(57)【要約】  この発明は、被めっき物にめっき膜を部分的に形成するめっき装置およびめっき方法に関するものである。めっき装置は、回転作動が可能な回転電極と、回転電極に設けられ、めっき液を保持するめっき液保持部と、被めっき部と回転電極との間に電圧を印加する電源部と、を備える。
2019107339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被めっき物の被めっき部にめっき膜を形成するめっき装置であって、
回転可能な回転電極と、
前記回転電極に設けられ、めっき液を保持するめっき液保持部と、
前記めっき液保持部に接触する前記被めっき部と前記回転電極との間に電圧を印加する電源部と、を備えるめっき装置。
【請求項２】
前記回転電極は、平面部と、前記平面部の端部から垂直方向に延在する第１の垂直部と、前記平面部の中心部から垂直方向に延在する第２の垂直部とを含み、
前記めっき液保持部は、前記回転電極の前記平面部と前記第１の垂直部とで保持される請求項１に記載されためっき装置。
【請求項３】
前記電源部は、前記被めっき部と前記回転電極との間に電圧を印加している時に、めっき処理中に少なくとも１回以上、前記被めっき部と前記回転電極との間で、陽極と陰極とを入れ替える制御を行う制御部を含む、請求項１または２に記載されためっき装置。
【請求項４】
前記めっき液保持部にめっき液を供給するめっき液供給部を備える、請求項１から３までのいずれか一項に記載されためっき装置。
【請求項５】
前記回転電極は、白金、チタン−白金、チタン−酸化イリジウム、ステンレス、カーボンのいずれか一つから構成されている請求項１から４までのいずれか一項に記載されためっき装置。
【請求項６】
めっき液が保持されためっき液保持部に被めっき物の被めっき部を接触させた状態で、前記めっき液保持部が設けられた回転電極を回転させながら、前記被めっき部と前記回転電極との間に電圧を印加するめっき方法。
【請求項７】
前記被めっき部と前記回転電極との間に電圧を印加している時に、めっき処理中に少なくとも１回以上、前記被めっき部と前記回転電極との間で、陽極と陰極とを入れ替える制御を行う請求項６に記載のめっき方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被めっき物にめっき膜を部分的に形成するめっき装置およびめっき方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属材料にめっき膜を形成する場合には、電気めっきが用いられている。電気めっきでは、被めっき部以外にめっき膜が形成されることを抑制する必要がある。そのため、絶縁テープ、レジスト等のマスキング材で保護するマスキング作業が、めっき前の準備作業として行われる。しかし、このマスキング作業によってリードタイムが増加し、生産の整流化を妨げるという問題があった。【０００３】
このような問題を解決する技術として、例えば、筆めっき法と言われるめっき方法がある。これは、めっき液を塗布した被めっき部に、電極を接触させながら往復動させる方法である。このような従来の筆めっき法では、電気的に接続された電極と被めっき部との間に電圧を印加することにより、任意の表面にめっき膜を形成することができる（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１７０９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示された従来の筆めっき法では、電流密度が高いため、成膜レートが高い。そのため、被めっき部に高電流密度で筆めっきを行うと、往復動ゆえに被めっき部の端部で電界集中する。また、めっき膜厚に関する制御パラメータのコントロールが困難である。例えば、電極の被めっき部への接触時間のコントロールが困難である。それにより、成膜レートが不安定となり、めっき膜厚が被めっき部の面内でバラつく。従って、めっき膜の厚さが不均一になりやすい。【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものである。つまり、めっき膜の厚さが不均一になることを抑制することができるめっき装置およびめっき方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るめっき装置は、被めっき物の被めっき部にめっき膜を形成するめっき装置であって、回転可能な回転電極と、回転電極に設けられ、めっき液を保持するめっき液保持部と、めっき液保持部に接触する被めっき部と回転電極との間に電圧を印加する電源部と、を備える。【０００８】
また、この発明に係るめっき方法は、めっき液が保持されためっき液保持部に被めっき物の被めっき部を接触させた状態で、めっき液保持部が設けられた回転電極を回転させながら、被めっき部と回転電極との間に電圧を印加する。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係るめっき装置およびめっき方法では、電極が回転電極であるから、被めっき部の端部での電界集中を防止することができ、めっき膜の厚さが不均一になることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１によるめっき装置を示す構成図である。
