JP2000160400A

JP2000160400A - 非溶解性陽極による電気メッキ法及びその装置

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Publication number: JP2000160400A
Application number: JP10190623A
Authority: JP
Inventors: Kenshin Ka; 建信柯
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2000-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】陽極を補充する必要がなく電気メッキ液の濃
度を均一に保持でき、陽極形状が陰極のメッキ材の外観
形状に応じて任意に改変でき、電流分布の不均一を防止
し均一な電気メッキ効果を得られる非溶解性陽極による
電気メッキ法及びその装置を提供する。【解決手段】本発明の非溶解性陽極による電気メッキ
法は、酸化銅或いは炭酸銅の少なくとも一種類を含んだ
銅化合物を供給し、硫酸により解離して銅イオン電解液
を形成し、続いて該銅イオン電解液を非溶解性陽極を具
えたメッキタンクに送って電気メッキを行ない、これに
より電解液が陽極を溶解する必要がなくなり、均一な電
気メッキ効果を得られて、陽極の交換作業を節減でき
る。また、上記方法に使われる装置は、酸化銅或いは炭
酸銅の少なくとも一種類を含む銅化合物を供給する原料
供給タンクａと、複数の解離室を具えて供給される銅化
合物を硫酸により解離する解離タンクと、解離タンク内
で造られた電解液を導入して電気メッキを行なう電気メ
ッキタンクとを具えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非溶解性陽極による
電気メッキ法及びその装置に関し、特に陽極を補充する
必要がなく電気メッキ液濃度を均一に保持し、陽極形状
が陰極のメッキ材形状に応じて任意に改変でき、電流密
度の不均一性を低減して均一な電気メッキ効果を得られ
る非溶解性陽極による電気メッキ法及びその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、高純度な銅皮膜を必要とする
例えば、プリント回路（ＰＣＢ）や集積回路板（ＩＣ）
等の電気メッキ法は、メッキタンクに一個以上の非溶解
性チタン金属網篭を設け、該チタン金属網篭内に金属銅
（ペレット）を装入し陽極とし、同時に剥き出しメッキ
材を陰極として裸のまま直接該メッキタンク内に載置
し、直流電気を導通して酸化・還元を経て電気メッキを
進める。

【０００３】然しながら、この種の従来の電気メッキ法
は、下記のように色々な欠点がある。即ち、ａ）陽極の体積が大きい電気メッキで必要な銅イオンは立体形状のチタン金属網
篭内に装入した銅金属から得られるため、大量生産に応
じて、必ず該チタン金属網篭にかなりの量の金属銅を入
れなければならない。そのため、陽極の体積が頗る大き
くなり、陰極との距離を縮めるのが難しく、使用電流の
浪費を形成する。

【０００４】ｂ）陽極の補充が困難上記従来のメッキタンク内におけるチタン金属網篭に装
入される金属銅は、導電時間の経過と共に徐々に消耗さ
れるため、ときどき補充しなければならないが、一般の
電気メッキはみな連続操業方式を採用して、陽極となる
チタン金属網篭がメッキタンク内に固定されていること
から、金属銅を補充する場合は必ず運転を停止し、陽極
装置を取り外して補充しなければならず、著しく生産効
率が影響され、徒らに作業コストが高くなる。

【０００５】ｃ）電流密度が不均一図３に示す如く、一般的な陰極メッキ材の表面は必ずし
も完全に平滑ではなく、凹凸不規則な場合もあり、高精
密を要求される電気メッキでは、もしも陽極外形を陰極
のメッキ材外形と等しく形成しないと、陰、陽両極が等
電位に互いに対応することができず、電流が局部的に比
較的距離近いメッキ材の図示のＡ部位に集中し、電流密
度の分布が不均一な現象を生じ、電気メッキの不均一と
いう悪い結果が出る。このように、メッキ装置内の陽極
形状を陰極のメッキ材形状に追従して同期に調整するこ
とができず、高精密電気メッキの要求に合わない。

【０００６】ｄ）陽極粒子が脱落電気導通の時間経過に伴って、該金属銅が表面から酸化
解離されて徐々に体積が縮小し、該金属銅の体積が解離
縮小してチタン金属網篭の網目よりも小さくなると、該
チタン金属網篭の網目から脱落してメッキタンクに沈殿
し、或いはメッキ材に付着して、メッキ材の表面がざら
ざらとなり、品質に悪い影響をもたらす。

