(57)【要約】      （修正有）【課題】プリント基板などの大きな物に対しても、従来のめっき装置を使用して、磁場を印加した状態でめっきする方法、およびその方法において好適に用いられるめっき用治具を提供する。【解決手段】めっき液中に浸漬された治具により形成される磁気回路中に、被めっき物２を置く。例えば対向する１対のヨーク３と、それに連結された磁石１により磁気回路を形成し、被めっき物を配置することのできる間隙を有するめっき用の治具を用いる。【選択図】図１−ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき液中に浸漬された治具により、めっき液中に形成される磁気回路中に、被めっき物を置くことを特徴とするめっき方法。
【請求項２】
めっき液中に複数の治具が浸漬され、それぞれの治具によりめっき液中に形成される磁気回路中を通って被めっき物が移動されることを特徴とするめっき方法。
【請求項３】
対向する１対のヨークと、それに連結された磁石により磁気回路を形成し、磁気回路中に被めっき物を配置することのできる間隙を有するめっき用の治具であって、めっき液中に浸漬される部分が耐薬品性材料により覆われている治具。
【請求項４】
対向する１対の磁石と、それを保持するヨークにより磁気回路を形成し、磁気回路中に被めっき物を配置することのできる間隙を有するめっき用の治具であって、めっき液中に浸漬される部分が耐薬品性材料により覆われている治具。
【請求項５】
対向するヨークに開口部が設けられる、請求項３記載の治具。
【請求項６】
対向する磁石に開口部が設けられる、請求項４記載の治具。
【請求項７】
対向する非磁性体基体に固定された磁石により磁気回路を形成し、磁気回路中に被めっき物を配置することのできる間隙を有するめっき用の治具であって、めっき液中に浸漬される部分が耐薬品性材料により覆われている治具。
【請求項８】
非磁性体基体に開口部が設けられる、請求項７記載の治具。
【請求項９】
ヨークまたは非磁性体基体が被めっき物の周囲を囲むことのできる角筒状である、請求項３から８のいずれか１項記載の治具。
【請求項１０】
被めっき物の周囲を囲むことのできる角筒状部材をさらに有する、請求項３から８のいずれか１項記載の治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場中でめっきを行う方法、およびその際に使用されるめっき用治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者は、磁場中でめっきを行う際の効果について研究を重ね、磁場が物理的添加剤としての効果を有し、化学的添加剤である塩化物イオンの使用量を著しく減少させることが可能であることなどの効果を見出し、その有効性を立証した。
しかし、実際にプリント基板などの大きな物に対してめっきを行うことは容易ではなかった。なぜなら、装置全体に対して磁場を印加しようとすると、磁場の強さは距離の二乗に反比例するため、非常に大きな磁力を発生させる必要があるからである。永久磁石を使用すると大きくなりすぎ、物理的に困難である。また、電磁石や超電導磁石では、装置全体への磁場の印加には相当の電力が必要となるため、プリント基板のような大面積へのめっきへの適用は、コスト的に困難であると考えられていた。
【特許文献１】特願２００６−２５４２６８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、従来のめっき装置を使用して、磁場を印加した状態でめっきする方法を提供する。また、その方法において好適に用いられるめっき用治具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、めっき液中に浸漬された治具により、めっき液中に形成される磁気回路中に、被めっき物を置くことを特徴とするめっき方法に関する。
めっき液としてはめっきに使用できることが知られている公知の液体組成物を使用することができる。また、めっきされる金属は、めっきできることが知られている任意の金属であることができる。好適には銅、ニッケル、コバルト、クロム、亜鉛、カドミウム、スズ、鉛、鉄、金、銀、ロジウム、白金、パラジウム、およびそれらの合金からなる群から選択される。上記の金属をめっきするためのめっき液はそれぞれ公知であるが、代表的なめっき液としては、銅めっき液として硫酸銅浴、シアン化銅浴およびピロリン酸銅浴があげられる。
被めっき物とは、めっきされる物質をいい、めっきされることができることが知られている任意の物質であることができる。
本発明のめっき方法の用途の例としては、プリント基板に銅めっきを施す場合があげられる。
【０００５】
磁気回路とは、磁束が流れる経路をいう。磁気回路は、後述されるような種種の態様の治具により形成される。被めっき物は治具により形成される磁気回路中に置かれる。本発明のめっき用治具は、当該治具が形成する磁気回路中に被めっき物を配置することのできる間隙を有するので、磁気回路中に被めっき物を置くとは、被めっき物を前記の間隙中に配置することをいう。
【０００６】
理論により拘束されるものではないが、めっき操作において、磁場による効果が得られる理由について、以下に説明する。
