JP2014196540A - 電気めっき方法およびそれに用いるマスク部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に開口部を有するマスク部材を密着させて配置して、金属回路板上のマスク部材の開口部に対応する部分に電気めっきする際に、給電部において電極痕やめっき焼けを防止することができる、電気めっき方法およびそれに用いるマスク部材を提供する。
【解決手段】マスク部材１８を第１の非導電性部材１８２と第２の非導電性部材１８３の間に導電性部材１８１が挟持された積層構造により形成し、導電性部材１８１に突出部１８１ｂを一体に形成するとともに、この突出部１８１ｂが貫通して嵌合する貫通孔を第１の非導電性部材１８２に形成し、金属回路板１２上に第１の非導電性部材１８２を密着させて配置して金属回路板１２に導電性部材１８１の突出部１８１ｂを当接させることにより、導電性部材１８１を介してめっき槽２０内の電極２４と金属回路板１２との間に電流を流すことができるようにする。
【選択図】図３
【解決手段】マスク部材１８を第１の非導電性部材１８２と第２の非導電性部材１８３の間に導電性部材１８１が挟持された積層構造により形成し、導電性部材１８１に突出部１８１ｂを一体に形成するとともに、この突出部１８１ｂが貫通して嵌合する貫通孔を第１の非導電性部材１８２に形成し、金属回路板１２上に第１の非導電性部材１８２を密着させて配置して金属回路板１２に導電性部材１８１の突出部１８１ｂを当接させることにより、導電性部材１８１を介してめっき槽２０内の電極２４と金属回路板１２との間に電流を流すことができるようにする。
【選択図】図３
Description
本発明は、電気めっき方法およびそれに用いるマスク部材に関し、特に、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合した金属−セラミックス回路基板の金属回路板上の所定の部分を電気めっきする、電気めっき方法およびそれに用いるマスク部材に関する。
従来、電気自動車、電車、工作機械などの大電流を制御するためのパワーモジュールなどに使用する回路基板として、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が直接またはろう材を介して接合した金属−セラミックス回路基板が使用されている。この金属−セラミックス回路基板の他方の面には金属ベース板が接合され、金属−セラミックス回路基板の一方の面に接合した金属回路板上のニッケルやニッケル合金などでめっきされた部分に半田付けにより半導体チップが固定されている（例えば、特許文献１〜２参照）。
金属−セラミックス回路基板の金属回路板上の所定の部分にめっきを施す場合、電気めっきでは、金属回路板上に所定の形状のシリコンマスクなどのマスク部材を押し付けて、金属回路板上のマスク部材で覆われていない部分にめっきすればよいが、無電解めっきでは、金属−セラミックス回路基板の表面全体のめっきする部分以外にレジストを塗布して、レジストが塗布されていない部分にめっきした後に、レジストを剥離する必要があるので、レジスト塗布工程とレジスト剥離工程により、工程が煩雑であり、コストがかかる。また、無電解めっきでは、電気めっきと比べて、処理時間が長く、使用する薬液量も多く、コストがかかる。特に、金属回路板上の所定の部分に金や銀などの貴金属で無電解めっきを施す場合や、金属−セラミックス回路基板に接合された金属ベース板に大きな放熱器が取り付けられた状態で金属回路板上の所定の部分に無電解めっきを施す場合には、コストアップの影響が大きくなる。
しかし、金属−セラミックス回路基板の金属回路板上の所定の部分に電気めっきを施す場合、金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に開口部を有するマスク部材を密着させて配置した後、マスク部材の開口部を介してめっき槽内のめっき液に金属回路板を接触させながら、めっき槽内に配置された電極と金属回路板との間に電流を流す必要があり、金属−セラミックス回路基板のセラミックス基板に接合した金属回路板への給電が容易でなく、金属回路板の給電部にアルミワイヤなどにより局所的に給電を行うと、電流過多になり、給電部において電極痕やめっき焼けが生じるという問題がある。