【図２】図１のＡ部を示す断面図である。
【図３】図２の回転電極を示す上面図である。
【図４】本発明の実施の形態２によるめっき装置を示す構成図である。
【図５】図４のＢ部を示す断面図である。
【図６】図５の回転電極を示す上面図である。
【図７】本発明の実施の形態３によるめっき装置を示す構成図である。
【図８】本発明の実施の形態４によるめっき装置を示す構成図である。
【図９】本発明による実施例の実施条件を示す図である。
【図１０】本発明による実施例による実施結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるめっき装置を示す構成図である。また、図２は、図１のＡ部を示す断面図である。さらに、図３は、図２の回転電極を示す上面図である。
【００１２】
実施の形態１のめっき装置は、回転電極１、めっき液保持部２、および電源部３を備える。さらに、めっき装置は、めっき液供給部５、めっき槽１４、リザーブ槽１５、ヒータ１６、およびアジテータ１７を備える。
【００１３】
回転電極１は、対象となるめっき液に溶解しないか、または溶解し難い材料で形成されている。回転電極１を形成する材料としては、例えば、白金（Ｐｔ）、チタン−白金（Ｔｉ−Ｐｔ）、チタン−酸化イリジウム（Ｔｉ−ＩｒＯ２）、ステンレス（ＳＵＳ）、カーボン（Ｃ）のいずれか一つが用いられる。チタン白金（Ｔｉ−Ｐｔ）を回転電極１の材料として使用する場合は、チタン（Ｔｉ）基体上に白金（Ｐｔ）箔をクラッドしたクラッド電極を回転電極１として使用することが好ましい。また、チタン（Ｔｉ）基体上に白金（Ｐｔ）めっき膜が形成されためっき電極を回転電極１として使用してもよい。
【００１４】
回転電極１は、平面部１ａを有している。また、回転電極１は、回転可能に水平に保持されている。回転電極１を回転可能に保持する構造は、例えば以下の構造であってもよい。
即ち、回転電極１の上面および下面のいずれかの中央部には、軸１ｃが設けられている。回転電極１は、軸１ｃを中心として回転可能になっている。回転電極１には、図示しない駆動装置であるモータの回転力が伝えられる。回転電極１の回転数は、適宜調整される。モータの回転力を回転電極１に伝える伝達機構としては、例えばギヤ式の伝達機構、ベルト式の伝達機構が用いられる。ギヤ式の伝達機構では、回転電極１の軸１ｃまたは回転電極１の外周面に設けられたギヤ歯に伝達用ギヤが噛み合わされる。モータの回転力は、伝達用ギヤの回転をギヤ歯が受けることによって回転電極１に伝達される。ベルト式の伝達機構では、回転電極１の軸１ｃまたは回転電極１の外周面に無端状のベルトがかけられている。モータの回転力は、ベルトの周回移動によって回転電極１に伝達される。回転電極１には、電圧を印加するための端子が取り付けられている。
【００１５】
めっき液保持部２は、回転電極１上に載置されている。また、めっき液保持部２は、めっき液を含浸保持する。めっき液保持部２としては、例えば織布、不織布が用いられている。めっき液を含浸保持できるものであれば、織布、不織布以外のものもめっき液保持部２として使用できる。回転電極１の大きさは、被めっき物４のめっき面積よりも大きくなっている。つまり、被めっき物４の被めっき部４ａの全面がめっき液保持部２を介して回転電極１に載せられる。
【００１６】
回転電極１およびめっき液保持部２は、図１に示すように、めっき槽１４に収容されている。
【００１７】
電源部３は、電気めっき用電源である。電源部３は、回転電極１と被めっき物４との間に電圧を印加する直流電源である。電源部３は、回転電極１に接触する端子と被めっき物４とに電気的に接続されている。
【００１８】
めっき液供給部５は、めっき液保持部２にめっき液を供給する。また、めっき液供給部５は、液供給配管６、ポンプ７、液供給バルブ８、流量調整バルブ９、流量調整配管１０、液送出配管１１、液送出バルブ１２、および流量計１３を備えている。
【００１９】
めっき液を溜めるリザーブ槽１５には、液送出配管１１を介してポンプ７が接続されている。ポンプ７には、液供給配管６が接続されている。液供給配管６および液送出配管１１は、使用するめっき液で、溶解せず、変形しない材料で構成されている。例えば、塩化ビニルを主成分とする材料によって、液供給配管６および液送出配管１１が構成されている。液供給配管６のめっき液出口側先端部は、めっき液の吐出口６ａになっている。吐出口６ａは、めっき槽１４内に挿入されている。また、吐出口６ａは、回転電極１の上方に配置されている。リザーブ槽１５に溜められためっき液は、ポンプ７の駆動力によって液送出配管１１および液供給配管６の順に流れた後、吐出口６ａから回転電極１に向けて噴射される。吐出口６ａから噴射されためっき液は、回転電極１に載せられためっき液保持部２に含浸保持される。
【００２０】
回転電極１に対する吐出口６ａの設置位置は、めっき液をめっき液保持部２に効果的に含浸保持させるために調整できる。例えば、回転電極１の回転速度が速い場合、吐出口６ａを回転電極１の中心部の上方に設置することが好ましい。このようにすれば、回転電極１の回転による遠心力により、吐出口６ａから吐出しためっき液を回転電極１の中心部からめっき液保持部２の全体に含浸保持させることが可能となる。
