JP2007177276A - 電気メッキ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主基板上に形成されるメッキ膜の膜厚分布を改善できる電気メッキ方法を提供する。
【解決手段】メッキ槽１０内に対向配置した主基板３０及びアノード２０を備え、先ず、主基板３０に複数の電気接点部を主基板３０の外周に沿って等間隔で配設し、各電気接点部を介してアノード−主基板間を接続する。次に、複数の電気接点部を介してアノード−主基板間を通電し、この通電により主基板３０上に形成されたメッキ膜の膜厚分布の中心位置を検出する。続いて、アノード２０と主基板３０の相対位置を調整し、検出した膜厚分布の中心位置と主基板３０上の中心位置とを一致させる。そして、複数の電気接点部を介してアノード−主基板間を通電し、主基板３０上にメッキ膜を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被メッキ材である主基板とは電気的に非接続で該主基板上の電流密度不均一を抑制する補助基板を用いた、電気メッキ方法に関する。

例えば磁気記録ヘッドの製造工程では、数μｍから１０μｍを超える比較的厚い膜を形成する場合、スパッタや蒸着などの成膜技術よりも早く成膜できる等の理由から電気メッキ法が広く用いられている。

電気メッキ法では従来一般に、メッキ槽内に配置したカソード（陰極）である主基板と、この主基板に所定間隔をあけて対向配置したアノード（陽極）と、主基板の周囲に配置した補助陰極となる補助基板とを備え、アノード−主基板間及びアノード−補助基板間を通電することにより、主基板上にメッキ膜を形成する。主基板のアノード対向面には予めメッキ下地膜が形成されている。

補助基板は、主基板上の電流密度の不均一を抑制するために用いられる。補助基板を備えていない場合、主基板とアノードが離間していることから該主基板上の各部位で電流密度が異なり、特に主基板上の中央部と端部で電流密度の差は大きくなり、主基板上に形成されるメッキ膜の厚さも主基板の中央部と端部で大きく異なってしまう。そこで従来では、主基板の周囲に補助基板を設け、この補助基板とアノードの間にも電流を流すことにより、主基板の端部の電流密度を下げ、主基板上の電流密度分布、すなわちメッキレート分布の改善を図っている。
特開平５−２６３２８９号公報 特開平１０−１５２７９９号公報 特開２０００−５４１９８号公報

しかしながら、主基板にはアノード−主基板間を接続する電気接点部が１点設けられているため、この電気接点部の近傍に電流密度が１点集中しやすく、電流密度分布改善の効果を十分に発揮させることができなかった。

また、主基板上に形成されるメッキ膜は、メッキ槽内を流れるメッキ液の液流速度によってもメッキ成長速度が異なる。このため、メッキ液の流れが早い部位では形成されるメッキ膜とメッキ液の流れが遅い部位で形成されるメッキ膜とでは、メッキ膜厚のばらつきが大きい。

本発明は、主基板上に形成されるメッキ膜の膜厚分布を改善できる電気メッキ方法を得ることを目的としている。

本発明は、主基板の電気接点部に電流密度が集中しやすいことを認識し、主基板の電気接点部を複数設ければ、電流密度の集中する箇所が分散されて主基板上に形成されるメッキ膜の膜厚ばらつきを低減できること、及び、アノードと主基板の位置を調整すれば、主基板上の電流密度分布を容易に改善できることに着眼して完成されたものである。

本発明は、メッキ槽内に配置したカソードである主基板と、この主基板に所定間隔をあけて対向配置したアノードとを備え、アノード−主基板間を通電することにより主基板上にメッキ膜を形成する電気メッキ方法において、主基板に複数の主電気接点部を該主基板の周方向に沿って等間隔で配設し、この複数の主電気接点部を介して前記アノード−主基板間を接続する工程と、複数の主電気接点部を介してアノード−主基板間を通電し、主基板上にメッキ膜を形成する工程と、この形成したメッキ膜の膜厚分布の中心位置を検出する工程と、アノード−主基板の対向間隔を変えずにアノードと主基板の位置を相対的に変化させ、検出したメッキ膜の膜厚分布中心位置と主基板上の中心位置とを一致させる工程と、このメッキ膜の膜厚分布中心位置と主基板上の中心位置とを一致させた状態で、複数の主電気接点部を介してアノード−主基板間を通電し、主基板上にメッキ膜を形成する工程とを有することを特徴としている。

