JP4687876B2 - Jet plating equipment - Google Patents
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Description
本発明は、プリント回路配線基板等の被めっき物に電解めっきを施すめっき装置に係り、特に、めっきを施す際に、被めっき物のフェースダウンの片面(下面)を電解めっきするのに適した噴流めっき装置に関するものである。 The present invention relates to a plating apparatus for performing electroplating on an object to be plated such as a printed circuit wiring board, and particularly suitable for electroplating one side (lower surface) of the face down of the object to be plated when performing plating. The present invention relates to a jet plating apparatus.
プリント回路配線基板あるいは半導体ウェハ等における回路配線用の導体部にめっきを施す場合、前記導体部を下向きにして電解めっきするフェースダウン方式による噴流めっき装置が知られている。 2. Description of the Related Art A face-down type jet plating apparatus that performs electroplating with a conductor portion facing downward when plating on a conductor portion for circuit wiring on a printed circuit wiring board or a semiconductor wafer is known.
この噴流めっき装置は、上方に開口し内部にめっき液を保持するめっき槽と、被めっき基板を着脱自在に下向きに保持して該被めっき基板を前記めっき槽の上部開口部を塞ぐ位置に配置する基板保持部とを有している。前記めっき槽の内部にはめっき液中に浸漬されてアノード(陽極)電極体となる平板状のアノード板が配置され、前記基板の導体部がカソード(陰極)電極体側となるようになっている。前記アノード板は、多孔質材料又は網目を有する材料で構成されている。 This jet plating apparatus has a plating tank that opens upward and holds a plating solution inside, and a substrate to be plated that is detachably held downward and is placed at a position that closes the upper opening of the plating tank. And a substrate holding part. A flat anode plate that is immersed in a plating solution to become an anode (anode) electrode body is disposed inside the plating tank, and the conductor portion of the substrate is on the cathode (cathode) electrode body side. . The anode plate is made of a porous material or a material having a mesh.
前記めっき槽の底部中央には、上方に向けためっき液の噴流を形成するめっき液噴射管が接続され、めっき槽の外側には、めっき液受けが配置されている。 A plating solution injection pipe that forms a jet of a plating solution directed upward is connected to the center of the bottom of the plating vessel, and a plating solution receiver is disposed outside the plating vessel.
そして、前記めっき槽の上部に被めっき基板を前記基板保持部で下向きに保持して配置し、アノード板と被めっき基板(カソード電極体側)の間に所定の電圧を印加しつつ、被めっき基板の下面(被めっき面)に垂直にめっき液の噴流を当てることで、アノード板と基板の間にめっき電流を流して、基板の下面にめっき膜を形成するようにしている。この時、めっき槽からオーバーフローしためっき液は、めっき液受けで回収される。 Then, the substrate to be plated is disposed on the upper part of the plating tank while being held downward by the substrate holder, and a predetermined voltage is applied between the anode plate and the substrate to be plated (cathode electrode body side). By applying a jet of the plating solution perpendicularly to the lower surface (surface to be plated), a plating current is passed between the anode plate and the substrate to form a plating film on the lower surface of the substrate. At this time, the plating solution overflowed from the plating tank is collected by the plating solution receiver.
上述のフェースダウン方式の噴流めっき装置においては、回路配線用の導体部を有する被めっき基板の品種切換によりカソード接続電極体パターン(基板下面への接触面パターン)が変わる場合、カソード接続電極体及びこれを保持する保持構造部全体を交換する必要が生じてしまう。このため、被めっき物の品種切換毎に、これに対応したカソード接続電極体及び保持構造部を準備する必要がある。さらにアノード板もめっき液にイオンを供給すると、アノード板の材料が侵食され、これも定期的に交換する必要があり、然も、保持構造部全体を交換する煩雑な作業を余儀なくされるという費用面、製造リードタイム面での欠陥が生じる。さらに、カソード接続電極体へめっき膜が形成されたり、めっき液の気泡により被めっき面のめっきが不均一(あるいはめっき無し不良)になったりする等の問題が存在している。 In the above-described face-down type jet plating apparatus, when the cathode connection electrode pattern (contact surface pattern to the lower surface of the substrate) is changed by changing the type of the substrate to be plated having the conductor portion for circuit wiring, It will be necessary to exchange the whole holding | maintenance structure part holding this. For this reason, it is necessary to prepare a cathode connection electrode body and a holding structure corresponding to each product type change of the object to be plated. In addition, if the anode plate also supplies ions to the plating solution, the material of the anode plate is eroded, and this also needs to be replaced periodically. However, the cost of complicating the complicated work of replacing the entire holding structure is required. Surface and production lead time defects occur. Furthermore, there are problems such as formation of a plating film on the cathode connection electrode body and uneven plating (or defective plating) due to air bubbles in the plating solution.
この種の噴流めっき装置の公知文献としては、下記特許文献1乃至6がある。 Known documents of this type of jet plating apparatus include the following Patent Documents 1 to 6.
