JPS5932553B2 - アルミニウム上に剥離可能な銅被覆を形成する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電気めつき技術、さらに特定すればアルミニ
ウムからなる担体を陰極として、この上に銅を電着させ
る技術に関する。

この開示において““アルミニウム“という語は、工業
級純度のアルミニウムおよび通常使用されるアルミニウ
ム合金またはアルミニウムを実質的に含有する合金を包
むものとする。この発明は特にアルミニウム担体上に陰
極電着させて，厚さ０．２〜０．３ｍｉ１程度の超薄銅
はくを形成することに応用することができる。

このような超薄銅はく（まプリント配線板の製造に利用
される。既知の超薄銅はくからプリント配線板を製造す
る技術は，薄いアルミニウムソートのような一時的担体
上に銅を電着させ，露出している銅表面をエポキシ樹脂
含浸ガラスフアイパマツトのようなプリント配線板に当
て、加熱加圧してエポキシ樹脂を銅表面に接着させ、次
にこれから一時的担体を剥離する。

この剥離工程は機械的または化学的に行なう。機械的剥
離が費用もかからず時間もかからないので好ましいが，
超薄銅はくを破損することなしに剥離するように，銅と
アルミニウム一時的担体との間の結合力６すなわち剥離
強さを制御することが必要である。この関示において、
“剥離強さ”という語は６積層された銅はくから１１ｎ
ｃｈ幅の一時的担体を９００の角度で引つ張つて剥離す
るのに必要な力を１ｂで現わした値である。

一般に機械的剥離を行なうに（ゴ剥離強さが実質的に１
０１ｂ／Ｉｎを超えて１まならないことが判つており６
約６〜８１ｂ／Ｉｎの範囲が好ましい。しかし工業的作
業においては．機械によらず手で剥離することが重要と
考えられ，剥離強さ（ま約２１ｂ／Ｉｎを超えず、約０
．２−１１Ｆ）／Ｉｎの範囲が好ましい。発明の背景 アルミニウム担体上に機械的に剥離可能な薄い銅（ゴく
を形成する現在の技術は次の工程の組合せからなる。

アルミニウム担体から油脂を除去する。

水洗。

エツチングによつて均一なつや消し表面を作る。

水洗。酸処理によつてエツチング剤を中和する。

水洗。

標準的ピロリん酸銅浴で電気めつきして，銅の厚さを約
５０ｍｉｃｒ０ｉｎｃｈの厚さに形成する。

水洗。通常の銅電気めつき浴で銅の厚さを完成する。

上記の処理によつて，アルミニウム担体上に十分に満足
できる機械的に剥離可能な超薄銅はくを形成することが
できるが，次の制限を有する。たとえば最初の工程の銅
めつきでは比較的大きな銅核が疎らな密生度で分布する
。これ（ま比較的多孔性でない銅層が全表面を被覆しな
がら成長する速度を制限する。現在の工程のパラメータ
を調節することによつて，銅核の密生度を大きくさせる
ように試みられたが，成功しなかつた。

銅核を小さくしかつその密生度を増加させるに（ま．最
初の銅めつきにおいて、多孔度が小さい場合の方が、銅
核が比較的疎らな密生度で分布している場合よりも有利
である。

さらに銅核の密生度を大きくすれば．現在の技術によつ
て得られるよりも、薄い銅層でより完全に被覆すること
となり、これは経済的利益をもたらす。

さらに６多孔度か小さくて良好な被覆を少量の銅で得る
ことができることは６銅めつき浴に接触する時間を減少
させ，これは流れ操作において流れ進度を増加させるこ
とができる。

接触時間を減少させるには６ピロリん酸銅めつき浴にお
いて電流密度を増加させることによつて行なうことがで
きる。

しかし，電流密度の増加は銅めつきの゜゛焼け”がおき
ることによつて制限される。銅めつきアルミニウムの密
着性および耐食性は，まず亜鉛一酸のアルカリ金属塩の
アルカリ性水溶液の処理浴でアルミニウムを前処理する
ことによつて若干改良することができる。