めっきへの磁場効果については、電気めっきにおいても無電解めっきにおいても、いずれも電気化学プロセスで進行するために電解電流が流れる。したがって、磁場中でめっきを行うと、電解電流と磁場との相互作用によりローレンツ力が生じる。このローレンツ力により引き起こされる流れのことをＭＨＤ（Ｍａｇｎｅｔｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ＝電磁流体力学的）流れと呼び、機械的な溶液の流れと区別している。このとき、ＭＨＤ流れによって反応活性種の物質移動が促進されるので、定電位電解の場合、電解電流が増加する。すると、それによってローレンツ力が増加するから、ＭＨＤ流れが大きくなる。このように、一種の正帰還サイクルがＭＨＤ流れと電解電流の間に成り立つことから、両者は時間とともに発達することになる。このような過程を、しばしば自己触媒的過程と呼ぶが、実際、磁場はあたかも触媒のように電極反応を促進する。ここで、１テスラ（Ｔ）程度の磁場を加えると、加えないときと比べ電解電流が増加する。このように、ＭＨＤ流れによる電流増加現象のことをＭＨＤ効果と呼んでいる。このＭＨＤ流れは機械的な流れと異なり、電極界面の近くで大きくなるために、複雑に入り組んだ形状の電極面においても大きな効果を生み出すことが可能である。
【０００７】
磁場が電極反応に対して触媒のような働きをすることで、めっき速度を高めることができるわけであるが、磁場効果には次に述べる効果も存在する。たとえば、硫酸銅及び硫酸からなる硫酸銅めっき液中で銅めっきを行うと、磁場の加わらない場合は、結晶粒の析出によって、めっき面は数ミクロンから数十ミクロン程度の凹凸を有したものになるが、磁場を印加した場合は微細かつ平滑な平面が得られる。つまり、磁場によって、めっき速度は促進されるものの、析出形状は抑制されて微細な析出となり平滑化する。言い換えれば、磁場はめっき反応全体に対しては正の触媒として働き、個別の結晶核の成長に対しては負の触媒として働くのである。この個別の結晶核の成長と同じ位の寸法をもつ、負の触媒効果が現れるＭＨＤ流れのゆらぎ成分は、磁場の方向に回転軸を持つ渦の形をとる。これをマイクロＭＨＤ流れと呼び、この抑制効果自体をマイクロＭＨＤ効果と呼ぶ。マイクロＭＨＤ流れの発生する領域の高さは、一般的には拡散層内の約１０ミクロン以下の領域である。
なお、磁場の印加方向は電極に対して平行である必要はなく、平行でない場合にも電極界面の電解電流のゆらぎから、前述のＭＨＤ効果やマイクロＭＨＤ効果が起こる。
【０００８】
定電位電解においては、ＭＨＤ効果から電解電流の増加による反応の促進がおこる一方で、マイクロＭＨＤ効果による結晶成長の抑制による結晶の微細化が起こるが、定電流電解においても同様の効果が見られると考えられる。すなわち、定電流電解の場合も定電位電解同様、磁場は添加剤と同様の働きをすると考えられる。たとえば、磁場中で硫酸銅めっきを行った場合は、塩化物イオン濃度が１０ｍｇ／リットルと低濃度であっても濃度５０ｍｇ／リットルの結果と同等の結果が得られる。すなわち、塩化物イオンを減量した場合においても、磁場により塩化物イオン減量前と同程度の効果を生み出すことが可能である。この効果は物理的現象に起因するために、プリント基板の配線形成等において、この例だけでなく一般的にあらゆる種類の添加剤の添加量の減量を可能にする。本発明の方法により添加量を減らすことのできる添加剤としては、光沢剤、平滑剤、微粒化剤、内部応力減少剤、および耐食剤等が挙げられる。さらに本発明の方法では、めっきされる金属の種類に関係なく、銅の場合と同様の効果が期待できる。
【０００９】
本発明のめっき方法は、電気めっきだけに限定されるものではない。無電解めっきの場合には、金属析出の還元反応に対応して、めっき面の別の場所で還元剤が酸化反応を引き起こすために形成される局部電池の周りの溶液中で電解電流が流れることで、磁場との相互作用により、やはりマイクロＭＨＤ効果による個別の結晶粒成長の抑制が起こり、結晶粒径が減少する。したがって以上の結果から、磁場は一種のめっき添加剤として働くことが理解される。
【００１０】
本発明のめっき方法においては、磁場の強さは特に限定するものではないが、一般的には０．００１  Ｔ（テスラ）から３０  Ｔ、より一般的には０．０１  Ｔから１０  Ｔの強さである。電気めっきの際の電流密度も特に制限されないが、一般的には１０から２０００  Ａ／ｍ２、より一般的には１００から１０００  Ａ／ｍ２の範囲である。
【００１１】
本発明のめっき方法においては、本発明の治具と被めっき物とを組み合わせ、所定の配置にした後、めっき浴に浸漬することが好ましい。めっき浴に浸漬された直後から好適に磁場が印加されるので、安定しためっき結果を得ることができる。
めっき液中に複数の治具を浸漬し、被めっき物をそれぞれの治具によりめっき液中に形成される磁場回路中を通って移動することもできる。治具の並べ方については特に制限するものではない。サンプルの大きさ、所望のめっき部位、めっき厚さなどに応じて、種種の形状の治具を順次並べて配置することもできるし、同一形状の治具を並べることもできる。複数の治具を使用する場合には、治具の間に樹脂などで作られたスペーサーを配置して、治具が互いにくっつくことを防止するため、および磁場の強度などを適当に調節することができる。
