JP2022178214A - Metallic material, metal-resin composite material, and electroplating device - Google Patents
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Abstract
Description
この明細書は、金属材料、金属樹脂複合材料及び電気めっき装置を開示するものである。 This specification discloses a metallic material, a metal-resin composite material and an electroplating apparatus.
近年は、自動車の電装化が進むに伴い、特に過酷なエンジンルーム周りの車載用電子部品で、そこに使用される金属樹脂複合材料の金属材料と樹脂材料との密着性の更なる向上が求められている。 In recent years, with the increasing use of electrical equipment in automobiles, there has been a demand for further improvement in the adhesion between the metal and resin materials of the metal-resin composite materials used in automotive electronic parts, especially those around the engine compartment, which are particularly harsh. It is
これに関連して、半導体装置には、リードフレームに搭載した半導体チップを、インサート成形により樹脂材料で封止する樹脂封止型のものがある。このリードフレームとしては、樹脂材料との密着性を高めるため、ニッケル等の粗化めっきが施された金属材料が用いられ得る(たとえば特許文献1~4参照)。
In this regard, among semiconductor devices, there is a resin sealing type in which a semiconductor chip mounted on a lead frame is sealed with a resin material by insert molding. For this lead frame, a metal material subjected to roughening plating such as nickel can be used in order to improve the adhesion with the resin material (see
ところで、電気めっきは、金属イオンを含むめっき液中にて、被めっき素材を長手方向に沿って送りながら、その側方に配置したアノードとの間で通電させることにより行う場合がある。かかる電気めっきでは、めっき液中の金属イオンが還元されて被めっき素材の表面で析出し、それにより得られる金属材料で被めっき素材としての母材上にめっき層が形成される。 By the way, electroplating is sometimes carried out by feeding a material to be plated along its longitudinal direction in a plating solution containing metal ions and energizing it with an anode disposed on its side. In such electroplating, metal ions in the plating solution are reduced and deposited on the surface of the material to be plated, and the resulting metal material forms a plating layer on the base material as the material to be plated.
このような電気めっきでは、被めっき素材の幅方向の両端部への電流の集中に起因して、めっき厚みのばらつきが生じる現象(いわゆるドッグボーン現象)を抑制するため、めっき液中にて被めっき素材の幅方向の両端部に、該端部への過度な電流の集中を遮蔽するマスク部材を配置することがある。 In such electroplating, in order to suppress the phenomenon in which the plating thickness varies due to the concentration of current at both ends of the material to be plated in the width direction (the so-called dog bone phenomenon), In some cases, mask members are arranged at both ends of the plating material in the width direction to block excessive concentration of current at the ends.
しかるに、表面積率が比較的低く表面がそれほど粗くない粗化めっき層を有する金属材料を製造するに当り、上記のマスク部材を使用した場合、その電気めっきで形成された粗化めっき層の表面に光沢ムラが発生し、金属材料の外観不良を招くことがわかった。 However, when the above-described mask member is used in manufacturing a metal material having a roughened plating layer with a relatively low surface area ratio and a not so rough surface, the surface of the roughened plating layer formed by electroplating has It has been found that gloss unevenness occurs, resulting in a poor appearance of the metal material.
この明細書では、表面積率が比較的低い粗化めっき層で、表面の光沢ムラの発生を有効に抑制することができる金属材料、金属樹脂複合材料及び電気めっき装置を開示する。 This specification discloses a metal material, a metal-resin composite material, and an electroplating apparatus that can effectively suppress the occurrence of gloss unevenness on the surface of a roughened plating layer having a relatively low surface area ratio.
この明細書で開示する金属材料は、母材と、該母材に設けられた粗化めっき層とを含むものであって、前記粗化めっき層の表面におけるS-ratiоの面内平均値が1.3以下であり、当該表面におけるS-ratiоの面内ばらつきが0.05以下であるというものである。 The metal material disclosed in this specification includes a base material and a roughened plating layer provided on the base material, and the in-plane average value of S-ratio on the surface of the roughened plating layer is 1.3 or less, and the in-plane variation of the S-ratio on the surface is 0.05 or less.