米国特許第２，６７６，９１６号および第２，６５０，
８８６号記載のように６このような亜鉛一酸塩浴は、ア
ルカリ金属水酸化物と、酸化亜鉛と６鉄６コバルトまた
はニツケルの塩のような水溶性金属塩と６水溶性金属塩
として導入される金属イオンのための、ロツシエル塩、
タンニン酸塩または糖類の錯化剤とを含む。またこれら
の従来技術の特許は６少量の硝酸塩または亜硝酸塩を加
えることによつて．亜鉛一酸塩被覆の厚さを制限できる
ことも教示している。これらの亜鉛一酸塩処理浴は６ア
ルミニウム担体と続いてこの上にめつきする銅めつきと
の密着性を改良するために設計されているので，アルミ
ニムウ担体から機械的に剥離可能な超薄銅はくを形成す
るには有用でない。

またアルミニウムに銅をめつきする前に，第二鉄イオン
の存在で鉄をめつきすること，および鉄をめつきしたア
ルミニウムを陽極化することも知られている。

この方法は秋山等゜“陽極化されたアルミニウム上の電
気めつき１，Ｐ１ａｔｉｎｇＭａｇａ一Ｚｉｎｅ，ｐｐ
●５９４−５９８，Ｊｕｎｅ，１９７１によれば，アル
ミニウムに密着性の１良い４銅めつきを形成する。発明
の要約 この発明によつて．アルミニウム担体から機械的に剥離
可能であつて，核が緻密に分布している銅被覆は、鉄、
コバルトおよびニツケルの塩からなる群から選ばれた少
量の水溶性塩を含む亜鉛一酸のアルカリ金属塩のアルカ
リ性水溶液で前処理した後．すべての被覆を酸処理によ
つて除去することによつて形成することができる。

この方法で前処理されたアルミニウム担体上に電気めつ
きする最初の工程の銅めつきは６非常に緻密に分布して
いる小きな銅核よりなる。

これは．前処理をしないアルミニウム担体上に電着した
最初の工程の銅めつきにおいて、比較的大きな銅核が疎
らに分布していることと対照的である。しかし水溶性の
鉄，コバルトまたはニツケルの塩を含まない亜鉛一酸塩
処理を行なう場合は、銅核の密生度がかなり増加するが
６亜鉛一酸塩処理浴に水溶性金属塩が存在する場合（１
銅核の密生度が驚く程増加する。期待されるように、亜
鉛一酸塩処理が、これに続く酸処理による亜鉛一酸塩被
覆を除去する工程を含まない場合は．銅めつきがアルミ
ニウム基板に固着して．これを機械的に剥離できなくな
る。

これは水溶性金属塩成分の有無に関係なく，銅めつきが
固着してしまう。この発明の実施の利益は，従来技術の
方法によつて形成される銅めつきよりも密生度が大きく
かつ多孔度が小さい超薄銅めつきをアルミニウム上に形
成することができ、さらに，従来技術において比較的少
数の大きな銅核が疎らに形成される時間と同一の時間に
，多数の小さな銅核が形成されるから、めつきの流れ作
業の速度を増加させることができる。

従つて比較的短かい時間でアルミニウム上に優れた最初
の被覆を形成することができる。たとえば，従来技術に
よる流れ作業は６アルミニウム担体の線速度が４ｆｔ，
痛１ｎのとき満足すべきめつきが形成されたが、これと
同等のめつきをこの発明によつて線速度８ｆｔ／／Ｍｉ
ｎで容易に形成することができた。この発明の目的（ま
、アルミニウム担体上に機械的に剥離可能な銅被覆を電
気めつきにより形成する方法において，鉄，コバルト，
ニツケルおよびこれらの混合物からなる群から選ばれた
金属の水溶性塩少なくとも約０．２５９／ｌ、好ましく
は約０．５〜３９／ｌと，この水溶性塩として導入され
た金属イオンを錯イオン化する錯化剤とを６含む亜鉛一
酸のアルカリ金属塩のアルカリ性水溶液に６アルミニウ
ム担体を接触させることによつてこの担体上に被覆を形
成し、この被覆された担体を酸に接触させて、前記被覆
を実質的にすべて除去し，前記担体の処理された表面に
銅を電気めつきして，アルミニウム上に剥離可能な銅被
覆を形成することである。

