JP2009501846A - 電気接触を行うための被覆の使用 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 本発明は、電解装置内、特にプリント回路基板および導電板の処理用の装置内の電気接触手段の表面処理に関する。前記接触手段（例えばセグメント化された接触型ホイール、接触ホイール、接触ブラシ、またはクランプなど）は通常、チタン、またはその他の酸化性の、従って化学的および電気化学的に耐性の材料を有する。前記接触手段の金属被覆および金属被覆除去の過程において酸化層が不利に作用するのを低減するため、従来技術においては、後者に貴金属層が提供される。このような層は機械的安定性を示さない。従って、前記酸化層による不十分な金属被覆除去に起因する前記接触手段の好ましくない金属被覆を回避し、且つ摩滅に対する保護を施すために、導電性ダイヤモンド被覆が提供される。高い機械的安定性をも併せ持つ前記ダイヤモンド被覆は、本発明に従って、前記接触手段の少なくとも接触部分に使用される。

Description

本発明は、電解処理装置内における物体の電気接触に関する。本発明は、具体的には、浸漬浴槽装置および垂直または水平な搬送面を有する連続ライン装置内の回路基板および導電板などの物体の電解処理、および前記物体をホイールからホイールへ案内する装置に関する。前記電解処理とは、電解エッチング、またはその主要用途が電気メッキである金属被覆である。従って、以下に電気メッキの分野の実施例を用いて本発明を説明する。

電気メッキの過程において、メッキされる物体は陽極である電極に対して陰極として分極されなければならない。従来技術においては、対応する電位または処理電流の前記物体への電気的伝達のために接触ホイールまたは接触ローラーのような装置が使用される。これらの装置は、少なくとも当該対応表面または接触部分において導電性でなければならない。その結果、メッキされるべき前記物体だけでなく前記表面または接触部分までもが金属被覆されてしまう。このような金属被覆は不都合であり、前記表面および接触部分から時折除去しなければならない。銅メッキ槽内の回路基板を処理する場合、当該部分の金属被覆除去または剥離が電解的に行われる。次に、前記接触手段は陰極として分極された２次電極に対して一時的にまたは恒久的に陽極として分極される。陽極として分極された前記接触手段の接触材料の溶解を防止するために、前記材料は電気化学的に耐性でなければならず、即ち陽極分極の場合、化学的に耐性でなければならない。好適な接触材料としては、例えばチタン、ニオブ、またはタンタルがある。このような材料は電解質に非常に速く酸化層を生成し、この酸化層は電気的絶縁体であるので、前記材料の陽極侵食を防止する。しかし、これは接触手段においては不利に作用する。前記接触手段の閉鎖中の摩擦運動、または接触ローラーの回転中の摩擦運動と伴に、十分な接触力（例えば３０ニュートン）がある場合においてのみ、薄い多孔性の酸化層に亀裂が生じて通電する。しかし、この方法は信頼性が低く、前記接触手段の摩滅を増加させる。さらに、前記物体のみならず前記接触手段までも前記多孔性の酸化層を通して、および／または亀裂を生じた酸化層を通してメッキされてしまう。さらに、このような好ましくない金属被覆または析出は絶縁酸化層上に成長する。

電気分解による接触手段からの金属被覆の除去または剥離の過程において、金属被覆された部分を完全に剥離するために、高い槽電圧を用いることが有利であるが、これには本質的な欠点を２つ伴う。一つとしては、低電圧において電気化学的に耐性である金属材料は高い陽極電位において溶解し始める。チタンが使用される場合、酸性銅メッキ槽内では約１０Ｖの電圧で溶解が始まる。もう一つとしては、金属被覆の増加によって対応する処理電流も増加するため、前記接触手段における不都合な金属被覆によって当該接触手段に対する電気接触が失なわれる結果となる。前記接触手段への前記酸化層を通しての電気接続は少数および少量であり、それらは剥離の過程における大電流によってヒューズのように遮断される。その後の金属被覆の過程において、これらは再度閉路される。

しかしながら、剥離のために大電流を用いることは、前記接触手段の金属被覆を持続させるために必要である。金属被覆と剥離間の均衡は比較的短時間のみ維持可能である。以下では、電気的に絶縁である酸化金属材料の表面を有する前記接触手段における集中的な金属被覆によって、金属被覆と剥離との間の不均衡を見出すことができる。回路基板を数時間電気メッキした後に、前記接触手段の表面上の安定した銅層と相まってこのような効果が発生する場合があり、この際金属被覆の集中度は金属被覆および剥離のために印加される電流密度に依存する。回路基板の製造のための電気メッキを継続するためには、一定間隔を置いて、接触手段上の安定した銅層を前記電気メッキ装置の外で除去しなければならない。

