(57)【要約】      （修正有）【課題】簡便な方法で任意の場所に金属ウィスカを発生させることができる金属ウィスカの製造方法を提供する。【解決手段】基板（電極１２）の端面と少なくとも端面に連なる主面の一部とに金属のめっき層１３を形成し、基板（電極１２）のめっきされた主面に対し基板厚み方向に面圧を加えることにより、基板（電極１２）の端面側のめっき層１３表面に金属のウィスカ１５を形成する。金属は、ＳｎまたはＺｎの単金属、あるいはＳｎまたはＺｎを含む合金である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の端面と少なくとも該端面に連なる主面の一部とに金属のめっき層を形成し、前記基板のめっきされた主面に対し該基板厚み方向に面圧を加えることにより、前記基板の端面側のめっき層表面に前記金属のウィスカを形成することを特徴とする金属ウィスカの製造方法。
【請求項２】
前記金属は、ＳｎまたはＺｎの単金属、あるいはＳｎまたはＺｎを含む合金であることを特徴とする請求項１に記載の金属ウィスカの製造方法。
【請求項３】
前記めっき層は、電気めっき法により形成されてなるものであることを特徴とする請求項１に記載の金属ウィスカの製造方法。
【請求項４】
前記基板の加圧を無酸素雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１に記載の金属ウィスカの製造方法。
【請求項５】
前記基板の加圧をオイル中で行うことを特徴とする請求項１に記載の金属ウィスカの製造方法。
【請求項６】
前記基板は電極であり、該電極を利用して前記ウィスカの表面処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の金属ウィスカの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ウィスカの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、金属ウィスカ、例えばスズウィスカは、コネクタ用めっき端子等において発生し電気回路などに障害を与える現象として知られており、ウィスカの発生を抑制する方法が種々提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００３】
一方、ウィスカの利用については、セラミックウィスカとナノカーボンウィスカなどの利用は報告されている（例えば、特許文献３〜５参照。）が、金属ウィスカに関してはその潜在的可能性にもかかわらず、その利用については報告例がない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１１８９８号公報
【特許文献２】特開２００６−１２７９３９号公報
【特許文献３】特開２００５−１３２６４６号公報
【特許文献４】特開２００５−  １５８３１号公報
【特許文献５】特開２００５−  ２２９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、簡便な方法で任意の場所に金属ウィスカを発生させることができる金属ウィスカの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために提供する本発明は、基板の端面と少なくとも該端面に連なる主面の一部とに金属のめっき層を形成し、前記基板のめっきされた主面に対し該基板厚み方向に面圧を加えることにより、前記基板の端面側のめっき層表面に前記金属のウィスカを形成することを特徴とする金属ウィスカの製造方法である。
【０００７】
ここで、前記金属は、ＳｎまたはＺｎの単金属、あるいはＳｎまたはＺｎを含む合金であることが好ましい。
また、前記めっき層は、電気めっき法により形成されてなるものであるとよい。
【０００８】
また、前記基板の加圧を無酸素雰囲気中で行うことが好ましく、前記基板の加圧をオイル中で行うことが好適である。
【０００９】