この明細書で開示する金属樹脂複合材料は、上記の金属材料と、前記金属材料と前記粗化めっき層で接合された樹脂材料とを備えるものである。 The metal-resin composite material disclosed in this specification comprises the metal material described above and a resin material bonded to the metal material by the roughening plating layer.
この明細書で開示する電気めっき装置は、母材としての被めっき素材に粗化めっき層を設けて、金属材料を製造するものであって、長手方向に延びる被めっき素材を、めっき液に浸漬させながら該長手方向に沿って通すめっき通路と、前記めっき通路にめっき液を供給する液供給口と、前記めっき通路の側方で被めっき素材の表面に対向する位置に設けられ、被めっき素材をカソードとして電流が流れるアノードと、被めっき素材の幅方向の両端部をそれぞれ覆うマスク部材と、前記液供給口と前記めっき通路との間に配置され、前記液供給口から供給されるめっき液の流れを整えて該めっき液を前記めっき通路に流す整流部材を備えるものである。 The electroplating apparatus disclosed in this specification provides a roughened plating layer on a material to be plated as a base material to produce a metal material. A plating passage passing along the longitudinal direction while allowing the plating passage, a liquid supply port for supplying a plating solution to the plating passage, and a position facing the surface of the material to be plated on the side of the plating passage, the material to be plated a cathode through which current flows; a mask member covering both ends in the width direction of the material to be plated; and a plating solution disposed between the solution supply port and the plating passage and supplied from the solution supply port. and a rectifying member for regulating the flow of the plating solution to flow the plating solution into the plating passage.
上記の金属材料は、表面積率が比較的低い粗化めっき層で、表面の光沢ムラの発生が有効に抑制されたものである。また、上記の電気めっき装置によれば、表面積率が比較的低い粗化めっき層で、表面の光沢ムラの発生を有効に抑制することができる。 The metal material described above is a roughened plating layer having a relatively low surface area ratio, and effectively suppresses the occurrence of uneven gloss on the surface. Further, according to the above electroplating apparatus, it is possible to effectively suppress the occurrence of uneven gloss on the surface of the roughened plating layer having a relatively low surface area ratio.
以下に、上述した金属材料及び電気めっき装置の実施の形態について詳細に説明する。
一の実施形態の金属材料は、母材と、母材に設けられた粗化めっき層とを有するものである。この金属材料の粗化めっき層は、その表面に対してレーザ顕微鏡を用いて測定することができるS-ratiоの面内平均値が1.3以下という比較的低い表面積率を有し、表面がそれほど粗くないものである。このような低い表面積率の粗化めっき層で、当該表面におけるS-ratiоの面内ばらつきを0.05以下とすれば、表面の光沢ムラの発生が抑えられて、金属材料の外観が良好なものになる。
Embodiments of the metal material and the electroplating apparatus described above will be described in detail below.
A metal material of one embodiment has a base material and a roughened plating layer provided on the base material. The roughened plating layer of the metal material has a relatively low surface area ratio of 1.3 or less in-plane average value of S-ratio that can be measured with a laser microscope for the surface, and the surface is It's not that rough. In such a roughened plating layer with a low surface area ratio, if the in-plane variation of S-ratio on the surface is 0.05 or less, the occurrence of uneven gloss on the surface is suppressed, and the appearance of the metal material is good. become a thing.
