JPH0452296A - 銅めっき方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、プリント回路基板等の被めっき材に電解銅め
っきを効率的に行うための方法に関する。

（従来技術とその問題点） 両面に銅箔層を形成したプリント回路基板の表面及び裏
面の回路部分を接続するためには、必要な部分に貫通孔
つまりスルーホールを形成し、該スルーホールの内面に
銅めっきを施して前記両回路を接続するようになってい
る。該スルーホールめっきを行う場合には、前記プリン
ト基板に前記スルーホールを形成した後、パラジウム含
有浴を使用して活性化を行い、次いで無電解銅めっきを
プリント回路基板全体に行いめっき薄層を付着させた後
、更に電解銅めっきを行うようにする。

プリント回路基板の電解銅めっきに不溶性金属電極を使
用する技術として、不溶性金属電極から成る陽極とプリ
ント回路基板用液めっき材から成る電極を隔膜により分
離し、銅イオン及び添加剤を含有する溶液を電解液とし
て電解し前記被めっき材の表面及びスルーホールのめっ
きを行う銅めっき方法が提案されている（特開平１−２
９７８８４号公報）。

この方法によると、陽極液を銅イオンを含まないめっき
液とは異なる電解液即ち陽極液を陰極液とはまったく別
のものとしてもよい。しかしこの場合電解液が相違する
ことから隔膜に浸透圧差が生じ、短時間に液面差を生じ
る等の問題があり、両極液とも別個に循環ポンプを設け
る等の設備上複雑さがあり結果的にコストアップに繋が
る。

逆に陽極液と陰極液に同じめっき液を使用する場合には
、めっき液中に含まれる添加剤の不溶性金属陽極上での
消耗を抑制するため、−度陽極液を満たした後はしばら
く陽極室への電解液供給を停止し、必要に応じて断続的
に補給するといったメンテナンス上の問題が生ずる。

陽極液への電解液補給は、隔膜を通しての陰極室から陽
極室への浸透によって行ってもよいが、長期的には隔膜
の目づまり等が生ずることがあり信幀性のある方法では
ない。

陽極室での水の電気分解による陽極液の減少に対応しつ
つ、不溶性陽極によるめっき液中の添加剤を抑制する恒
久的な方法は知られていない。

（発明の目的） 本発明は、これらの従来技術の欠点を解消し、陽極液量
の減少に起因するめっき不良を回避しかつめっき添加剤
の消耗も最小限に抑制できる銅めっき方法を提供するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、めっき用電解槽を隔膜により不溶性金属電極
から成る陽極が収容された陽極室と被めっき材である陰
極が収容された陰極室に分離し、銅イオン及び添加剤を
含有する溶液を電解液として電解し、前記被めっき材に
銅めっきを行う方法において、前記陰極室への前記電解
液の供給を該陰極空中の銅イオン濃度が一定値を維持す
るように行い、かつ前記陽極室への前記電解液の供給量
を０．２〜１１ｓ＋ｌ／ＫＡＨとすることを特徴とする
銅めっき方法である。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明の銅めっき方法は、電解銅めっき時の添加剤の不
溶性陽極での消耗を最小限に抑制しつつ、陽極液の減少
によるめっき不良を回避するために電解槽の陽極室に、
陰極室に供給する電解液と同じ銅イオンと添加剤を含有
するごく少量又は必要最低限のの電解液を供給すること
を特徴とする。

本発明方法では、陽極として例えば白金族金属酸化物を
チタン基材等に被覆して成る不溶性金属電極所謂ＤＳＥ
電極を使用することができる。該ＤＳＥ電極は溶性電極
と比較すると陽極電位（酸素発生電位）が約１０１００
Ｏ高いが、白金族金属を基材に被覆した電極や鉛電極と
比較すると陽極電位が５００〜８００ｍＶ低いため添加
側分解をある程度有効に防止することができる。しかし
該白金族金属被覆電極や鉛電極を本発明方法で使用して
も差支えない、この陽極の形状は、多孔状、板状、棒状
、上部が開口するボックス状等任意とすることができる
。該陽極を電解槽内に設置するには、通常の食塩電解槽
のように底部から給電棒を立設し該給電棒に連結するよ
うにしても、電解槽の上縁間にビームを架設し、該ビー
ムに前記陽極に連結した例えば逆Ｊ字型の給電体の上端
を吊下げるようにしてもよい。

