(57)【要約】【課題】鉛フリーはんだ等の合金めっきを、大規模で複雑な装置を必要とすることなく、かつ、管理コストの増大を招くことなく行うことができ、更には合金めっき特有の置換問題への対策を行うことができる合金めっき方法及び合金めっき装置の提供。【解決手段】電解めっき法にて被めっき対象に合金をめっきする合金めっき方法において、合金を構成する金属元素の種類と同数の槽を設け、各々の槽内のめっき液中に、各々の金属元素からなる可溶性固体陽極を配置し、いずれか一つの槽内若しくは別に設けた槽内のめっき液中に、前記被めっき対象からなる陰極を配置し、各々の前記可溶性固体陽極と前記陰極とを整流器を介して電気的に接続し、各々の前記可溶性固体陽極に、合金組成に応じた電流を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解めっき法にて被めっき対象に合金をめっきする合金めっき方法において、
合金を構成する金属元素の種類と同数の槽を設け、
各々の槽内のめっき液中に、各々の金属元素からなる可溶性固体陽極を配置し、
いずれか一つの槽内若しくは別に設けた槽内のめっき液中に、前記被めっき対象からなる陰極を配置し、
各々の前記可溶性固体陽極と前記陰極とを整流器を介して電気的に接続し、
各々の前記可溶性固体陽極に、合金組成に応じた電流を供給することを特徴とする合金めっき方法。
【請求項２】
各々の槽内のめっき液を、電気的に絶縁した状態で循環・混合し、
各々の前記可溶性固体陽極に、合金組成に応じた電流を同時に供給することを特徴とする請求項１記載の合金めっき方法。
【請求項３】
各々の槽内のめっき液を、滴状態で他の槽に注入することを特徴とする請求項２記載の合金めっき方法。
【請求項４】
更に混合槽を設け、
各々の槽内のめっき液を、滴状態で前記混合槽に注入し、
前記混合槽内のめっき液を、滴状態で前記各々の槽に注入することを特徴とする請求項２記載の合金めっき方法。
【請求項５】
電解めっき法にて被めっき対象に合金をめっきする合金めっき装置において、
合金を構成する金属元素の種類と同数の槽を備え、
各々の槽内のめっき液中に、各々の金属元素からなる可溶性固体陽極が配置され、
いずれか一つの槽内若しくは別に設けた槽内のめっき液中に、前記被めっき対象からなる陰極が配置され、
各々の前記可溶性固体陽極と前記陰極とが整流器を介して電気的に接続され、
各々の前記可溶性固体陽極に、合金組成に応じた電流が供給されることを特徴とする合金めっき装置。
【請求項６】
各々の槽内のめっき液を、電気的に絶縁した状態で循環・混合する手段を備え、
各々の前記可溶性固体陽極に、合金組成に応じた電流が同時に供給されることを特徴とする請求項５記載の合金めっき装置。
【請求項７】
前記手段は、各々の槽内のめっき液を滴状態で他の槽に注入する手段であることを特徴とする請求項６記載の合金めっき装置。
【請求項８】
更に混合槽を備え、
前記手段は、各々の槽内のめっき液を滴状態で前記混合槽に注入し、前記混合槽内のめっき液を滴状態で前記各々の槽に注入する手段であることを特徴とする請求項６記載の合金めっき装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合金めっき方法及び合金めっき装置に関し、特に、標準電極電位が異なる複数の金属元素からなる合金をめっきする合金めっき方法及び合金めっき装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保全への関心の高まりに伴い、電子部品の表面処理に従来使用されてきたＳｎ−Ｐｂはんだめっきは今後廃止される傾向にあり、これに代わって、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金などの鉛フリーはんだめっきが主流となってきている。
【０００３】
ここで、従来のＳｎ−Ｐｂ（はんだ）めっきの場合、Ｓｎ、Ｐｂの標準電極電位がほぼ等しいため、所定の組成比に調合した合金自体を可溶性固体陽極として電解めっきを行う方法（第１の従来例）にて合金めっきが可能である。
【０００４】
しかしながら、鉛フリーはんだめっきをはじめ殆どの合金において、合金を構成する金属それぞれの標準電極電位は異なっており、その結果、上記のような方法では標準電極電位が卑な金属が優先的にめっき液中に溶解し、標準電極電位が貴な金属は殆ど溶出しないため、被めっき材に対して目的とする組成で合金を析出させることができないという問題が発生する。
