(57)【要約】【課題】リードフレームなどの基板の金属表面の酸化銀による変色や、陰極を形成する金属が電解液に溶出することによる不具合を防止することができる電解処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】リードフレーム５の金属表面に付着した樹脂バリの付着力を電解処理によって低減させる処理を行う電解処理装置１において、リードフレーム５と導通する第１電極６と、リードフレーム５に対向して配設された第２電極７と、電解液３を介して第１電極６、第２電極７と導通する第３電極８と、第１電極６と第２電極７との間に電解処理のための直流電圧を印加する電解用電源部９と、第３電極８と第２電極７との間に直流電圧を印加することにより、電解用電源部９による電圧印加が遮断された状態において第１電極６の電位を負側に保持する固定バイアス用電源部１０とを備えた構成とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の金属表面に付着した樹脂バリの付着力を電解処理によって低減させる処理を行う電解処理装置であって、
電解液を貯留し前記電解処理が行われる電解槽と、前記電解槽内に配設され前記電解液に浸漬された状態の前記基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された状態の前記基板と導通する第１電極と、
前記電解槽内にて前記基板に対向して配設された第２電極と、
前記電解槽内に配設され、前記電解液を介して前記第１電極および第２電極と導通する第３電極と、
前記第１電極と第２電極との間に電解処理のための直流電圧を印加する電解用電源部と、
前記第３電極と第２電極との間に直流電圧を印加することにより、前記電解用電源部による電圧印加が遮断された状態において前記第１電極の電位を負側に保持する固定バイアス用電源部と、を備えたことを特徴とする電解処理装置。
【請求項２】
前記基板はＬＥＤ用のリードフレームであり、前記金属表面は銀（Ａｇ）のメッキ薄膜によって被覆されていることを特徴とする請求項１記載の電解処理装置。
【請求項３】
前記第１電極、第２電極および第３電極の材質として、表面に不動態の被膜を形成する金属を用いることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電解処理装置。
【請求項４】
前記表面に不動態の被膜を形成する金属として、ステンレス鋼を用いることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電解処理装置。
【請求項５】
前記第１電極に絶縁被膜をコーティングして、前記リードフレームとの導通部のみ前記絶縁被膜を剥いで無効電流を抑えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電解処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の金属表面に付着した樹脂バリの付着力を電解処理によって低減させてバリ除去を容易にする電解処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ素子などの電子部品として、金属薄板製の基板であるリードフレームに形成された機能素子を樹脂封止した形態が多用される。この形態の電子部品の製造工程では、樹脂モールド形成用の金型とリードフレームとの隙間からはみ出した樹脂がリードフレームの表面に付着して残留した樹脂バリを除去するバリ取り処理が必要となる。このバリ取り処理を効率よく行うため、従来より樹脂部が成形された後のリードフレームを電解処理して樹脂バリの付着力を弱めることが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に示す先行技術では、表面に銀などの金属光沢を有する金属のメッキ被膜が形成されたＬＥＤ用のリードフレームを対象として、樹脂バリと金属表面との界面に浸入した電解液の電解作用によって界面に水素ガスを発生させることにより、樹脂バリを金属表面から浮かせて付着力を弱める効果を得ることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２４３２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上述の特許文献例を含め、ＬＥＤ用のリードフレームを対象として樹脂バリの付着力を低下させるための電解処理を行う従来技術においては、電解処理のための電源装置としてメッキ用の電源装置が流用されていること、および電解処理を行う電解槽内に配置される電極に用いられる金属種の組み合わせに起因して、以下に説明するような不都合があった。