(母材)
母材は、特に限定されないが、銅、アルミニウムもしくは鉄又は、それらのうちの少なくとも一種を含む合金で構成されることがある。金属材料の用途等にもよるが、高い導電率及び強度を有するとの観点から、母材の材料として好ましくは、銅や銅合金、より具体的にはリン青銅や黄銅、コルソン銅、無酸素銅、タフピッチ銅等が挙げられる。特に、銅開発協会(Copper Development Association、CDA)で定められた規格のC11000、C10200、C19400、C70250、C26000又はC52100等を、母材の材料とすることがある。
(base material)
The base material is not particularly limited, but may be composed of copper, aluminum, iron, or an alloy containing at least one of them. Although it depends on the use of the metal material, from the viewpoint of having high conductivity and strength, copper and copper alloys, more specifically phosphor bronze, brass, Corson copper, oxygen-free Copper, tough pitch copper, etc. are mentioned. In particular, C11000, C10200, C19400, C70250, C26000, C52100, etc. of the standards defined by the Copper Development Association (CDA) may be used as the material of the base material.
(粗化めっき層)
粗化めっき層は、母材上にその少なくとも一部を覆って設けられる。多くの場合、粗化めっき層は、母材の各表面のほぼ全体を覆うように設けられるが、後述するように、金属材料の端部では、他の部分に比してめっき厚みが薄いか又は、実質的に存在しないこともある。
(roughened plating layer)
The roughening plating layer is provided on the base material so as to cover at least a portion of the base material. In many cases, the roughening plating layer is provided so as to cover almost the entire surface of the base material. Alternatively, it may be substantially non-existent.
粗化めっき層の表面に対し、レーザ顕微鏡を用いてレーザを走査させることにより、当該表面のS-ratiоを測定することができる。S-ratiоは、表面の凹凸を含む表面積を、レーザ顕微鏡による観測面積(表面の平面視の面積)で除した表面積率を意味する。S-ratiоの値が大きいと、表面の凹凸の多少ないし大小等に起因して表面積率が大きく、表面が粗いことを意味する。 By scanning the surface of the roughened plating layer with a laser using a laser microscope, the S-ratio of the surface can be measured. S-ratio means the surface area ratio obtained by dividing the surface area including surface irregularities by the area observed by a laser microscope (the area of the surface in plan view). When the S-ratio value is large, it means that the surface area ratio is large and the surface is rough due to the degree or size of unevenness on the surface.
この実施形態では、粗化めっき層の表面におけるS-ratiоの面内平均値が1.3以下である。たとえば金属材料が金属条である場合又は、平面視で実質的に長方形状を有する金属板もしくは金属箔である場合、上記の面内平均値は、粗化めっき層が形成された表面にて、金属材料の長手方向の中央位置において、金属材料の幅方向に等間隔で離れた5点(幅を六等分する5点)で測定したS-ratiоの平均値とする。
あるいは、金属材料が他の形状である場合、平面視でその平面内の最も短い線分に沿って等間隔で離れた5点を、S-ratiоの測定点とし、それらの測定点での測定値の平均値を上記の面内平均値とする。この場合、平面視にて上記の最も短い線分に直交する方向における最大寸法の中央位置で、当該5点の測定点の平均値が、上記の面内平均値であればよい。
In this embodiment, the in-plane average value of S-ratio on the surface of the roughened plating layer is 1.3 or less. For example, when the metal material is a metal strip, or when it is a metal plate or metal foil having a substantially rectangular shape in plan view, the above in-plane average value is It is the average value of S-ratio measured at 5 points (5 points that divide the width into 6 equal parts) equally spaced in the width direction of the metal material at the central position in the longitudinal direction of the metal material.
Alternatively, if the metal material has another shape, 5 points that are evenly spaced along the shortest line segment in the plane in plan view are taken as the S-ratio measurement points, and measurements are taken at those measurement points. Let the average value of the values be the above-mentioned in-plane average value. In this case, the average value of the five measurement points at the central position of the maximum dimension in the direction orthogonal to the shortest line segment in plan view should be the in-plane average value.