また、前記基板は電極であり、該電極を利用して前記ウィスカの表面処理を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基板上のめっき層に適当な圧力を加えることにより、簡単に、しかも迅速にウィスカを発生させることができる。しかも、ウィスカ発生用素材はウィスカが発生しやすい金属をめっきしてものであり、ウィスカを発生させる場所もほとんど自由に選ぶことができる。例えば、基板を電極としこれにウィスカ発生用めっきを施した電極型サンプルについて、該サンプルをはさむように圧力をかければウィスカが電極のめっき面からサンプルを挟んだ間にできるギャップ空間にウィスカを発生させることができる。また、ウィスカはそれ自体を保持することは難しいが、本発明の場合、保持している基板上にウィスカを発生させることができ、しかもウィスカのめっきには好都合に電極付きで発生してくる。本発明によって圧力をかけてウィスカを発生させれば、目的とするウィスカ発生用めっき面に任意に発生させることが可能であることから、該ウィスカに対してほとんどあらゆる種類の表面処理を極めて容易におこなうことができる。例えば、あらかじめウィスカの加工処理にあわせて加工しやすい形状・材料にウィスカ発生用めっきをおこない、めっき面を加圧保持してウィスカを発生させればよい。
また、本発明によれば、微細加工品として利用し易く、優れた性能が期待できる直線状のウィスカを多く得ることができる。このウィスカは数多く発生するので、発生したウィスカから適当なサイズ、適当な曲がり具合のウィスカを選び取ることも可能である。さらに、無酸素状態でウィスカを発生させれば非酸化状態のウィスカを得ることができ、該ウィスカについてオイル中から分離するなどした後各種めっきを施すことも可能であり、その他表面処理することも可能である。
また、本発明によれば、ウィスカは発生と同時にめっき面に保持されているので、ウィスカを加工する場合に問題となる眼に見えないウィスカをどのように保持するかという問題がきわめて簡単に解決する。ウィスカはすでにめっき面に保持されているので、ウィスカ表面にめっきするには眼に見えるサンプルそのものをめっきすれば良い。他の表面処理加工の場合も同様である。しかも、好都合なことはめっき層が金属めっきであることからめっき面自体が電気の導体であり、めっき用の電極をウィスカに付ける手間もいらない。あるいは、半導体工程のようにウィスカ上に感光性樹脂を付け、パターン焼付け、エッチングなどの操作も容易であり、最近特に活発となってきた半導体装置を使用した機械加工ＭＥＭＳにも対応可能である。ＭＥＭＳセンサーを単結晶構造に近いウィスカと接続して吊り下げ用ワイヤーや電極としても使うことができる。スズウィスカが酸化に弱い点はあらかじめ金めっき処理をすることができるし、ダイヤモンド皮膜をつけることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
これまで、スズウィスカはコネクタ用めっき端子等において発生し電気回路などに障害を与える現象として知られていたが、スズウィスカを産業用に利用することは行われて来なかった。また、これまでスズウィスカは発生に時間を要し、どこに発生するか分からないという状況であった。
しかし、発明者が調査したところ、スズめっき面に圧力を加えることによりスズウィスカが容易に発生し、数時間から１週間という期間で数μｍから１００μｍ程度の長さに成長することを確認した。また、スズめっきにスズウィスカが発生しやすいことは良く知られているが、スズ銅合金やスズ亜鉛合金からもスズウィスカが発生し、特に銅１ｗｔ％のスズ銅合金めっきはスズめっき以上に速やかにウィスカが発生することがわかった。さらに、発明者はウィスカの発生条件をテストする中で、液体中でもウィスカが発生することを確認し、とくに炭化水素系オイル中では水や水系溶液に比べてウィスカが発生・成長しやすいことを確認した。
発明者はこれらの知見に基づいて鋭意検討を行い、本発明を成すに至った。以下に、本発明に係る金属ウィスカの製造方法について説明する。
【００１２】
本発明に係る金属ウィスカの製造方法は、基板の端面と少なくとも該端面に連なる主面の一部とに金属のめっき層を形成し、前記基板のめっきされた主面に対し該基板厚み方向に面圧を加えることにより、前記基板の端面側のめっき層表面に前記金属のウィスカを形成することを特徴とするものである。
【００１３】
図１に、本発明の金属ウィスカの製造方法を適用した金属ウィスカ製造工程の例を示す。