【０００５】
すなわち、第１の従来例の方法では、可溶性固体陽極を使用していない標準電極電位が貴な金属のイオンは陽極の溶出により自動的に補給されることがないため、めっきにより金属イオンが消費されるとめっき液中の濃度が減少してしまう。このため、標準電極電位が貴な金属のイオンの薬液を用意しておき、めっき品質を一定に保つため、金属イオン濃度を監視して頻繁に標準電極電位が貴な金属のイオンを補給して溶液の濃度管理を行う必要があり、管理コストが増大してしまうという問題が発生する。
【０００６】
この問題に対して、下記特許文献１には、標準電極電位が貴である（標準電極電位が高い）金属は電解槽において純金属の陽極にて供給し、標準電極電位が卑である金属は別に設けられた電解槽ないし溶解槽において純金属にて供給し、それぞれの槽にて生成された溶液を混合して作製されためっき液を用いる方法（第２の従来例）が開示されている。
【０００７】
また、下記特許文献２には、合金を構成する全ての金属元素を個別の可溶性固体陽極として同一のめっき槽内に配置し、それぞれの可溶性固体陽極に間欠的に交互に電流を供給する合金めっき方法（第３の従来例）が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−０５５７９８号公報
【特許文献２】特開２００６−２５７４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、第２の従来例では、複数の電解槽にそれぞれ陰極と陽極および整流器を配置し、更にイオン選択性の隔膜を槽内に配置するなど、電極数の増加・システムの複雑化を伴い、装置が高価なものになってしまう。
【００１０】
また、第３の従来例では、合金を構成する各々の可溶性固体陽極に同時に電流を供給すると、各可溶性固体陽極間に電位差が生じ、可溶性固体陽極間で電流が流れてめっきが行われてしまうため、本来の被めっき物に対して目的とする組成のめっき皮膜を形成することができない。そのため、各々の可溶性固体陽極に交互に電流を供給する必要があるが、各々の可溶性固体陽極への電流の供給においては、スイッチングまたはパルス電流による同期が必要となり、給電システムが複雑化してしまう。更に、標準電極電位が卑な金属の可溶性固体陽極に電流が流れていない時間帯においては、標準電極電位が貴な金属との置換が進み、液濃度の変動やスラッジの発生を招くという問題も発生する。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、鉛フリーはんだ等の合金めっきを、大規模で複雑な装置を必要とすることなく、かつ、管理コストの増大を招くことなく行うことができ、更には合金めっき特有の置換問題への対策を行うことができる合金めっき方法及び合金めっき装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明は、電解めっき法にて被めっき対象に合金をめっきする合金めっき方法において、合金を構成する金属元素の種類と同数の槽を設け、各々の槽内のめっき液中に、各々の金属元素からなる可溶性固体陽極を配置し、いずれか一つの槽内若しくは別に設けた槽内のめっき液中に、前記被めっき対象からなる陰極を配置し、各々の前記可溶性固体陽極と前記陰極とを整流器を介して電気的に接続し、各々の前記可溶性固体陽極に、合金組成に応じた電流を供給するものである。
【００１３】
また、本発明は、電解めっき法にて被めっき対象に合金をめっきする合金めっき装置において、合金を構成する金属元素の種類と同数の槽を備え、各々の槽内のめっき液中に、各々の金属元素からなる可溶性固体陽極が配置され、いずれか一つの槽内若しくは別に設けた槽内のめっき液中に、前記被めっき対象からなる陰極が配置され、各々の前記可溶性固体陽極と前記陰極とが整流器を介して電気的に接続され、各々の前記可溶性固体陽極に、合金組成に応じた電流が供給されるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、合金を構成する全ての金属元素をそれぞれの純物質からなる可溶性固体陽極から供給することにより、合金めっき皮膜生成に消費された金属イオンは可溶性固体陽極の溶出により補われる。これにより、化合物の溶液として補給せずともめっき液中の金属イオン濃度はほぼ一定に保たれるため、めっき液管理は格段に容易になる。