S-ratiоの面内平均値が1.3を超える場合は、表面が粗いことにより、後述するS-ratiоの面内ばらつきがある程度生じていたとしても、そもそも光沢ムラが発生しにくい。ここでは、S-ratiоの面内平均値が1.3以下で光沢ムラの生じるおそれがある粗化めっき層を対象とする。S-ratiоの面内平均値は、典型的には、1.1~1.3である場合がある。 When the in-plane average value of the S-ratio exceeds 1.3, gloss unevenness hardly occurs in the first place even if the in-plane variation of the S-ratio, which will be described later, occurs to some extent due to the roughness of the surface. Here, the target is a roughened plating layer having an in-plane average value of S-ratio of 1.3 or less, which may cause gloss unevenness. The in-plane average value of S-ratio may typically be 1.1 to 1.3.
上述したようにS-ratiоの面内平均値が比較的小さい場合、S-ratiоの面内ばらつきが生じやすく、それにより光沢ムラが発生し得る。これに対し、この実施形態の金属材料は、粗化めっき層の表面におけるS-ratiоの面内ばらつきが0.05以下である。S-ratiоの面内ばらつきをこのように小さく抑えることにより、表面の光沢ムラを有効に抑制することができる。この観点から、S-ratiоの面内ばらつきは、0.04以下であることが好適である。S-ratiоの面内ばらつきは小さいほど光沢ムラを抑制できる点で望ましいので、その好ましい下限値は特にないが、たとえば0.02以上になる場合がある。 As described above, when the in-plane average value of the S-ratio is relatively small, in-plane variations in the S-ratio are likely to occur, which may cause gloss unevenness. In contrast, in the metal material of this embodiment, the in-plane variation of the S-ratio on the surface of the roughening plating layer is 0.05 or less. By suppressing the in-plane variation of the S-ratio to a small value in this way, it is possible to effectively suppress uneven gloss on the surface. From this point of view, the in-plane variation of S-ratio is preferably 0.04 or less. Since it is desirable that the in-plane variation of the S-ratio is as small as possible in terms of suppressing gloss unevenness, there is no particular preferable lower limit, but it may be, for example, 0.02 or more.
S-ratiоの面内ばらつきを求めるには、上記の面内平均値の測定点と同様に、粗化めっき層の表面にて、金属材料の長手方向の中央位置において幅方向に又は平面内の最も短い線分に沿って等間隔で離れた5点で、S-ratiоを測定して、それらの5つの測定値のうちの最大値と最小値との差を算出する。その最大値と最小値との差を、S-ratiоの面内ばらつきとする。 In order to obtain the in-plane variation of the S-ratio, in the same way as the measurement point of the in-plane average value, on the surface of the roughened plating layer, at the center position in the longitudinal direction of the metal material, in the width direction or in the plane The S-ratio is measured at five equally spaced points along the shortest line segment and the difference between the maximum and minimum values of those five measurements is calculated. The difference between the maximum value and the minimum value is the in-plane variation of the S-ratio.
S-ratiоの測定には、レーザ顕微鏡として、株式会社キーエンス製の形状解析レーザ顕微鏡VK-X150を用いることができる。この場合、観察倍率は2000倍、スポット径はφ0.8mm、測定面積は100μm×140μmとすることができる。S-ratiоの測定は測定点の1点当たり5回行い、その平均値を測定値として用いる。なお、S-ratiоを測定するに当っては、金属材料をサンプルとしてレーザ顕微鏡にセットした際のサンプルの傾きないし反りが1度以下になるようにする。 For measurement of the S-ratio, a shape analysis laser microscope VK-X150 manufactured by Keyence Corporation can be used as a laser microscope. In this case, the observation magnification can be 2000 times, the spot diameter can be φ0.8 mm, and the measurement area can be 100 μm×140 μm. The S-ratio is measured five times per measuring point, and the average value is used as the measured value. When measuring the S-ratio, the tilt or warp of a metal material sample placed on a laser microscope should be 1 degree or less.