【０００６】
すなわち、上述目的の電解処理装置においては、電解槽中に銅材より成る陰極、ステンレス鋼材より成る陽極が配置され、陰極に処理対象のリードフレームがセットされる。この状態で電源装置を通電状態として陽極と陰極との間に電解用の電圧を印加すると、陰極側にセットされたリードフレームでは、金属表面と樹脂バリとの界面に電解作用により発生する水素によって樹脂バリの付着力が弱められるとともに、電解槽内には陽極と陰極との間に電荷が蓄えられて充電状態となる。
【０００７】
そして電解終了後に電源装置の通電状態を遮断すると、電解槽に充電された電荷が放電され、この放電状態において陰極側、陽極側はそれぞれ＋電位、−電位となる。このとき、陰極側にセットされたリードフレームも＋電位となってリードフレームの金属表面の銀メッキ被膜の表面には酸化銀が生成され、これにより金属表面の光沢度を低下させる品質不良が発生する。従来技術においては、陰極、陽極にそれぞれ銅材、ステンレス鋼材を用いており、これらの金属間の金属イオン化傾向の差によって、放電によって生じる電位差に抗して陰極を−電位に保つようにしていた。
【０００８】
ところが放電の完了により電解槽内の充電状態が解消されると、陰極は本来の銅の金属イオン化傾向によって＋側に傾き、アルカリ液など水酸化物を含む電解液と反応して生成された水酸化銅が電解液中に溶出する現象が生じる。この水酸化銅の溶出は電解液を青色に変色させるとともに、電解液としての機能を大きく低下させる劣化の原因となる。すなわちこのような劣化が進行した電解液を使用して電解処理を実行すると、電解液中の酸化銅が還元された銅として付着して、茶褐色を呈する銅メッキ部が生成される。このような銅メッキ部は前述の酸化銀と同様に、リードフレームの銀メッキ面の光沢度を低下させることから、高輝度の反射面を形成することが肝要のＬＥＤ用のリードフレームの品質確保上で大きな阻害要因となっていた。
【０００９】
さらに、放電完了後において電解液に溶出した水酸化銅の一部は、非通電時において銅よりも電位が低いステンレス鋼材よりなる陽極に移動し、陽極表面に酸化銅のメッキ被膜として付着する。そして装置稼働の継続によってこの酸化銅のメッキ被膜が厚くなると、電解液と陽極との間の抵抗値が増加し、電解処理における電流効率を低下させる要因となっていた。
【００１０】
また、上述の水酸化銅の電解液への溶出は、通常は電源装置の電源を落とした稼働停止後に発生する。このためこのような電解液の異常は作業者によって発見することが困難で、劣化が進行した電解液の使用に起因する品質異常は極めて発見が困難であった。さらに、水酸化銅の電解液への溶出に起因する不具合を防止するために、陰極を構成する金属として電解液への溶出のない不動態被膜を形成するステンレス鋼材などを用いることが考えられるが、この場合においても電源装置を遮断して通電停止後には、陰極側にセットされたリードフレームが直ちに＋電位となり、銀メッキ被膜の表面における酸化銀の生成を避けることができない。
【００１１】
このように、樹脂バリの付着力を電解処理によって低減させてバリ除去を容易にするために用いられる従来の電解処理装置においては、電源装置の構成および電解槽内に配置される電極の配置および金属種の組み合わせに起因して、電解槽が充電状態となった後の放電中、放電完了後において、陰極側を−電位に保つことができず、リードフレームの表面の酸化銀による変色や、陰極を形成する金属が電解液に溶出することによる不具合を防止することが困難であるという課題があった。
【００１２】
そこで本発明は、リードフレームなどの基板の金属表面の酸化銀による変色や、陰極を形成する金属が電解液に溶出することによる不具合を防止することができる電解処理装置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】