このため、薬液の濃度管理コストを大幅に削減できるという効果が得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、合金を構成する全ての金属元素を個別の可溶性固体陽極として別々の槽内に配置し、そのうちのいずれか１槽若しくはそれらとは別に設けた槽に被めっき物からなる陰極が配置され他の槽には陰極を配置せず、すべての可溶性固体陽極が被めっき物からなる陰極に整流器を介して電気的な配線にて接続されている。これにより、第２の従来例のように、各槽内に個別に陰極を配置したり、イオン選択性の隔膜を槽内に配置するなどの必要がなく、電極数の削減・めっき槽構成の簡易化が可能となり、合金めっき装置のローコスト化が実現できるという効果が得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、合金を構成する全ての金属元素を個別の可溶性固体陽極として別々の槽内に配置することにより、可溶性固体陽極間の電流の回りこみを防ぐことができる。これにより、めっき皮膜組成の安定化が可能となり、かつ、各々の可溶性固体陽極に対し合金組成に応じた電流を同時に供給可能なため、標準電極電位が貴な金属と卑な金属の置換反応が起こらず、めっき液組成の変動やスラッジの発生を抑制できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、標準電極電位が異なる複数の金属からなる合金めっきにおいて、合金を構成する全ての金属元素を個別の可溶性固体陽極として別々の槽内に配置し、そのうちのいずれか１槽若しくはそれらとは別に設けた槽に被めっき物からなる陰極を配置し、すべての可溶性固体陽極を被めっき物からなる陰極に整流器を介して電気的な配線にて接続する。また、各槽内のめっき液を電気的に絶縁しつつ、各槽内のめっき液を循環・混合可能にして同一の組成に保ち、各々の可溶性固体陽極に対して合金組成に応じた電流を同時に供給可能にする。
【００１８】
これにより、めっき液濃度を安定化することによる管理コストの削減を実現すると同時に、各合金構成元素のイオン抽出のための給電システム単純化によるめっき槽のローコスト化、および置換問題の解決を実現することができる。
【実施例１】
【００１９】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係る合金めっき方法及び合金めっき装置について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施例の合金めっき装置の概略構成を模式的に示す図である。また、図２は、本実施例の合金めっき装置における可溶性固体陽極に流れる電流のプロファイルであり、図３は、従来の合金めっき装置における可溶性固体陽極に流れる電流のプロファイルである。
【００２０】
なお、本実施例は、二元合金のめっき装置に係るものである。説明に先立ち、目的とする合金を構成する金属をＭ、Ｎとし、構成金属Ｍの方が、構成金属Ｎよりも標準電極電位が貴であるものとする。
【００２１】
図１に示すように、本実施例の合金めっき装置はめっき槽１および電解槽２により構成され、各槽内には、目的とするめっき合金に対応しためっき液３、めっき液４（その組成や液量は特に限定されない。）が満たされている。めっき液３の中には、被めっき材からなる陰極５および合金を構成する金属のうちいずれかの一方の金属の純物質からなる可溶性固体陽極６が浸漬されている。また、めっき液４の中には、合金を構成するもう一方の金属の純物質からなる可溶性固体陽極７が浸漬されている。そして、陰極５と可溶性固体陽極６、および陰極５と可溶性固体陽極７の間には、それぞれ独立して整流器ａ１、整流器ａ２が配置されている。
【００２２】
また、めっき液３およびめっき液４はオーバーフロー８やポンプ９により循環・混合され、常に同じ組成に保たれている。ただし、めっき液の循環・混合の方法はオーバーフロー８やポンプ９を用いる方法に限らず、常にめっき液３およびめっき液４の組成が同一に保たれさえすれば良い。また、めっき液の循環流量はめっき電流等に応じて適宜設定可能であり、めっき液３およびめっき液４をほぼ同じ組成に保つことができる流量であればよい。
【００２３】