粗化めっき層のめっき厚みは、たとえば、0.3μm~7.0μm、典型的には0.3μm~1.5μmとすることができる。粗化めっき層がある程度薄いと、その表面がそれほど粗くならないので、特に光沢ムラが顕著になる。したがって、そのような比較的薄い粗化めっき層の形成に、ここで述べる手法を適用することが有効である。なお、粗化めっき層が薄すぎる場合は、粗化めっき層を設けたことによる樹脂材料との密着性向上などの効果が十分に得られなくなる懸念がある。 The plating thickness of the roughened plating layer can be, for example, 0.3 μm to 7.0 μm, typically 0.3 μm to 1.5 μm. If the roughening plated layer is thin to some extent, the surface will not be so rough, and uneven gloss will become particularly noticeable. Therefore, it is effective to apply the technique described here to the formation of such a relatively thin roughened plating layer. If the roughened plating layer is too thin, there is a concern that the effect of providing the roughened plating layer, such as improved adhesion to the resin material, may not be sufficiently obtained.
たとえば金属条である金属材料を後述の電気めっき装置で製造する際に、めっき材料の幅方向の端部を覆うマスク部材を用いない場合には、粗化めっき層のめっき厚みは、当該金属材料の幅方向の中央部よりも両端部で厚くなることがある。そこで、マスク部材を用いて金属材料の幅方向の端部に電流が集中することを抑制することによって、粗化めっき層のめっき厚みは、当該金属材料の幅方向に均一にすることができる。より詳細には、金属材料の幅方向の中央部の粗化めっき層のめっき厚みと、当該金属材料の幅方向の両端部の粗化めっき層の厚みとの差が0.5μm未満である場合がある。ここで、金属材料の幅方向の端部とは、幅方向で端面から0.5mm内側に離れた位置を意味する。 For example, when a metal material, which is a metal strip, is produced by an electroplating apparatus described later, if a mask member that covers the width direction end of the plating material is not used, the plating thickness of the roughening plating layer is the same as that of the metal material It may be thicker at both ends than at the center in the width direction. Therefore, by using a mask member to suppress the concentration of the current at the end portions of the metal material in the width direction, the plating thickness of the roughening plating layer can be made uniform in the width direction of the metal material. More specifically, when the difference between the plating thickness of the roughened plating layer at the center in the width direction of the metal material and the thickness of the roughening plating layer at both ends in the width direction of the metal material is less than 0.5 μm. There is Here, the end of the metal material in the width direction means a position 0.5 mm away from the end surface in the width direction.
典型的には、粗化めっき層はニッケルめっきとすることができ、ニッケルが含まれ得る。母材と粗化めっき層との間に、粗化めっきではないニッケルめっき層が含まれることもある。また、金属材料は、粗化めっき層上に形成されたパラジウムめっき層、さらにそのパラジウムめっき層上に形成された金めっき層を含む場合がある。金属材料の具体例としては、基材、ニッケルめっき層、粗化ニッケルめっき層、パラジウムめっき層及び金めっき層がこの順序で設けられたもの、基材、粗化ニッケルめっき層、パラジウムめっき層及び金めっき層がこの順序で設けられたもの、基材、粗化ニッケルめっき層及び金めっき層がこの順序で設けられたもの等がある。パラジウムめっき層及び金めっき層を含む場合、パラジウムめっき層のめっき厚みは0.01μm~0.05μm、金めっき層のめっき厚みは0.003μm~0.03μmとすることがある。粗化めっき層上に金めっき層のみが形成された金属材料では、金めっき層めっき厚みは、0.03μm~0.3μmとする場合がある。 Typically, the roughening plated layer may be nickel plated and may include nickel. A nickel plating layer that is not roughening plating may be included between the base material and the roughening plating layer. Also, the metal material may include a palladium plating layer formed on the roughening plating layer and a gold plating layer formed on the palladium plating layer. Specific examples of the metal material include a substrate, a nickel plating layer, a roughened nickel plating layer, a palladium plating layer and a gold plating layer provided in this order, a substrate, a roughening nickel plating layer, a palladium plating layer and There are those in which a gold plating layer is provided in this order, and those in which a base material, a roughened nickel plating layer and a gold plating layer are provided in this order. When a palladium plating layer and a gold plating layer are included, the plating thickness of the palladium plating layer may be 0.01 μm to 0.05 μm, and the plating thickness of the gold plating layer may be 0.003 μm to 0.03 μm. In a metal material in which only a gold plating layer is formed on a roughening plating layer, the plating thickness of the gold plating layer may be 0.03 μm to 0.3 μm.