【０００７】上記従来の電気メッキ法における色々な欠
点に鑑み、遂に非溶解性陽極が採用されるようになり、
この際、メッキタンク内に硫酸銅結晶（ＣｕＳＯ₄・５
Ｈ₂Ｏ）を供給して、メッキ浴中のメッキから消耗され
る銅イオンを補充するようにしている。そして、直流電
気を陰、陽極へ流すと、次の反応が生ずる。硫酸銅解離反応ＣｕＳＯ₄・５Ｈ₂Ｏ→Ｃｕ⁺²＋ＳＯ₄ ^-2＋５Ｈ₂Ｏ陽極反応Ｈ₂Ｏ→２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^- 陰極反応Ｃｕ⁺²＋２ｅ^-→Ｃｕこれらの反応ステップから分かるように、この種類の電
気メッキ法は、１モルの硫酸銅結晶を添加するごとに、
メッキタンク内で余分な１モルの硫酸イオン（Ｓ
Ｏ₄ ^-2）及び４モルの水分子（Ｈ₂Ｏ）が生ずる。その
結果、電解液が著しく稀釈され、電解液中の硫酸イオン
が大幅に増加し、電解液濃度のアンバランス状態が厳重
になり、電気メッキの安定性に影響をもたらす。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の電気メッキ
法における色々な問題点に鑑み、本発明の第１の目的
は、陽極を補充する必要がなく電気メッキ液濃度を均一
に保持でき、陽極形状が陰極のメッキ材外形に応じて任
意に改変でき、電流密度の不均一性を低減して均一な電
気メッキ効果を得られる非溶解性陽極による電気メッキ
法を提供することである。

【０００９】また、本発明の第２の目的は、上記本発明
が提供する非溶解性陽極による電気メッキ法に使用され
る、上記電気メッキ法の効果を達成できると共に電気メ
ッキ廃液のリサイクル効果を具えた装置を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明の非溶解性陽極による電気メッキ方法
は、酸化銅或いは炭酸銅の少なくとも一種類を含んだ銅
化合物を供給する添加ステップと、上記添加ステップで
添加した銅化合物を硫酸により解離して銅イオン電解液
を形成する解離ステップと、上記解離ステップで得られ
た銅イオン電解液をメッキタンクに送り電気メッキを行
なう電気メッキステップと、を含んで構成される。

【００１１】また、上記第２の目的を達成するため、本
発明の非溶解性陽極による電気メッキ装置は、酸化銅或
いは炭酸銅の少なくとも一種類を含む銅化合物を貯蔵お
よび供給する原料供給タンクと、上記原料供給タンクか
ら送られる銅化合物の格納空間を具え、該格納空間を仕
切板により複数の互いに連通する解離室に仕切り、且つ
硫酸を含んだ電気メッキ廃液を供給され、該原料供給タ
ンクから供給される銅化合物を解離する解離タンクと、
電解液入口と電気メッキ廃液出口を具え、該電解液入口
より上記解離タンクで解離し得られた銅イオン電解液を
導入して電気メッキを行ない、該電気メッキ廃液口より
電気メッキ残余廃液を排出する電気メッキタンクとを含
んで構成される。

【００１２】そして、上記方法及びその装置について、
それぞれの細部にわたって色々と工夫を凝らして、好適
なステップ或いは部材・機構を付け加え、より作用、効
果を向上させるように図ると、一層好ましい。上記のよ
うに構成された本発明は、陽極に大量の銅金属ブロック
を補充する必要がなく、同時に陽極もプレート状または
シート状の非溶解性電極を採用することができ、陰極の
メッキ材形状に合わせて適当なマッチした形状に形成す
ることができ、また陽極と陰極との間隔距離を自由に調
整することができる。

【００１３】その結果、従来技術における電流の局部集
中現象が生じなくなり、電流密度が均一に行き渡って、
均一な電気メッキを達成することができると共に、陰極
と陽極との間隔距離が容易に制御できることから、大幅
に電気メッキの精密度を向上させることができる。即
ち、本発明が提供する陽極は、電気メッキ過程で電極自
体が溶解せず、したがってメッキ材を直接陰極に掛け吊
って、同時に陽極を該メッキ材と同じ外観形状に形成
し、電気メッキタンク内の電流分布を均一にし、電流が
局部集中してメッキ材の表面にメッキの不均一な現象が
生ずるのを防止することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態例に基
づいて具体的に説明するが、本発明はこの例だけに限定
されない。先ず、図１に示す如く、本発明の非溶解性陽
極による電気メッキ法の主な作業順序はほぼ次の３つの
大きなステップに分けられる。１）添加ステップ原料供給タンク１に結晶水を含まない銅化合物を装入
し、予備貯蔵原料とする。いわゆる『無水銅化合物』と
は、水分子結晶を含まない銅化合物を指し、例えば、酸
化銅、炭酸銅などが挙げられる。２）解離ステップ上記原料供給タンク１に貯蔵された銅化合物を解離タン
ク２に送り、該解離タンク２内に収容された硫酸液によ
り解離を行ない、硫酸銅（ＣｕＳＯ₄）溶液を生じさせ
る。その解離反応は、もし添加したのが酸化銅である
時、下記の通りである。

