(57)【要約】【課題】めっき皮膜の内部応力を所定値に保ちながらめっきを行えるようにする。【解決手段】準備槽２０の３組の陰極及び陽極にそれぞれ１Ａ／ｄｍ2、５Ａ／ｄｍ2、１０Ａ／ｄｍ2の電流密度で電流を同時に供給してニッケル電鋳を行う。１００秒経過後、ひずみゲージ２４で測定されたひずみ量に基いてめっき皮膜の内部応力をひずみ測定器２３で算出し、算出結果をコンピュータ２５へ出力する。コンピュータ２５はテーブルを用いてめっき皮膜の内部応力がゼロとなる電流密度を決定し、決定された電流密度に対応する信号を整流器１５に出力する。本槽１０ではめっき皮膜の内部応力がゼロとなる電流密度として電流を陰極及び陽極に供給してニッケル電鋳を開始する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき液を貯留する第１のめっき槽と、
前記第１のめっき槽のめっき液に浸漬され、対応する陰極及び陽極間でそれぞれ異なる電流密度で電流が供給される、ひずみゲージが設けられた複数の第１の陰極及び複数の第１の陽極と、
前記各ひずみゲージで測定されたひずみ量に基いて計算されためっき皮膜の応力値が所定値になる電流値を決定する電流値決定手段と
を備えていることを特徴とする電鋳条件決定装置。
【請求項２】
前記電流値決定手段はコンピュータであり、前記所定値はゼロであることを特徴とする請求項１記載の電鋳条件決定装置。
【請求項３】
前記第１の陰極の数は少なくとも３以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の電鋳条件決定装置。
【請求項４】
前記ひずみゲージはパルス電源に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の電鋳条件決定装置。
【請求項５】
前記めっき液はスルファミン酸ニッケル溶液であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の電鋳条件決定装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の電鋳条件決定装置と、
前記第１のめっき槽とパイプを介して連結される第２のめっき槽と、
前記第２のめっき槽のめっき液に浸漬される第２の陰極及び第２の陽極と、
前記電流値決定手段で決定された電流値で電流を前記第２の陰極及び前記第２の陽極に供給する電源装置と
を備えていることを特徴とする電鋳装置。
【請求項７】
第１のめっき槽のめっき液に浸漬される複数の第１の陰極及び複数の第１の陽極の対応する陰極及び陽極間でそれぞれ異なる電流密度で電流を供給し、前記複数の第１の陰極及び複数の第１の陽極のうちの前記複数の第１の陰極にそれぞれ設けられたひずみゲージで測定されたひずみ量に基いてめっき皮膜の応力値を計算する応力値計算工程と、
前記応力値が所定値になる電流値を決定する電流値決定工程と
を備えていることを特徴とする電鋳条件決定方法。
【請求項８】
前記応力値計算工程の前に、スルファミン酸ニッケル溶液からなる前記めっき液に浸漬された前記第１の陰極及び第１の陽極のそれぞれに電流密度１〜１０Ａ／ｄｍ2 の範囲内の異なる電流密度で電流を供給する電流供給工程を備えていることを特徴とする請求項７記載の電鋳条件決定方法。
【請求項９】
前記電流値決定工程で決定された電流値の電流を前記第１の陰極及び第１の陽極に供給した後、その逆電流を前記第１の陰極及び第１の陽極に供給する逆電解工程を備えていることを特徴とする請求項７又は８記載のいずれか１項記載の電鋳条件決定方法。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項記載の電鋳条件決定方法と、
第２のめっき槽のめっき液に浸漬される第２の陰極及び第２の陽極に、前記電流値決定工程で決定された電流値で電流を供給して電鋳を行う電鋳工程を備えていることを特徴とする電鋳方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電鋳条件決定装置、電鋳装置、電鋳条件決定方法及び電鋳方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品の微細化、高機能化に伴い電子部品に施されるめっき皮膜に高い品質、性能が要求されるようになった。
【０００３】
例えば、厚さ数μｍの薄膜部材にめっきを施す場合、めっき皮膜に内部応力が発生すると、この内部応力によって薄膜部材がそる。そりを少なくするためには、めっき析出時にめっき皮膜に生じる内部応力を減少させる必要がある。