(金属材料)
金属材料は、種々の形状とすることができるが、たとえば、長尺の金属条又は、平面視が実質的に長方形もしくは正方形等の矩形状等の多角形状その他の形状を有する金属板もしくは金属箔とすることがある。
(Metal material)
The metal material can have various shapes, for example, a long metal strip, or a metal plate or metal foil having a polygonal shape such as a rectangular shape such as a substantially rectangular shape or a square shape when viewed from above, or other shapes. There are times when
金属条又は、長方形の平面形状の金属板もしくは金属箔等である金属材料は、その幅が20mm以上である場合がある。金属材料の幅が広いと、通常は、後述するように、電気めっき装置で被めっき素材に粗化めっきを施す際に、同様に幅の広い被めっき素材の周囲でめっき液の流速差が生じやすくなり、その結果として、粗化めっき層の表面のS-ratiоの面内ばらつきが増大して光沢ムラが顕在化し得る。この一方で、ここで開示する実施形態によると、そのような広幅の金属材料であっても、光沢ムラを有効に抑制することができる。金属材料の幅は、たとえば20mm~80mmとすることがある。なお、金属材料の厚みは、0.1mm~1.5mmとする場合がある。 A metal strip or a metal material such as a rectangular planar metal plate or metal foil may have a width of 20 mm or more. If the width of the metal material is wide, normally, when roughening plating is applied to the material to be plated by an electroplating apparatus, a difference in flow velocity of the plating solution occurs around the material to be plated, which is similarly wide, as will be described later. As a result, in-plane variations in the S-ratio of the surface of the roughened plating layer increase, and gloss unevenness may become apparent. On the other hand, according to the embodiments disclosed herein, uneven gloss can be effectively suppressed even with such a wide metal material. The width of the metal material may be, for example, 20 mm to 80 mm. Note that the thickness of the metal material may be 0.1 mm to 1.5 mm.
上記の金属材料は、たとえばインサート成形により粗化めっき層で樹脂材料が接合され、金属樹脂複合材料を構成し得る。金属樹脂複合材料は、金属材料及び樹脂材料を備えるものであり、粗化めっき層により金属材料と樹脂材料とが有効に密着する。
かかる金属材料は、半導体チップが搭載されるとともに、当該半導体チップを封止する樹脂材料が接合されるリードフレームに特に好適に用いることができる。
The above-mentioned metal materials can form a metal-resin composite material by joining a resin material with a roughened plating layer by insert molding, for example. A metal-resin composite material includes a metal material and a resin material, and the metal material and the resin material are effectively adhered by the roughened plating layer.
Such a metal material can be particularly suitably used for a lead frame on which a semiconductor chip is mounted and to which a resin material that seals the semiconductor chip is bonded.
