移除基板表面过量金属的电解装置及应用该装置以移除过量金属的方法

具体实施方式

本发明提出一种移除基板表面过量金属的电解装置，以及应用该装置以移除过量金属的方法，主要利用连续但非接触式的电解反应，不但使过量金属可连续地被移除，基板不会因应力集中而产生变形，且电解过程中亦不会过度蚀刻金属，可控制蚀刻终点，因此应用本发明方法的基板在去除金属后仍保持良好的外观与电性，不会影响组件良率。再者，本发明所提出的连续式电解装置，可广泛地应用在各种尺寸和不同态样的基板，包括大、小、厚、薄等各种基板，而电解装置中的电解速率亦可依照欲去除的金属厚度作适当设定和调整，以达到最大电解效率，十分弹性。

以下根据本发明提出实施例，以详细说明本发明的移除基板表面过量金属的电解装置及应用该装置以移除过量金属的方法。然而实施例中所提出的装置与方法仅为举例说明之用，并非作为限缩本发明保护范围之用。再者，实施例的图标仅绘示本发明技术的相关组件，省略不必要的组件，以清楚显示本发明的技术特点。另外，本发明可适用于各种态样的基板和移除不同种类的金属，例如移除一内埋式线路基板表面的过量金属铜。

第一实施例

请参照图4，其绘示依照本发明第一实施例的电解装置的示意图。本发明用以移除基板表面过量金属的方法主要是提供至少如图4所示的一连续式电解装置20，令待处理的基板在特殊设计的电解装置20中连续地输送和进行电解反应后，可达到移除表面过量金属的目的。再者，于第一实施例中使用单一组电解装置进行电解反应。

根据本发明的第一实施例，水平设置的连续式电解装置20主要包括一充有电解液210的电解槽(electrolysis bath)21、一输送系统(transportation system)22、一阳极滚轮(anode roller)23、一阴极滚轮24和至少一遮蔽板(shielding plate)25。

如图4所示，输送系统22设置于电解槽处，例如浸设于电解液210中，用以传送一基板30自该输送系统22的一上游端(如图中的左端)往一下游端(如图中的右端)移动，移动方向如图中箭号R所示。输送系统22的构件和有许多种类，在此实施例中以常见的连续输送方式作说明，例如包括：用以承载一待处理基板30的一支撑板(supporting plate)221；对应支撑板221两侧设置的一组导轨(guiding rail)(未显示)；和多组间隔排列的输送滚轮(guiding rollers)224。输送滚轮224对应设置于支撑板221下方，使支撑板221可沿着导轨连续地移动而水平传送基板30。其中，放置于支撑板221上的基板30浸没于电解液中。然而输送系统22的详细构件与设计并不限于此实施例的说明，只要能使基板30在电解装置20中能连续地输送并配合进行以下所说明的反应，即可应用于本发明。

阳极滚轮23设置于电解槽21处且位于输送系统22的上游端。较佳地，阳极滚轮23设置在相对于阴极滚轮24的上游处。阳极滚轮23的设置方式例如是位于输送系统22上方并部分浸置于电解液210中，或如实施例图所示全部浸置于电解液210中，本发明并没有特别限制。

阴极滚轮24，位于输送系统22上方且较佳地设置于相对于阳极滚轮23的下游处，且阴极滚轮24至少一部分(例如底部部分)浸渍于电解液210中。在本发明的较佳实施例中，阴极滚轮24的轴承(shaft)241位于电解液210的液面上方，且阴极滚轮24的半径大于阳极滚轮23的半径。

另外，由于进行电解时，阳极滚轮23与基板30接触，但阴极滚轮与基板30表面保持一距离(即不与基板30接触，后续会有详细说明)，因此在电解装置20中，阳极滚轮23到支撑板221的垂直距离小于阴极滚轮24到支撑板221的垂直距离。至于阳极滚轮23和阴极滚轮24之间的实际水平距离D2视不同的应用条件而定，例如可依照施于电解装置20的电压和总电流大小将水平距离D2调整至一最佳值，以达到其预定的应用效果。

请同时参照图4和图5。图5为图4的阳极滚轮、阴极滚轮和基板的局部放大示意图。进行电解时，使浸泡于电解液210中的基板30在输送系统22的传送下，自上游端往下游端连续地移动，且阳极滚轮23与基板30的待处理表面(即具有待去除金属)接触，使基板表面的金属呈阳极电性。而至少一部分浸渍于电解液210中的阴极滚轮24则与基板30的待处理表面相距一距离D1(两者不接触)。当具阳极电性的基板30表面移动至靠近阴极滚轮24的下方处，则可与阴极滚轮24之间形成一电场(如虚线箭号所示)，以将基板30表面上的多余金属34溶解去除，并还原沉积在阴极滚轮24的表面上(又称反电解，de-plating)，而达到移除基板表面过量金属的目的。