主基板上の電流密度分布を一様にするため、複数の主電気接点部は、少なくとも４以上配設することが好ましい。

本発明方法によれば、複数の主電気接点部を介してアノード−主基板間を接続しているので、主基板上で電流密度の集中する部位が分散され、この結果として、電流密度分布改善効果が良好に発揮され、主基板上に形成される膜厚分布を改善できる。また本発明方法によれば、メッキ液の流れを考慮してアノードと主基板の相対位置を調整するので、主基板上の電流密度分布を容易に調整でき、主基板上に形成される膜厚分布を改善できる。

図１は、本発明方法で用いる電気メッキ装置の概略構成を示す部分断面図である。電気メッキ装置は、メッキ液（電解液）５で満たされるメッキ槽１０、このメッキ槽１０内で図示上下方向に所定間隔をあけて対向配置したアノード（陽極）２０と主基板（カソード、陰極）３０、メッキ槽１０の底面に埋設された補助基板（補助陰極）４０を備えている。

メッキ槽１０は、メッキ液５を槽内に注入する供給口１１と槽内のメッキ液５を槽外へ排出する排出口１２を備え、常に新しいメッキ液５が槽内部を循環するように構成されている。メッキ液５の循環は、攪拌効果を高めて、濃度分極を低減させる。

メッキ槽１０の底面には円形状の穴部１０ａが形成されている。主基板３０は、この穴部１０ａと同径または若干大径の円盤状をなし、メッキ槽１０の底面に当接して穴部１０ａを塞いでいる。この主基板３０は、メッキ槽１０に対して着脱自在な被メッキ材であり、メッキ槽１０の底面に装着されると、その表面３０ａの外周部で導電板３１に当接し、この導電板３１を介してメイン電極部材３２に電気的に接続される。導電板３１は、主基板３０の表面３０ａをメッキ槽１０内に露出させる開口を備えたリング状をなし、主基板３０との当接領域よりも外周側でメイン電極部材３２に接している。詳細には図示されていないが、主基板３０の表面（アノード２０との対向面）３０ａ上にはメッキ下地膜が予め形成されている。補助基板４０は、穴部１０ａ及び主基板３０よりも大径のリング状をなしており、図２に示すように絶縁材３３を介して導電板３１の上に設置され、主基板３０の周囲に位置している。補助基板４０の外周縁部には、その裏面（メッキ液５に触れない側の面）に直交する壁部４０ａが周方向に沿って形成されている。主基板３０と補助基板４０の間は電気的に絶縁された状態にあり、主基板３０と補助基板４０が導通しないようになっている。補助基板４０の位置は固定である。

主基板３０と補助基板４０の間には、主基板３０上に形成されたメッキ下地膜の溶解を防止する溶解防止回路５０が接続されている。溶解防止回路５０は、スイッチ５１と補助用陽極電源５２で構成され、メッキ槽１０にメッキ液５が注入されるまでの間（アノード２０がメッキ液５に浸っていないとき）、スイッチ５１を閉じて主基板３０と補助基板４０の間に補助用陽極電源５２を接続し、主基板３０を陽極として機能させる。メッキ槽１０がメッキ液５で満たされているときはスイッチ５１が開かれ、主基板３０及び補助基板４０はともに陰極として機能する。

主基板３０及び補助基板４０に対向するアノード２０は、主基板３０との対向間隔を一定に保ったまま、図示左右方向（主基板３０及び補助基板４０に対して平行な方向）に沿って平行移動可能な可動式アノードである。このアノード２０は、初期状態において、アノード２０の中心位置と主基板３０の中心位置とが一致するように位置設定されている。この初期位置からアノード２０を平行移動させると、該アノード２０の中心位置が主基板３０の中心位置からずれ、主基板３０上ではアノード２０をずらした側（アノード２０の中心位置に対向する位置）の電流密度が増大する。