（Ｓ１１）補強板１１上に本発明で言う基板の一態様である電極１２が設けられたものを準備する（図１（ａ））。補強板１１は、例えばプラスチック基板である。電極１２は、例えばＣｕ箔や導体にＣｕめっきを施したものなどでその厚みは０．０５〜０．１ｍｍである。このようなものとして、例えば電極１２にめっきが施されていないフレキシブルプリント基板を用いるとよい。
【００１４】
（Ｓ１２）電極１２の露出面のうち端面と少なくとも該端面に連なる主面の一部とを金属でめっきしてめっき層１３を形成する（図１（ｂ））。図１では電極１２の主面全面にめっき層１３を形成している。このとき、めっきする金属としては、ウィスカが発生しやすい金属、例えばＳｎまたはＺｎの単金属、あるいはＳｎまたはＺｎを含む合金（Ｓｎ−１ｗｔ％Ｃｕ、Ｓｎ−１ｗｔ％Ｚｎなど、ＳｎまたはＺｎが９５ｗｔ％以上であるもの）であることが好ましい。また、めっき層１３は、電気めっき法により形成されてなるものであるとよく、その厚みは１〜１０μｍあるとよい。
【００１５】
（Ｓ１３）電極１２のめっき層１３が形成された主面側、補強板１１の電極１２を設けた面とは反対面側それぞれに押圧板１４を配置し、各押圧板１４の外側から対象物を挟む方向（図中矢印方向）に一定の圧力（面圧）を加えて一定期間保持する（図１（ｃ））。押圧板１４は、電極１２主面のめっき層１３に一定の面圧を均等に加えることができるものであればよく、例えばアクリル板やガラス板などを用いることができる。
【００１６】
加圧方法は、ダブルクリップで押圧板１４同士を挟むようにして該ダブルクリップのバネ圧を利用した加圧方法、ねじ締め、油圧プレス、磁力を利用した加圧方法など、どの方法でもよいが、前記ダブルクリップを用いた加圧方法が簡便で再現性良く加圧することができるので好ましい。このとき、加圧が足りないとウィスカが発生しにくくなる。一方、電極１２が押圧板１４にめり込む程度に加圧が強すぎると、ウィスカが成長する空間となる電極１２の端面側の空間（ギャップ空間）が狭くなり好ましくない。
【００１７】
このときの雰囲気温度は、ウィスカとなる金属の再結晶温度を考慮してコントロールするとよい。例えば、Ｓｎウィスカを得る場合には０〜４５℃の範囲内とし、より好ましくは０〜２８℃とする。
【００１８】
（Ｓ１４）以上の処理を行うことにより、電極１２の端面側のめっき層１３表面にウィスカ１５が発生する（図１（ｄ））。ウィスカ１５は単結晶あるいは数個の金属結晶からなり、物理的にも化学的にも金属として優れたものとなっている。ウィスカ１５の直径は１〜数μｍであり、長さはステップＳ１３の加圧保持する時間に比例し、例えば数日の加圧保持で最大１００μｍである。
【００１９】
ここで、図１（ｃ）のようにめっき層１３を加圧すると短時間で電極１２の端面側のめっき層１３表面にウィスカが発生するが、この現象は空気中のみならず液体中でも起こる。例えば、図１（ｂ）のサンプルに十分な量の機械油や流動パラフィンを滴下して図１（ｃ）のようにめっき層１３を加圧するとウィスカの発生が確認できる。
【００２０】
なお、発生したウィスカを光学顕微鏡で拡大して観察すると赤色のウィスカや緑色のウィスカが白く光るウィスカに混じって観察された。詳しくは、機械油の膜中にあるウィスカは白く光り、その膜からはみ出て空気中に曝されているウィスカは赤色や緑色を呈していた。すなわち、発生直後のウィスカは酸化されていないが、空気中に曝されることによりウィスカ表面は酸化されその酸化皮膜が可視光を干渉する厚みになった結果と考えられる。
【００２１】
このように空気中でウィスカを発生させた場合には発生したウィスカはすぐに酸化されてしまうので、この段階の加圧を無酸素雰囲気中で行うことが好ましい。ここで、無酸素雰囲気中とは、ウィスカを酸化させる酸素を減少あるいはなくした状態の環境下とすることであり、例えば電極１２の加圧をオイル中で行うことが挙げられる。このようにオイル中でウィスカを発生させれば空気に触れることがないため空気中の酸素による酸化を防ぐことができ、発生したウィスカをオイル中で保存し、顕微鏡下で目的とするウィスカを選別することも容易となる。オイルとしては、例えば灯油、機械油、炭化水素系オイルなどが挙げられるが、炭化水素系オイルが水や各種水系溶液に比べてウィスカが発生・成長しやすいため好ましい。また、前記オイルにさらにウィスカ１５の酸化を防止する薬剤を添加して酸化防止効果を強化してもよい。また、このときのオイルを酸化防止だけではなく、ウィスカ発生のための温度制御やウィスカの表面処理の前処理用として活用することもできる。この温度制御法としては、例えばヒーター加熱、冷媒蒸発冷却、ガス燃焼加熱、ペルチェ素子、液体窒素、ドライアイスなどを利用するとよい。