又陰極は、めっきすべき被めっき材好ましくはプリント
回路基板とし、該プリント回路基板は例えば合成樹脂上
に銅箔を薄く被覆しかつ所定位置に多数の貫通孔つまり
スルーホールを穿設した複合板である。該被めっき材は
、本発明方法により電解めっきを行う前に該電解めっき
を円滑に行うためにその表面に化学めっきにより薄い銅
めっき層を形成しておくことが望ましい。該被めっき材
は通常３０Ｃ１１Ｘ３０Ｃ１程度の板であるが、本発明
方法では一度の操業で多数の被めっき材を処理できるよ
うに多数の被めっき材を上下及び左右方向に並べ合わせ
て１枚の大きな平板状とし所定の治具で電解槽内に設置
することが好ましい。

使用する隔膜は、添加剤の通過をほぼ完全に抑止できる
ものであることが望ましい。該添加剤は液中でイオンで
なくコロイド状態で存在することが多く、該添加剤の粒
径は互いに凝集しあるいは周囲に水分子を伴って数μｍ
〜数十μｍとなっていると考えられるので、前記隔膜の
目開きは１０μｍ以下とすることが望ましい。その材質
は特に限定されないが、液の不透過性及び抵抗損の観点
からイオン交換膜が最適である。

本発明方法では、被めっき材表面に十分銅イオンを送り
込みかつ陰極室内で発生するガスを除去するため空気を
送って液攪拌を行うことが望ましい。

本発明方法に使用する電解槽は、新規なものを製造して
も、従来の溶性陽極用として使用されてきた電解槽を転
換して使用してもよい。該転換は前記溶性陽極を不溶性
金属電極等と交換し該陽極及び陰極を隔膜で区画し、か
つ銅イオンと添加剤を含有する電解液を外部から供給す
るラインを設置するという比較的簡単な作業で行うこと
ができる。

本発明方法の電解液に含まれる添加剤としては例えば１
．３−ジオキソラン重合体又はポリプロピレングリコー
ル、ポリプロピレンプロパノール等のポリエーテル類及
び有機硫黄化合物、フェナジン染料等の窒素化合物等が
ある。

電流濃度、印加電圧、電流密度、液温等の電解条件自体
は従来の電解銅めっき方法と同様で良く、例えば電流濃
度は０．１〜３．ＯＡ＃！、印加電圧は１．５〜６．０
■、陽極電流密度は１〜ＩＯＡ／ｄａ＋２、陰極電流密
度は１〜１０Ａ／ｄａＩ２、液温は１５〜３５°Ｃ程度
とする。

陰極空中の銅イオン濃度を一定値に維持するため銅イオ
ンの補給は電解液に適宜の銅化合物例えば炭酸銅を不足
分の前記添加剤とともに溶解して電解槽の陰極室にその
全部又は殆どを供給することが望ましい。陽極室への供
給は、水の電気分解あるいは蒸発による減少を補う量で
よく、隔膜を透過してくる量及び陽極室壁に設けた細孔
を通しての自然循環を利用して間接的に行うことができ
るが、勿論直接供給してもよい。

この場合に陽極室へ直接供給されあるいは陰極室から隔
膜又は陽極室壁に設けた細孔を透過して供給される電解
液供給速度が０．２ｍｌ／ＫＡＨを下回ると電解により
分解して減少する陽極室内の電解液量を補充することが
十分にできない。又該供給速度が１１ｍｌ　／　Ｋ　Ａ
　Ｈを越えると添加剤分解量が増加して高価な添加剤を
多量に補充する必要が生ずる。従って本発明の銅めっき
方法における陽極室への電解液供給速度は０．２〜１ｌ
ｓｌ／ＫＡＨとすることが好適である。この電解液供給
速度で銅めっきを行うと、陽極室の電解液量の不足によ
るめっき厚不均−等のめっき不良が回避され、かつ必要
以上の添加剤の分解による浪費を抑制することができる
。

第１図は、本発明方法に使用可能な電解槽を例示する縦
断面図である。

箱型の電解槽本体１には、その中央に陰極であるプリン
ト回路基板等の被めっき材２が設置され、液液めっき材
２の両側には１０〜３０ｃｍの間隔をおいて２個の陽極
構成体３がそれぞれ設置されている。