さらに各治具の磁場の強さは、同じでも異なっていても良い。被めっき物の移動速度は実験的に容易に決定することができる。
【００１２】
本発明はさらに、本発明の方法において好適に使用される治具に関する。好ましい治具としては以下のものがあげられる。
１）対向する１対のヨークと、それに連結された磁石により磁気回路を形成し、磁気回路中に被めっき物を配置することのできる間隙を有するめっき用の治具であって、めっき液中に浸漬される部分が耐薬品性材料により覆われている治具。
２）対向する１対の磁石と、それを保持するヨークにより磁気回路を形成し、磁気回路中に被めっき物を配置することのできる間隙を有するめっき用の治具であって、めっき液中に浸漬される部分が耐薬品性材料により覆われている治具。
３）対向する非磁性体基体に固定された磁石により磁気回路を形成し、磁気回路中に被めっき物を配置することのできる間隙を有するめっき用の治具であって、めっき液中に浸漬される部分が耐薬品性材料により覆われている治具。
【００１３】
上記１）の治具の例としては、図１に示す治具があげられる。この例では、対向する１対のヨークと、それに連結された磁石により磁気回路が形成される。
本明細書において、ヨークとは、磁石を接着（固定）している部品で、磁力を封じ込めて、磁力を有効に使用する（ロスを少なくする）ための部品をいう。ヨークの材質としては、透磁率の高い材料、たとえば純鉄またはパーマロイが好適に使用されるが、磁性体や磁性体の粉末と樹脂との複合材料なども使用することができる。
ヨークの形状および大きさは被めっき物の表面に対応して決定され、一般的には被めっき物よりも少し大きめにされる。
磁石は永久磁石および電磁石のどちらも使用できる。対向する１対のヨークの間には被めっき物を配置することのできる間隙が形成される。間隙の大きさも被めっき物の形状により適宜変化させることができる。たとえば、被めっき物がプリント基板である場合には、間隙は約１ｃｍから１００ｃｍ、より好ましくは約１ｃｍから５０ｃｍ、さらに好ましくは約１ｃｍから３０ｃｍ、最も好ましくは約１ｃｍから１０ｃｍの範囲とされる。また、間隙を調節するための機構を設けることもできる。これにより、被めっき物に加えられる磁場の強さを簡便に変更することができる。
先に記載された範囲の好適な強さの磁場が得られるように、磁石の強さ、ヨークの材質および形状、並びにヨーク間の間隙の大きさを計算により、または実験的に決定することができる。
【００１４】
本発明にかかる治具においては、めっき液と接触する部分は耐薬品性材料により覆われる。耐薬品性材料としては公知の物が使用できるが、めっき液により分解劣化されないことが必要とされる。例として、フッ素含有化合物があり、好適には、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー（ＰＦＡ）、パーフルオロエチレンープロピレンコポリマー（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）などの他、フッ素化アクリル樹脂およびフッ素化ウレタン樹脂などを使用することができる。
また、成型可能なフッ素化樹脂など耐薬品性材料で箱を形成し、その中に磁石を保持することもできる。このようにすると、箱の中の磁石の強さを変えることにより、磁場の強さを容易に変えることができる。
被覆する材料の厚さは耐薬品性材料の種類およびめっき液の組成などに応じて適宜決定することができる。
なお、この１）の治具についての記載は、本発明のすべての治具について当てはまるものである。
【００１５】
上記２）の治具の例としては、図２に示す治具があげられる。この例では、対向する１対の磁石と、それを保持するヨークにより磁気回路が形成される。このような治具においては、磁石とヨークを接着剤で接着し固定しても、めっき液中で接着剤が劣化し、磁石が脱落する恐れがある。そのため、磁石とヨークを一体として耐薬品性材料で被覆して密閉し、めっき液と接触しないようにすることが望ましい。
【００１６】
上記３）の治具の例としては、図３に示す治具があげられる。この例では、対向する１対の磁石により磁気回路が形成され、磁石は非磁性体の支持部材により保持される。この場合も、磁石と非磁性体の支持部材を一体として耐薬品性材料で被覆して密閉し、めっき液と接触しないようにすることが望ましい。
【００１７】
本発明の治具においては、対向するヨーク、非磁性体および磁石の少なくとも１つに開口を設けることができる。ヨークに開口を設けた場合の例を図４に示す。これによりめっき液の流動が促進され、液組成の安定化を図ることができる。
非磁性体の支持部材に開口を設けた場合の例を図５に示す。図５では、磁石がめっきされる部分に対応して配置されている。このようにすると、磁石を効率的に配置することができる。
【００１８】
本発明はさらに、ヨークまたは非磁性体基体が被めっき物の周囲を囲むことのできる角筒状である本発明の治具に関する。例を図６に示す。このようにすることにより、対向するヨークまたは、非磁性体基体に固定された磁石の間の距離の変動を防止することができ、より安定しためっき膜を得ることができる。また、角筒状のヨークまたは非磁性体基体には開口部を設けることができる。
【００１９】