【００１３】
本発明の電解処理装置は、基板の金属表面に付着した樹脂バリの付着力を電解処理によって低減させる処理を行う電解処理装置であって、電解液を貯留し前記電解処理が行われる電解槽と、前記電解槽内に配設され前記電解液に浸漬された状態の前記基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された状態の前記基板と導通する第１電極と、前記電解槽内にて前記基板に対向して配設された第２電極と、前記電解槽内に配設され、前記電解液を介して前記第１電極および第２電極と導通する第３電極と、前記第１電極と第２電極との間に電解処理のための直流電圧を印加する電解用電源部と、前記第３電極と第２電極との間に直流電圧を印加することにより、前記電解用電源部による電圧印加が遮断された状態において前記第１電極の電位を負側に保持する固定バイアス用電源部と、を備えた。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、リードフレームなどの基板の金属表面の酸化銀による変色や、陰極を形成する金属が電解液に溶出することによる不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態の電解処理装置の構成説明図
【図２】本発明の一実施の形態の電解処理装置の構造および機能説明図
【図３】本発明の一実施の形態の電解処理装置によるバリ浮かし処理の説明図
【図４】本発明の一実施の形態の電解処理装置における第３電極の機能説明図
【図５】従来の電解処理装置による電解処理における技術課題の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、電解処理装置１の全体構成を説明する。電解処理装置１は、ＬＥＤ用のリードフレームなどの基板の金属表面に付着した樹脂バリの付着力を電解処理によって低減させる処理（バリ浮かし処理）を行うために用いられる。
【００１７】
図１において、電解処理が行われる電解槽２内には、アルカリ性液体などの電解液３が貯溜されている。電解槽２内には、処理対象の基板であるリードフレーム５を保持する複数の基板保持部４が配設されている。基板保持部４はそれぞれ対を為して電解槽２の底面に所定間隔で立設された支柱状絶縁部材より成り、これらの支柱状絶縁部材の間にリードフレーム５の樹脂バリが無い導電部のベント側下端部５ａ（図２参照）を下向きにして上方から挿入することにより、電解液３に浸漬された状態のリードフレーム５を保持する。
【００１８】
電解槽２の底部には、平面視して略Ｕ字形状の第１電極６（陰極）が第１方向に導設されている。なお本明細書においては、図１における左右方向（電解槽２の長手方向）を第１方向と定義し、第１方向と直交する方向（図１の紙面に垂直方向）を第２方向と定義している。
【００１９】
第１電極６は絶縁被膜６ｃにてコーティングされており、リードフレームのベント側下端部５ａと導通する導通部６ｂのみ絶縁被膜６ｃを剥ぎ取っている(図２（ｂ）参照)。このような構成は、電解処理に作用しない無効電流を極力流さないようにするためであり、これにより電解処理における無効電流を抑えて、高効率・省電力の電解処理が可能となっている。
【００２０】
基板保持部４によってリードフレーム５を保持した状態では、リードフレーム５のベント側下端部５ａ（図２参照）が導通部６ｂに接触し、これによりリードフレーム５は基板保持部４に保持された状態で第１電極６の導通部６ｂと電気的に導通する。第１電極６の一端側は上方に屈曲して、電解槽２の外方へ延出した接続部６ａとなっている。
【００２１】
電解槽２内には、基板保持部４によって第２方向に保持された状態のそれぞれのリードフレーム５を第１方向の両側から挟む配置で、対を成す第２電極７（陽極）がリードフレーム５に対向して配設されている。第１電極６の接続部６ａは電解用電源部９の陰極側と電気的に接続されており、第２電極７は電解用電源部９の陽極側と電気的に接続されている。電解用電源部９を作動させることにより、陽極である第２電極７と陰極である第１電極６の導通部６ｂとの間には、リードフレーム５を処理対象とする電解処理のための直流電圧が印加される。
【００２２】