【００２１】
また、回転電極１の回転速度が遅い場合、回転電極１に載せられている被めっき物４の位置を含む円形状の経路の上方に吐出口６ａを設置することが好ましい。即ち、回転電極１の回転速度が遅い場合、回転電極１が回転しているときの回転電極１における被めっき物４の円形の軌跡の上方に吐出口６ａを設置することが好ましい。吐出口６ａの設置位置は、吐出口６ａからのめっき液の吐出流量に応じて適宜変更可能である。例えば、吐出口６ａからのめっき液の吐出流量が少ない場合、回転電極１への拡散によるめっき液濃度の低下を抑制するため、めっき液の吐出直後にめっき液が被めっき物４に接触するように吐出口６ａを配置することが好ましい。つまり、その場合、回転電極１の回転方向に対し、被めっき物４の背面に近づけて吐出口６ａを設置することが好ましい。
【００２２】
液供給配管６には、液供給バルブ８および流量計１３が取り付けられている。また、液供給配管６とリザーブ槽１５との間には、流量調整配管１０が接続されている。流量調整配管１０には、流量調整バルブ９が取り付けられている。吐出口６ａからめっき液保持部２に供給されるめっき液の供給量は、液供給バルブ８と流量調整バルブ９とを調整することにより調整できる。
【００２３】
めっき槽１４内での余分のめっき液は、リザーブ槽１５に戻される。これにより、めっき液供給部５は、めっき液保持部２に供給しためっき液を回収してめっき液保持部２に再び供給可能に構成されている。リザーブ槽１５には、めっき液を加熱するためのヒータ１６と、めっき液の温度を均一化するためのアジテータ１７と、が取り付けられている。
【００２４】
なお、めっき装置は、回転電極１、めっき液保持部２、および電源部３のみで構成されていてもよい。また、回転電極１、めっき液保持部２、および電源部３に加えて、必要に応じて、めっき液供給部５、めっき槽１４、およびリザーブ槽１５のいずれか、またはこれらの全部がめっき装置に備えられていてもよい。
【００２５】
次に、上記めっき装置を使用しためっき方法について、各工程を詳しく説明する。ここでは、めっき処理の対象として汎用性が高い例、即ち銅合金材に銀めっきを行う例について説明する。ただし、めっき処理の対象は、銅合金材に限定されるわけではない。さらに、上記めっき装置を使用しためっき方法は、銀めっきを行う方法に限定されるわけではない。また、上記めっき装置は、めっき工程のみにおいて使用する。従って、上記めっき装置は、前処理工程である、脱脂工程、酸洗浄工程および中和工程では使用しない。さらに、上記めっき装置は、めっき方法の各工程間において実施される水洗工程でも使用しない。
【００２６】
＜脱脂工程＞
まず、設定形状に加工された銅合金材を被めっき物４として準備する。そして、脱脂処理剤を用いて被めっき物４の脱脂処理を行う。これにより、被めっき物４の表面から有機異物等の表面汚染物を除去して、液ぬれ性を確保する。脱脂処理剤として、例えば水酸化ナトリウム系、炭酸ナトリウム系の市販アルカリ脱脂剤を使用することができる。
【００２７】
＜酸洗浄工程＞
次に、酸洗浄剤を用いて被めっき物４の酸洗浄処理を行う。これにより、銅合金材の表面から無機異物等の表面汚染物、酸化膜を除去する。酸洗浄工程では、活性な金属表面を露出させることで液ぬれ性を確保し、後のめっき工程で形成されるめっき膜と素地である被めっき物４との密着性を確保する。酸洗浄剤として、例えば硝酸または硫酸を希釈したエッチング液、市販酸洗浄剤を使用することができる。
【００２８】
＜中和工程＞
次に、中和処理剤を用いて被めっき物４の中和処理を行う。これにより、銅合金材の表面に残存している酸の痕跡を除去し、銅合金素材の腐食を抑制する。中和処理剤として、シアン系のシアン化ナトリウム、希釈調合した水酸化ナトリウム系洗浄液、または、市販中和処理剤を使用することができる。
【００２９】
＜めっき工程＞
次に、銀めっき液を用いて被めっき物４の銀めっき処理を行う。めっき工程では、被めっき物４の被めっき部４ａに、膜厚均一性が高い銀めっき膜を形成する。電気銀めっき手法の特徴として、めっき処理で一般的に行われている陰極電解処理を行う。
電気銀めっき条件として、めっき時間、電流密度および液温を適宜設定できる。なお、めっき時間は、銀めっき液を含浸保持させためっき液保持部２に被めっき物４を接触させる時間である。例えば、めっき時間を３０秒とし、電流密度を２０Ａ／ｄｍ2とし、液温を２５℃とすることで、５μｍの銀めっき膜４ｂが得られる。銀めっき処理を行う場合は、上記温度付近で用いることが好ましい。被めっき物４の状態にあわせて適宜、液温を調整してもよい。
【００３０】
めっき工程で用いる銀めっき液としては、従来公知の銀めっき用めっき液が使用できる。例えば、金属塩として１ｗｔ％〜５ｗｔ％の銀イオン、３０ｗｔ％〜４０ｗｔ％のヨウ化カリウム、１ｗｔ％〜５ｗｔ％のメタンスルホン酸を用いてｐＨを７に調整しためっき液が銀めっき用めっき液として使用できる。また、金属塩として３ｗｔ％〜１５ｗｔ％の銀イオン、５ｗｔ％〜１５ｗｔ％の遊離シアン、２ｗｔ％〜７ｗｔ％の炭酸カリウムを用いて調整しためっき液が銀めっき用めっき液として使用できる。この発明において特に断らない限り、ｗｔ％は調整した溶液全体に対する値をいう。
【００３１】