この発明の他の目的は、アルミニウム上の銅電気めつき
の性質を改良することである。

この発明のさらに他の目的は、小さな銅核が緻密に形成
された最初の工程の銅めつきから，機械的に剥離可能な
銅電気めつきをアルミニウム担体上に成長させることで
ある。

この発明のまた他の目的は．従来技術の方法で可能なよ
りも速い速度でアルミニウム上の銅電気めつき流れ作業
を行なうことができるように改良することである。

この発明の他の目的および利益は，この発明を実施する
ために考慮された最良の態様を含む．次の詳細な説明か
ら明らかになるであろう。

詳細な説明 この発明を実施するのに有用な亜鉛一酸塩処理浴は、一
般にアルカリ金属水酸化物と酸化亜鉛とを約１０：１の
割合で混合して調製する。

適当なアルカリ金属水酸化物は水酸化ナトリウム．水酸
化カリウム６水酸化リチウムおよび水酸化ルビジウムを
含む。勿論水酸化ナトリウムが安価であり、入手し易し
一般に６濃度約１００９／ｌのアルカリ金属水酸化物は
アルミニウム担体上に凹穴を作るから，かなり希薄な亜
鉛一酸塩溶液が好ましい。

それ故アルカリ金属水酸化物の濃度は約４５〜５５１４
の範囲であることが好ましい。上記の１０：１の比から
対応する酸化亜鉛の濃度は約４．５〜約５．５９／ｌの
範囲であることが好ましい。所望の結果を得るためには
．鉄、ニツケルまたはコバルトの水溶性塩の濃度を０．
５ｆ１／ｌまたはこれより低くすることが適当である。

この濃度を高くすることもできるが，経済的に引き合わ
ない。一般にこの濃度が高くなると望ましくない副作用
が現われることが示されているから（後の実施例３を参
照）３９／ｌを超えないようにする。適当な陰イオンは
塩化物．硫酸塩６硝酸塩および亜硝酸塩である。なおこ
れらの水溶性塩の混合物も適当である。ＰＨが少なくと
も１２のアルカリ性で作用する錯化剤は水溶性金属塩を
溶液に保つために必要である。

錯化剤としてはロツシエル塩、グルコン酸ナトリウム．
タンニン酸塩、グリセリン，マンニツトおよび他の糖類
が適当である。これらの物質は，水溶性金属塩を溶液に
保つために十分な量を加える。適当な濃度（ま６浴のＰ
Ｈ６錯化剤の効力その他の因子によつて広く変化するが
６一般に濃度が約２５〜約１００９／ｌの範囲であれば
十分な結果を与える。硝酸また（ま亜硝酸のイオンを含
むときは，付着する亜鉛一酸塩被覆の厚さを減少させ６
かつ被覆を平滑化する。

硝酸および亜硝酸のナトリウム、カリウムおよびアンモ
ニウム塩はこの目的に有用である。濃度１９／ｌの程度
の硝酸塩または亜硝酸塩は望ましい効果を与える。もし
水溶性金属塩かこれらの陰イオンのいずれかを含むとき
は６別に硝酸塩また（ま亜硝酸塩を加えなくてよい。従
つてたとえば２９／１０）Ｆｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ，０
を使用するときは，別に硝酸塩または亜硝酸塩を加えな
くてよい。期待されるように．浸漬時間を延長するとき
は付着する亜鉛一酸塩の厚さが増加する。

また浴温が上昇すると．一定の浸漬時間内に付着する亜
鉛一酸塩の厚さが増加する。一般に、亜鉛一酸塩浴の温
度を約２５〜約４０℃の範囲とし６浸漬時間を約１５〜
約３０ｓｅｃの範囲とすると満足な結果を得ることが児
出された。機械的に剥離可能な超薄銅はくを得るには，
銅めつきの前に実質的にすべての亜鉛一酸塩被覆を除去
することが重要である。

これは亜鉛一酸塩で被覆されたアルミニウム担体を鉱酸
、好ましくは硝酸、塩酸または硫酸に浸漬することによ
つて行なうことができる。２５体積％の硝酸，５体積％
の塩酸および５体積？の硫酸で満足な結果を得た。