アノード２０と主基板３０の間にはメイン電源３５が接続され、アノード２０と補助基板４０の間にはサブ電源４５が接続されている。メイン電源３５及びサブ電源４５は、メッキ形成用のパルス電源である。メッキ液５で満たされたメッキ槽１０内のアノード２０‐主基板３０間及びアノード２０−補助基板４０間にパルス電流を供給することにより、主基板３０の上にメッキ膜が形成される。ここで、パルス電流を用いるのは、レジスト等で囲まれた非常に狭い空間内にメッキ膜を所定の組成比で効果的にメッキ形成できるからである。補助基板４０は、上述したように主基板３０の外周を囲んで配置されているため、アノード２０‐主基板３０間とアノード２０−補助基板４０間が同時に通電されることにより、主基板３０上に形成されるメッキ膜の膜厚の均一化を促進させる。補助基板４０が設けられていないと、アノード２０から主基板３０に向けて流れるパルス電流の電流密度が主基板３０上の各部位で不均一になり、特に、主基板３０の中央と端での電流密度の差は非常に大きい。補助基板４０を設けることで、主基板３０上にメッキ形成されるメッキ膜は、補助基板４０を設けない場合に比べてより均一な膜に近づく。

次に、図２〜図６を参照し、上記構成の電気メッキ装置を用いて、本発明の一実施形態による電気メッキ方法について説明する。図３は、電気メッキ方法に関するフローチャートである。

先ず、図２に示すように、主基板３０に該主基板３０の外周に沿って一定間隔で配置した複数の主電気接点部（給電点）３４を設け、この複数の主電気接点部３４を介して主基板３０とメイン電源３５のマイナス側接続端子を接続し、メイン電源３５のプラス側接続端子にはアノード２０を接続する（Ｓ１）。本実施形態では、導電板３１を介して主基板３０に電気的に接続するメイン電極部材３２に該導電板３１と直交する電極棒３２ｂを等間隔で複数設け、この電極棒３２ｂを主電気接点部３４とする。これにより、メイン電源３５から複数の主電気接点部３４を介して主基板３０に給電可能となる。ここで、主基板３０の主電気接点部３４は少なくとも４以上設ける。

次に、同図２に示すように、主基板３０の複数の主電気接点部３４に対応する複数の補助電気接点部（給電点）４４を補助基板４０に該補助基板４０の内周に沿って一定間隔で配置して設け、この複数の補助電気接点部４４を介して補助基板４０とサブ電源４５のマイナス側接続端子を接続し、サブ電源４５のプラス側接続端子にはアノード２０を接続する（Ｓ２）。本実施形態では、補助基板４０の壁部４０ａに電極接点ピン４０ｂを等間隔で複数設け、この電極接点ピン４０ｂを補助電気接点部４４とする。これにより、サブ電源４５から複数の補助電気接点部４４を介して補助基板４０に給電可能となる。ここで、補助電気接点部４４は、主基板３０の主電気接点部３４と同様に少なくとも４以上設け、且つ、複数の主電気接点部３４に対し、隣り合う主電気接点部３４の中間位置よりもいずれか一方の主電気接点部３４に寄せて配置することが好ましい。主電気接点部３４と補助電気接点部４４の間隔が短くなれば、主基板３０の主電気接点部３４に集中する電流密度の影響が補助基板４０で緩和されやすくなり、主基板３０上での電流密度分布のばらつきを低減しやすくなるからである。