尚、めっき液３およびめっき液４は、めっき槽１および電解槽２の間を循環しながらも互いに絶縁された関係にあるものとする。これを実現するための手段の一例として、図１に示すように、オーバーフロー８やポンプ９の出口においては薬液が連続的に槽内に注がれることなく、滴状となって注がれるような機能を備えるなどの方法があるが、めっき液３およびめっき液４を絶縁する目的が達成されればいかなる方法を用いても良い。
【００２４】
上記構成の合金めっき装置において、可溶性固体陽極６と可溶性固体陽極７に流れる電流のプロファイルは図２に示すようになり、可溶性固体陽極間での電流の回り込みがなくなったため、各々の可溶性固体陽極に対し合金組成に応じた一定の電流を印加することが可能となる。
【００２５】
一方、第３の従来例において、各可溶性固体陽極に流れる電流のプロファイルは図３に示すようになる。この方法においては各可溶性固体陽極を同一のめっき槽内に配置しているため、それぞれの可溶性固体陽極に同時に電流をかけることができず、間欠的に交互に電流を供給する必要がある。
【００２６】
図２と図３を比較すると、本実施例における電流の印加方法は各可溶性固体陽極に交互に電流を印加する必要がなく電流供給のシステムを簡易化することが可能となる。
【００２７】
このように、本実施例では、合金を構成する全ての金属元素をそれぞれの純物質からなる可溶性固体陽極６、７から供給することにより、合金めっき皮膜生成に消費された金属イオンは可溶性固体陽極６、７の溶出により補われ、化合物の溶液として補給せずともめっき液中の金属イオン濃度をほぼ一定に保つことが可能となる。
【００２８】
また、本実施例では、めっき槽１のみに被めっき物からなる陰極５が配置され、第２の従来例のように他の槽には金属イオンを抽出するための陰極を配置したり、イオン選択性の隔膜を配置する必要がないため、電極数の削減・めっき槽構成の簡易化が可能となる。
【００２９】
また、本実施例では、めっき液３およびめっき液４が絶縁されているため、可溶性固体陽極６と可溶性固体陽極７の間で電流の回り込みがなくなり、被めっき材からなる陰極５へのめっき皮膜組成を安定させることが可能となる。また、各々の可溶性固体陽極６、７に対して合金組成に応じた電流を同時に供給可能なため、標準電極電位が貴な金属と卑な金属の置換反応が起こらず、めっき液組成の変動やスラッジの発生を抑制することができる。
【実施例２】
【００３０】
次に、本発明の第２の実施例に係る合金めっき方法及び合金めっき装置について、図４及び図５を参照して説明する。図４及び図５は、本発明の第２の実施例の合金めっき装置の概略構成を模式的に示す図である。
【００３１】
前記した第１の実施例では、めっき槽１のめっき液３をポンプ９により電解槽２に注ぎ、電解槽２のめっき液４をオーバーフロー８によりめっき槽１に注ぐことによって、めっき液３およびめっき液４を循環・混合したが、本実施例では、めっき液を循環・混合する他の方法を提案する。
【００３２】
例えば、図４に示すように、めっき槽１、電解槽２に混合槽１０を追加し、めっき槽１のめっき液３および電解槽２のめっき液４をオーバーフロー８により混合槽１０に注ぎ、混合槽１０で混合されためっき液１１をポンプ９によりめっき槽１、電解槽２に注ぐ構成とすることができる。
【００３３】
また、めっき槽１のめっき液３および電解槽２のめっき液４を確実に絶縁するために、図５に示すように、混合槽１０で混合されためっき液１１が滴状となってめっき槽１、電解槽２に注がれるような構成とすることもできる。
【００３４】
これにより、めっき槽１、電解槽２の構造を単純化することができる。また、混合槽１０で各槽のめっき液を十分に混合できるため、めっき液組成の均一化を効率よく行うことができる。
【実施例３】
【００３５】
次に、本発明の第３の実施例に係る合金めっき方法及び合金めっき装置について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第３の実施例の合金めっき装置の概略構成を模式的に示す図である。
【００３６】
前記した第１及び第２の実施例では、二元合金のめっき装置について記載したが、３元以上の合金のめっき装置に対しても同様に適用することができる。
【００３７】
例えば、図６に示すように、図４の構成のめっき槽１、電解槽２および混合槽１０に電解槽１２を追加し、電解槽１２に浸漬した可溶性固体陽極と陰極５とを整流器ａ３で接続し、めっき槽１のめっき液３、電解槽２のめっき液４および電解槽１２のめっき液１３をオーバーフロー８により混合槽１０に注ぎ、混合槽１０で混合されためっき液１１をポンプ９によりめっき槽１、電解槽２、電解槽１２に注ぐ構成とすることができる。