本実施の形態に示す電解処理装置１における電解槽２では、第１電極６、第２電極７に加えて、リードフレーム５を挟んで対を成す第２電極７のそれぞれの対の中間に位置して、第３電極８が配設されている。第３電極８は電解槽２内において電解液３を介して第１電極６および第２電極７と導通する。さらに本実施の形態に示す電解処理装置１においては、電源装置として、電解用電源部９に加えて第３電極８に固定的に直流電圧を印加する固定バイアス用電源部１０を備えている。
【００２３】
固定バイアス用電源部１０の正圧側（＋側）には第３電極８が電気的に接続されており、固定バイアス用電源部１０の負圧側（−側）には第２電極７が電気的に接続されている。固定バイアス用電源部１０は、電解用電源部９による通電・無通電の状態に拘わらず、常に固定的に直流電圧（例えば１．５Ｖ〜３Ｖ）を印加する。この構成により、電解処理装置１における電解処理が停止されて電解用電源部９が無通電状態にあっても、第１電極６と第２電極７とは第３電極８に対して電位的に負側となる。すなわち固定バイアス用電源部１０は、第３電極８と第２電極７との間に直流電圧を印加することにより、電解用電源部９による電圧印加が遮断された状態において、第１電極６の電位を負側に保持する機能を有している。
【００２４】
ここで、本実施の形態に示す電解処理装置１においては、第１電極６、第２電極７、第３電極８のいずれについても、材質として表面に不動態の被膜を形成する金属を用いるようにしている。具体的には、表面に不動態の被膜を形成する金属として、オーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ３０４）などの耐食性に優れたステンレス鋼を用いるようにしている。これにより、後述するように、電極を形成する金属が電解液３中に溶け出すことが無く、従来技術において陰極として用いられていた銅（Ｃｕ）が電解液３中に溶出することによる電解液３の劣化を防止することが可能となっている。
【００２５】
次に図２を参照して、処理対象のリードフレーム５の詳細を説明する。図２（ａ）は、図１において第２方向に配置されたリードフレーム５の第１方向の矢視を示している。電解槽２内において基板保持部４に保持された状態では、リードフレーム５のベント側下端部５ａが、図２（ｂ）に示す第１電極６の導通部６ｂに接触して導通する。導通部６ｂは、第１電極６を覆う絶縁被膜６ｃを部分的に剥がして形成されている。
【００２６】
図２（ｃ）に示すように、リードフレーム５はＬＥＤ用のリードフレームであり、銅（Ｃｕ）などの導電性が良好な金属薄板であるメタルプレート１１の片面に樹脂層１２を形成した断面構成となっている。樹脂層１２には、所定の規則配列でＬＥＤ実装用の凹部１２ａが形成されている。メタルプレート１１において凹部１２ａが形成される金属表面１１ａは、ＬＥＤの実装後においてＬＥＤから発光された光を反射する反射面としての機能を有することから、メタルプレート１１の両側の金属表面１１ａは、銀（Ａｇ）などの光反射性に優れた金属のメッキ薄膜によって被覆されている。
【００２７】
凹部１２ａにおいてメタルプレート１１から露呈すべき底部の金属表面１１ａには、樹脂層１２のモールド過程において金型から液状の樹脂が滲出して固化した樹脂バリ１２ｂが付着している。このような樹脂バリ１２ｂはＬＥＤの実装過程における異物であることから、ＬＥＤ実装に先立って高圧水噴射などのバリ除去方法によって除去する必要がある。本実施の形態に示す電解処理装置１では、樹脂バリ１２ｂの金属表面１１ａへの付着力を低減してバリ除去を容易にする目的で電解処理が行われる。
【００２８】
図３を参照して、上述目的のために電解処理装置１を用いて行われる電解処理について説明する。この電解処理においては、図１に示すように、基板保持部４にリードフレーム５を保持させてメタルプレート１１を第１電極６の導通部６ｂと導通させた状態で、電解用電源部９を作動させて通電状態とする。これにより、第１電極６と導通したメタルプレート１１と第２電極７との間には電解用の直流電圧が印加され、陰極である金属表面１１ａの近傍の電解液３は、汎用ｐＨ測定器の測定限界値であるｐＨ１６以上の強アルカリ電解液３ｂとなる。
【００２９】