(電気めっき装置)
上述したような金属材料は、たとえば図1に示す電気めっき装置1を用いて、母材を構成する被めっき素材21に粗化めっきを施すことより製造することができる。なおここでは、被めっき素材21は、長尺の条ないしストリップ状のものとしているが、被めっき素材の形状は変更され得る。
(electroplating equipment)
The metal material as described above can be manufactured by applying roughening plating to the material to be plated 21 constituting the base material using the
図1に例示する電気めっき装置1は、内部にめっき液Spを貯留するめっき槽2を含むものであり、このめっき槽2は一例として、角筒状の側壁部2aと、側壁部2aの上方側の開口部2bと、側壁部2aの下方側を密閉する底壁部2cとを有する。
An
めっき槽2の内部の上方側には、被めっき素材21がめっき液Spに浸漬しつつ通るめっき通路3が設けられている(図1(b)参照)。めっき通路3では、たとえば、図1(a)に白抜き矢印で示すように、被めっき素材21が被めっき素材21の長手方向と一致するめっき槽2の長手方向に送られて通過する。なお、めっき槽2の長手方向の各端部に位置する側壁部2aには、めっき通路3をめっき槽2の外部に連通させて被めっき素材21が通るスリット3a、3bが設けられている。一方、めっき槽2の下方側の底壁部2cには、そのほぼ中央域に、めっき液Spを、図1に黒塗り矢印で示すように上方側に向けて、めっき槽2の内部のめっき通路3に供給する液供給口4が形成されている。
A
また、めっき槽2の内部にて、めっき通路3の側方でめっき通路3と側壁部2aとの間には、めっき槽2の長手方向に延びるアノード5がそれぞれ配置されている。被めっき素材21に粗化めっきを施すに際しては、被めっき素材21をカソードとし、当該カソード及びアノード5に電流を流し、それらの間に電圧を印加する。なおこのとき、めっき液Spは常に液供給口4からめっき通路3に供給し、めっき槽2内の貯留可能量を超えためっき液Spは、めっき槽2からスリット3a、3bで越流する等して流出する。
Inside the
上記のようにして電気めっきを行うと、めっき液Spに含まれるニッケルイオン等の金属イオンが、アノード5間に位置するカソードとしての被めっき素材21の両表面上で析出し、粗化めっき層を形成する。なお、アノード5は、被めっき素材21の両面に粗化めっき層を形成する場合、図示のように、めっき槽2内で被めっき素材21を挟んで両側のそれぞれに配置するが、被めっき素材21の一方の表面だけに粗化めっき層を形成する場合等には、被めっき素材21の粗化めっき層を形成する表面側だけに配置してもよい。
When electroplating is performed as described above, metal ions such as nickel ions contained in the plating solution Sp are deposited on both surfaces of the material to be plated 21 as a cathode located between the
ここで、図2に示すような参考例の電気めっき装置11を使用することも考えられる。図2に示す電気めっき装置11は、上述した図1の電気めっき装置1とほぼ同様の、めっき槽12、めっき通路13、液供給口14及びアノード15を備えるものである。但し、図2の電気めっき装置11では、底壁部12cに形成した液供給口14に、液供給口14から上方側に延びるとともに、そこからめっき槽12の長手方向に延びる管状の液噴出部材16が取り付けられている。
Here, it is also conceivable to use an
図2の電気めっき装置11では、めっき槽12のめっき通路13に供給するめっき液Spは、液供給口14から液噴出部材16を通過する。液噴出部材16の斜め下方側には、多数の小さな開口部(不図示)が設けられており、めっき液Spはこの開口部から底壁部12c側に斜め下向きに噴出される。めっき槽12の底壁部12c側で液噴出部材16から噴出されためっき液Spは、その底壁部12c側からめっき通路13側に向かうとともに、めっき槽12内を循環して流れる。なおその後、めっき液Spは、めっき槽12のスリット13a、13bから流出する。
In the
ところで、被めっき素材21は、その幅方向の両端部22、23が露出した状態で、めっき液Spに浸漬させて電流を流すと、ドッグボーン現象により、その両端部22、23に電流が集中し、被めっき素材21に形成される粗化めっき層の両端部22、23側のめっき厚みが厚くなり、粗化めっき層のめっき厚みにばらつきが生じる。これを抑制するため、図示の例では、被めっき素材21の幅方向の両端部22、23をそれぞれ覆うマスク部材17a、17bを設けている。マスク部材17a、17bはそれぞれ、めっき槽12の長手方向に延びる棒状であり、図2(b)に示すように、その被めっき素材21側の表面に、幅方向の中央に向かうに従い厚みが漸減する窪みを設けている。