このため、貴金属の被覆によって前記接触手段の表面を保護することが通常である。１つの可能性としては、接触手段の表面上に、例えば電気分解によって５マイクロメートルの厚さの金被覆またはプラチナ被覆を生じさせ、これを接触手段の表面上に塗装する方法があり、これによって前記接触手段は絶縁酸化物を有することなく、低電気抵抗で接触できるようになる。しかしながら、絶縁酸化物を伴う表面を有する金属上に電解塗装された被覆は接着力が弱いことが分かっている。

ガラス繊維によって材料を強化する理由で鋭利になっている回路基板の縁部によってさらなる問題点が発生する。電気メッキ用連続ライン装置において、接触ローラーは回路基板の縁部上を回転する場合がある。金属被覆は通常、薄く軟らかいので、数日または数週間の回路基板製造の後には接触手段の表面からそれが磨耗し、徐々に減少する。

被覆された接触手段から上述の問題点を有する被覆されていない接触手段への進展は着実に起こる。従って、接触手段における好ましくない金属被覆は少しずつ堆積していく。このため、回路基板の電解処理が不十分に実行される。さらに、磨耗した被覆を有する接触手段と貴金属の新しい被覆を有する接触手段との交換には時間がかかり、高価で、さらに貴金属による接触手段の被覆には費用がかかる。

特許文献独国特許出願第１９８４０４７１号明細書には、回路基板の電解による金属被覆を行うための接触装置が説明されている。セグメント２０を伴う接触ホイール１９が提供されており、このセグメント２０は接触部分に配置されている。前記セグメント２０はチタンを有する。プラチナによる高価な被覆を避けるため、またチタンを溶解から保護するために、前記特許文献では、監視および制御手段によってセグメント２０の電解剥離を制御することが提案されている。それぞれの剥離槽における時系列の電圧電流曲線によって剥離の進行に関する情報が示めされる。所定の状況において、前記電解剥離は使用不可となる。

回路基板の電解処理のための水平連続ライン装置は、多数の、例えば６０個の回転式接触ホイール１９からなる。従って、提案された接触手段の電解剥離の制御には、非常に大きな技術的努力を要する。

特許文献独国特許発明第３６４５３１９号明細書にはクランプ１７、１８が記載されており、これらクランプ１７、１８は下端２１、２２においてパネルのような物体２などの物体を機械的につかみ、当該物体と電気的に接触する。そうすることによって、前記クランプの少なくとも下端は電気メッキされる。クランプのこのような好ましくない電気メッキまたは金属被覆は、次に剥離装置によって除去されなければならないが、上述と同様の問題が発生する。前記接触手段の電解的に耐性材料の絶縁酸化層が接触手段の接触および剥離の過程で問題となる。

特許文献独国特許出願第１９６３３７９７号明細書には、回路基板を電解処理するための連続ライン装置における回転自在な接触手段および移送手段が説明されている。前記手段には、外周上に少なくとも部分的に金属被覆が提供されている。２次電気分解によって、好ましくない金属被覆の工程の間に析出した接触手段上の金属が２次陰極上に析出する。しかし、メッキされる物体の電気接触の過程において、上述と同様の不都合が発生する。

従って、金属被覆、剥離、および接触手段の寿命には常に妥協が求められる。基本的に適切な貴金属被覆は高価過ぎ、且つ硬度が低すぎるため十分な耐磨耗性がない。

このように、電解浸漬浴槽装置、水平連続ライン電気メッキ装置、垂直連続ライン電気メッキ装置、およびホイールを使用する移送システムが供給された装置内でメッキされる物体の電気接触において、上述の欠点を回避し、費用対効果が高く、技術的に実現が容易であるものの必要性がさらに求められている。例えばセグメント化された接触型ホイール、接触ホイール、接触ブラシ、またはクランプなどの前記接触装置要素の表面は導電性であるべきで、絶縁酸化層を生成すべきではない。さらに、前記表面は耐摩耗性で摩滅から保護されるべきである。

１態様において、本発明は、電解装置内でメッキされる物体に電流を伝達するための装置であって、前記メッキされる物体と接触するようになっている第１の表面上の導電性のダイヤモンド被覆によって被覆された接触手段を特徴とするものである。

別の態様において、本発明は、表面処理における導電性ダイヤモンド被覆の電気接触手段上の保護層としての使用であって、前記電気接触手段は、電気的絶縁酸化層を有する化学的および電気化学的に耐性の金属を有し、電解装置内でメッキされる物体に電流を伝達するようになっているものである。

本発明によれば、絶縁酸化層を有する化学的および電気化学的に耐性の金属を有する接触手段の少なくとも表面に、十分なドーピングによって導電性となっているダイヤモンド被覆が提供される。このような層は、化学的および電気化学的に耐性であり、高い機械的安定性を示し、耐摩耗性であり、６００℃までの温度耐性を有する。