めっき処理を行う時には、まず、被めっき物４を図示しないアームにより保持する。この時、被めっき物４は、めっき液保持部２から離しておく。被めっき物４を保持する、図示しないアームを含む機構は、めっき液保持部２に対する被めっき部４ａの接触圧を調整可能に構成されている。これにより、被めっき部４ａに形成されるめっき膜４ｂの膜厚が健全で狙いの膜厚とすることができる。接触圧としては、１．２ｋｇｆ〜４．２ｋｇｆであることが好ましい。接触圧が１．２ｋｇｆ未満である場合、特に銀めっき膜では、めっき膜の焼けが発生し易く、健全なめっき膜が得られない問題がある。また、接触圧が４．２ｋｇｆより大きい場合、析出しためっき膜４ｂとめっき液保持部２との磨耗によりめっき膜４ｂの成長が妨げられ、狙いのめっき厚が得られない問題が生じる。
【００３２】
めっき液保持部２に対する被めっき部４ａの接触圧を調整した後、回転電極１を回転させる。回転電極１の回転速度は、互いに接触する被めっき物４と回転電極１との相対速度が１２．５ｍ／ｓｅｃ〜１７．５ｍ／ｓｅｃの範囲となることが好ましい。前記相対速度が１２．５ｍ／ｓｅｃ未満である場合、特に銀めっきにおいては、めっき膜の焼けが発生し、健全なめっき膜が得られない問題がある。また、前記相対速度が１７．５ｍ／ｓｅｃより大きい場合、析出しためっき膜４ｂとめっき液保持部２との磨耗が大きくなる。それにより、めっき膜４ｂの成長が妨げられ、狙いのめっき厚が得られない問題が生じる。
【００３３】
次に、めっき液保持部２へのめっき液の供給量の調整を行う。ポンプ７を作動させ、液供給バルブ８と流量調整バルブ９とを調整することにより、めっき液の供給量の調整を行う。ポンプ７が作動すると、リザーブ槽１５にあるめっき液が、液送出配管１１、ポンプ７、液供給配管６の順に流れ、吐出口６ａに達する。そして、めっき液は、回転電極１上に載置されためっき液保持部２に吐出口６ａから供給される。吐出口６ａから供給されためっき液は、回転電極１上に載置されためっき液保持部２に含浸保持される。めっき液の温度は、狙いの銀めっき膜厚が得られるように、適宜設定できる。例えば、めっき液の温度は２５℃に設定される。銀めっき処理を行う場合は、上記温度付近で用いることが好ましいが、銅合金材である被めっき物４の状態にあわせて、適宜、液温を調整してもよい。
【００３４】
めっき液の供給量は、回転電極１および被めっき物４の大きさにあわせて、適宜調整する。例えば、回転電極１の大きさがφ５００ｍｍ、被めっき部４ａの面積が０．１ｄｍ2である場合、めっき液の供給量は５ｃｍ3／ｍｉｎ〜２０ｃｍ3／ｍｉｎであることが好ましい。めっき液の供給量が５ｃｍ3／ｍｉｎ未満である場合、めっき液の供給量が不足する。その結果、成膜レートの低下、またはめっき焼けが生じ、狙いのめっき膜が得られない問題が生じる。また、めっき液の供給量が２０ｃｍ3／ｍｉｎより大きい場合、めっき液の供給量が過剰となる。これにより、被めっき物４の被めっき部４ａ以外の部分、即ちめっき膜の形成を望まない被めっき物４の部位にもめっき液が付着し、置換めっきの析出により、部分析出性が低下する問題が生じる。
【００３５】
上記調整終了後、電源部３をオフ状態からオン状態にする。電源部３をオン状態にした後、被めっき物４を保持しているアームを動作させ、被めっき部４ａをめっき液保持部２に接触させる。このとき、被めっき物４の被めっき部４ａが回転電極１に接触した瞬間に通電が開始される。その状態で、回転電極が回転しながら、銀めっきが行われる。めっき時間は、狙いのめっき膜厚により、適宜決定する。例えば、めっき時間は３０秒とする。
被めっき部４ａに銀めっき膜４ｂを形成後、必要に応じて後処理を行い、水洗工程を経ることで、銀めっき膜４ｂを得ることができる。
【００３６】
上記のように構成された実施の形態１のめっき装置およびめっき方法によれば、めっき液が含浸されためっき液保持部２に被めっき物４の被めっき部４ａが接触しながら、回転電極１が一定の速度で安定して回転する。その結果、膜厚均一性が高いめっき膜４ｂを被めっき部４ａに形成することができる。
【００３７】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２によるめっき装置を示す構成図である。また、図５は、図４のＢ部を示す断面図である。さらに、図６は、図５の回転電極を示す上面図である。図４〜図６において、上記実施の形態１と同様の部分は、同一符号を付して説明を省略する。実施の形態２によるめっき装置の基本的な構造は、実施の形態１に示した装置と同じである。実施の形態２の実施の形態１に対する違いは、回転電極１が、水平に配置された円板状の平面部１ａと、平面部１ａの端部に設けられた第１の垂直部１ｂと、平面部１ａの中心部に設けられた第２の垂直部１ｄと、を備えることである。第１の垂直部１ｂおよび第２の垂直部１ｄは、平面部１ａに対して垂直に配置されている。また、第１の垂直部１ｂは、平面部１ａの端部から上方へ延在している。第２の垂直部１ｄは、平面部１ａの中心部から上方へ延在している。さらに、第１の垂直部１ｂは、平面部１ａの外周部に沿って環状に配置されている。第２の垂直部１ｄは、平面部１ａの中心部に棒状に配置されている。第２の垂直部は、軸１ｃと同軸に配置されている。また、めっき液保持部２は、第１の垂直部１ｂで囲まれた空間に配置されている。めっき液保持部２は、平面部１ａおよび第１の垂直部１ｂによって保持されている。