さらに、上記の１）−３）に記載した本発明の治具に、被めっき物の周囲を囲むことのできる角筒状部材を取り付けることも可能である。この例を図７に示す。角筒状部材は磁性体または非磁性体のいずれでもよい。また、角筒状部材には開口部を設けることができる。
【００２０】
本発明の治具は、単独または複数で、めっき浴中に浸漬することができる。複数を使用する場合には、たとえば、図８のように、治具と被めっき物の組み合わせを複数つり下げた棒を、移動しつつめっき浴に浸漬し、所定時間経過後に引き上げることによりめっきを行うことができる。
なお、例示として用いた図面においては、被めっき物は上方から治具の間隙中に挿入されているが、横方向または下方向などの任意の方向から挿入することもできる。
【００２１】
図１から図４に示す治具をめっき槽内に多数設置して、その開口部へ被めっき物を挿入することもできる。図９にその例を示す。図９においてはめっき槽１０の内部に本発明の治具１が複数配置される。サンプル２は各治具の開口部内を通りつつ、複数の治具の間を移動してめっきされる。また、この場合ヨーク部に陽極を取り付けることにより陽極として使用することもできる。
【発明の効果】
【００２２】
従来はめっき浴の外部から強い磁場を加え、めっき浴全体を磁場の下に置く方法しか知られていなかったが、本発明の治具を使用し、めっき液中で磁気回路を形成することにより、従来のめっき装置を使用して磁場中でめっきをすることが可能となった。
また、治具により磁気回路を形成するため、磁石の強さや、磁石と治具との距離を変更することにより簡単に磁気の強さを変更することができる。そのため、被めっき物やめっき液組成の変化に対応して、迅速かつ簡便に磁場の変更をすることができる。また、治具によっては場所により磁力を変更できるので、被めっき物に応じて最適な条件を設定することができる。
さらに磁場の強さや形状の異なる複数の治具を使用することにより、被めっき物の形状、大きさ、所望のめっき部位、めっき厚さなどに応じたより好適なめっきを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１−ａ】図１−ａは本発明のめっき方法において好適に使用される治具の例を示す図である。
【図１−ｂ】図１−ｂは図１−ａの治具の点線における断面図である。
【図２−ａ】図２−ａは本発明のめっき方法において好適に使用される治具の例を示す図である。
【図２−ｂ】図２−ｂは図２−ａの治具の点線における断面図である。
【図３−ａ】図３−ａは本発明のめっき方法において好適に使用される治具の例を示す図である。
【図３−ｂ】図３−ｂは図３−ａの治具の点線における断面図である。
【図４−ａ】図４−ａはヨークに開口部を設けた例を示す図である。
【図４−ｂ】図４−ｂは、図４−ａに示された開口部を有するヨークを使用した治具の例を示す図である。
【図５−ａ】図５−ａは非磁性体の支持部材に開口部を設けた例を示す。
【図５−ｂ】図５−ｂは、図５−ａに示された開口部を設けた非磁性体の支持部材を使用した治具の例を示す図である。
【図６】図６は本発明のめっき方法において好適に使用される治具の例を示す図である。
【図７】図７は本発明のめっき方法において好適に使用される治具の例を示す図である。
【図８】図８は本発明のめっき方法において、複数の治具を使用してめっきを行う場合を示す図である。
【図９】図９は複数の治具を使用する場合例を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１：磁石
２：被めっき物
３：ヨーク
４：非磁性体の支持部品
５：側板
６：つり下げ具
７：非磁性部材                                                    
８：角筒状部材
１０：めっき槽
【図１−ａ】
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【図１−ｂ】
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【図２−ａ】
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【図２−ｂ】
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【図３−ａ】
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【図３−ｂ】
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【図４−ａ】
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【図４−ｂ】
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【図５−ａ】
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【図５−ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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