特許文献1は上方を開放した処理槽の上部に半導体ウェハをその被処理面を下にして保持し、カソード側の半導体ウェハの被処理面に処理液を噴流させながらアノードとの間に電流を流して半導体ウェハにめっき、化成等の処理を施す半導体製造装置において、半導体ウェハへ向かって処理液を下方から上方へ流す主流路とは別に、処理液流通方向上流側において前記主流路から分流し、その分流した流路の下流端が半導体ウェハの存在しない外部空間に開放した副流路を設け、当該副流路内にアノードを配置してなる噴流めっき装置を備えた半導体製造装置に係る。 In Patent Document 1, a semiconductor wafer is held on the upper surface of a processing tank whose upper side is opened, and the current is passed between the anode and the anode while the processing liquid is jetted onto the processing surface of the semiconductor wafer on the cathode side. In a semiconductor manufacturing apparatus that performs processing such as plating and chemical conversion on a semiconductor wafer by flowing it, the processing liquid is separated from the main flow path upstream in the flow direction of the processing liquid separately from the main flow path that flows the processing liquid from the bottom toward the semiconductor wafer. The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus provided with a jet plating apparatus in which a sub-flow path is provided in an external space where the downstream end of the flow-divided flow path is not present in a semiconductor wafer and an anode is disposed in the sub-flow path.
特許文献2はめっき液を保持する円筒状のめっき槽と、該めっき槽の外部から供給されるめっき液により上方に向けためっき液の噴流を形成するめっき液噴射部と、基板を着脱自在に保持して該基板下面のめっき面がめっき液の噴流と接触するように水平に配置する基板保持部と、該基板保持部を回転及び昇降させる回転機構及び昇降機構を備えた駆動部とを具備し、該昇降機構により基板保持部を下降させた位置において該基板下面のめっき面にめっきを施すことを可能とし、該昇降機構により基板保持部を上昇させた位置において該基板保持部へ基板を取付けまたは該基板保持部から基板を取出すことを可能とした噴流めっき装置に係る。 Patent Document 2 discloses a cylindrical plating tank for holding a plating solution, a plating solution injection unit for forming a plating solution jet directed upward by a plating solution supplied from the outside of the plating vessel, and a detachable substrate. A substrate holding portion that is held and horizontally disposed so that the plating surface of the lower surface of the substrate is in contact with the jet of the plating solution, a rotation mechanism that rotates and lifts the substrate holding portion, and a drive portion that includes a lifting mechanism. Then, it is possible to plate the plating surface on the lower surface of the substrate at a position where the substrate holding portion is lowered by the lifting mechanism, and the substrate is moved to the substrate holding portion at a position where the substrate holding portion is raised by the lifting mechanism. The present invention relates to a jet plating apparatus capable of mounting or removing a substrate from the substrate holding portion.
特許文献3は被めっき基板のめっきを施すめっき面外周に当接するリング状のシール部材を具備し、該被めっき基板のめっき面を露出させ、且つ該めっき面を下に向けて保持する基板保持具を具備し、めっき液の充満しためっき槽内で基板保持具に保持された被めっき基板の下方から該被めっき基板のめっき面に達するめっき液噴流を生成しながらめっきを行うめっき装置において、基板保持具の下端部に被めっき基板のめっき面に残留する気泡を該基板保持具の外側に逃がす通気孔を設けた噴流めっき装置に係る。 Patent Document 3 includes a ring-shaped sealing member that abuts on the outer periphery of a plating surface on which a substrate to be plated is plated, and exposes the plating surface of the substrate to be plated and holds the plating surface downward. A plating apparatus for performing plating while generating a plating solution jet reaching the plating surface of the substrate to be plated from below the substrate to be plated held in the substrate holder in the plating tank filled with the plating solution. The present invention relates to a jet plating apparatus in which an air hole for allowing bubbles remaining on a plating surface of a substrate to be plated to escape to the outside of the substrate holder is provided at a lower end portion of the substrate holder.
特許文献4は噴流式の電気めっきにおいて、被めっき基板よりも大きい横断面の筒状体の一方の端面を被めっき基板保持部材で閉塞し、他方の端面をめっき液流入口とした電気めっきセルを用いるが、基板保持部材の代わりに参照用基板を用いて噴流式の電気めっきを行ってめっき膜厚がピークとなる環状領域の内側の膜厚均一領域を見いだしておき、以後その膜厚均一領域に対応させて前記被めっき基板を配置するめっき方法に係る。これにより、めっき膜厚の均一性を向上させると述べている。 Patent Document 4 discloses an electroplating cell in jet type electroplating in which one end face of a cylindrical body having a cross section larger than that of a substrate to be plated is closed with a substrate holding member to be plated and the other end face is used as a plating solution inlet. However, jet-type electroplating is performed using a reference substrate instead of the substrate holding member to find a uniform film thickness region inside the annular region where the plating film thickness reaches a peak, and thereafter the uniform film thickness is obtained. The present invention relates to a plating method in which the substrate to be plated is arranged corresponding to a region. This states that the uniformity of the plating film thickness is improved.
特許文献5は多孔ノズルを用いた噴流めっき装置であり、多数の噴流口を有する多孔ノズルは内部にアノードとなる銅電極が配置されており、めっき液流量、被めっき面の電流密度に配慮することで、めっき液に添加剤を用いることなく、均一なめっき形成を可能にすると述べている。
特許文献6はめっき槽で被めっき基板のめっき面にめっき液を接触させて金属めっきを施すめっき装置において、被めっき基板を回転させながら保持できる回転式基板保持機構、これに対向してめっき液の噴流を発生する多孔ノズル、多孔ノズル背後の扁平陽極槽(めっき液導入室)及び前記多孔ノズルにおけるノズル穴形状によってめっき液の圧力の上昇及び下降を可能とする方法が記載されている。 Patent Document 6 discloses a rotating substrate holding mechanism that can hold a substrate to be plated while rotating in a plating apparatus that performs metal plating by bringing a plating solution into contact with a plating surface of a substrate to be plated in a plating tank, and a plating solution facing this. And a method of enabling the pressure of the plating solution to be raised and lowered by the shape of the nozzle hole in the porous nozzle and the flat anode tank (plating solution introduction chamber) behind the porous nozzle and the porous nozzle.