電極用導電性ダイヤモンド被覆については、例えば、Ｍ．Ｆｒｙｄａによる「ダイヤモンド電極の特質および用途（Ｅｉｇｅｎｓｃｈａｆｔｅｎ ｕｎｄ Ａｎｗｅｎｄｕｎｇｅｎ ｖｏｎ Ｄｉａｍａｎｔｅｌｅｋｔｒｏｄｅｎ）」（表面技術ジャーナル（Ｊｏｕｒｎａｌ ｆuｒ Ｏｂｅｒｆｌaｃｈｅｎｔｅｃｈｎｉｋ）ＪＯＴ，１９９９年５月，ＶＩ−ＩＸ）に説明されている。科学蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法の過程において、ホウ素によるドーピングによって基材上に導電性被覆が生成される。

驚くべきことに、接触手段の被覆には、約２〜５マイクロメートルの非常に薄い被覆だけで十分であることが分かっている。従って、本用途においてはこのような被覆の特定の導電率で十分である。当該導電率は金属の導電率に近い、１００（オームｃｍ）^−１に達する。

導電性ダイヤモンド被覆のさらなる特性は、電解工程で使用される接触手段においてまさに好適である。
− 化学的および電気化学的耐性。
陽極分極においてさえも、ダイヤモンド被覆の表面に絶縁酸化層が生成されず、さらに磨耗が生じない。高い槽電圧（例えば１２Ｖ以上）の剥離槽を使用でき、前記被覆および／または前記被覆によって保護されている基材が陽極分極において溶解しない。前記被覆された接触手段の表面は電気的絶縁層を生成しないので、前記接触手段の金属被覆が当該接触手段の全表面に均一に提供される。これは以下の剥離工程においても同様である。回路基板の金属被覆の工程中に生成される接触手段上の好ましくない金属析出物と、対応する接触手段の基材との間の電気接触の断絶は生じない。
− 非常に高い機械的耐磨耗性。
この特性は、ガラス繊維で強化された鋭利な縁部を有する回路基板の電解処理中であっても、長寿命を保証する。

接触手段の少なくとも接触面に提供されたこのような被覆を使用することによって、説明してきた従来技術の欠点の全てが防止される。前記ダイヤモンド被覆が特にクランプに使用される場合、６００℃までの温度耐性は有利である。前記導電性ダイヤモンド被覆は、前記クランプの、メッキされる回路基板と接触するようになっている表面に部分的にのみ提供される。前記クランプにダイヤモンド被覆が提供された後、前記クランプの、前記回路基板と接触ようになっていない部分には合成被覆が提供される。このような合成被覆は、例えばエチレン−クロロトリフルオロエチレン（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ−Ｃｈｌｏｒｏｔｒｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ：ＥＣＴＦＥ）であってもよい。電解槽内の、回路基板と接触ようになっていない部分は、電界に曝露されている。前記合成被覆は、前記部分の金属被覆を防止する。このようなＥＣＴＦＥ被覆の製造は、前記ダイヤモンド被覆を損傷しない約５００℃の温度で実行される。

このような高温では貴金属被覆は損傷されるので、高温においては従来技術によるクランプの下端における前記貴金属被覆は前記合成被覆の生成前には塗付できないという結果となる。特に、絶縁酸化層を有する金属上の前記貴金属被覆の接着性は高温処理中に低下する。

前記クランプは０．４メートルの長さまで延長可能である。小さな部品を使用して経済的なダイヤモンド被覆が実現されるように、前記クランプには、例えばネジによって、前記クランプの下端に取り付けられた交換式クランプジョーを提供してもよい。

この記載は、図示および説明の目的で示される。当業者には、その範囲または要旨から逸脱せずに上述の本発明に変更および修正を施すことができることは明白であろう。

Claims (5)

1. 表面処理における導電性ダイヤモンド被覆の電気接触手段上の保護層としての使用であって、前記電気接触手段は、電気的絶縁酸化層を有する化学的および電気化学的に耐性の金属を有し、電解装置内でメッキされる物体に電流を伝達するようになっているものである、使用。
2. 電解装置内でメッキされる物体に電流を伝達するための装置であって、前記メッキされる物体と接触するようになっている第１の表面上の導電性ダイヤモンド被覆によって被覆された接触手段を特徴とする装置。
3. 請求項２記載の装置において、この装置は、前記メッキされる物体と接触するように構成されておらず、前記電解装置の電解槽内の電界に曝露されるようになっている、前記接触手段の第２の表面上の電気絶縁層を特徴とするものである。
4. 請求項２または請求項３のいずれかに記載の装置において、この装置は、前記ダイヤモンド被覆によって被覆された接触手段としての交換自在なクランプジョーと、電気的絶縁被覆が提供されたクランプとを特徴とするものである。
5. 請求項２〜４のいずれかに記載の装置において、この装置は、セグメント化された接触ホイール、接触ホイール、接触ブラシ、またはクランプとして形成された接触手段を特徴とするものである。