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に開口部を有するマスク部材を密着させて配置して、金属回路板上のマスク部材の開口部に対応する部分を電気めっきする際に、給電部において電極痕やめっき焼けを防止することができる、電気めっき方法およびそれに用いるマスク部材を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合した金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に、開口部を有するマスク部材を密着させて配置した後、マスク部材の開口部を介してめっき槽内のめっき液に金属回路板を接触させながら、めっき槽内に配置された電極と金属回路板との間に電流を流して、金属回路板上のマスク部材の開口部に対応する部分を電気めっきする方法において、マスク部材を非導電性部材とこの非導電性部材の内部に配置された導電性部材とから形成し、この導電性部材をマスク部材の互いに対向する一対の主面の間の側面および一方の主面から外部に露出させ、マスク部材の一方の主面を金属回路板に密着させて配置して導電性部材を金属回路板に当接させることにより、導電性部材を介してめっき槽内の電極と金属回路板との間に電流を流せば、給電部において電極痕やめっき焼けを防止することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明による電気めっき方法は、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合した金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に、開口部を有するマスク部材を密着させて配置した後、マスク部材の開口部を介してめっき槽内のめっき液に金属回路板を接触させながら、めっき槽内に配置された電極と金属回路板との間に電流を流して、金属回路板上のマスク部材の開口部に対応する部分を電気めっきする方法において、マスク部材を非導電性部材とこの非導電性部材の内部に配置された導電性部材とから形成し、この導電性部材をマスク部材の互いに対向する一対の主面の間の側面および一方の主面から外部に露出させ、マスク部材の一方の主面を金属回路板に密着させて配置して導電性部材を金属回路板に当接させることにより、導電性部材を介してめっき槽内の電極と金属回路板との間に電流を流すことを特徴とする。
この電気めっき方法において、非導電性部材を第１および第２の非導電性部材により形成し、マスク部材を第１の非導電性部材と第２の非導電性部材の間に導電性部材が挟持された積層構造により形成し、導電性部材に突出部を一体に形成し、この突出部が貫通して嵌合する貫通孔を第１の非導電性部材に形成し、金属回路板上に第１の非導電性部材を密着させて配置して金属回路板に導電性部材の突出部を当接させることにより、導電性部材を介してめっき槽内の電極と前記金属回路板との間に電流を流すのが好ましい。この場合、導電性部材と第１および第２の非導電性部材をそれぞれ略同一の平面形状の平板状に形成し、突出部を前記導電性部材の一方の面から突出させて形成するのが好ましい。また、マスク部材の開口部に対応する導電性部材の開口部の内面を、第１および第２の非導電性部材の少なくとも一方により覆うのが好ましく、突出部を複数の突出部により形成するのが好ましい。また、第１の非導電性部材がシリコンゴムからなるのが好ましく、第２の非導電性部材がガラスエポキシからなるのが好ましく、導電性部材が導電性ゴムからなるのが好ましい。
また、本発明による電気めっき用マスク部材は、互いに対向する一対の主面とこれらの主面の間の側面を有し、これらの主面の間に延びて貫通する開口部を有し、非導電性部材とこの非導電性部材の内部に配置された導電性部材とからなり、この導電性部材が側面および一方の主面から外部に露出していることを特徴とする。