【０００４】
めっき皮膜の内部応力を測定する方法としては、例えばひずみゲージを用いた測定方法が知られている（特開２００５−２８１８０３号公報参照）。この測定方法によれば、めっき析出時にリアルタイムでめっき皮膜の内部応力を確認することができる。
【特許文献１】特開２００５−２８１８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述の測定方法では、製品の製造時のめっきを行うときにめっき皮膜の内部応力を確認する方法ではなく、製品の製造前に試験的にめっきを行ったときのめっき皮膜の内部応力を確認している方法にすぎない。したがって、この方法を実施して得られた結果を製品を製造するときのめっき液を管理するデータとして使用することはできるが、めっき皮膜の内部応力を正確に測定してめっき皮膜のそりを減少させることは難しい。
【０００６】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題はめっき皮膜の内部応力を所定値に保ちながらめっきを行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、めっき液を貯留する第１のめっき槽と、前記第１のめっき槽のめっき液に浸漬され、対応する陰極及び陽極間でそれぞれ異なる電流密度で電流が供給される、ひずみゲージが設けられた複数の第１の陰極及び複数の第１の陽極と、前記各ひずみゲージで測定されたひずみ量に基いて計算されためっき皮膜の応力値が所定値になる電流値を決定する電流値決定手段とを備えていることを特徴とする電鋳条件決定装置である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の電鋳条件決定装置において、前記電流値決定手段はコンピュータであり、前記所定値はゼロであることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の電鋳条件決定装置において、前記第１の陰極の数は少なくとも３以上であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の電鋳条件決定装置において、前記ひずみゲージはパルス電源に接続されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載の電鋳条件決定装置において、前記めっき液はスルファミン酸ニッケル溶液であることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載の電鋳条件決定装置と、前記第１のめっき槽とパイプを介して連結された第２のめっき槽と、前記第２のめっき槽のめっき液に浸漬される第２の陰極及び第２の陽極と、前記電流値決定手段で決定された電流値で電流を前記第２の陰極及び前記第２の陽極に供給する電源装置とを備えていることを特徴とする電鋳装置である。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、第１のめっき槽のめっき液に浸漬される複数の第１の陰極及び複数の第１の陽極の対応する陰極及び陽極間でそれぞれ異なる電流密度で電流を供給し、前記複数の第１の陰極及び複数の第１の陽極のうちの前記複数の第１の陰極にそれぞれ設けられたひずみゲージで測定されたひずみ量に基いてめっき皮膜の応力値を計算する応力値計算工程と、前記応力値が所定値になる電流値を決定する電流値決定工程とを備えていることを特徴とする電鋳条件決定方法である。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項７記載の電鋳条件決定方法において、前記応力値計算工程の前に、スルファミン酸ニッケル溶液からなる前記めっき液に浸漬された前記第１の陰極及び第１の陽極のそれぞれに電流密度１〜１０Ａ／ｄｍ2 の範囲内の異なる電流密度で電流を供給する電流供給工程を備えていることを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項７又は８記載のいずれか１項記載の電鋳条件決定方法において、前記電流値決定工程で決定された電流値の電流を前記第１の陰極及び第１の陽極に供給した後、その逆電流を前記第１の陰極及び第１の陽極に供給する逆電解工程を備えていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、請求項７〜９のいずれか１項記載の電鋳条件決定方法と、第２のめっき槽のめっき液に浸漬される第２の陰極及び第２の陽極に、前記電流値決定工程で決定された電流値で電流を供給して電鋳を行う電鋳工程を備えていることを特徴とする電鋳方法である。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、めっき皮膜の内部応力を所定値に保ちながらめっきを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は準備槽と本槽との関係を説明する概念図である。