ところで、特許文献1乃至6において共通する問題は、被めっき物の品種切換によりアノード電極体が変わる場合、アノード電極体を交換する必要があるが、交換作業性を良好にするための対策は開示されていない。 By the way, a problem common to Patent Documents 1 to 6 is that when the anode electrode body changes due to the change of the type of the object to be plated, it is necessary to replace the anode electrode body, but measures for improving the replacement workability are disclosed. It has not been.
更に、特許文献2及び特許文献3においては、めっき作業の過程で発生する気泡を通気
孔を通してめっき槽の外側に逃がすという手段が設けられているが、積極的な消泡手段が
設けられていない。このため、被めっき基板面に残留する気泡の影響により、被めっき面
全体でめっきが不均一になるという品質面での欠陥が生じる問題がある。
Furthermore, in Patent Document 2 and Patent Document 3, there is provided means for allowing bubbles generated during the plating process to escape to the outside of the plating tank through the vent hole, but no positive defoaming means is provided. . For this reason, there is a problem in that a defect in quality occurs in that plating is not uniform over the entire surface to be plated due to the influence of bubbles remaining on the surface of the substrate to be plated.
また、特許文献4においては、めっきの膜厚分布を均一化するために、被めっき基板を膜厚均一領域に設定するという方法が開示されているが、めっきの膜厚がピークとなる環状領域を避けて被めっき基板を配置するため、装置が大型化するという問題がある。 Further, Patent Document 4 discloses a method of setting a substrate to be plated in a uniform film thickness region in order to make the plating film thickness distribution uniform, but an annular region in which the plating film thickness reaches a peak. Therefore, there is a problem that the apparatus is increased in size because the substrate to be plated is arranged avoiding the above.
また、特許文献1乃至6において共通する問題は、被めっき物は基板のビアホールで、その目的がビアホール充填の場合、小径かつ多数のビアホールに如何に高速に安定して均質な柱状導体を形成するかという点については開示されていない。 Further, the common problem in Patent Documents 1 to 6 is that when the object to be plated is a via hole of a substrate, and the purpose is to fill the via hole, a uniform columnar conductor can be stably formed at a high speed in a small number of via holes. This is not disclosed.
本発明の第1の目的は、多層基板等のビアホールをめっきで充填する場合、高速に安定して均質な充填を行うことができる噴流めっき装置を提供することにある。 A first object of the present invention is to provide a jet plating apparatus capable of performing uniform filling stably at high speed when filling a via hole such as a multilayer substrate by plating.
本発明の第2の目的は、アノード電極体及びその周辺部機構を改善することにより、交換頻度の多いアノード電極体の交換作業の簡素化を図り、製造リードタイム面で優れた噴流めっき装置を提供することにある。 The second object of the present invention is to improve the anode electrode body and its peripheral mechanism, thereby simplifying the replacement work of the anode electrode body that is frequently replaced, and providing a jet plating apparatus that is excellent in terms of manufacturing lead time. It is to provide.
本発明の第3の目的は、めっき液中に残留する気泡を効果的、効率的に消泡し、被めっき面全体のめっき膜厚の均一化を図り、品質面及び製造原価面で優れた噴流めっき装置を提供することにある。 The third object of the present invention is to effectively and efficiently eliminate bubbles remaining in the plating solution, to achieve uniform plating film thickness on the entire surface to be plated, and is excellent in terms of quality and manufacturing cost. It is to provide a jet plating apparatus.
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。 Other objects and novel features of the present invention will be clarified in embodiments described later.
上記目的を達成するために、第1の発明は、めっき液の噴流を発生させる噴流めっき槽の開口側に、被めっき基板の導体部を下向きとして配置し、前記導体部にめっき液を噴流させながら前記導体部をカソード電極体として、前記カソード電極体とアノード電極体に電流を付与してめっきする噴流めっき装置であって、
前記アノード電極体は、前記被めっき基板に対向する側がノズル穴を設けた平面であって、めっき液を噴出する噴流ノズルを兼ね、
前記被めっき基板は100mm×100mm乃至250mm×250mmのサイズであって、
前記噴流ノズルと前記被めっき基板とで15mm〜25mmの距離で挟まれためっき液室と、めっき液を前記めっき液室から槽外へ排出する排出流路とを有し、前記排出流路の入口側の断面積が出口側の断面積より広く、
前記めっき液室内の液圧を上昇させるために、前記排出流路の出口側の最も狭い所の断面積の総和と、前記噴流ノズルのノズル穴の開口面積の総和とを比較したとき、前記出口側の最も狭い所の断面積の総和の方が小さく、前記ノズル穴の開口面積の総和に対する、前記出口側の最も狭い所の断面積の総和の比が0.3〜0.9であることを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, a conductor portion of a substrate to be plated is disposed on the opening side of a jet plating tank that generates a jet of plating solution, and the plating solution is jetted into the conductor portion. While the conductor portion is a cathode electrode body, a jet plating apparatus for plating by applying a current to the cathode electrode body and the anode electrode body,
The anode electrode body is a plane provided with nozzle holes on the side facing the substrate to be plated, and also serves as a jet nozzle that ejects a plating solution,
The substrate to be plated has a size of 100 mm × 100 mm to 250 mm × 250 mm,
A plating solution chamber sandwiched between the jet nozzle and the substrate to be plated at a distance of 15 mm to 25 mm; and a discharge channel for discharging the plating solution from the plating solution chamber to the outside of the tank . The cross-sectional area on the inlet side is wider than the cross-sectional area on the outlet side,
To increase the fluid pressure of the plating liquid chamber, when compared with the sum of the cross-sectional areas of the narrowest at the outlet side of the discharge passage, and a sum of the opening area of the nozzle hole of the jet nozzle, said outlet The sum of the cross-sectional areas of the narrowest part on the side is smaller, and the ratio of the sum of the cross-sectional areas of the narrowest part on the outlet side to the sum of the opening areas of the nozzle holes is 0.3 to 0.9 It is characterized by.