【００３８】
次に、当該めっき装置を使用しためっき方法について説明する。ここでは、めっき処理の対象として汎用性が高い例、即ち銅合金材に銀めっきを行う例について説明する。このめっき装置を使用しためっき方法は、実施の形態１と同様に、銀めっきに限定されるわけではない。当該めっき装置は、上記の実施の形態１と同様に、めっき工程のみにおいて使用する。従って、前処理工程である、脱脂工程、酸洗浄工程および中和工程と、各工程間において実施される水洗工程とでは当該めっき装置を使用しない。先の実施の形態１では、脱脂工程、酸洗浄工程、中和工程およびめっき工程について説明した。実施の形態２における脱脂工程、酸洗浄工程および中和工程は、実施の形態１と同様であり、脱脂工程、酸洗浄工程および中和工程については説明を省略する。
めっき処理を実施する前に、上記実施の形態１と同様に、被めっき物４である銅合金材と回転電極１との接触圧、回転電極の回転数、および、めっき液供給量の調整を行う。また、被めっき物４の寸法に合わせて、回転電極１の電極径、めっき液供給量を適宜調整することが好ましい。
【００３９】
＜めっき工程＞
このようなめっき装置を使用し、上記で説明しためっき方法を使用することで、被めっき物４の被めっき部４ａに対する置換析出を抑制できる原理について説明する。めっき装置の回転電極１の平面部１ａの端部には、第１の垂直部１ｂが設置されている。めっき装置の回転電極１の平面部１ａの中心部には、第２の垂直部１ｄが設置されている。銀めっき液は置換析出性が高く、銀めっき液と被めっき物４との置換反応により、被めっき部４ａ以外に置換銀めっき膜が形成される可能性がある。これに対し、実施の形態２では、被めっき部４ａ以外の部位に銀めっき液が付着しても、電気めっき膜４ｂを形成することで置換めっき膜の析出を抑制することができる。即ち、被めっき部４ａ以外の部位、例えば、被めっき物４の側面に銀めっき液が付着しても、回転電極１に第１の垂直部１ｂおよび第２の垂直部１ｄがあるため、第１の垂直部１ｂおよび第２の垂直部１ｄから被めっき物４の側面に電流が供給できる。その結果、電気めっき膜４ｂが形成でき、置換めっき膜の析出は抑制できる。従って、密着力が高いめっき膜４ｂを被めっき物４に形成することができる。
上記のように構成された実施の形態２のめっき装置、および当該装置を使用しためっき方法によれば、置換析出を抑制して、密着力が高い電気めっきによる銀めっき膜４ｂを形成できる。このため、被めっき物４に形成されためっき膜４ｂの剥離を防止することができる。
【００４０】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３によるめっき装置を示す構成図である。図７のＣ部を示す断面図は、実施の形態１における図２と同じである。また、図７の回転電極１およびめっき液保持部２を示す上面図は、実施の形態１における図３と同じである。図７において、上記実施の形態１と同様の部分は、同一符号を付して説明を省略する。実施の形態３によるめっき装置の基本的な構造は、実施の形態１に示した装置と同じである。実施の形態３の実施の形態１に対する違いは、前記被めっき部と前記回転電極との間に電圧を印加している時に、めっき処理中に少なくとも１回以上、前記被めっき部と前記回転電極との間で、陽極と陰極とを入れ替える制御を行う制御部３ａを含む電源部３を備えていることである。制御部３ａは、前記被めっき部と前記回転電極との間に印加する直流電圧の極性を、めっき処理中に少なくとも１回以上入れ替える。
【００４１】
次に、上記めっき装置を使用しためっき方法について説明する。ここでは、めっき処理の対象として汎用性が高い例、即ち銅合金材に対して銀めっきを行う例について説明する。ただし、被めっき物４は、銅合金材に限定されない。さらに、この装置を使用しためっき方法は、銀めっきに限定されない。
【００４２】
先の実施の形態１では、脱脂工程、酸洗浄工程、中和工程およびめっき工程について説明した。脱脂工程、酸洗浄工程および中和工程は、実施の形態３でも実施の形態１と同じ処理を行う。従って、実施の形態３では、実施の形態１と異なるめっき工程のみ説明する。
【００４３】
めっき工程を実施する前に、被めっき物４である銅合金材と回転電極１との接触圧、回転電極の回転数の調整を行う。
【００４４】
＜めっき工程＞
めっき工程では、被めっき部４ａと回転電極１との間に電圧を印加している時に、めっき処理中に少なくとも１回以上、被めっき部４ａと回転電極１との間で、陽極と陰極とを入れ替える制御であるＰＲ制御を行う。
まず、電流密度を調整する。回転電極１を陽極とし、銅合金材である被めっき物４を陰極とした時の電流密度は、回転電極１を陰極とし、被めっき物４を陽極とした時の電流密度の５０％〜１００％とすることが好ましい。回転電極１を陽極とした時の電流密度が、回転電極１を陰極とした時の電流密度の上記５０％未満の場合、前記被めっき物の溶出量が大きくなる。この場合、めっき液に不純物として蓄積する銅イオン量が多くなるため、銀めっき膜４ｂの純度および析出性が低下する。また、回転電極１を陽極とした時の電流密度が、回転電極１を陰極とした時の電流密度の１００％よりも大きくなると、ささくれ状めっき膜の除去率が低下し、めっき膜の部分析出性が低下することとなる。