【００１５】ＣｕＯ_(s)＋Ｈ₂ＳＯ₄→ ＣｕＳＯ₄＋Ｈ₂Ｏもしも添加したのが炭酸銅である時は、下記の通りであ
る。ＣｕＣＯ_{3 (s)}＋Ｈ₂ＳＯ₄→ ＣｕＳＯ₄＋Ｈ₂Ｏ＋
ＣＯ₂ ３）電気メッキステップ上記解離タンク２内で形成した硫酸銅溶液を電解液とし
て電気メッキタンク３内に送り込み、該電気メッキタン
ク３内で銅メッキを行なう。

【００１６】上記本発明が提供する３つの大きなステッ
プにより、陽極中に大量の銅金属ブロックを入れる必要
がなくなり、同時に陽極も非溶解性電極を採用すること
ができ、且つ陰極におけるメッキ材形状に合わせて適当
にマッチ（例えば同じ外表形状に形成する）させること
もでき、また陽極と陰極との間隔距離を自由に調整する
ことができる。そして、上記改善した結果により、電流
の局部集中現象が生じなくなると共に、電流分布が均一
に行き渡って、均一な電気メッキを達成することがで
き、更に陰極と陽極との間隔距離が容易に制御できるこ
とから、大幅に電気メッキの精密度を向上させることが
できる。

【００１７】また、本発明が提供する電気メッキ法のな
かで、電気メッキタンク３内の電解液をより純化させる
ため、解離ステップを行なった後に、更に純化ステップ
を施して、得られた電解液中に含まれている非銅イオン
（例えば、Ｆｅ⁺³，Ｚｎ⁺²など）雑質を除去するように
してもよい。上記純化ステップは、弱電解純化タンク４
に多数のチタン金属電極によって組立てられた電解沈殿
室を設置し、弱電流を通して電解液中に夾雑されている
雑質を沈殿させて除去することができる。該弱電解純化
タンク４は上記解離タンク２の下流側に設けてよく、該
解離タンク２で得られた硫酸銅電解液を受け入れて純化
する。

【００１８】他にも、上記解離タンク２は、添加された
銅化合物を充分に解離させるため、その内部を仕切板２
１により複数の上下連通交叉する格納空間２２に仕切っ
て、上記原料供給タンク１内に貯蔵されている銅化合物
を解離タンク２の一端から導入し、更に各格納空間２２
へと順に経て、充分に解離してから他端より流出させて
次のステップに輸送する。

【００１９】一般に電気メッキタンク３内の硫酸銅電解
液は、電解メッキを経た後、陰極に剰余した硫酸根イオ
ン（ＳＯ₄ ^-2）と陽極で生じたＨ⁺が硫酸溶液の電気メ
ッキ廃液を形成する。また、電気メッキ過程で電気メッ
キタンク３内の硫酸銅溶液濃度は徐々に薄くなり、遂に
使用できない硫酸銅廃液となる。そして、この低濃度硫
酸銅溶液と硫酸溶液を含んだ電気メッキ廃液を充分に利
用するため、該電気メッキタンク３にそれぞれ電解液入
口及び電気メッキ廃液出口を設けて、個別に電解液を受
入れ及び電気メッキ廃液を排出し、更に該電気メッキ廃
液を上記解離タンク２に回流させてリサイクル処理を行
なわせ、全体システムを一つの循環管路に形成する。本
発明が提供する方法及び装置を利用すると、任意に電気
メッキ廃液が放出され環境汚染が生ずるのを防止するこ
とができる。

【００２０】本発明のシステムで輸送される硫酸銅電解
液がよりスムーズに電気メッキタンク３内に流動移送さ
れるため、上記弱電解純化タンク４下流に輸送部材５を
設けてもよく、該輸送部材５を加圧ポンプで形成し、該
弱電解純化タンク４内の電解液を加圧輸送し管路の流通
を確保することができる。また、電気メッキタンク３内
の送り込まれる電解液をより純化させるため、該電気メ
ッキタンク３の電解液入口前に濾過部材６を装設しても
よく、該濾過部材６を孔の細かい濾過材或いは活性炭で
形成して、これにより、電解液内に夾雑されている雑質
を更に一歩進んで除去することができる。