上記アノード２０−主基板３０間の接続工程とアノード２０−補助基板４０の接続工程は、順不同である。

続いて、成膜条件の最適化工程を実行する（Ｓ３）。図４は、成膜条件の最適化工程に関するフローチャートである。

先ず、アノード２０の現在位置で主基板３０上に形成されるメッキ膜の膜厚分布傾向を調べるため、複数の主電気接点部３４を介してメイン電源３５からアノード２０−主基板３０間を通電し、同時に、複数の補助電気接点部４４を介してサブ電源４５からアノード２０−補助基板４０間を所定時間だけ通電し、主基板３０上にメッキ膜を形成する（Ｓ３１）。アノード２０は、初期状態では主基板３０の中心位置に対向する初期位置に位置している。この工程で主基板３０上に形成されるメッキ膜の膜厚分布は、図５に示されるように同心円状の分布となり、その分布中心位置と主基板３０の中心位置とは一致していないことが多い。主基板３０上のメッキ膜厚分布には、メッキ槽１内のメッキ液５の流れが影響してくるためである。すなわち、メッキ液５の流れが速い部位に形成されるメッキ膜とメッキ液５の流れが遅い部位に形成されるメッキ膜とではメッキ成長速度が異なり、両者の膜厚はばらつく。主基板３０上のメッキ膜厚分布のばらつきを低減させるには、メッキ液５の流れを考慮して、メッキ膜厚分布の中心位置と主基板３０の中心位置とを一致させることが望ましい。

次に、主基板３０上に形成されたメッキ膜厚の膜厚分布を測定し、この膜厚分布の中心位置を検出する（Ｓ３２）。この製造工程中の膜厚分布測定は、例えば接触型膜厚測定計を利用し、主基板３０上の多数のポイント位置でメッキ膜厚を測定することにより行なう。

主基板３０上に形成されたメッキ膜の膜厚分布の中心位置を検出したら、検出した膜厚分布の中心位置が主基板３０の中心位置に一致しているか否かを判定する（Ｓ３３）。一致していなければ（Ｓ３３；Ｎｏ）、アノード２０と主基板３０の位置を相対的に調整し（Ｓ３４）、Ｓ３１へ戻り、Ｓ３３でＹｅｓと判定されるまで上記Ｓ３１〜Ｓ３４の処理を繰り返し実行することにより、図６に示されるように主基板３０上に形成されるメッキ膜の膜厚分布の中心位置と主基板３０の中心位置とを一致させる。本実施形態では、アノード２０と主基板３０の対向間隔を一定に保ちつつアノード２０を主基板３０に対して平行に移動させることにより、アノード２０と主基板３０の位置調整を行なう。アノード２０は、初期位置から主基板３０に対して±１ｃｍ程度の範囲で平行移動可能としてある。

そして、メッキ膜の膜厚分布の中心位置と主基板３０の中心位置に一致したら（Ｓ３３；Ｙｅｓ）、主基板３０上に形成されるメッキ膜の膜厚分布が図７に示される略一様の膜厚分布となるようにアノード２０−補助基板４０間に流れる補助電流量を調整し（Ｓ３５）、図３の電気メッキフローへ戻る。

上記成膜条件の最適化工程を実行したら、複数の主電気接点部３４を介してメイン電源３５からアノード２０−主基板３０間を通電し、同時に、複数の補助電気接点部４４を介してサブ電源４５からアノード２０−補助基板４０間を通電する（Ｓ４）。これにより、主基板３０上には、図７に示される略一様の膜厚分布でメッキ膜が形成される。

以上のように本実施形態では、複数の主電気接点部３４を介してアノード２０−主基板３０間を接続したので、主基板３０上で電流密度の集中する部位が分散され、電流密度分布の改善効果が発揮されるようになった。これにより、主基板３０上に形成されるメッキ膜の膜厚分布は、図５に示されるように同心円状分布となり、改善されていることが分かる。さらに本実施形態では、主基板３０上に形成されるメッキ膜の成長速度に影響を与えるメッキ液５の流れに応じて、すなわち、図６に示されるように主基板３０上に形成されるメッキ膜の膜厚分布の中心位置と該主基板３０の中心位置とが一致するように、アノード２０と主基板３０を位置調整することで、主基板３０上の電流密度分布を容易に調整でき、主基板３０上に形成されるメッキ膜の膜厚分布を改善できる。さらに、アノード２０−補助基板４０間に流れる補助電流量を最適化することで、図７に示されるように略一様な膜厚分布のメッキ膜を主基板３０上に形成することができる。