【００２２】
また、前記オイルを用いる場合、処理手順としてオイル中で電極１２上のめっき層１３について上下から挟み加圧保持するようにしてもよいし、あるいは図１（ｃ）の状態で加圧保持した後に速やかにオイルを導入してオイル中で加圧保持するようにしてもよい。
【００２３】
また、前記オイルは、ウィスカ１５生成後、洗浄除去し易くウィスカ１５表面への後めっきを容易にする水溶性のもの、あるいは低残渣揮発性のものであることが好ましい。
【００２４】
また、無酸素雰囲気のその他の例としては、酸素減少空気、アルゴンガス・窒素ガスなどの不活性ガス、燃焼排ガス、二酸化炭素ガス、溶剤気化ガス、気化防錆剤気化ガスなどのガス導入、あるいは処理環境を減圧するなどによって実現した環境が挙げられる。このとき、導入するガスとして窒素、二酸化炭素、冷媒蒸気など温度コントロール用冷媒の冷媒気化ガスを兼用させてもよいし、温度制御用燃焼ガスの燃焼排ガスを兼用させてもよい。
【００２５】
また、前記無酸素雰囲気下に気化防錆剤を加えるとよい。無酸素条件であるため気化防錆剤が高濃度になっても爆発せず、添加範囲としては例えば導入ガスの０．１〜１００ｖｏｌ％とする。また、気化防錆剤としてベンゾトリアゾールを添加すると、ウィスカの成長を助長させることが可能であるため好ましい。このとき、電極１２近傍の補強板１１上にベンゾトリアゾールの結晶を配置するだけでよい。
【００２６】
なお、得られたウィスカ１５については、その用途に応じて適宜ウィスカ１５の表面処理を行うことが可能である。表面処理としては、無電解めっき、電気めっき、有機皮膜めっき、電着塗装、化成皮膜処理、蒸着、ＣＶＤ成膜、溶融めっき、塗装、樹脂コーティング、シランカップリング処理などの方法が挙げられ、例えばダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を形成する。このとき、電極１２を利用してウィスカ１５の酸化防止や腐食防止を目的として該ウィスカ１５の表面処理を行うことが好ましい。この表面処理としては電気めっき、有機めっき、電着塗装、電解研磨、陽極酸化、放電加工などが挙げられ、例えば電気Ａｕめっきあるいは電気Ｎｉめっきを行う。電気めっきにおいては電極１２を析出側の電極として利用する。めっき層１３及びウィスカ１５は導電性を有することから、該ウィスカ１５表面へのめっきが可能である。
【００２７】
得られたウィスカ１５については、その用途に応じて適宜加工を施す。この場合、めっき層１３上にウィスカ１５を保持したままの状態で、電解研磨、レーザー穴あけ、放電加工、化学エッチングなどを行うとよい。
【００２８】
また、得られたウィスカ１５については、その用途に応じて適宜部品接合を施す。この場合、めっき層１３上にウィスカ１５を保持したままの状態で、接着剤接合、放電接合、はんだ接合、ロウ付け、レーザー熱接合などを行うとよい。
【００２９】
また、前述したウィスカ１５の表面処理、加工、部品接合を組み合わせて処理を行う。例えば、ウィスカ１５に金めっき加工をしてレーザー熱で電極に接合する、あるいはウィスカ１５に光感光性樹脂塗布と感光、剥離・化学エッチング・めっき処理しその後半導体電極に接合する。また、最後にめっき層１３とウィスカ１５とをレーザーで切断し、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical system）、半導体工程類似の一連の加工を行うことも可能である。このとき、電極１２に半導体設備やＭＥＭＳ加工設備への取り付け用治具を備えているとよい。
【００３０】
以上のように得られたウィスカ１５の用途としては、該ウィスカ１５を電極又は釣り構造ワイヤーとしたＭＥＭＳマイク、ＭＥＭＳセンサー、宙吊り用半導体などが挙げられる。また、ウィスカ１５にめっきをした後、レーザー熱で保持具に接合した放電用電極、走査型ブローブ顕微鏡用ブローブなど各種ブローブ、各種カンチレバーなどが挙げられる。また、ウィスカ１５にめっきをした後、そのウィスカを電極としたコネクタが挙げられる。