【００４５】
また、めっき時間について、回転電極１を陰極とし、被めっき物４を陽極とする時間は、回転電極１を陽極とし、被めっき物４を陰極とする時間の２０％〜５０％とすることが好ましい。めっき時間が上記２０％未満になった場合、ささくれ状めっき膜の除去率が低下し、めっき膜の部分析出性が低下することとなる。めっき時間が上記５０％よりも大きくなった場合、被めっき物４の溶出量が大きくなり、めっき液に不純物として蓄積する銅イオン量が多くなる。その結果、銀めっき膜４ｂの純度および析出性が低下する。
【００４６】
銀めっき液の供給量について、回転電極１を陽極とし、被めっき物４を陰極とした時の供給量は、回転電極１を陰極とし、被めっき物４を陽極とした時の供給量の５０％〜１００％とすることが好ましい。回転電極１を陽極とした時の供給量が、回転電極１を陰極とした時の供給量の上記５０％未満の場合、回転電極１を陰極としたときに供給しためっき液の飛散量が大きくなり、電解制御できない部位での置換めっき膜析出が生じる。また、回転電極１を陽極とした時の供給量が、回転電極１を陰極とした時の供給量の上記１００％よりも大きくなった場合、ささくれ状めっき膜の溶解レートが小さくなる。また、この場合、めっき液が被めっき部４ａを覆う範囲が小さくなるため、置換銀めっき膜の溶出範囲が小さくなる。従って、置換析出した銀めっき膜の完全除去ができなくなるため、部分析出性が低下する問題が生じる。
【００４７】
このようにＰＲ制御の電流密度、めっき時間、めっき液の供給量を設定することで、析出めっき膜の部分析出性を向上させることができる。
【００４８】
例えば、電流密度、めっき時間及び供給量を以下の条件にすることができる。
電流密度について、回転電極１を陽極とし、被めっき物４を陰極とした時は、１５Ａ／ｄｍ2とした。また、回転電極１を陰極、被めっき物４を陽極とした時は２０Ａ／ｄｍ2とした。
めっき時間について、回転電極１を陽極とし、被めっき物４を陰極とした時の１回のめっき時間は１５秒間とした。また、回転電極１を陰極、被めっき物を陽極とした時の１回のめっき時間は３秒間とした。
銀めっき液の供給量について、回転電極１を陽極、被めっき物４を陰極としたときの銀めっき液の供給量は１０ｃｍ3／ｍｉｎとした。また、回転電極１を陰極とし、被めっき物４を陽極とした時のめっき液の供給量は１５ｃｍ3／ｍｉｎとした。
【００４９】
上記の条件において、回転電極１と被めっき物４との間で極性の入れ替えを３回繰返した。電圧を印加した時間は、回転電極１を陽極として１５秒間、回転電極１を陰極として３秒間の計１８秒間を２回実施し、全体で３６秒間とした。その結果、被めっき部４ａに５μｍの銀めっき膜４ｂを形成することができた。
被めっき部４ａに銀めっき膜４ｂを形成後、必要に応じて後処理を行い、水洗工程を経ることで銀めっき膜４ｂを得ることができる。
【００５０】
このようなめっき装置を使用し、上記説明しためっき方法を使用することで、特定の領域のみに部分析出性が高い銀めっき膜を形成することができる原理について説明する。めっき装置は、ＰＲ制御が可能な制御部３ａを含む電源部３を備えている。回転電極１を陽極とし、被めっき物４を陰極とすると、被めっき部４ａにめっき膜４ｂが形成される。この際、めっきが被めっき部４ａの底面に延長して水平状に成長し、ささくれ状のめっき膜が形成される場合がある。この不要なめっき膜は、回転電極１を陰極とし、被めっき物４を陽極とすることで、溶解除去できる。ささくれ状のめっき膜は、被めっき部４ａに形成された健全なめっき膜４ｂと比較するとめっき膜厚は０．５μｍ以下と薄い。また、ささくれ状の被めっき部４ａの端部からのはみ出しは、被めっき部の面積に対し１０％程度である。そのため、上記同様、回転電極１を陰極とし、被めっき物４を陽極とする短時間処理で除去することができ、めっき膜の部分析出性を向上することができる。
【００５１】
上記めっき工程後、必要に応じて後処理を行い、水洗工程を経ることで特定の部位に銀めっき膜４ｂを得ることができる。
上記のように構成された実施の形態３のめっき装置、および当該装置を使用しためっき方法によれば、ささくれ状のめっき膜をＰＲ制御により溶解除去することが可能となる。これにより、銅合金材の被めっき部４ａに、膜厚均一性が高く、部分析出性が高いめっき膜を形成することができる。
なお、被めっき物４の寸法に合わせて、回転電極１の電極径、めっき液供給量を適宜調整することが好ましい。
【００５２】
実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４によるめっき装置を示す構成図である。図８のＤ部を示す断面図は、実施の形態２における図５と同じである。また、図８の回転電極１およびめっき液保持部２を示す上面図は、実施の形態２における図６と同じである。図８において、上記実施の形態１と同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。実施の形態４のめっき装置は、実施の形態１に対し、実施の形態２で説明した回転電極１と、実施の形態３で説明したＰＲ制御を行う制御部３ａを含む電源部３と、の両方を有した構成である。