在图5中，以一内埋式线路基板作为实施例说明时的基板态样。制作内埋式线路基板时，例如是在芯板31上的厚树脂层32处定义出沟槽321，并覆盖导电金属34于厚树脂层32上方以填满沟槽，在沟槽321内的金属则构成基板的线路图形。因此，在制作过程中应用本发明的实施例即可迅速且不损伤线路与基板的情况下，顺利地移除基板表面过量的导电金属34，使沟槽内的金属和树脂层32表面可位于同一平面，如图5中右方所示的基板结构(已去除基板表面过量金属)，而形成表面平整且厚度薄的一内埋式线路基板。当然，本发明可应用在各种态样的基板，包括如图所示的内埋式线路基板30、或其它态样的基板，并不特别限制何种结构的基板才可应用本发明以去除基板表面过量金属。

另外，进行电解时，阴极滚轮24与基板30表面相距的距离D1与反电解速率成反比，即距离D1越小，反电解速率越快。当然，通入的电流密度I越大，反电解速率越快。另外，基板30在输送系统中的移动速度V可根据实际应用所需的反电解速率(想去除的金属厚度)而计算出一较佳值。因此，距离D1、电流密度I和移动速度V等多项参数在此并不限定于一定值，而是视应用所需作适当设定。

再者，由于基板30表面上的多余金属溶解后会往阴极滚轮24方向移动而还原沉积在阴极处，因此设置阴极滚轮24时，使其轴承241较佳地高于电解液210的液面，不与电解液210液面接触，以避免还原后的金属结晶在轴承241处结块而阻塞轴承，影响阴极滚轮24的转动。

另外，本发明的电解装置20更包括至少一遮蔽板25，以遮蔽该输送系统22的下游端。请见图5，此遮蔽板25为一绝缘材质，其设置位置可遮盖已通过阴极滚轮24下方且往输送系统22下游端移动的基板30。如图5所示，与阳极滚轮23接触后呈阳极电性的基板30表面金属34在往输送系统22的下游端移动时，于移动至遮蔽板25之前的该段区域A可与阴极滚轮24之间产生一电场，以将基板30表面过多的金属部分电解移除。当基板30通过区域A进入遮蔽板25下方，则呈阳极电性的基板30表面受到遮蔽板的绝缘作用，仅有轻微电解效应，随着基板30表面离阴极滚轮24越来越远而逐渐无法进行电解，如图5中箭号所指的n1和n2区域处，电解反应可自动停止。因此，遮蔽板25可避免基板30表面的金属部分被过度电解蚀刻。

在实施例中，如图4所示，连续式电解装置20装设有多块遮蔽板(shielding plates)25、251a～251e、252a～252e，分别位于支撑板221的上下侧且间隔地设置于输送滚轮224之间。其中，该些遮蔽板其中之一(即遮蔽板251c)亦可较佳地设置于阳极滚轮23与阴极滚轮24之间，此时阳极电性的基板30表面和阴极滚轮24之间所产生的有效电场范围即为图5所示的区域A。再者，图4中相对于基板30上方的遮蔽板25、251d、251e具有如上述避免基板30表面金属过度蚀刻的遮蔽作用，而相对于基板30下方的遮蔽板252a～252e则可与基板上方遮蔽板25、251a～251e采用相同或不同的材质，本发明并不特别限制。

在实施例中，电解装置配置有一整流器(rectifier)(分别与阳极滚轮23、阴极滚轮24电性连接)，并可较佳地经由一微处理器(未显示)监视和控制其电解反应，以提供适当的电流密度进行电解，均匀地去除过量金属，而无过度去除金属之虞。其中，电流密度可依据基板的接触面积、电解液浓度和欲去除的金属厚度...等等多项参数计算出一数值，以达到最大电解效率。

另外，本发明第一实施例的电解装置20较佳地设置一清洗系统26(cleaningsystem)于邻近阴极滚轮24处，以清洗和去除附着在阴极滚轮24表面的沉积金属。在此实施例中，清洗系统26至少包括一第一喷嘴261、一刮刀263和一第二喷嘴265a和265b。第一喷嘴261设置于阴极滚轮24转出电解槽21的一侧，可对阴极滚轮24的表面喷洒一清洗液。刮刀(squeeze knife)263设置于第一喷嘴261旁，且刮刀263前端可压触阴极滚轮24的表面。第二喷嘴则设置于该阴极滚轮24转入该电解槽21的一侧，可对阴极滚轮24的表面喷洒一微蚀液。如图4所示(阴极滚轮24为逆时针方向旋转)，当阴极滚轮24自电解液转出，刮刀263可先刮除滚轮24表面该处的金属沉积物，接着阴极滚轮24继续转动，其表面该处再经第二喷嘴265a和265b喷出的微蚀液处理而将残余物蚀刻干净之后，再进入电解槽21浸渍于电解液210中。其中，第一喷嘴261喷出的清洗液例如是去离子水，第二喷嘴265a和265b喷出的微蚀液例如是包括稀释硫酸(dilute sulfuric acid)与过氧化氢(hydrogenperoxide)的一混和液。因此，当基板30表面多余的金属连续地被移除时，清洗系统26也不断地去除阴极滚轮24表面上沉积的金属，而不需如传统电解操作一段时间后就必需特别停机进行装置的清理和维护，省时省力也降低操作成本。