この電気めっき用マスク部材において、非導電性部材が第１および第２の非導電性部材からなり、第１の非導電性部材と第２の非導電性部材の間に導電性部材が挟持された積層構造により形成され、導電性部材に突出部が一体に形成され、この突出部が貫通して嵌合する貫通孔が第１の非導電性部材に形成されているのが好ましい。この場合、導電性部材と第１および第２の非導電性部材がそれぞれ略同一の平面形状の平板状に形成され、突出部が前記導電性部材の一方の面から突出して形成されているのが好ましい。また、マスク部材の開口部に対応する導電性部材の開口部の内面が、第１および第２の非導電性部材の少なくとも一方により覆われているのが好ましく、突出部が複数の突出部からなるのが好ましい。また、第１の非導電性部材がシリコンゴムからなるのが好ましく、第２の非導電性部材がガラスエポキシからなるのが好ましく、導電性部材が導電性ゴムからなるのが好ましい。
本発明によれば、金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に開口部を有するマスク部材を密着させて配置して、金属回路板上のマスク部材の開口部に対応する部分を電気めっきする際に、給電部において電極痕やめっき焼けを防止することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明による電気めっき方法およびそれに用いるマスク部材の実施の形態について詳細に説明する。
まず、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、セラミックス基板１０の一方の面に１枚または複数（本実施の形態では４枚）金属回路板１２が接合し、他方の面に金属ベース板１４の一方の面が接合し、この金属ベース板１４の他方の面に放熱器１６が接合した金属−セラミックス回路基板を用意する。金属回路板１２および金属ベース板１４は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましい。セラミックス基板１０と金属回路板１２および金属ベース板１４との接合は、ろう材による接合でもよいし、直接接合でもよい。放熱器１６は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましく、放熱器１６として多穴管形の放熱器を使用することができる。
また、この金属−セラミックス回路基板の金属回路板１２を電気めっきする際に使用するマスク部材を作製する。図２Ａ〜図２Ｃに示すように、マスク部材１８は、金属回路板１２を電気めっきする部分に対応する１つまたは複数（本実施の形態では６つ）の開口部１８ａを有し、それぞれ略同一の平面形状の平板状の導電性部材１８１と第１の非導電性部材１８２と第２の非導電性部材１８３とから構成され、導電性部材１８１が第１の非導電性部材１８２と第２の非導電性部材１８３の間に挟持されて貼り合わされた積層構造になっている。なお、図２Ａおよび図２Ｃに示すように、導電性部材１８１の開口部１８１ａは、第１の非導電性部材１８２の開口部１８２ａおよび第２の非導電性部材１８３の開口部より大きく形成され、図２Ｃに示すように、導電性部材１８１の開口部１８１ａの内面が、第１の非導電性部材１８２の一方の面から突出して第２の非導電性部材１８３に当接するとともに導電性部材１８１の開口部１８１ａに沿って延びる突条壁１８２ｂによって覆われている。
また、導電性部材１８１にはその一方の面から突出する複数（本実施の形態では４つ）の突出部１８１ｂが一体に形成され、この突出部１８１ｂが貫通して嵌合する貫通孔が第１の非導電性部材１８２に形成されており、第１の非導電性部材１８２を金属回路板１２上に密着させて配置させると導電性部材１８１の突出部１８１ｂが金属回路板１２（本実施の形態では４つの突出部１８１ｂの各々が４枚の金属回路板１２のうちの対応する金属回路板１２）に当接するようになっている。導電性部材１８１として、シリコンゴムなどにカーボンや金属粒子を添加して導電性にした導電性ゴムからなる導電性部材を使用することができる。また、第１の非導電性部材１８２として、金属回路板１２との密着性が良好な比較的柔らかいシリコンゴムからなる非導電性部材を使用することができる。また、第２の非導電性部材１８３として、第１の非導電性部材１８２との間で導電性部材１８１を保持可能な比較的剛性の高いガラスエポキシからなる非導電性部材を使用することができる。