【００２０】
この電鋳装置は本槽（第２のめっき槽）１０と準備槽（第１のめっき槽）２０とを備えている。本槽１０と準備槽２０とはパイプ４０を介して連結されている。そのため、本槽１０と準備槽２０との間をめっき液が流通でき、本槽１０と準備槽２０とで同じ電鋳条件で電鋳を行うことができる。
【００２１】
図２（ａ）は電鋳条件決定装置の縦断面を示す概念図、図２（ｂ）は電鋳条件決定装置の横断面を示す概念図である。図２において、ひずみゲージ２４の電源の図示は省略されている。
【００２２】
電鋳条件決定装置５は準備槽２０と陰極（第１の陰極）２１と陽極（第１の陽極）２２とひずみゲージ２４と直流電源２７とひずみ測定器２３とコンピュータ（電流値決定手段）２５とを備えている。
【００２３】
準備槽２０はめっき液２６を貯留する。めっき液２６は例えばスルファミン酸ニッケル溶液である。
【００２４】
陰極２１及び陽極２２とはめっき液２６中に３枚ずつ対向して浸漬されている。陰極２１と陽極２２とはそれぞれ電線Ｗｒを介して直流電源２７に接続されている。
【００２５】
陰極２１は例えばニッケル板である。各陰極２１の表面にはひずみゲージ２４がそれぞれ専用の接着剤で貼り付けられている。ひずみゲージ２４は機械的な微小変化であるひずみを電気信号として検出する素子であり、薄い電気絶縁物のベース上に格子状の抵抗線又はフォトエッチング加工した抵抗箔であり、引出線とともに陰極２１に貼り付けられる。ひずみゲージ２４は例えばホイートストンブリッジ回路（図示せず）を備える。
【００２６】
次に、ひずみゲージ２４によるひずみ量を計測する原理を説明する。
【００２７】
ひずみ量は１式で定義される。
【００２８】
ε＝ΔＬ/Ｌ＝（ΔＲ/Ｒ）/Ｋ                                              １式
ここで、
ε：ひずみ量
Ｌ：抵抗線の長さ
ΔＬ：外力（ひずみ力）を受けたときの抵抗線の長さの変化量
Ｒ：ゲージ抵抗
ΔＲ：外力を受けたときの抵抗変化量
Ｋ：ゲージ率
【００２９】
上述のように長さに比例したひずみゲージ２４の抵抗変化量は電気的なホイートストンブリッジ回路によって差動電圧として計測される。ホイートストンブリッジ回路によれば長さを１００万分の１の変化レベルで測定することができる。
【００３０】
ホイートストンブリッジ回路の出力電圧は２式で表される。
【００３１】
ｅ＝［(Ｒ１・Ｒ３−Ｒ２・Ｒ４)/｛(Ｒ１＋Ｒ２)(Ｒ３＋Ｒ４)｝］Ｖ          ２式
ここで、
ｅ：出力電圧
Ｖ：入力電圧
Ｒ１：ひずみゲージの抵抗値
Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４：固定抵抗値
ここで、Ｒ＝Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４とする。
【００３２】
ひずみゲージ２４に外力が加わり、ひずみゲージ２４の抵抗値ＲがＲ＋ΔＲになったとき、出力電圧ｅの変化分Δｅは３式で表される。
【００３３】
Δｅ＝｛ΔＲ/(４Ｒ＋２ΔＲ)Ｅ                                             ３式
ΔＲ≪Ｒのとき
Δｅ＝（ΔＲ/４Ｒ)Ｅ                                                      ４式
４式から
ΔＲ＝（Δｅ・４Ｒ）/Ｅ                                                   ５式
【００３４】
５式を１式に代入することによってひずみ量εを計測することができる。
【００３５】
陽極２２として、精錬ニッケルチップ２８を入れたチタンメッシュ製のバスケットが用いられる。金属チタンは酸化保護膜を有し、溶液へ直接電流を導くことはできないが、バスケット内にニッケルチップ２８が入ると、ニッケルチップ２８は酸化膜を介してチタンと導通するので、ニッケルチップ２８の溶解が可能になる。ニッケルチップ２８の溶解に伴ってニッケルチップ２８がバスケット内に補充される。
【００３６】
