｂ断面図である。銅めっきされたダミー材４０から、銅を分離する場合、ダミー材４０の外周縁に沿った切断線（図９及び図１０に点線Ｐ〜Ｓで示す）で切断する。ダミー材４０を構成するチタンやステンレスは、銅めっきの付着強度が小さいので、ダミー材４０の端面部の銅層を切断するだけで、銅層とチタン板又はステンレス板とを簡単に引き剥がして、銅層とチタン板又はステンレス板とを完全に分離することができる。分離した銅層と、チタン板又はステンレス板は、銅材及びチタン材又はステンレス材として有効に再利用することができる。また、この時得られる銅は純度が高く、高価値材料として市場に流通させることができる。
また、上記した切断を行う際、ダミー材４０（チタン製又はステンレス製の板材部分）を切削しないようにすることで、ダミー材４０の寸法を減少させることなく再利用することが可能である。
なお、上記の例では、銅めっきされたダミー材４０の４辺を切断するものとしたが、これに限らず、例えば３辺を切断して、切断していない辺で銅層を折り返すことによりダミー材４０と銅層３０を分離してもよい。

〔変形例〕
図１１に示すように、銅層でめっきされたダミー材４０を酸（同図の例では硫酸）に浸漬している状態を示す。このように、交換したダミー材４０を酸に浸漬させることで、銅層を酸に溶解して、チタン板又はステンレス板を分離してもよい。この場合、ダミー材４０が、酸に溶解しないように、ダミー材４０として耐酸性が高いチタン製の板材を用いることが好ましい。

また、上記の酸として硫酸を用いると、銅が硫酸に溶解することで硫酸銅が生成される。生成された硫酸銅は例えばめっき液２１の材料として有効に再利用することができる。

更に、以上の実施例及び変形例の何れも、ダミー材４０を再生する際に焼却処理を行わず、焼却に伴う煙が発生しないため、大気汚染の原因となることがなく、環境に配慮した方法である。

１ めっき対象基板
２１ めっき液
３０ 銅めっき層
４０ ダミー材

Claims (4)

1. めっき対象基板をめっき液に浸漬させ電流を流す電解めっき工程と、を備える電解銅めっき方法において、
   前記電解めっき工程において、前記めっき対象基板のめっき条件を一定に保つためのダミー材としてチタン製又はステンレス製の部材を用いる、
   ことを特徴とする電解銅めっき方法。
2. 請求項１に記載の電解銅めっき方法において、銅めっきされた前記ダミー材の処理方法であって、
   前記めっき工程で析出した銅を前記ダミー材から剥離させることを特徴とするダミー材の処理方法。
3. 請求項１に記載の電解銅めっき方法において、銅めっきされた前記ダミー材の処理方法であって、
   前記ダミー材を酸に浸漬してめっきされた銅を溶解させることを特徴とするダミー材の処理方法。
4. 請求項３に記載のダミー材の処理方法であって、前記酸は硫酸であることを特徴とするダミー材の処理方法。

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