図３に示すように、金属−セラミックス回路基板の金属回路板１２上にマスク部材１８の第１の非導電性部材１８２を密着させて配置した後、めっき液２２が収容されためっき槽２０上にマスク部材１８を介して金属回路板１２を配置し、金属回路板１２のマスク部材１８の開口部１８ａに対応する部分をめっき液２２に接触させながら、マスク部材１８の導電性部材１８１の側面とめっき槽２０の底部に配置されたアノード２４とを電気的に接続して電流を流すと、マスク部材１８の導電性部材１８１を介してアノード２４と（カソードとしての）金属回路板１２との間に電流が流れて、金属回路板１２上のマスク部材１８の開口部１８ａに対応する部分に電気めっきすることができる。
このように、本発明による電気めっき方法では、金属回路板１２への給電部（導電性部材１８１の突出部１８１ｂが金属回路板１２に当接する部分）がめっき槽２０内のめっき液２２に接触していないので、金属回路板１２への給電部にめっきが析出するのを防止することができる。また、局所的な給電による電流過多を防止して、給電部で電極痕が生じるのを防止することができる。
以下、本発明による電気めっき方法およびそれに用いるマスク部材の実施例について詳細に説明する。
まず、内部にＡｌＮからなるセラミックス基板１０を配置した鋳型内にアルミニウム溶湯を注湯して冷却することによって、セラミックス基板１０の一方の面にアルミニウムからなる金属回路板１２を直接接合させるとともに、他方の面にアルミニウムからなる金属ベース板１４の一方の面を直接接合させた後、金属ベース板１４の他方の面に多穴管形の放熱器１６をＡｌ−Ｓｉ系のろう材で接合して、図１Ａおよび図１Ｂに示すような金属−セラミックス回路基板を作製した。
また、シリコンゴムにカーボンを添加した導電性ゴムからなる厚さ２ｍｍの導電性部材１８１と、シリコンゴムからなる厚さ２ｍｍの第１の非導電性部材１８２と、ガラスエポキシ樹脂からなる厚さ２ｍｍの第２の非導電性部材１８３を積層して、図２Ａ〜図２Ｃに示すようなマスク部材１８を作製した。なお、マスク部材１８の開口部１８ａの大きさを１０ｍｍ×１０ｍｍとし、導電性部材１８１の突出部１８１ｂの上面（金属回路板１２に当接する面）の大きさを５ｍｍ×５ｍｍとした。
次に、図３に示すように、金属−セラミックス回路基板の金属回路板１２上にマスク部材１８の第１の非導電性部材１８２を密着させて配置した後、めっき液２２が収容されためっき槽２０上にマスク部材１８を介して金属回路板１２を配置し、金属回路板１２のマスク部材１８の開口部１８ａに対応する部分をめっき液２２に接触させながら、マスク部材１８の導電性部材１８１の側面とめっき槽２０の底部に配置されたアノード２４とを電気的に接続して電流を流すことによって、金属回路板１２上のマスク部材１８の開口部１８ａに対応する部分に電気めっきした。なお、この電気めっきでは、めっき液２２として（３００ｇ／Ｌの硫酸ニッケルと４５ｇ／Ｌの塩化ニッケルと３０／Ｌのホウ酸を含み、残部が水の）ワット浴を使用し、温度５０℃、電流密度３Ａ／ｄｍ２でＮｉめっきを施した。その結果、めっきムラ、電極痕およびめっき焼けがない良好なめっきが得られた。
また、比較例として、導電性部材１８１の開口部１８１ａの大きさを第１の非導電性部材１８２の開口部１８２ａおよび第２の非導電性部材１８３の開口部と同じ大きさとして、第１の非導電性部材１８２の突条壁１８２ｂを設けない（導電性部材１８１が開口部１８ａに露出した状態の）マスク部材１８を使用した以外は、実施例と同様の方法により電気めっきを行ったところ、Ｎｉめっきの表面に外観ムラ（電極痕およびめっき焼け）の不良が生じた。また、導電性部材１８１の（めっき液２２と接触する）開口部１８１ａにもめっきが析出しており、マスク部材１８の繰り返し使用に不具合が生じることが考えられる。
１０ セラミックス基板
１２ 金属回路板
１４ 金属ベース板
１６ 放熱器
１８ マスク部材
１８ａ、１８１ａ、１８２ａ 開口部
２０ めっき槽
２２ めっき液
２４ アノード（電極）
１８１ 導電性部材
１８１ｂ 突出部
１８２ 第１の非導電性部材
１８２ｂ 突条壁
１８３ 第２の非導電性部材
１２ 金属回路板
１４ 金属ベース板
１６ 放熱器
１８ マスク部材
１８ａ、１８１ａ、１８２ａ 開口部
２０ めっき槽
２２ めっき液
２４ アノード（電極）
１８１ 導電性部材
１８１ｂ 突出部
１８２ 第１の非導電性部材
１８２ｂ 突条壁
１８３ 第２の非導電性部材
Claims (16)
- セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合した金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に、開口部を有するマスク部材を密着させて配置した後、マスク部材の開口部を介してめっき槽内のめっき液に金属回路板を接触させながら、めっき槽内に配置された電極と金属回路板との間に電流を流して、金属回路板上のマスク部材の開口部に対応する部分を電気めっきする方法において、マスク部材を非導電性部材とこの非導電性部材の内部に配置された導電性部材とから形成し、この導電性部材をマスク部材の互いに対向する一対の主面の間の側面および一方の主面から外部に露出させ、マスク部材の一方の主面を金属回路板に密着させて配置して導電性部材を金属回路板に当接させることにより、導電性部材を介してめっき槽内の電極と金属回路板との間に電流を流すことを特徴とする、電気めっき方法。
- 前記非導電性部材を第１および第２の非導電性部材により形成し、前記マスク部材を第１の非導電性部材と第２の非導電性部材の間に前記導電性部材が挟持された積層構造により形成し、前記導電性部材に突出部を一体に形成し、この突出部が貫通して嵌合する貫通孔を第１の非導電性部材に形成し、前記金属回路板上に第１の非導電性部材を密着させて配置して前記金属回路板に前記導電性部材の突出部を当接させることにより、前記導電性部材を介して前記めっき槽内の電極と前記金属回路板との間に電流を流すことを特徴とする、請求項１に記載の電気めっき方法。
- 前記導電性部材と前記第１および第２の非導電性部材をそれぞれ略同一の平面形状の平板状に形成し、前記突出部を前記導電性部材の一方の面から突出させて形成することを特徴とする、請求項２に記載の電気めっき方法。
- 前記マスク部材の開口部に対応する前記導電性部材の開口部の内面を、前記第１および第２の非導電性部材の少なくとも一方により覆うことを特徴とする、請求項３に記載の電気めっき方法。
- 前記突出部を複数の突出部により形成することを特徴とする、請求項２乃至４のいずれかに記載の電気めっき方法。
- 前記第１の非導電性部材がシリコンゴムからなることを特徴とする、請求項２乃至５のいずれかに記載の電気めっき方法。
- 前記第２の非導電性部材がガラスエポキシからなることを特徴とする、請求項２乃至６のいずれかに記載の電気めっき方法。
- 前記導電性部材が導電性ゴムからなることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の電気めっき方法。
- 互いに対向する一対の主面とこれらの主面の間の側面を有し、これらの主面の間に延びて貫通する開口部を有し、非導電性部材とこの非導電性部材の内部に配置された導電性部材とからなり、この導電性部材が側面および一方の主面から外部に露出していることを特徴とする、電気めっき用マスク部材。
- 前記非導電性部材が第１および第２の非導電性部材からなり、第１の非導電性部材と第２の非導電性部材の間に前記導電性部材が挟持された積層構造により形成され、前記導電性部材に突出部が一体に形成され、この突出部が貫通して嵌合する貫通孔が第１の非導電性部材に形成されていることを特徴とする、請求項９に記載の電気めっき用マスク部材。
- 前記導電性部材と前記第１および第２の非導電性部材がそれぞれ略同一の平面形状の平板状に形成され、前記突出部が前記導電性部材の一方の面から突出して形成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の電気めっき用マスク部材。
- 前記マスク部材の開口部に対応する前記導電性部材の開口部の内面が、前記第１および第２の非導電性部材の少なくとも一方により覆われていることを特徴とする、請求項１１に記載の電気めっき方法。
- 前記突出部が複数の突出部からなることを特徴とする、請求項１０乃至１２のいずれかに記載の電気めっき用マスク部材。
- 前記第１の非導電性部材がシリコンゴムからなることを特徴とする、請求項１０乃至１３のいずれかに記載の電気めっき用マスク部材。
- 前記第２の非導電性部材がガラスエポキシからなることを特徴とする、請求項１０乃至１４のいずれかに記載の電気めっき用マスク部材。
- 前記導電性部材が導電性ゴムからなることを特徴とする、請求項９乃至１５のいずれかに記載の電気めっき用マスク部材。
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