【００３１】
なお、本実施の形態では１枚の電極１２上のめっき層１３について上下から挟んで押圧する例を示したが、これに限定されるものではない。図２にその他の押圧例を示す。図２では、補助板１１上の電極１２にめっき層１３を形成したものを２組用意し、それぞれの電極１２の主面上のめっき層１３を向き合わせて当接し、それぞれの補助板１４の外側に押圧板１４を配置し、各押圧板１４の外側から対象物を挟む方向（図中矢印方向）に一定の圧力（面圧）を加えて一定期間保持している。これによっても図１の場合と同様にウィスカ１５を得ることができる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明を実際に実施した例を説明する。
（実施例１）
つぎの手順でスズウィスカを得た。
（Ｓ２１）補強板１１上に導体にＣｕめっきを施した電極１２（厚さ０．１ｍｍ）が設けられたものを準備した（図１（ａ））。
（Ｓ２２）電極１２の露出面にはんだ用めっきとしてＳｎ−１ｗｔ％Ｃｕめっき（厚さ４μｍ）を施してめっき層１３を形成した（図１（ｂ））。
（Ｓ１３）ついで、めっき層１３表面が機械油で十分に被覆されるようにした後、図１（ｃ）に示すように電極１２のめっき層１３が形成された主面側、補強板１１の電極１２を設けた面とは反対面側それぞれに厚さ５ｍｍの透明アクリル板である押圧板１４を配置し、各押圧板１４の外側から対象物を挟む方向（図中矢印方向）に一定の圧力（面圧）を加えて一定期間保持した。詳しくは、２枚の押圧板１４でサンプルを挟み、該押圧板２枚の上下からダブルクリップ（プラスステーショナリー株式会社  ダブルクリップ大ＣＰ−１０３）を２つを使って挟み、該ダブルクリップのバネ力を利用して電極厚さ方向に加圧保持した。このとき、加圧保持は常温２５℃で行った。
【００３３】
加圧保持した状態で透明アクリル板を通してウィスカ１５の発生状況を観察したところ、加圧開始から１時間後にウィスカ１５の発生が始まり、１日後にウィスカ１５の最大長さは５０μｍ、１週間後に１００μｍまでウィスカ１５は成長した。図３は１週間後のウィスカ１５の発生状況を電極１２の上方から観察したものである。ここでは補強板１１上に幅３５０μｍの帯状の電極１２が間隔１５０μｍで複数配置されたフレキシブルプリント基板を用いており、それぞれの電極１２の端面側のめっき層１３からウィスカ１５が数多く発生している。
【００３４】
ついで、押圧板１４を外した後に、めっき層１３にウィスカ１５が生成したままの状態で電極１２を利用して、ウィスカ１５表面にＮｉめっきを施した。
【００３５】
つぎに、マチ針の針先に接着剤を微量塗布し、この接着剤の塗布部分をＮｉめっき済みウィスカ１５の先端に接触させることにより接着を行い、接着後に該ウィスカ１５をめっき層１３から離脱させて、マチ針の先にウィスカを接合したカンチレバーを作製した。図４に作製したカンチレバーの外観を示す。図４（ａ）がカンチレバー外観であり、図４（ｂ）がその模式図である。このカンチレバーを用いて顕微鏡下での対象サンプルの移動や切断操作を行うことができる。また、ウィスカとマチ針との接合を導電性の接着剤での接着やハンダ付けとすることで導電性のプローブとして使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る金属ウィスカの製造方法における処理手順を示す工程図である。
【図２】本発明の金属ウィスカの製造方法における電極上のめっき層に対する押圧方法のその他の例を示す断面図である。
【図３】実施例１のウィスカ発生状態を示す図である。
【図４】実施例１のカンチレバーの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１・・・補強板、１２・・・電極、１３・・・めっき層、１４・・・押圧板、１５・・・ウィスカ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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