【００２１】そして、該解離タンク２内で造られた硫酸
銅電解液を一定の水準以上に保持できるようにするた
め、同時に該原料供給タンク１から添加される銅化合物
の量が多過ぎて浪費になるのを防止するため、該電気メ
ッキタンク３の電気メッキ廃液の回流管路にセンサー７
を外接して、該原料供給タンク１の出口端部に供給量制
御部材８を装設し、且つ該センサー７と該供給量制御部
材８とを連線して、該センサー７を濃度測定分析機で形
成する。これにより、該センサー７がそれぞれ電気メッ
キタンク３内の回流する電気メッキ廃液に夾雑混合され
る硫酸銅及び硫酸廃液の濃度を探知して、進んで該供給
量制御部材８により該原料供給タンク１から供給される
含銅混合物の速度を制御する。該供給量制御部材８につ
いては特に制限はなく、流量を調節制御できればよい。
例えば一般常用の従来の流量制御バルブを採用すること
ができる。

【００２２】また、図２に示すように、上記電気メッキ
タンク３内で使用する陽極電極を非溶解性陽極で形成す
る。その材質については特に制限はなく、単に良好な導
電性を具えた非電気溶解性のものであればよい。例え
ば、チタン被覆の酸化イリジウムで形成した材質のもの
を採用する。このように、本発明が提供する陽極は、電
気メッキ過程で電極自体が溶解せず、したがってメッキ
材を直接陰極に掛け吊って、同時に陽極を該メッキ材と
同じ外観形状に形成し、これにより電気メッキタンク３
内の電流分布を均一にして、電流が局部集中してメッキ
材の表面にメッキの不均一な現象が生ずるのを防止する
ことができる。

【００２３】更に、電気メッキタンク３内の電流の流通
がスムーズであるようにするため、該陽極を多孔性平板
状に造ってもよい。また、電気メッキの精密度を確保す
るため、陽極と陰極との間隔距離を努めて接近させ、２
〜３cm範囲左右に保持すると最も好ましい。

【００２４】

【発明の効果】上記のように構成された本発明の「非溶
解性陽極による電気メッキ法及び装置」は、電気メッキ
タンク内で生ずる電気メッキ廃液を充分にリサイクルで
きると共に、硫酸銅電解液の濃度をいつも必要程度に保
持することができ、且つ陽極形状をメッキ材の形状に応
じて自由に変化させ得るため、電流が局部的に集中する
不良現象が発生するのを防止できる。更に、本発明で使
っている銅化合物は水分子を含んでいないため、電気メ
ッキタンク内の電解液に対して稀釈作用が生じず、エネ
ルギー消耗を節減でき、経済収益を向上させることがで
きる。言い換えると、陰極のメッキ材と外観形状がマッ
チする非溶解性陽極を採用し、陰極と陽極との間隔距離
を大幅に短縮できるため、電気メッキの精密度を確保で
き、高精密電子素子に大きく貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における比較的好ましい実施例の装置レ
イアウト表示図である。