第2の発明は、前記第1の発明において、前記アノード電極体の前記被めっき基板側への対向露出面積と、前記被めっき基板のめっき液に接する対向面積の比が1:0.9〜1:1.1の範囲であることを特徴としている。 The second invention is the first invention, and the opposite exposed area to the object to be plated substrate side of the anode electrode, the ratio of the opposing area in contact with the plating solution of the object to be plated substrate 1: 0.9 It is characterized by being in a range of 1: 1.1.
第3の発明は、前記第1の発明において、前記排出流路を構成する前記被めっき基板側の流路面を前記排出流路の天井としたとき、前記排出流路の入口側の天井の入り口から出口に向かう断面形状は円弧形状であって、前記入口側の天井は出口側に向かって低くなり、前記排出流路の入口部分は円弧の接線が当該排出流路の出口側を構成する天井と略平行であることを特徴としている。 The third invention is the in the first aspect, when the passage surface of the object to be plated substrate side constituting the discharge channel and the ceiling of the discharge channel, the inlet of the ceiling inlet side of the exhaust passage The cross-sectional shape from the outlet to the outlet is an arc shape, the ceiling on the inlet side becomes lower toward the outlet side, and the inlet portion of the discharge channel is a ceiling whose tangent line of the arc forms the outlet side of the discharge channel It is characterized by being substantially parallel to.
第4の発明は、前記第1乃至第3の発明において、前記噴流めっき槽は、前記固定カソード接続電極部と前記アノード電極体とを取り付けたスパージャ部と、該スパージャ部よりも下側の槽本体部とに分割されていて、前記アノード電極体が交換自在であることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects, the jet plating tank includes a sparger portion to which the fixed cathode connection electrode portion and the anode electrode body are attached, and a bath below the sparger portion. It is divided into a main body and the anode electrode body is replaceable.
本発明に係る噴流めっき装置によれば、被めっき基板に15mm乃至25mmの比較的近距離に対向配置された噴流ノズルによるめっき液の高流速の噴射により、多層基板等のビアホール内にめっきを生成する際に、ビアホールの底部まで確実にめっき液を供給することができ、膜厚分布も5%以内に収めることができる(後述の表1参照)。 According to the jet plating apparatus according to the present invention, plating is generated in a via hole of a multilayer substrate or the like by spraying a plating solution at a high flow rate with a jet nozzle disposed opposite to the substrate to be plated at a relatively short distance of 15 mm to 25 mm. In this case, the plating solution can be reliably supplied to the bottom of the via hole, and the film thickness distribution can be kept within 5% (see Table 1 described later).
更に、前記噴流ノズルをアノード電極材料で製作し、アノード電極体として作用させれば、めっき液中のイオンを損失無く効率的にビアホール底部まで届かせることが可能となる。さらにアノード電極材料を含リン銅とすることにより、電流密度を上げることができ、柱状電極の成長を早めることが可能となる(後述の表5参照)。 Furthermore, if the jet nozzle is made of an anode electrode material and acts as an anode electrode body, ions in the plating solution can be efficiently delivered to the bottom of the via hole without loss. Furthermore, by using phosphorous copper as the anode electrode material, the current density can be increased and the growth of the columnar electrode can be accelerated (see Table 5 described later).
更に、前記アノード電極体の前記被めっき基板側への対向露出面積と、前記被めっき基板のめっき液に接する対向面積(めっき範囲の面積)との比を、1:0.9〜1:1.1の範囲とすれば膜厚分布の良い均質なめっきを形成できる(後述の表2参照)。 Furthermore, the ratio of the opposed exposed area of the anode electrode body to the substrate to be plated and the opposed area in contact with the plating solution of the substrate to be plated (area of the plating range) is 1: 0.9 to 1: 1. When the thickness is in the range of 1, uniform plating with a good film thickness distribution can be formed (see Table 2 described later).
また、めっき液を噴出する噴流ノズルと被めっき基板とで挟まれためっき液室からめっき液を排出する排出流路の狭隘部(排出流路の出口側の最も狭い所の)断面積の総和と、前記噴流ノズルのノズル穴の開口面積の総和との比の値が0.3〜0.9である場合、さらに膜厚分布の良化(3%以内に収める)に効果がある。これは、基板と噴流ノズルの間の槽内の液圧が上昇し、斑の無いめっきを可能とするためである(後述の表3参照)。 Also, the sum of the cross-sectional area of the narrow part of the discharge channel (at the narrowest part on the outlet side of the discharge channel) that discharges the plating solution from the plating solution chamber sandwiched between the jet nozzle that ejects the plating solution and the substrate to be plated And the ratio of the total opening area of the nozzle holes of the jet nozzle is 0.3 to 0.9, the film thickness distribution is further improved (within 3%). This is because the liquid pressure in the tank between the substrate and the jet nozzle is increased to enable plating without spots (see Table 3 described later).