従来技術（米国特許第２，６５０，８８６号）において
、亜鉛一酸塩２重浸漬技術が、銅とアルミニウムの密着
性を改良するのに有用であると記載されている。我々は
予期に反して１回浸漬−１回除去法によつて生じた銅核
の数は、２回浸漬−２回除去法によつて実際に減少する
ことを見出した。従つてこの発明の実施においては工程
を重複させることは推奨しない。酸処理後に、アルミニ
ウム担体を標準的なピロりん酸銅めつき浴に浸漬して，
銅を厚さ５０ｍｉｃｒ０ｉｎｃｈまでめつきする。

その後，通常の銅めつき方法によつて銅めつきを完成さ
せる。さきの工程によつて形成した銅はくは，一般に剥
離強さが約１．５〜約６１ｂ／Ｉｎの範囲である。

この程度の剥離強さならば、通常積層銅はくからアルミ
ニウム担体を機械的に剥離させることか可能であるが、
この値は工業的には高すぎて実用化されない。剥離強さ
を約２１ｂ／Ｉｎを超えない値に減少させる目的で、亜
鉛およびインジウムからなる群から選ばれた金属で銅め
つきアルミニウム担体に上めつきをすることができる。
さらに特定すれば６硫酸亜鉛めつき溶液から亜鉛の上め
つきを行ない、ふつ化ほう素酸インジウムめつき溶液か
らインジウムの上めつきを行なうことができる。

このとき１０〜２０ｍｉｃｒ０ｉｎｃｈの程度のめつき
で６剥離強さを約２１ｂ／Ｉｎを超えない程度に減少さ
せることができる。この発明の効果を達成するために次
の亜鉛一酸のアルカリ金属塩を含むアルカリ性水溶液を
使用し、なおこの発明によつて特定のパラメータを達成
するために６後の実施例に示すように変化させた。

以下の各実施例において，特記しないときは．工業級純
度のアルミニウム１１００のシートを担体として実験し
た。

この組成は次の如く考えられている。アルミニウム担体
の前処理は、２７０水酸化物エッチング情１沖に室温で
８７ｓｅ罎漬し，水道水で８７Ｓ（１）洗浄し、２５体
積弊硝酸によつて室温で８７ｓｅ拠理し、再び水道水で
８７ｓｅ銑浄した。

次にアルミニウム担体を亜鉛一酸塩浴に室温で１７ｓｅ
罎漬し，水道水で８７ｓｅｃ洗浄した後．２５？硝酸に
室温で８７ｓｅｃ浸漬して亜鉛一酸塩被覆を実質的にす
べて除去した。次にＰＨを約８〜約８．５の範囲とした
温度約６０℃の標準的なピロりん酸銅浴で電流密度５０
Ａ／Ｆｔ２で２ｍｉｎ電気めつきして厚さ５０ｍｉｃｒ
０ｉｎｃｈの銅被覆を形成した。走査電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）写真によつて、最初の工程の銅めつきの成長におい
て小さい銅核が緻密に分布していることを示した。これ
（ま通常の前めつき技術において、比較的大きな銅核か
疎らに分布していることと対照的である。銅をめつきし
たアルミニウム担体を、さらに次の組成範囲の電解質を
使用して電気めつきした。

電気めつき浴は６温度を２４〜２８℃の範囲とし、電気
密度１００Ｖｆｔ２で２ｍｉｎ接触させた。この時間に
厚さ約０．２ｍｉ１の電気めつきが成長した。銅めつき
したアルミニウム担体を水道水で８７ｓｅｃ洗浄して乾
燥した。

剥離強さを減少させる目的で上めつきを行なうときは、
次の組成のめつき浴から厚さ約１０〜２０ｍ１ｃｒ０ｉ
ｎｃｈの亜鉛めつきを形成した。

このめつきは、浴温を室温として電流密度２５Ａ／Ｆｔ
２で行なつた。実施例 １ 塩化第二鉄以外の水溶性金属塩を当量の金属イオンを含
む濃度で使用し、この発明を実施する一連の実験を行な
つた。