該陽極構成体３は、前記被めっき材２例の片面に酸化イ
リジウム等の白金族金属酸化物が被覆されかつ中央下部
に電解液供給細孔４が設けられた平板状の不溶性金属陽
極５、該陽極５の前記被覆側に密着した額縁状ガスケッ
ト６、該ガスケット６に密着したシート状の隔膜７、該
隔膜７に密着した複数個の開口部８を有するフレーム９
を積層して成り、各部材はボルト孔を貫通するポル１−
１０を締着することにより一体化されている。

前記電解槽本体１の陽極構成体３の不溶性金属陽極５及
び隔膜７間に陽極室が形成され、該陽極室以外が陰極室
とされている。

この電解槽に銅イオンと添加剤を含有する電解液を満た
して通電を行うと該電解液中の銅イオンが陰極上で還元
されて金属銅として陰極である被めっき材２上に析出し
て銅めっきが行われる。このときに銅めっきと同時に水
電解が生じて陽極液が減少するが、この陽極液の減少分
が前記電解液供給細孔４を通して陰極室から供給され、
常に陽極液量を所定値近傍に維持してめっき不良等の不
都合が生ずることを回避することができる。

（実施例） 次に本発明の銅めっき方法の実施例を記載するが、該実
施例は本発明を限定するものではない。

実施■よ 表面に孔径２．Ｏｍｍの孔、孔径１．Ｏｍｍの孔をそれ
ぞれ有する２種類の不溶性金属電極、及び孔を有しない
不溶性金属電極１種類の計３種類の片面に酸化イリジウ
ム被覆を形成した不溶性金属電極を準備した。これらの
同じ孔径の不溶性金属陽極各２枚と中性隔膜２枚を用い
て第１図に示したように２個の陽極構成体を構成した。

前記不溶性金属陽極に設けた細孔は陰極室に開放されて
いるのでこの細孔を通して陰極室の電解液が陽極室に自
然循環により供給された。両陽極構成体間に化学めっき
処理済の縦３４０閣、横２５０ａａのガラスエポキシ基
板を陰極として設置し、計３種類の第１図に示す銅めっ
き用電解槽を構成し、第１表に示す処理条件でめっきを
行った。陰極を交換しながら同時に通電量に応じて添加
剤を１７０　ｍｌ／　Ｋ　Ａ　Ｈで補給しながらめっき
を１００回繰り返した後、前記電解槽内の添加側量の分
析と１００回目の基板のめっき厚の測定を行った。めっ
き厚の測定は、第２図に示すような被めっき材の測定点
針２５カ所の表裏面について渦電流法により行った。そ
の結果を第２表〜第５表に示した。第２表は孔径（陽極
室への供め め 鉦 ｍ） 給電解法量）と添加側濃度、平均めっき厚及びめっきば
らつきの関係を示し、第３表、第４表及び第５表はそれ
ぞれ孔径２．ＯＭ、孔径１．Ｏｍ及び無孔の不溶性金属
電極を使用した場合の上記各測定点のめっき厚を示すも
のである。

第２表から、孔径（陽極室への供給電解液量）が太き（
なるほど添加側濃度が減少することが判リ、又陽極室へ
の液量供給を行わないとめっき厚にばらつきが生ずるこ
とも判る。つまり第３表及び第４表から孔径が２．０　
ｌｌｌｌ１１（陽極室への供給速度２０．９ｎ＋Ｉ／　
Ｋ　Ａ　Ｈ）及び１．０＋１ＩＩｎ（陽極室への供給速
度５．２ｍｌ／　Ｋ　Ａ　Ｈ）であるとめっき厚はそれ
ぞれ４４．３〜４９．５μｍ及び４４．７〜４９．０μ
ｍで比較的狭い範囲内で良好な分布を示すのに対し、無
孔の場合にはめっき厚は３６，６〜４９．２μｍとなり
広い範囲にばらつき、特に高位置の測定点におけるめっ
き厚が薄く、これは電気分解による陽極室の電解液の液
量不足により通電不良に起因するものと推測できる。

第５表の表裏面の上部２列の測定値を除いた下部３列の
みの測定値からめっき厚のばらつきを算出するとσ。−
＋＝１．１であり第３表及び第４表の場合のばらつきと
相違が認められなかった。