更に、本発明に係る噴流めっき装置によれば、アノード電極体を被めっき物の直下に噴流ノズルと一体化して、カソード電極体(固定電極部)及びその支持部分と共に交換自在にしており、アノード電極体の侵食による交換作業の簡素化を図ることができ、コスト削減及び製造リードタイムの短縮に寄与可能である。 Furthermore, according to the jet plating apparatus according to the present invention, the anode electrode body is integrated with the jet nozzle directly under the object to be plated, and can be exchanged together with the cathode electrode body (fixed electrode portion) and its supporting portion. The replacement work due to the erosion of the electrode body can be simplified, which can contribute to cost reduction and shortening of manufacturing lead time.
更に、めっき液の排出流路においてめっき液中に含まれる気泡を除去する機構を設けるようにすれば、めっき液中の気泡を効果的、効率的に消去でき、気泡付着に起因するめっき不良を除去し、被めっき面全体のめっき均一化を図ることができ、品質向上を図ることが可能である(後述の表4参照)。 Furthermore, if a mechanism for removing bubbles contained in the plating solution is provided in the plating solution discharge flow path, the bubbles in the plating solution can be effectively and efficiently erased, and defective plating due to bubble adhesion can be eliminated. It is possible to remove it and make uniform plating over the entire surface to be plated, and it is possible to improve the quality (see Table 4 described later).
以下、本発明を実施するための最良の形態として、噴流めっき装置の実施の形態を図面に従って説明する。 Hereinafter, as a best mode for carrying out the present invention, an embodiment of a jet plating apparatus will be described with reference to the drawings.
図1〜図5を用いて本発明に係る噴流めっき装置の実施の形態を説明する。噴流めっき装置は、被めっき物としての被めっき基板1の導体部を下向きとして、カソード接続電極体30を分割した固定側の固定カソード接続電極部31にて支持するフェースダウン方式であり、カソード接続電極体30を分割した可動側の給電電極部40は押さえ板20に設けられている。そして、被めっき基板1の導体部にめっき液R1を噴流させながら噴流ノズルと一体となった(噴流ノズルを兼ねた)アノード電極体5、被めっき基板1の導体部(カソード電極体として機能する)、これに電気的に接続する固定カソード接続電極部31、押さえ板20の下降時に前記固定カソード接続電極部31に電気的に接続する給電電極部40の経路にてめっき電流を流すことにより被めっき基板1の導体部に電解めっきを施す構成である(なお、図1は押さえ板20が上昇した状態を図示している)。
An embodiment of a jet plating apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. The jet plating apparatus is a face-down method in which the conductor part of the substrate 1 to be plated as the object to be plated is faced down and is supported by the fixed cathode
めっき液の噴流を発生するための噴流めっき槽10は、固定カソード接続電極部31と噴流ノズルを兼ねたアノード電極体(以下、ノズル兼用アノード電極体という)5とを取り付けたスパージャ部10Aと、該スパージャ部10Aよりも下側の槽本体部10Bとに分割されていて、槽本体部10Bに対してスパージャ部10Aは着脱自在(交換自在)に嵌合、装着される。図示しないが、スパージャ部10Aと槽本体部10Bの嵌合部分は水密構造である。
A
前記噴流めっき槽10の最上部(つまりスパージャ部10Aの最上部)は固定カソード接続電極部31を保持するカソード固定支持部15となっている。固定カソード接続電極部31は固定導電ブロック32と、固定導電ブロック32に対して螺子33により交換自在に取り付けられていて、被めっき基板1の導体部に接触するカソード交換電極34(例えば断面略L字形状である)とを有している。固定導電ブロック32は常にカソード固定支持部15に固定されている。ここで、被めっき基板1の導体部パターンが変わるときに交換する必要があるのは、被めっき基板1の導体部パターンに対応した形状のカソード交換電極34に限られる。
The uppermost portion of the jet plating tank 10 (that is, the uppermost portion of the
噴流されるめっき液R1により、固定カソード接続電極部31へめっき膜が形成されたり、被めっき基板1の側面や裏面が金属汚染されたりすることのないように、カソード交換電極34の内周側にはゴム等の弾性体シール35が、下側には、補強用絶縁板36を介してゴム等の弾性体シール37がそれぞれ配設される。
An inner peripheral side of the
前記押さえ板20は、図示しないエアーシリンダ等で昇降自在であり、めっきの作業中に被めっき基板1が、浮き上がったり、反ったり、撓んだりすることのないように、固定カソード接続電極部31で支持された被めっき基板1の上面に下降して圧接する。
The
また、前記押さえ板20には、図3のように、圧縮ばね(コイルばね)21及び給電電極部40を有する昇降給電部45が、例えば4箇所に設けられている。
Further, as shown in FIG. 3, the holding
めっき動作のために前記押さえ板20が下降して被めっき基板1を押さえた状態となると、各昇降給電部45の給電電極部40は押さえ板20に対して下方に突出する向きに独立懸架式に圧縮ばね(コイルばね)21で付勢されているため、給電電極部40が固定導電ブロック32に押圧接触し、電気的接続が行われる。この結果、給電電極部40を介して固定カソード接続電極部31に直流電圧が給電される。なお、固定導電ブロック32と給電電極部40の接触部は被めっき基板1の種類にかかわらず共通構造とする。
When the
また、前記噴流めっき槽10には、めっき液R1の噴出孔(貫通孔)11aを備えた分散板11、めっき液R1の噴出孔(貫通孔)12aを備えた分散板12、めっき液R1のノズル穴(貫通孔)5aを備えるノズル兼用アノード電極体5がそれぞれ噴流めっき槽10の下部方向から順に水平に配置、固定されている。各分散板11,12は被めっき基板1の被めっき面に対応した広範囲の噴流を作成するために設けられる。噴流めっき槽10の底部に設けられためっき液供給管13から噴出しためっき液R1は、噴出孔11a、噴出孔12a、ノズル兼用アノード電極体5と被めっき基板1とで挟まれためっき液室に開口するノズル穴5aを通過し、被めっき基板1の導体部に噴流となって当たる(接触する)。そして、めっき作用に使われた後のめっき液R2は、固定カソード接続電極部31を保持する噴流めっき槽10のカソード固定支持部15とノズル兼用アノード電極体5の間に形成された排出流路14から排出され、噴流めっき槽10の周囲を囲む受け槽(上槽)50にて貯留される。
The
この時、下記表1に示すように、めっき膜厚の均一化の観点から、ノズル兼用アノード電極体5と基板1との距離は、15mm〜25mmであることが望ましい。
At this time, as shown in Table 1 below, the distance between the nozzle /
表1によれば、15mm〜25mmの範囲でめっき膜厚のバラツキが5%以下となっている。
According to Table 1, the variation of the plating film thickness is 5% or less in the range of 15 mm to 25 mm.