再者，电解装置20更较佳地包括一回收系统例如一承接盘27，邻近于清洗系统26设置，以收集自该阴极滚轮24表面刮除下来的金属沉积物(如铜渣，copper debris)，并将回收的沉积物进行后处理或是再利用，以免产生污染物和浪费资源。

第二实施例

根据本发明，亦可使用多组如第一实施例所示的电解装置以达到移除基板表面过量金属的目的。图6绘示依照本发明第二实施例的电化学设备的示意图，其中电化学设备包括两组电解装置。其中，每组电解装置的细部构件请参照第一实施例，在此不再重复赘述。

第二实施例主要是提供至少两组连续式电解装置20，使待处理的基板在第一组电解装置中连续地输送和进行电解反应后，再进入第二组电解装置中作连续电解，以达到移除表面过量金属的目的。其中，两组连续式电解装置独立运作，如各自配置整流器(rectifier)，以独立控制各组电解装置的情形。再者，依照实际应用情况所需，两组电解装置可调整成具有相同或是不同的电解速率，以去除基板表面的过量金属。例如使两组连续式电解装置具有不同的电解液浓度或相关电解参数，使两组电解装置具有不同的电解速率。然而，只要能达到完全去除过量金属的目的，本发明并不特别限制电化学设备中多组电解装置的电解速率及其相关设定。

另外，本发明上述第一、二实施例所使用的电解液，可包括金属离子(metal ion)、硫酸(sulfuric acid)、磷酸盐(phosphate)、酸碱值缓冲剂(pH buffer)和有机抑制剂(organic leveler)。当基板表面具有过量金属铜待去除时，电解液的金属离子为铜离子(copper ion)。其中，磷酸盐可保护产品导电图案，避免过度反电解金属而造成导电图案的蚀刻；有机抑制剂则是利用有机物质来改善金属表面的电场分布，使阴极滚轮和阳性金属表面之间的反电解作用更为均匀。但应用本发明时，电解液的实际组成并不限于上述物质，而应视应用情况所需而作成分的适当选择与调配。再者，电解液也可依电解反应状况进行补充或调整成分比例。

相较传统去除基板表面过量金属的方式和上述实施例所提出的电解装置和方法，本发明具有多项优点，例如：

(1)阴极滚轮和基板表面维持一距离(非接触式电解)，没有传统使用机械式磨削时直接施以一应力于基板而造成应力不均和基板变形等问题，因此应用本发明方法的基板在去除金属后仍保持良好的外观与电性，不会影响组件良率；

(2)本发明的非接触式电解反应发生于基板上方，传输系统设置于基板下方，透过实施例所提出的传输系统，可允许一厚度较薄的基板稳定地在本发明的电解装置中传送和进行多余金属去除反应，没有损害或造成基板弯曲变形、甚至破片之虞。

(3)阴极滚轮和基板表面维持一距离(非接触式电解)，可稳定地供给一电流密度即可；

(4)本发明提出的水平式连续操作的电解装置，可弹性地应用在各种尺寸的基板，而电解装置中的输送系统各参数(如基板传输速度)亦可依照欲去除的金属厚度作适当调整，十分弹性。

(5)配置有整流器的电解装置可经由一微处理器监视和控制其电解反应，以提供适当的电流密度进行电解，均匀地去除过量金属，而无过度去除金属之虞；其中电流密度可依据基板的接触面积、电解液浓度等多项参数计算出一数值，以达到最大电解效率。

(6)电解装置的遮蔽板可避免基板表面的金属部分被过度电解蚀刻，且当基板表面离阴极滚轮越来越远将逐渐无法进行电解，电解反应自动停止，可控制蚀刻终点。

(7)电解装置中较佳地配置清洗系统，可使阴极滚轮表面常保干净而无金属沉积物堆积残留，因此可连续进行去除反应，无须特别停机进行清理，省时省力，也没有传统产生金属残渣而磨伤基板或使基板产生裂痕等问题；

(8)电解装置中较佳地配置回收系统，达到资源回收再利用的目的。

(9)清洗系统和回收系统较佳地配置于电解槽上方，可顺利回收金属残渣，不但符合环保不造成污染，电解液亦可一再使用。

(10)电解装置中较佳地使阴极滚轮的轴承高于电解液，可避免还原后的金属结晶在轴承处结块而阻塞轴承，影响阴极滚轮的转动。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。