使用した物質は硫酸ニツケル．５０：５０の塩化鉄と硫
酸鉄または塩化コバルトと硫酸コバルトの混合物である
。種々の亜鉛−酸塩を含む組成物から得られた付着を観
察した結果６亜鉛一酸ニツケルおよび亜鉛一酸コバルト
は亜鉛一酸鉄の付着に類似していることを示した。硝酸
処理後の亜鉛一酸塩被覆の残りと，３および６．５ｍｉ
ｃｒ０ｉｎｃｈの銅めつきとのＳＥＭ写真を見ると６ニ
ツケルは鉄に類似しているが、コバルトＩま鉄またはニ
ツケルよりも緻密な核形成をすることを示した。また鉄
とニツケルとを組み合わせた場合は、これらを単独で使
用する時よりもやや緻密な核形成をすることも判明した
。次の剥離強さが明かとなつた。

実施例 ２ 種々の前処理後に形成された厚さ６．５ｍｉｃｒ０一Ｉ
ｎｃｈの銅めつきを，１０００倍に拡大した一連のＳＥ
Ｍ写真をＱｕａｎｉｍｅｔ７２Ｏで解析した。

この装置は６銅核によつて覆われたアルミニウム担体の
面積百分率の平均によつて核の密生度を定量し，核によ
つて蔽われた区域の平均によつて核の大きさを定量した
。被覆百分率の値は６１７ないし２３の異なる表面区域
で得られた実験結果を平均した。

核の区域の値は６１８０ないし２１７の核を測定した値
から得られた結果を平均して求めた。

その結果を次表に示す。これらの値によれば．鉄または
これと均等な元素を含まない亜鉛一酸塩処理は．銅核の
密生度をかなり増加させるとともに核の大きさを実質的
に小さくするが、鉄またはこれと均等な元素を含む亜鉛
一酸塩処理は、銅核の密生度を極めて増加させ、核の大
きさを実質的に小さくする。

実施例 ３ 亜鉛一酸塩処理組成物に含まれる水溶性金属塩の濃度を
変化させて一連の実験を行ないその影響を決定した。

この目的のために．塩化第二鉄の濃度が０，０．５，１
，２，３および４ｆ！／ｌと変化する亜鉛一酸塩浴を使
用して一組のアルミニウム試片を調製した。さらに亜鉛
一酸塩処理工程を省略する実験も行なつた。ＳＥＭ写真
を検査した結果、銅被膜は．亜鉛一酸塩処理を行なわな
い試片上の６．５ｍｉｃｒ０ｉｎｃｈの銅めつきを付着
させた後に．疎らに離れたかなり大きな銅核を示した。

塩化第二鉄を除外した亜鉛−酸塩で処理した試片（Ｊ．
銅核の数がいくらか増加することを示した。僅か０．５
９／ｌの塩化第二鉄を加えると６非常に小さい銅核の数
が極めて明かに増加した。塩化第二鉄の濃度が３９／ｌ
に増加すると銅核の外観に少し変化が現われた。しかし
４９／２の塩化第二鉄の濃度では、不均一で濃色の亜鉛
一酸塩付着が認められ６硝酸処理後のアルミニウム試片
にまだらを残した。剥離強さは６塩化第二鉄の濃度が０
５から３９／２に増加しても顕著な変化（ｊ認められな
いが、４９／ｌに増加すると顕著な増加を示した。

実施例 ４亜鉛一酸塩組成物中の水酸化ナトリウムをカ
リウム、リチウムまた（まルビジウムの水酸化物で置換
して亜鉛一酸塩処理しかつ銅めつきした試料を観察した
結果．外観（ま実質的に同一であつた。

これらの剥離強さは次表に示す通りであつた。ノ実施例
５ 亜鉛一酸塩溶液の温度を２５，４０および５０゜Ｃに変
化させて一連の実験を行ない、この発明の方法に与える
この溶液の温度の影響を調べた。