又第５表の測定時に電解液量の減少速度を測定したとこ
ろ０．１９ｍｌ／　Ｋ　Ａ　Ｈであった。

実施±１ 孔径が１．０閣の不溶性金属電極を使用し、陽極室への
電解液供給速度を変化させたこと以外は、実施例１と同
一の条件で被めっき材へのめっきを行い、陽極室への電
解液供給速度変化に対応する添加剤濃度を測定したとこ
ろ、添加剤濃度変化がほぼ生じない電解液供給速度は１
１．ｈｌ／ＫＡＨであった。この値及び第２表の結果か
ら、陽極室への電解液供給速度１１．８ａ＋ｌ／　ＫＡ
Ｈを境にこの値を上回ると電解液（めっき液）中の添加
剤濃度が減少し、この値を下回ると添加剤濃度は増加す
ることが判る。

実】１１１ 下部に３７８インチのねじを切った縦４７０ｍ、横１１
００＋＋ａ及び厚さ３閣のチタン板の片面に酸化イリジ
ウム被覆を形成した不溶性金属電極を作製した。

該電極の被覆方向にゴム製ガスケット、中性隔膜、塩化
ビニル樹脂製フレームを取りつけて陽極構成体を構成し
内部に陽極室を構成した。前記電極の非被覆面には電解
液導入のために、先端に直径１．０閣のテフロン（商品
名パルフロン）製チューブを付設したテフロン製コネク
タを設置した。チューブの先端は陰極室に開放した。該
陽極室を片側３個、計６個を一組として陽極を構成した
。陽極間に化学銅めっきを行ったガラスエポキシ基板（
両面スルーホール、銅膜厚１６μｍ、縦３４０閣、横２
５０鵬、厚さ１．６ｍｍ）を１フレームに１５枚（縦方
向３枚、横方向５枚）を設置して陰極とした。実施例１
と同一組成の電解液を使用し陰極室に供給した。

陽極室への液流入量は２．４ｍｌ／ＫＡＨであった。

３．０Ａ／ｄａ”で通電を行ったところ３６μｍ相当の
銅めっきが形成された。計１５枚の陰極それぞれの第２
図に示した測定点の表裏のめっき厚を測定し、平均めっ
き厚とばらつきを第６表に示した。平均めっき厚は４９
．１〜５２．０μｍの比較的狭い範囲内にありそのばら
つきもσ７−＋＝１．７であり、かつめっき処理面は光
沢があり製品上全く問題は認められなかった。

（発明の効果） 本発明は、銅イオン及び添加剤を含有する溶液を電解液
として電解し被めっき材に銅めっきを行う際に陰極室へ
の電解液の供給を適性に行いつつ、６め （単位μｍ） 陽極室への前記電解液の供給量を０．２〜ｌ１ｍｌ／Ｋ
ＡＨとすることを特徴とする銅めっき方法である。

本発明方法によると、電解銅めっき処理中に電解で分解
して消費される電解液を補充するために適正な電解液量
が電解槽の陰極室に供給されごく一部の電解液が陽極室
に供給れて陽極室の液量不足に起因する通電不良等によ
るめっき不良が生ずることが抑制される。又添加剤の過
剰な分解を誘発する多量の電解液供給を陽極室に行わな
いようにしているため、不要な添加剤の補充を防止して
経済的な銅めっきを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の銅めっき方法に使用できる電解槽を
例示する分解斜視図、第２図は、実施例における被めっ
き材の銅めっき厚測定点を示す図である。 ７・・・隔膜　８・・・開口部 ９・−・フレーム　１０・・・ポルト ド・−電解槽本体　２・・・被めっき材３・・・陽極構
成体　４・・・電解液供給細孔５・・・不溶性金属陽極
　６・・・ガスケット第 ブ 図 第２

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）めっき用電解槽を隔膜により不溶性金属電極から
   成る陽極が収容された陽極室と被めっき材である陰極が
   収容された陰極室に分離し、銅イオン及び添加剤を含有
   する溶液を電解液として電解し、前記被めっき材に銅め
   っきを行う方法において、前記陰極室への前記電解液の
   供給を該陰極空中の銅イオン濃度が一定値を維持するよ
   うに行い、かつ前記陽極室への前記電解液の供給量を０
   ．２〜１１ｍｌ／ＫＡＨとすることを特徴とする銅めっ
   き方法。
2. （２）陽極室への電解液の供給を陽極室壁に設けた細孔
   を通して自然循環により行う請求項１に記載の方法。