また、同じくめっき膜厚の均一化の観点から下記表2に示すように、ノズル兼用アノード電極体5の基板1側への対向露出面積(基板1側に対向しかつ露出した面積)と、基板1のめっき範囲の面積(アノード電極体側へ対向しかつめっき液が接する面積)との比は1:0.9〜1:1.1であることが望ましい。
Similarly, from the viewpoint of uniform plating film thickness, as shown in Table 2 below, the opposite exposed area of the nozzle /
表2によれば、前記比が1:0.9〜1:1.1の範囲内であれば、バラツキは小さいが、その範囲外となると膜厚バラツキが増大してしまうことがわかる。
According to Table 2, when the ratio is within the range of 1: 0.9 to 1: 1.1, the variation is small, but when the ratio is out of the range, the variation in the film thickness increases.
更に、下記表3に示すように、ノズル兼用アノード電極体5と基板1とで挟まれためっき液室からめっき液を排出する排出流路14の狭隘部(図4の説明で後述する出口側の最も狭い所)の断面積の総和と、前記めっき液室にめっき液を噴出するノズル穴5aの開口面積の総和との比の値は0.3〜0.9が望ましい。
Further, as shown in Table 3 below, a narrow portion of the
表3によれば、前記比の値が0.3〜0.9の範囲内であれば、めっき膜厚のバラツキが3%以下となっている。
According to Table 3, if the value of the ratio is in the range of 0.3 to 0.9, the variation in the plating film thickness is 3% or less.
なお、表1の場合、ノズル兼用アノード電極体5の基板1側への対向露出面積と、基板1のめっき範囲の面積との比は1:1とし、かつ排出流路14の狭隘部の断面積の総和と、ノズル穴5aの開口面積の総和との比の値は1として測定した。
In the case of Table 1, the ratio of the exposed area of the nozzle /
表2の場合、ノズル兼用アノード電極体5と基板1との距離は20mmとし、かつ排出流路14の狭隘部の断面積の総和と、ノズル穴5aの開口面積の総和との比の値は1として測定した。
In the case of Table 2, the distance between the nozzle combined
表3の場合、ノズル兼用アノード電極体5と基板1との距離は20mmとし、ノズル兼用アノード電極体5の基板1側への対向露出面積と、基板1のめっき範囲の面積との比は1:1として測定した。
In the case of Table 3, the distance between the nozzle /
なお、本実施の形態の被めっき基板1のサイズはおよそ140mm×140mmであるが、前記条件は100mm×100mm乃至250mm×250mm、好ましくは200mm×200mmまでの基板であっても均一化の効果はある。 In addition, although the size of the to-be-plated board | substrate 1 of this Embodiment is about 140 mm x 140 mm, the said conditions are 100 mm x 100 mm thru | or 250 mm x 250 mm, Preferably even if it is a board | substrate to 200 mm x 200 mm, the effect of equalization is is there.