試料を観察した結果、亜鉛一酸塩浴温が上昇すると６亜
鉛一酸塩付着（ゴ濃色となりかつ不均一となる。さらに
５０℃において（ま少量のガス発生が認められ６硝酸処
理後のアルミニウムは霜が降りたような外観を示した。
剥離強さは６亜鉛一酸塩浴温が２５から４０℃に上昇す
ると僅かに増加し，亜鉛酸塩処理を５０℃で行なうと銅
とアルミニウムとが実際に接着することが判つた。温度
の上昇に伴なつて剥離強さが増加する原因は．処理溶液
がアルミニウムの表面を浸食すること．または亜鉛−酸
塩被膜の付着する厚さが高温において厚くなつて、完全
には除去されないことによると考えられる。

実施例 ６ 亜鉛−酸塩浸漬工程の時間を８，１７，３０および６０
ｓｅｃに変化させて、一連の実験を行ない．時間の影響
を調べた。

この実験において、亜鉛一酸塩浴．すべての洗浄浴．ア
ルカリ性エツチング浴および硝酸浴の温度はすべて２５
℃とした。この条件において．８ｓｅｃの亜鉛−酸塩処
理では極めて淡い灰色の膜を形成し．最初の銅被覆は被
覆が不十分であり，１７ｓｅｃの処理では不均一な灰色
の膜が観察され．最初の銅被覆工程における銅核の密生
度が高く、３０ｓｅｃの処理では．亜鉛−酸塩の膜は濃
色でかつ不均一となり，硝酸処理後にアルミニウム担体
が汚れているように見えた。亜鉛−酸塩浴に６０ｓｅｃ
浸漬した試片は．均一な濃色の亜鉛−酸塩付着を形成し
、硝酸処理後に一層顕著な汚れが付着していた。これら
の剥離強さは次表に示す通りである。

このデータから．亜鉛一酸塩浴との接触時間は，所望の
結果を得るために少なくとも８ｓｅｃを超える必要があ
り、この時間が３０ｓｅｃ以上であるときは機械的剥離
強さの上限を超えることが明かである。

なお．この接触時間の上限を３０ｓｅｃを超えて延長す
ることは．これに対応して次の硝酸処理時間を延長して
．アルミニウム担体上に付着する厚い亜鉛−酸塩被膜を
除去するのに適当な時間とすれば．可能であることが期
待される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる担体
   上に核を緻密に形成した銅被覆を一時的に形成する方法
   において、アルカリ金属水酸化物４５〜１００ｇ／ｌ、
   酸化亜鉛４．５〜１０ｇ／ｌ、鉄、コバルト、ニッケル
   およびこれらの混合物からなる群から選ばれた金属の水
   溶性塩０．５〜３．０ｇ／ｌ、および前記水溶性塩とし
   て導入された金属塩を錯イオン化する錯化剤２５〜１０
   ０ｇ／ｌからなる水性組成物に前記担体を接触させて、
   この担体上に亜鉛−酸塩被覆を形成し、前記担体を酸に
   接触させて前記亜鉛−酸塩被覆に実質的にすべて除去し
   、前記担体の処理された表面に銅を電気めつきすること
   を特徴とする、アルミニウムまたはアルミニウム合金か
   らなる担体上に核を緻密に形成した銅被覆を一時的に形
   成する方法。 ２ 前記組成物が 水酸化ナトリウム５０ｇ／ｌ 酸化亜鉛５ｇ／ｌ 塩化第二鉄２ｇ／ｌ ロツシエル塩５０ｇ／ｌ 硝酸ナトリウム１ｇ／ｌ を含むことを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の
   アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる担体上に
   核を緻密に形成した銅被覆を一時的に形成する方法。 ３ 前記酸が２５体積％の硝酸であることを特徴とする
   、特許請求の範囲第２項記載のアルミニウムまたはアル
   ミニウム合金からなる担体上に核を緻密に形成した銅被
   覆を一時的に形成する方法。 ４ 電気めつき工程をピロりん酸銅浴で行なうことを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項記載のアルミニウムま
   たはアルミニウム合金からなる担体上に核を緻密に形成
   した銅被覆を一時的に形成する方法。 ５ 亜鉛およびインジウムからなる群から選ばれた金属
   を上めつきして、銅と、アルミニウムまたはアルミニウ
   ム合金からなる担体との間の剥離強さを減少させること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項記載のアルミニウ
   ムまたはアルミニウム合金からなる担体上に核を緻密に
   形成した銅被覆を一時的に形成する方法。