このとき、図３（ａ）に示すように、樹脂層１２に設けられた凹部１２ａ内において、金属表面１１ａに付着した樹脂バリ１２ｂと金属表面１１ａとの間の界面には直流電圧印加により強アルカリとなった電解液３ｂが容易に浸入することができるようになり、金属表面１１ａと通電ができる薄液層３ａを生成し、樹脂バリ１２ｂの付着力を低下させる。またこの時、薄液層３ａを伝って金属表面１１ａから電気分解によって発生した水素の微細気泡Ｂによりバリ浮かし処理が行われる。
【００３０】
ここで上述の電解処理における第３電極８および固定バイアス用電源部１０の技術的意義について、図４、図５を参照して説明する。なお、図５は、第３電極８および固定バイアス用電源部１０を具備せず、第１電極６の材質として銅（Ｃｕ）を用いた従来装置における技術課題、すなわち電解液３の劣化を説明するために示されている。
【００３１】
ここで図５を参照して、本願発明において解決すべき技術課題を詳述する。図５は、従来装置において、前述の電解処理の実行時および電解処理完了時における電解槽２内の電気化学的状態の変化を示している。まず図５（ａ）は、電解用電源部９を作動させて電解処理を実行しているときの状態を示している。すなわち電解用電源部９は通電状態にあり（矢印ａ）、陽極側から第２電極７に向かって電流（矢印ｂ）が流れる。これにより、電解槽２において第１電極６に導通した状態で電解液３に浸漬されたリードフレーム５の電解処理が行われる。これとともに、電解槽２においては電解液３に電荷が蓄えられて充電状態となる。
【００３２】
次に図５（ｂ）は、電解処理が完了した後おいて、上述の充電状態の電解槽２から放電されている状態を示している。すなわちこの状態では、第１電極６の銅は正電位のため、電解槽２に充電された電荷は銅の電位を超えない限り低い電位の第２電極７へ電解液３を伝って流れる。そして電解用電源部９の陽極側へ流れた（矢印ｃ）電流は、電解用電源部９へ還流される（矢印ｄ）。
【００３３】
また図５（ｃ）は、電解処理が完了しさらに前述の放電も完了した状態を示している。この放電完了後においては電流が流れないため、第１電極６の銅（Ｃｕ）と電解液３に含まれる水酸化物とが反応する。そしてこの反応によって生成した水酸化銅（ＣＵ（ＯＨ）2）が電解液３中に溶出し、電解液３を汚染する。この汚染が進行すると電解液３は青色に変色して劣化状態となり、以下に述べるような種々の不具合の要因となる。
【００３４】
すなわちこのような劣化が進行した電解液３を使用して電解処理を実行すると、電解液３中の水酸化銅が第１電極６側のリードフレーム５に移動し、リードフレーム５の金属表面１１ａは陰極であるため、酸化銅が還元された銅として付着して、茶褐色を呈する銅メッキ部が生成される。このような銅メッキ部は、リードフレーム５の金属表面１１ａの光沢度を低下させることから、高輝度の反射面を形成することが肝要のＬＥＤ用のリードフレーム５の品質を大きく低下させる。
【００３５】
さらに、放電完了後において電解液３に溶出した水酸化銅の一部は、非通電時において銅よりも電位が低いステンレス鋼材よりなる第２電極７に移動し、第２電極７の表面に酸化銅のメッキ被膜として付着する。そして装置稼働の継続によってこの酸化銅のメッキ被膜が厚くなると、電解液３と第２電極７との間の抵抗値が増加し、電解処理における電流効率を低下させる要因となっていた。
【００３６】
また、上述の水酸化銅の電解液３への溶出は、通常は電源装置の電源を落とした稼働停止後に発生する。このためこのような電解液３の異常を作業者によって発見することが困難で、劣化が進行した電解液３の使用に起因する品質異常は極めて発見が困難であった。さらに、水酸化銅の電解液３への溶出に起因する不具合を防止するために、第１電極６を構成する金属として電解液３への溶出のない不動態被膜を形成するステンレス鋼材などを用いることが考えられるが、この場合においても電源装置を遮断して通電停止後には、第１電極６の導通部６ｂ側にセットされたリードフレーム５が直ちに＋電位となり、銀メッキ被膜の表面における酸化銀の生成を避けることができない。
【００３７】
上述のような従来技術における技術課題を解決するため、本実施の形態に示す電解処理装置１においては、前述構成の第３電極８および固定バイアス用電源部１０を備えるとともに、第１電極６、第２電極７、第３電極８の材質としてステンレス鋼を用いるようにしている。図４（ａ）は、本実施の形態に示す電解処理装置１における第３電極８、固定バイアス用電源部１０の機能を模式的に示す説明図である。