なお、本実施形態と比べて、主基板３０及び補助基板４０に電気接点部が１点しか設けられていない場合は、図８に示されるように、電流密度が一箇所（電気接点部）に集中してしまい、補助基板４０を設けても電気接点部での電流密度集中を緩和することが難しく、主基板３０上に形成されるメッキ膜の膜厚ばらつきを低減できない。また、複数の補助電気接点部は、複数の主電気接点部に対し、隣り合う主電気接点部の中間位置よりもいずれか一方の主電気接点部側に寄せて配置することが好ましい。この態様によれば、複数の主電気接点部と複数の補助電気接点部とが近接して配置されるので、主基板上での電流密度の集中が補助基板によって緩和されやすく、主基板上での電流密度分布のばらつきをより低減できる。

本実施形態では、アノード２０を主基板３０に対して移動させることでアノード２０と主基板３０の相対位置を調整しているが、逆に、アノード２０は固定とし、主基板３０及び補助基板４０をアノード２０に対して移動させることにより、アノード２０と主基板３０の相対位置を調整する構成としてもよい。

成膜条件の最適化工程は、メッキ膜形成前に少なくとも１回実施すればよい。複数枚の主基板３０にメッキするには、メッキ開始前の初期設定処理として成膜条件の最適化を１回実施し、以降は同一条件で主基板３０上にメッキ膜を形成する工程を繰り返し実行する態様であっても、毎回、成膜条件の最適化工程を実施してから主基板３０上にメッキ膜を形成する態様であってもよい。

本発明方法で使用する電気メッキ装置の概略構成を示す部分断面図である。 （Ａ）はアノード−主基板間及びアノード−補助基板間の電気接続態様を示す模式平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の一実施形態による電気メッキ方法に関するフローチャートである。 図３のアノード位置調整工程に関するフローチャートである。 アノード位置調整前に形成されたメッキ膜の膜厚分布の一例を示す模式図である。 アノード位置調整後に形成されたメッキ膜の膜厚分布の一例を示す模式図である。 補助電流値調整後に形成されたメッキ膜の膜厚分布の一例を示す模式図である。 従来の電気メッキ装置（電気接点部１つ）で形成したメッキ膜の膜厚分布を示す模式図である。

符号の説明

５ メッキ液
１０ メッキ槽
２０ アノード
３０ 主基板
３２ メイン電極部材
３４ 主電気接点部（給電点）
３５ メイン電源
４０ 補助基板
４４ 補助電気接点部（給電点）
４５ サブ電源

Claims (2)

1. メッキ槽内に配置したカソードである主基板と、この主基板に所定間隔をあけて対向配置したアノードとを備え、アノード−主基板間を通電することにより前記主基板上にメッキ膜を形成する電気メッキ方法において、
   前記主基板に複数の主電気接点部を該主基板の周方向に沿って等間隔で配設し、この複数の主電気接点部を介して前記アノード−主基板間を接続する工程と、
   前記複数の主電気接点部を介してアノード−主基板間を通電し、前記主基板上にメッキ膜を形成する工程と、
   この形成したメッキ膜の膜厚分布の中心位置を検出する工程と、
   前記アノード−主基板の対向間隔を変えずに前記アノードと前記主基板の位置を相対的に変化させ、前記検出したメッキ膜の膜厚分布中心位置と前記主基板上の中心位置とを一致させる工程と、
   このメッキ膜の膜厚分布中心位置と前記主基板上の中心位置とを一致させた状態で、前記複数の電気接点部を介してアノード−主基板間を通電し、前記主基板上にメッキ膜を形成する工程と、
   を有することを特徴とする電気メッキ方法。
2. 請求項１記載の電気メッキ方法において、前記複数の主電気接点部は、少なくとも４以上配設する電気メッキ方法。
   

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