ひずみ測定器２３はひずみゲージ２４で計測されたひずみ量をモニタし、ひずみ量εからめっき皮膜の内部応力を算出する。
【００３７】
ところで、電鋳の際、電流密度はめっき皮膜の内部応力に影響を与える。電流密度とめっき皮膜の内部応力との間には電流密度が大きくなるにしたがって内部応力が圧縮応力から引張応力に変化する関係がある。この電流密度とめっき皮膜の内部応力との関係はコンピュータ２５に例えばテーブルとして記憶されている。なお、横軸を電流密度とし、縦軸をめっき皮膜の内部応力としたとき、電流密度とめっき皮膜の内部応力とは右肩上がりの曲線で表される関係にある。
【００３８】
コンピュータ２５はひずみ測定器２３で算出されためっき皮膜の内部応力からテーブルを用いて例えば応力がゼロとなる電流密度（電流値）を決定する。
【００３９】
図３は電鋳装置の構成を示す概念図であり、図２と共通する部分は同一符号を付してその説明を省略する。なお、図３では陰極２１、陽極２２、直流電源２７等の図示は省略されている。
【００４０】
この電鋳装置は電鋳条件決定装置５と整流器（電源装置）１５と本槽１０とを備えている。
【００４１】
３つのひずみゲージ２４にはそれぞれパルス電源２９が接続されている。パルス電源２９は安定化回路（図示せず）を備え、ひずみゲージ２４に変動の少ない電流を供給することができる。
【００４２】
本槽１０には準備槽２０と同じ特性のめっき液（図示せず）が貯留され、めっき液には図示しない陰極（第２の陰極）及び陽極（第２の陽極）が浸漬されている。陰極及び陽極には整流器１５からコンピュータ２５で決定された電流密度の電流が供給される。
【００４３】
次に上記電鋳装置を用いた電鋳方法を図２〜４を参照して説明する。
【００４４】
図４はこの発明の第１実施形態に係る電鋳方法を説明するタイミングチャートである。なお、図４（ａ）は準備槽でのめっきのタイミングチャートを示し、図４（ｂ）は本槽でのめっきのタイミングチャートを示す。また、縦軸及び横軸はそれぞれ電流及び時間を示す。
【００４５】
本槽１０でめっきされる対象物（図示せず）は、微細パターンが施された直径３００ｍｍの円盤状のガラス板にニッケルスパッタで導電膜を付けたものである。ガラス板の周縁部には環状の陰極が設けられている。
【００４６】
準備槽２０では、まず、パルス電源２９をオンにして、ひずみゲージ２４に電流を供給する。
【００４７】
ひずみ測定器２３でひずみ量をモニタし、ひずみゲージ２４の出力が安定した時点で、準備槽２０の３組の陰極２１及び陽極２２に、それぞれ１Ａ／ｄｍ2、５Ａ／ｄｍ2、１０Ａ／ｄｍ2の電流密度で電流を同時に供給して、ニッケル電鋳を行う（電流供給工程）。
【００４８】
陰極２１及び陽極２２に電流を供給し始めてから１００秒が経過した後、ひずみ測定器２３はひずみゲージ２４で測定されたひずみ量に基いてめっき皮膜の内部応力を算出し（応力値計算工程）、算出結果をコンピュータ２５へ出力する。コンピュータ２５はテーブルを用いてめっき皮膜の内部応力がゼロとなる電流密度を決定し（電流値決定工程）、決定された電流密度に対応する信号を整流器１５に出力する。
【００４９】
一方、本槽１０では、陰極２１及び陽極２２に電流を供給し始めてから１００秒が経過した後、コンピュータ２５で決定された電流密度で電流を陰極及び陽極に供給して製品のニッケル電鋳（電解処理）を２０秒間行う（電鋳工程）。
【００５０】
また、陰極２１及び陽極２２に電流を供給し始めてから１００秒が経過した後、準備槽２０では直流電源２７の極性を反転させて逆電解処理を１０秒間行ない、陰極２１に付着したニッケル電鋳の一部を剥離する（逆電解工程）。陰極２１に析出するめっき皮膜が厚くなる（例えば１００μｍ以上）と、徐々にめっき皮膜のそり量が変わらなくなり、見かけ上の応力値が小さくなることを防止するためである。なお、めっき皮膜の内部応力とそり量との関係を６式に示した。
【００５１】
σ＝Ｅｂ2δ/{３（１−γ）ｃ2ｄ}                                          ６式
ここで、
σ：めっき皮膜内部応力
Ｅ：ひずみゲージが設けられた陰極のヤング率
ｂ：陰極の厚さ
δ：陰極のそり量
γ：陰極のポアソン比
ｃ：陰極のめっきされる部分の長さ
ｄ：めっき皮膜の厚さ
【００５２】
その後、準備槽２０では再度直流電源２７の極性を反転させる（元の極性に戻す）。準備槽２０の３組の陰極２１に、それぞれ１Ａ／ｄｍ2、５Ａ／ｄｍ2、１０Ａ／ｄｍ2の電流密度で電流を再び供給し、陰極２１のニッケル電鋳を１０秒間行なう。
【００５３】