つまり、回転電極については、先の実施の形態１に対し、先の実施の形態２における、平面部１ａと、平面部１ａの端部に設けられた第１の垂直部１ｂと、平面部１ａの中心部に設けられた第２の垂直部１ｄとを有する回転電極１に置換えたものである。また、めっき処理の制御については、先の実施の形態１に対し、先の実施の形態３における、ＰＲ制御が可能な制御部３ａを含む電源部３に置換えたものである。
【００５３】
上記のめっき装置およびめっき方法により、被めっき部４ａ以外の部位、例えば被めっき物４の側面も含めて、被めっき部の均一析出性とささくれ部位の形成の抑制を、実施の形態１および２より向上させることができる。
上記のめっき装置およびめっき方法により、均一析出性が高く、ささくれ部位の形成を抑制した健全な銀めっき膜４ｂを形成することができる原理について説明する。回転電極１は、平面部１ａの端部に設けられた第１の垂直部１ｂと、平面部１ａの中心部に設けられた第２の垂直部１ｄとを有している。電源部３は、ＰＲ制御が可能な制御部３ａを含んでいる。めっき析出部位にめっき膜厚のばらつきが生じた場合、回転電極を陰極、被めっき物を陽極として電圧を印加した際、電解集中し易い、めっき膜厚が厚い箇所を中心に溶解が進む。その結果、溶解により、均一析出性は低下せず、向上させることが可能となる。
【００５４】
また、水平状に析出したささくれ部位は、先に説明した回転電極１の平面部１ａの端部の第１の垂直部１ｂと、平面部１ａの中心部の第２の垂直部１ｄと、ＰＲ制御を行う制御部３ａを含む電源部３と、により、電解集中し易くなる。それにより、溶解時の電流密度が向上するため、実施の形態１よりも効果的にささくれ部位の形成を抑制することができる。また、被めっき部４ａ以外の部位、例えば被めっき物４の側面に、微量ながら置換めっき膜が形成される場合もある。その場合は、被めっき面の側面に効果的に作用する回転電極１の第１の垂直部１ｂおよび第２の垂直部１ｄがあるため、被めっき物４の側面には置換めっき膜ではない、密着力が高い健全な電気めっき膜４ｂを形成することが可能となる。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明の実施例をあげて説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例１〜３は、上記に示した実施の形態１に基づくものである。具体的には、被めっき物の材料は無酸素銅である。ここでは、無酸素銅としてＣ１０１１材を使用した。また、被めっき物の大きさは１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍの角材である。被めっき物の被めっき部は角材の表面の１００ｍｍ×１００ｍｍの平面である。上記実施の形態１にて示しためっき装置およびめっき方法でめっきを銅材に行った。【００５６】
初めに脱脂処理を行った。脱脂処理工程においては、有機物除去のため、脱脂剤ＥＬＣ−４００（（株）ワールドメタル製）を用いて、脱脂処理を実施した。その後、純水に銅材を浸漬して１分間放置した後、取出した。
次に、上記実施の形態１に説明した酸洗浄処理に従い、酸洗浄を実施した。酸洗浄は、３０ｗｔ％硝酸を用いて酸洗浄処理を実施し、その後、純水に上記銅材を浸漬して１分間放置した後取出した。
次に、上記実施の形態１において説明した中和処理に従い、中和処理を実施した。中和処理は、酸洗浄工程後の水洗工程で除去しきれなかった酸の痕跡を除去するため、中和剤＃４１１Ｙ（ディップソール（株）製）を用いて中和処理を実施した。その後、純水に銅材を浸漬して１分間放置した。【００５７】
その後、上記実施の形態１にて説明しためっき方法にて、銀めっき膜４ｂを厚さ２μｍ、５μｍ、１０μｍの３種類を成膜した。銀めっき膜４ｂにおいては、シアン銀めっき液３０８２０（（株）アイコー製）を用いて、実施の形態１に示した標準条件で処理した。後処理の水洗処理として、純水に銅材を浸漬して１分間放置した。
銅材を乾燥させた後、目視で銅材の外観を確認した。外観確認後、銀めっきの膜厚均一性を評価するため、銀めっき膜４ｂの中心とめっき面の端部１０ｍｍの上下左右４箇所の計５箇所について蛍光Ｘ線膜厚計を使用して膜厚を評価した。また、光学顕微鏡を使用してめっき焼け、めっき膜のささくれの有無を確認した。最後に被めっき物の側面に形成された銀めっき膜の密着力評価を行った。【００５８】
実施例４〜６は、上記に示した実施の形態２に基づくものである。実施例４〜６では、上記実施例１〜３と同様の銅材を使用した。めっき装置は、上記実施の形態２にて示した回転電極１を備えためっき装置を使用した。従って、実施例４〜６では、平面部１ａと、平面部１ａの端部に設けられた第１の垂直部１ｂと、平面部１ａの中心部に設けられた第２の垂直部１ｄとを有する回転電極１を使用した。また、回転電極１は、大きさがφ５００ｍｍの電極を使用した。めっき方法は、実施の形態１に示しためっき方法を行った。脱脂処理から中和処理まで実施例１と同様の処理を実施した。中和処理後、厚さ２μｍ、５μｍ、１０μｍの３種類の銀めっき膜４ｂを得た。以降、後処理、めっき後の評価方法も実施例１〜３と同様である。【００５９】