【図２】本発明における非溶解性陽極とメッキ材との配
置図である。

【図３】従来の溶解性陽極とメッキ材との配置図であ
る。

【符号の説明】

１原料供給タンク２解離タンク３電気メッキタンク４弱電解純化タンク５輸送部材６濾過部材７センサー８供給量制御部材２１仕切板２２格納空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２５Ｄ 21/06 Ｃ２５Ｄ 21/06 21/18 21/18 Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化銅或いは炭酸銅の少なくとも一種類
を含んだ銅化合物を供給する添加ステップと、上記添加ステップで添加した銅化合物を硫酸により解離
して銅イオン電解液を形成する解離ステップと、上記解離ステップで得られた銅イオン電解液をメッキタ
ンクに送り電気メッキを行なう電気メッキステップと、を含んでなる非溶解性陽極による電気メッキ法。
【請求項２】上記添加ステップが更に流量制御ステッ
プを含み、銅化合物の供給量を制御する請求項１に記載
の非溶解性陽極による電気メッキ法。
【請求項３】上記解離ステップの後に純化ステップを
挿し込み、該解離ステップで得られた銅イオン電解液中
に含まれる非銅金属イオンを電解沈殿させ除去する請求
項１に記載の非溶解性陽極による電気メッキ法。
【請求項４】上記純化ステップが弱電解法を採用し
て、非銅金属イオンを除去する請求項３に記載の非溶解
性陽極による電気メッキ法。
【請求項５】上記解離ステップで使われる硫酸を、電
気メッキステップで残余した硫酸液体を回流させ供給す
る請求項１に記載の非溶解性陽極による電気メッキ法。
【請求項６】純化ステップの弱電解法で使われる電極
をチタン金属で形成してなる請求項４に記載の非溶解性
陽極による電気メッキ法。
【請求項７】上記電気メッキステップが更に、ａ）メッキ材の表面形状に応じて、それとマッチする非
溶解性陽極部材を製作し、ｂ）メッキ材を陰極に固定して、上記製作された非溶解
性陽極部材を該メッキ材と適当な間隔距離に配置し、ｃ）上記陰極及び陽極に電気を導通して電気メッキを行
なうステップを含んでなる請求項１に記載の非溶解性陽
極による電気メッキ法。
【請求項８】上記非溶解性陽極部材をチタン被覆酸化
イリジウム材で形成してなる請求項７に記載の非溶解性
陽極による電気メッキ法。
【請求項９】上記非溶解性陽極部材を多孔性平板状に
形成してなる請求項８に記載の非溶解性陽極による電気
メッキ法。
【請求項１０】上記非溶解性陽極部材とメッキ材との
間隔距離が２〜３cmである請求項７に記載の非溶解性陽
極による電気メッキ法。
【請求項１１】酸化銅或いは炭酸銅の少なくとも一種
類を含む銅化合物を貯蔵および供給する原料供給タンク
と、上記原料供給タンクから送られる銅化合物の格納空間を
具え、該格納空間を仕切板により複数の互いに連通する
解離室に仕切り、且つ硫酸の含んだ電気メッキ廃液を供
給して、該原料供給タンクから供給される銅化合物を解
離する解離タンクと、電解液入口と電気メッキ廃液出口を具え、該電解液入口
より上記解離タンクで解離して得られた銅イオン電解液
を導入して電気メッキを行ない、該電気メッキ廃液口よ
り電気メッキ残余廃液を排出する電気メッキタンクと、を含んでなる非溶解性陽極による電気メッキ装置。
【請求項１２】上記解離タンクの出口端部に純化タン
クを設け、該解離タンクから送られる電解液を受け取ら
せ、該純化タンク内に一個以上の電極を取付けて、弱電
解を行なわせ該純化タンク内部の電解液を純化する請求
項１１に記載の非溶解性陽極による電気メッキ装置。
【請求項１３】上記純化タンクで採用した電極をチタ
ン金属で形成してなる請求項１２に記載の非溶解性陽極
による電気メッキ装置。
【請求項１４】上記電気メッキタンクの電解液入口の
手前に輸送部材を設け、電解液の電気メッキタンクへの
輸送を強化する請求項１１に記載の非溶解性陽極による
電気メッキ装置。
【請求項１５】上記輸送部材を加圧ポンプで形成して
なる請求項１４に記載の非溶解性陽極による電気メッキ
装置。
【請求項１６】上記電気メッキタンクの電解液入口と
上記純化タンクとの間に濾過部材を設け、流動経過する
電解液から更に雑質を濾過除去する請求項１１に記載の
非溶解性陽極による電気メッキ装置。
【請求項１７】上記濾過部材を孔の細かい濾過材或い
は活性炭により形成してなる請求項１６に記載の非溶解
性陽極による電気メッキ装置。
【請求項１８】上記電気メッキタンクの電気メッキ廃
液出口に回流管の一端を連結して、該回流管の他端を上
記解離タンクに連接し、該電気メッキタンク内の電気メ
ッキ廃液を該解離タンクに回流させるようにしてなる請
求項１１に記載の非溶解性陽極による電気メッキ装置。
【請求項１９】上記電気メッキ廃液出口にセンサーを
取付けて、該電気メッキ廃液出口から流出する電気メッ
キ廃液内の銅イオン濃度を探知させ、且つ上記原料供給
タンク出口に該センサーと連線する供給量制御部材を設
けて、該センサーの探知数値に応じて該原料供給タンク
の送出供給量を制御するようにしてなる請求項１１に記
載の非溶解性陽極による電気メッキ装置。
【請求項２０】上記電気メッキタンクが、メッキ材を掛け吊る陰極と、その外部形状が該メッキ材の表面形状とマッチする金属
材製の非溶解性陽極部材と、を具えてなる請求項１１に記載の非溶解性陽極による電
気メッキ装置。
【請求項２１】上記非溶解性陽極部材をチタン被覆酸
化イリジウムで形成してなる請求項２０に記載の非溶解
性陽極による電気メッキ装置。
【請求項２２】上記非溶解性陽極部材を多孔性平板状
に形成してなる請求項２０に記載の非溶解性陽極による
電気メッキ装置。
【請求項２３】上記非溶解性陽極部材と上記陰極との
間隔距離が２〜３cmである請求項２０に記載の非溶解性
陽極による電気メッキ装置。