【００３８】
すなわち、電解槽２内には、第１電極６の導通部６ｂ、第２電極７に加えて、第３電極８が配設されている。そして第３電極８と第２電極７との間には、電解用電源部９の通電・無通電に関係なく、固定バイアス用電源部１０によって常に固定バイアス用の直流電圧が印加される。これにより、電解槽２において第２電極７のみならず電解液３に浸漬状態にある第１電極６の導通部６ｂの電位も常に負側に保持される。
【００３９】
図４（ｂ）に示す図表１５ａ、グラフ１５ｂは、第３電極８への固定バイアス電圧印加による第１電極６（ステンレス鋼を材質とする）の電位保持効果を実証的に確認した実験結果を示している。すなわち、図表１５ａには、電解用電源部９の通電を遮断した後の第１電極６の導通部６ｂ側の電位１７を、所定の各経過時間毎（通電遮断後１０秒毎：０秒〜６０秒）に測定した結果を、「第３電極入り」１７ａ、「第３電極切り」１７ｂの２通りで計測して得られたデータが示されている。
【００４０】
ここで電位１７の計測方法としては、第１電極６の導通部６ｂから電解用電源部９の陰極側に至る回路にＩ／Ｖ変換抵抗１３を挿入し、Ｉ／Ｖ変換抵抗１３を挟んだ２点間の電位差を電圧計１４によって計測した電圧値を電位１７として求めるようにしている。またグラフ１５ｂは、図表１５ａに示すデータを、「第３電極入り」１７ａに対応したグラフ線Ｌａ、「第３電極切り」１７ｂに対応したグラフ線Ｌｂにて線グラフ表示したものである。
【００４１】
図表１５ａ、グラフ１５ｂから判るように、電解用電源部９の通電を遮断した時点で−０．６Ｖであった電位１７は、第３電極８への固定バイアス電圧の印加をＯＦＦにした状態、すなわち「第３電極切り」１７ｂでは、１０秒が経過した時点で既に正側の電位に上昇し、その後も正電位のままとなっている。これに対し、第３電極８への固定バイアス電圧の印加をＯＮにした状態、すなわち「第３電極入り」１７ａでは、１０秒が経過した時点から６０秒が経過した時点に至るまで全て負側の電位に保持されている。このように、第３電極８に固定バイアス電圧を印加することにより、第１電極６の導通部６ｂの電位を負側に保持する効果が実証されている。
【００４２】
すなわち、従来の電解処理装置においては、電源装置の構成および電解槽２内に配置される電極の配置および金属種の組み合わせに起因して、電解槽２が充電状態となった後の放電中、放電完了後において、第１電極６の電位を負側に保つことができなかった。このため、リードフレーム５の表面の酸化銀による変色や、陰極である第１電極６を形成する金属が電解液３に溶出することによる不具合を防止することが困難であったのに対し、本実施の形態に示す電解処理装置１においては、前述構成によりこれらの課題を有効に解決することが可能となっている。このようにして、リードフレームなどの基板の金属表面の酸化銀による変色や、陰極である第１電極６の導通部６ｂを形成する金属は常時還元状態であるため電解液３に溶出することによる不具合を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の電解処理装置は、リードフレームなどの基板の金属表面の酸化銀による変色や、陰極を形成する金属が電解液に溶出することによる不具合を防止することができるという効果を有し、基板の金属表面に付着した樹脂バリの付着力を電解処理によって低減させる処理を行う分野において有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１  電解処理装置
２  電解槽
３  電解液
３ｂ  強アルカリ電解液
４  基板保持部
５  リードフレーム（基板）
６  第１電極
６ｂ  導通部
６ｃ  絶縁被膜
７  第２電極
８  第３電極
９  電解用電源部
１０  固定バイアス用電源部
１１  メタルプレート
１１ａ  金属表面
１２  樹脂層
１２ａ  凹部
１２ｂ  樹脂バリ
【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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