実施例７〜９は、上記に示した実施の形態３に基づくものである。実施例７〜９では、上記実施例１〜６と同様の銅材を使用した。めっき装置は、上記実施の形態３にて示した電源部３を備えためっき装置を使用した。従って、実施例７〜９では、ＰＲ制御が可能な制御部３ａを含む電源部３を使用した。回転電極１は、大きさがφ５００ｍｍの電極を使用した。めっき方法は、実施の形態３に示しためっき方法を行った。脱脂処理から中和処理まで実施例１と同様の処理を実施した。中和処理後、厚さ２μｍ、５μｍ、１０μｍの３種類の銀めっき膜４ｂを得た。以降、後処理、めっき後の評価方法も実施例１〜６と同様である。【００６０】
実施例１０〜１２は、上記に示した実施の形態４に基づくものである。実施例１０〜１２では、上記実施例１〜９と同様の銅材を使用した。めっき装置は、上記実施例２で示した回転電極と、上記実施例３で使用した電源部３と、を備えるめっき装置を使用した。従って、実施例１０〜１２では、平面部１ａと、平面部１ａの端部に設けられた第１の垂直部１ｂと、平面部１ａの中心部に設けられた第２の垂直部１ｄとを有する回転電極１を使用した。回転電極１は、大きさがφ５００ｍｍの電極を使用した。また、実施例１０〜１２では、ＰＲ制御が可能な制御部３ａを含む電源部３を使用した。めっき方法は、実施の形態３に示しためっき方法を行った。中和処理後、厚さ２μｍ、５μｍ、１０μｍの３種類の銀めっき膜４ｂを得た。以後、後処理、めっき後の評価方法も実施例１〜９と同様である。
実施例１〜１２の実施条件を図９に示す。なお、電流密度は、回転電極１を陽極とした場合の電流密度を記載した。【００６１】
次に、本願発明による実施例１〜１２のめっき条件で得られた各実施例について、膜厚計測、観察、評価を行った。結果を図１０に示す。
まず、蛍光Ｘ線膜厚計による膜厚計測を実施した。銀めっき膜厚の計測部位は、被めっき面の中心、および、端部から１０ｍｍの上下左右の４箇所、計５箇所として、銀めっき膜厚を計測した。計５箇所の膜厚データについて、σと平均を求め、σ／平均を計算して、各実施例の代表値とした。
次に、実施例での結果を比較例と比較する。
従来技術である筆状電極の比較例１３〜１５に対し、回転電極を備えた実施の形態１である実施例１〜３では、膜厚ばらつきが大幅に低減された。実施の形態２〜４の実施例４〜１２における膜厚のばらつきについても、比較例の１３〜１５より低減されていた。また、実施例４〜１２の膜厚のばらつきは、実施例１〜３に対し、さらに低減していた。特に、平面部１ａ、第１の垂直部１ｂ及び第２の垂直部１ｄを有する回転電極１と、ＰＲ制御が可能な制御部３ａを含む電源部３と、を備えた実施の形態４である実施例９〜１２は、膜厚のばらつきが最も低減されていた。【００６２】
さらに、めっき焼けとめっき膜のささくれの有無を、光学顕微鏡で倍率１００倍で観察した。その結果、従来技術である筆状電極の比較例１３〜１５ではめっき焼けが発生したのに対し、回転電極を備えた実施の形態１である実施例１〜１２の全ての実施例でめっき焼けの発生がなかった。めっき膜のささくれについて、ＰＲ制御を行った全ての実施例、つまり実施例７〜１２でめっき膜のささくれは発生しなかった。【００６３】
最後に、被めっき物の側面に形成された銀めっき膜の密着力評価を行った。密着力評価はＪＩＳ規格に則った。ニチバンのセロテープ（登録商標）を使用し、銅材の側面全周のめっき膜にセロテープを密着させた後、引き剥がすテープ剥離試験を行った。その結果、第１の垂直部１ｂと第２の垂直部１ｄとを有さない回転電極１を使用した全ての実施例、つまり実施例１〜３および７〜９で、めっき膜の剥離が発生した。一方、第１の垂直部１ｂおよび第２の垂直部１ｄを有する回転電極１を備える全ての実施例、つまり実施例４〜６および１０〜１２において、めっき膜の剥離は発生しなかった。
【符号の説明】
【００６４】
１  回転電極、１ａ  平面部、１ｂ  第１の垂直部、１ｃ  軸、１ｄ  第２の垂直部、２  めっき液保持部、３  電源部、３ａ  制御部、４  被めっき物、４ａ  被めっき部、４ｂ  めっき膜、５  めっき液供給部、６  液供給配管、６ａ  吐出口、７  ポンプ、８  液供給バルブ、９  流量調整バルブ、１０  流量調整配管、１１  液送出配管、１２  液送出バルブ、１３  流量計、１４  めっき槽、１５  リザーブ槽、１６  ヒータ、１７  アジテータ。
【図１】
2019107339.tif 000003
【図２】
2019107339.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019107339.tif 000006
【図５】
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【図６】
2019107339.tif 000008
【図７】
2019107339.tif 000009
【図８】
2019107339.tif 000010
【図９】
2019107339.tif 000011
【図１０】
2019107339.tif 000012
【国際調査報告】
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2019107339.tif 000014
2019107339.tif 000015
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