このとき、ひずみ測定器２３で算出されためっき皮膜の内部応力がコンピュータ２５に入力される。コンピュータ２５はテーブルを用いて応力がゼロとなる電流密度を再度決定し、この新たに決定された電流密度に対応する信号を整流器１５に送って対象物のニッケル電鋳を行う。
【００５４】
以後、準備槽２０では１０秒間の剥離と１０秒間の電鋳とを繰り返し、本槽１０では２０秒ごとに新たに決定された信号密度の電流で電鋳を行なう。
【００５５】
所定時間（例えば４Ａ／ｄｍ2の電流密度で最適な条件の場合、６２．５ｈｒ）経過後、厚さ３ｍｍのめっき皮膜を有するニッケル電鋳品が得られた。ニッケル電鋳品の転写面を表面形状測定装置（図示せず）で測定したところ、中心部の直径１００ｍｍの範囲内ではほとんどそりが見られなかった。
【００５６】
この実施形態によれば、準備槽２０で電鋳を行う際に陰極２１に発生したひずみ量に基いて決定された、めっき皮膜の内部応力がゼロとなる電流密度の電流で本槽１０の対象物の電鋳を行うので、めっき皮膜の内部応力をゼロに保ちながら電鋳を行うことができる。その結果、めっき皮膜のそりを少なくすることができる。
【００５７】
陰極２１の数を３本としたので、陰極２１の数が１本や２本の場合と比べてめっき皮膜の内部応力がゼロとなる電流密度を精度良く決定することができる。なお、陰極２１の数は３本に限られるものではなく、４本以上であってもよく、電流密度をより精度良く決定することができる。
【００５８】
準備槽２０で所定時間毎に逆電解をかけられ、陰極２１に付着したニッケル電鋳の一部が剥離されるので、陰極２１のめっき皮膜の厚さが所定値以上に厚くならず、その内部応力を精確に測定することができる。
【００５９】
パルス電源２９としたので、ひずみゲージ２４に供給する電流の変動を小さくでき、安定したひずみ量の計測を行うことができる。
【００６０】
本槽１０と準備槽２０とをパイプ４０を介して連結したので、本槽１０と準備槽２０とで同じ電鋳条件で電鋳を行うことができる。
【００６１】
なお、上記実施形態ではめっき皮膜の内部応力をゼロとしたが、例えばめっき皮膜をそらせたい場合にはそりの度合いに応じてめっき皮膜の内部応力をゼロでない任意の値とすればよい。
【００６２】
図５はこの発明の第２実施形態に係る電鋳方法を説明するタイミングチャートであり、第１実施形態と共通する部分の説明は省略する。なお、図５（ａ）は準備槽でのめっきのタイミングチャートを示し、図５（ｂ）は本槽でのめっきのタイミングチャートを示す。また、縦軸及び横軸はそれぞれ電流及び時間を示す。
【００６３】
この実施形態は本槽１０の電鋳を準備槽２０の電鋳と同時に開始するようにした点で第１実施形態と相違する。
【００６４】
準備槽２０では、陰極２１及び陽極２２に電流を供給し始めてから１００秒が経過するまでは、５秒毎に剥離と電鋳とを行なう。
【００６５】
一方、本槽１０では、陰極２１及び陽極２２に電流を供給し始めてから１００秒が経過するまでは、１０秒毎にコンピュータ２４で決定された新たな電流密度（内部応力がゼロとなる値）の電流でニッケル電鋳を行なう。
【００６６】
陰極２１及び陽極２２に電流を供給し始めてから１００秒が経過した後は、第１実施形態と同様のタイミングで準備槽２０、本槽１０の両方でニッケル電鋳を行なう。
【００６７】
この実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、第１実施形態よりも迅速に製品の電鋳を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は準備槽と本槽との関係を説明する概念図である。
【図２】図２（ａ）は電鋳条件決定装置の縦断面を示す概念図、図２（ｂ）は電鋳条件決定装置の横断面を示す概念図である。
【図３】図３は電鋳装置の構成を示す概念図である。
【図４】図４はこの発明の第１実施形態に係る電鋳方法を説明するタイミングチャートである。
【図５】図５はこの発明の第２実施形態に係る電鋳方法を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
５：電鋳条件決定装置、１０：本槽（第２のめっき槽）、１５：整流器（電源装置）、２０：準備槽（第１のめっき槽）、２１：陰極、２２：陽極、２４：ひずみゲージ、２５：コンピュータ（電流値決定手段）、２６：めっき液、２９：パルス電源、４０：パイプ。
【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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