図4の側断面図及び図5の底面図に示されるように、噴流めっき槽10の最上部(つまりスパージャ部10Aの最上部)の方形枠状のカソード固定支持部15の底面に排出流路14が多数形成されている。すなわち、ノズル兼用アノード電極体5と基板1とで挟まれためっき液室の側面となる方形枠状のカソード固定支持部15の4つの内側側面に多数の排出流路14が四方に同数開口する配置であり、排出流路14の出口側は方形枠状のカソード固定支持部15の底面を塞ぐ閉鎖板16で狭隘部となるように絞られている。なお、方形枠状のカソード固定支持部15の内側はアノード電極体5を被めっき基板1に対面させるための抜き穴となっている。
As shown in the side sectional view of FIG. 4 and the bottom view of FIG. 5, the discharge channel is formed on the bottom of the rectangular frame-like
図4の側断面図の通り、各排出流路14の天井Tには部分的な円弧加工が施されている。すなわち、排出流路14を構成する基板1側の流路面(天井T)において入口側の断面形状は円弧形状であって、排出流路14の入口部分は円弧の接線が当該排出流路14と略平行である。また、排出流路14の入口側の断面積が出口側の断面積より広くなっている。これは気泡溜まりを防ぐために有効な加工形状で、基板1まで上昇した気泡がめっき液R1の流れに乗って排出流路14の入口に溜まるのを、この排出流路14の天井Tの円弧加工でスムースに排出流路14の出口へ導出し、基板1の下面周囲に気泡が溜まるのを防止する。この効果で斑の無いめっきが可能となっている。なお、前記天井Tは排出流路14の出口側で低い一定高さとなっており、ここが排出流路14の狭隘部(出口側の最も狭い所)である。
As shown in the side sectional view of FIG. 4, the ceiling T of each
前述したように、排出流路14から排出されためっき液は図2のように受け槽(上槽)50にて貯留され、この受け槽50で貯留されためっき液R2の上澄み液は、受け槽50の底部を貫通して受け槽底面よりも高く突出しためっき液戻り管51を経由して下方位置の静液槽(下槽)60に戻される(重力で流れ落ちる)。静液槽60の側面にはめっき液供給管13の一端が接続され、他端が受け槽50を貫通して噴流めっき槽10の底部に接続される。また、静液槽60内に、仕切り板62がめっき液供給管13の接続口近傍で、めっき液戻り管51と前記接続口間に位置するように略垂直に設けられている。この仕切り板62は、気泡を含んだめっき液が直接めっき液供給管13に入り込まないようにする。めっき液供給管13の途中にはポンプ70とフィルタ75が挿入されており、静液槽60に貯留されためっき液R2はポンプ70で汲み上げられ、フィルタ75で浮遊物が除去されてめっき液R1として噴流めっき槽10に送出されることになる。
As described above, the plating solution discharged from the
なお、図6にアノード電極体5への給電構造の1例を、カソード電極体(被めっき基板1の導体部)への給電構造と共に説明する。アノード電極体5を取り付けかつ電気的な接続を行うための固定アノード接続電極部6がスパージャ部10Aに設けられている。そして、この固定アノード接続電極部6に対して接離自在に昇降アノード給電電極部7が押さえ板20に設けられている。めっき動作のために押さえ板20が下降して被めっき基板1を押さえた状態となると、固定アノード接続電極部6と昇降アノード給電電極部7とが互いに接触して、昇降アノード給電電極部7、固定アノード接続電極部6を介してアノード電極体5に給電されることになる。同時に、カソード電極体としての被めっき基板1の導体部には、給電電極部40、固定カソード接続電極部31を介して給電される。
FIG. 6 illustrates an example of a power feeding structure to the
この実施の形態に示した噴流めっき装置の全体的な動作説明を行う。 The overall operation of the jet plating apparatus shown in this embodiment will be described.
まず、噴流めっき槽10の上部開口を塞ぐように被めっき基板1を配置し、固定カソード接続電極部31にて被めっき基板1を下方から支持する。このとき固定カソード接続電極部31の一部を構成するカソード交換電極34が被めっき基板1の導体部に電気的に接続した状態となる。次いで、押さえ板20が下降して被めっき基板1を上から押さえる。このとき、給電電極部40が固定カソード接続電極部31の固定導電ブロック32に接触して、直流電流が給電される。また、図6に示したような構成によって、ノズル兼用アノード電極体5は固定アノード接続電極部6、昇降アノード給電電極部7を経由して直流電源の正側に接続されており、被めっき基板1下面の導体部は、カソード交換電極34、固定導電ブロック32、給電電極部40の経路で直流電源の負側に接続される。
First, the substrate 1 to be plated is disposed so as to close the upper opening of the
この状態でポンプ70を作動させることにより、めっき液R1は噴流めっき槽10の内部に入り分散板11の噴出孔11a、分散板12の噴出孔12a、ノズル兼用アノード電極体5のノズル穴5aを通過して噴流となって被めっき基板1の下面に当たり、ノズル兼用アノード電極体5側からカソード電極体となる被めっき基板1の導体部に電流を流すことで所定の電解めっきが行われる。
By operating the
めっき作用に使われためっき液R2は、噴流めっき槽10の排出流路14から溢れて受け槽50に一時的に溜まる。めっき液R2の上澄み液は、めっき液戻り管51を落下して静液槽60に溜められる。
The plating solution R2 used for the plating action overflows from the
この実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。 According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) 被めっき物としての被めっき基板1に15mm乃至25mmの比較的近距離に対向配置されたノズルのノズル穴5aによるめっき液の高流速の噴射により、多層基板等のビアホール内にめっきを生成する際に、ビアホールの底部まで確実にめっき液を供給することができ、膜厚分布も5%以内に収めることができる(表1参照)。 (1) Plating is performed in a via hole of a multilayer substrate or the like by spraying a plating solution at a high flow rate through a nozzle hole 5a of a nozzle that is opposed to the substrate 1 as a substrate to be plated at a relatively short distance of 15 to 25 mm. When producing, the plating solution can be reliably supplied to the bottom of the via hole, and the film thickness distribution can be kept within 5% (see Table 1).