【００３８】
このように、本実施例では混合槽１０で各槽のめっき液を同時に混合できるため、めっき液組成の均一化を効率よく行うことができる。
【００３９】
なお、図６では、図４の構成の合金めっき装置を３元以上の合金に適用する場合について記載したが、図１や図５の構成の合金めっき装置を３元以上の合金に適用することも可能である。
【実施例４】
【００４０】
次に、本発明の第４の実施例に係る合金めっき方法及び合金めっき装置について、図７を参照して説明する。図７は、本発明の第４の実施例の合金めっき装置の概略構成を模式的に示す図である。
【００４１】
前記した第１乃至第３の実施例では、合金を構成するいずれかの金属の純物質からなる可溶性固体陽極と陰極５とを同じ槽内に配置したが、陰極５は可溶性固体陽極とは別の槽に配置することもできる。
【００４２】
例えば、図７に示すように、めっき槽１に陰極５のみを配置し、電解槽２に可溶性固体陽極６を、電解槽１２に可溶性固体陽極７を配置し、可溶性固体陽極６、７の各々と陰極５とを整流器ａ１、ａ２で接続し、めっき槽１のめっき液３、電解槽２のめっき液４および電解槽１２のめっき液１３をオーバーフロー８により混合槽１０に注ぎ、混合槽１０で混合されためっき液１１をポンプ９によりめっき槽１、電解槽２、電解槽１２に注ぐ構成とすることができる。
【００４３】
このように、陰極５と可溶性固体陽極とを別々の槽に配置することによっても、第１乃至第３の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
なお、図７では、図４の構成のめっき装置に対してめっき槽１に陰極５のみを配置する構成としたが、図１や図５、図６の構成の合金めっき装置に対しても同様に適用することが可能である。
【００４５】
また、上記各実施例では、本発明の合金めっき装置の基本的な構造を示したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいてその構成は適宜変更可能である。例えば、本発明では各槽を独立させているため、各槽にヒータなどの加熱手段を配置し、各槽のめっき液の温度を個別に設定して、各金属元素のめっき反応を制御することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の活用例として、一般の金属部品へのめっき、半導体リードフレーム外装めっき、プリント基板等の電子回路部品へのめっきや半導体ウェハ上へのバンプめっき等、電解合金めっき処理全般に使用される装置が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施例に係る合金めっき装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る合金めっき装置における可溶性固体陽極に流れる電流のプロファイルを示す図である。
【図３】従来の合金めっき装置における可溶性固体陽極に流れる電流のプロファイルを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る合金めっき装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る合金めっき装置の他の概略構成を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係る合金めっき装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係る合金めっき装置の概略構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  めっき槽
２  電解槽
３  めっき液
４  めっき液
５  陰極
６  可溶性固体陽極
７  可溶性固体陽極
８  オーバーフロー
９  ポンプ
１０  混合槽
１１  めっき液
１２  電解槽
１３  めっき液
ａ１、ａ２、ａ３  整流器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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