(2) 前記ノズルをアノード電極材料で製作し、ノズル兼用アノード電極体5として作用させることにより、めっき液中のイオンを損失無く効率的にビアホール底部まで届かせることが可能となる。さらに下記表5のようにアノード電極材料を含リン銅とすることにより、電流密度を上げることができ、柱状電極の成長を早めることが可能となる。
(2) By manufacturing the nozzle with an anode electrode material and acting as the
表5はアノード電極材料を含リン銅とすることで、不溶性アノードに比べて焼け発生の無い高品質の柱状導体形成が可能であることを示す。
Table 5 shows that by using phosphorous copper as the anode electrode material, it is possible to form a high-quality columnar conductor that is less likely to burn than an insoluble anode.
(3) アノード電極体5の基板1側への対向露出面積と、基板1のめっき範囲の面積(アノード電極体側へ対向しかつめっき液が接する対向面積)との比を、1:0.9〜1:1.1の範囲とすれば、膜厚分布の良い均質なめっきを形成できる。(表2参照)
(3) The ratio of the exposed area of the
(4) めっき液を噴出するノズル兼用アノード電極体5と基板1とで挟まれためっき液室からめっき液を槽外に排出する排出流路14の狭隘部(出口)断面積の総和と、噴流ノズルのノズル穴5aの開口面積の総和との比の値を、0.3〜0.9の範囲とすれば、さらに膜厚分布の良化(3%以内に収める)に効果がある(表3参照)。
(4) the sum of the cross-sectional areas of the narrow portion (exit) of the
(5) 噴流めっき槽10が、固定カソード接続電極部31とアノード電極体5とを取り付けたスパージャ部10Aと、スパージャ部10Aよりも下側の槽本体部10Bとに分割されていて、スパージャ部10Aが交換自在(ひいてはアノード電極体も交換自在)であり、アノード電極体5の侵食による交換作業の簡素化を図ることができ、コスト削減及び製造リードタイムの短縮に寄与可能である。
(5) The
(6) めっき液の排出経路においてめっき液中に含まれる気泡を除去する機構(例えば、図4ように排出流路14の天井Tに部分的な円弧加工を施していること等)を設けるようにすれば、めっき液中の気泡を効果的、効率的に消去でき、下記表4のように、気泡付着に起因するめっき不良を除去し、被めっき面全体のめっき均一化を図ることができ、品質向上を図ることが可能である。
(6) Provide a mechanism for removing bubbles contained in the plating solution in the discharge route of the plating solution (for example, a partial arc processing is applied to the ceiling T of the
表4は気泡除去機構を設けた本実施の形態の場合に、不良発生を皆無とすることができたことを示す。
Table 4 shows that in the case of the present embodiment provided with the bubble removing mechanism, it was possible to eliminate the occurrence of defects.
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。 Although the embodiments of the present invention have been described above, it will be obvious to those skilled in the art that the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.
1 被めっき基板
5 ノズル兼用アノード電極体
10 噴流めっき槽
10A スパージャ部
10B 槽本体部
11,12 分散板
13 めっき液供給管
14 排出流路
15 カソード固定支持部
20 押さえ板
21 圧縮ばね
30 カソード接続電極体
31 固定カソード接続電極部
32 固定導電ブロック
33 螺子
34 カソード交換電極
35,37 弾性体シール
36 絶縁板
40 給電電極部
45 昇降給電部
50 受け槽
51 めっき液戻り管
60 静液槽
62 消泡用仕切り板
70 ポンプ
75 フィルタ
R1,R2 めっき液
T 天井
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate to be plated 5 Nozzle combined
Claims (4)
前記アノード電極体は、前記被めっき基板に対向する側がノズル穴を設けた平面であって、めっき液を噴出する噴流ノズルを兼ね、
前記被めっき基板は100mm×100mm乃至250mm×250mmのサイズであって、
前記噴流ノズルと前記被めっき基板とで15mm〜25mmの距離で挟まれためっき液室と、めっき液を前記めっき液室から槽外へ排出する排出流路とを有し、前記排出流路の入口側の断面積が出口側の断面積より広く、
前記めっき液室内の液圧を上昇させるために、前記排出流路の出口側の最も狭い所の断面積の総和と、前記噴流ノズルのノズル穴の開口面積の総和とを比較したとき、前記出口側の最も狭い所の断面積の総和の方が小さく、前記ノズル穴の開口面積の総和に対する、前記出口側の最も狭い所の断面積の総和の比が0.3〜0.9であることを特徴とする噴流めっき装置。 The cathode electrode body is disposed on the opening side of a jet plating tank for generating a jet of plating solution with the conductor portion of the substrate to be plated facing downward, and the conductor portion is used as a cathode electrode body while jetting the plating solution to the conductor portion. A jet plating apparatus for plating by applying current to the anode electrode body,
The anode electrode body is a plane provided with nozzle holes on the side facing the substrate to be plated, and also serves as a jet nozzle that ejects a plating solution,
The substrate to be plated has a size of 100 mm × 100 mm to 250 mm × 250 mm,
A plating solution chamber sandwiched between the jet nozzle and the substrate to be plated at a distance of 15 mm to 25 mm; and a discharge channel for discharging the plating solution from the plating solution chamber to the outside of the tank . The cross-sectional area on the inlet side is wider than the cross-sectional area on the outlet side,
To increase the fluid pressure of the plating liquid chamber, when compared with the sum of the cross-sectional areas of the narrowest at the outlet side of the discharge passage, and a sum of the opening area of the nozzle hole of the jet nozzle, said outlet The sum of the cross-sectional areas of the narrowest part on the side is smaller, and the ratio of the sum of the cross-sectional areas of the narrowest part on the outlet side to the sum of the opening areas of the nozzle holes is 0.3 to 0.9 A jet plating apparatus characterized by.
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