By the way, when the material to be plated 21 is immersed in the plating solution Sp in a state where both ends 22 and 23 in the width direction thereof are exposed and a current is applied thereto, the current concentrates on the both ends 22 and 23 due to the dog-bone phenomenon. However, the plating thickness of the roughening plating layer formed on the material to be plated 21 is increased on both
しかしながら、先述したようにS-ratiоの面内平均値が1.3以下という、表面がそれほど粗くない粗化めっき層を有する金属材料を製造する場合、上記のマスク部材17a、17bを使用して粗化めっき層を形成すると、当該粗化めっき層の表面積率がばらつくことにより、粗化めっき層の表面に光沢ムラが発生することがわかった。この原因は、図2の電気めっき装置11で、液噴出部材16から噴出されるめっき液Spの流れが、被めっき素材21の近傍のマスク部材17a、17bやアノード5にぶつかることにより被めっき素材21の周囲で乱されて流速差が生じることによるものと推測される。粗化めっき層の表面に光沢ムラが発生すると、そこで樹脂材料の密着強度が低下することも懸念される。
However, as described above, in the case of manufacturing a metal material having a roughened plating layer whose surface is not so rough such that the in-plane average value of S-ratio is 1.3 or less, the
これに対処するため、図1に示す実施形態の電気めっき装置1では、液供給口4とめっき通路3との間に、整流部材6を配置している。整流部材6を配置することにより、液供給口4から供給されるめっき液Spの流れが、その整流部材6で整えられて、めっき液Spをめっき通路3に流すことができる。これにより、マスク部材7a、7bを設けたとしても、被めっき素材21の周囲でのめっき液Spの流れの乱れが抑えられる。その結果、電気めっき装置1により製造される金属材料では、粗化めっき層の表面積率のばらつきが抑制され、光沢ムラの発生を有効に防止することができる。
In order to deal with this, in the
整流部材6は、液供給口4からのめっき液Spの流れを整えて、めっき液Spをめっき通路3に流すことができるものであれば、その形態については特に問わない。整流部材6は、たとえば、貫通穴等がほぼ均一に形成された板状もしくはシート状のパンチングメタルもしくはメッシュ等の部材とすることができる。整流部材6の貫通穴の大きさは、3mm~7mm、貫通穴の間隔は10mm~15mmとすることが好ましい。貫通穴が大きすぎると、又は貫通穴の間隔が狭すぎるとめっき液の撹拌が強くなり、光沢ムラが発生しやすくなるおそれがあり、貫通穴が小さすぎると、又は貫通穴の間隔が大きすぎるとめっき液の撹拌が弱くなり、めっきの造膜に影響がでる。また、めっきヤケの発生が懸念される。板状もしくはシート状の整流部材6は、液供給口4とめっき通路3との間で、液供給口4からめっき通路3へのめっき液の流れの方向に傾斜ないし直交する方向、たとえば水平方向に、アノード5に近接させて配置することができる。
The straightening
なお、図1の電気めっき装置1では、図2のような液噴出部材16を省略している。整流部材6が配置されていれば、被めっき素材21の周囲におけるめっき液Spの流れの乱れが抑制されるので、図1の電気めっき装置1で液噴出部材16を設けてもかまわない。
In the
このような電気めっき装置1を用いることにより、先述したように、S-ratiоの面内平均値が1.3以下でS-ratiоの面内ばらつきが0.05以下である表面の粗化めっき層を有する金属材料を製造することができる。但し、図示の電気めっき装置1以外の装置ないし方法によっても、そのような金属材料を製造できる場合がある。
By using such an
次に、上述したような電気めっき装置及び金属材料を試作し、その効果を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、これに限定されることを意図するものではない。 Next, an electroplating apparatus and a metal material as described above were experimentally produced, and the effects thereof were confirmed, which will be described below. However, the description herein is for illustrative purposes only and is not intended to be limiting.
比較例として、図2に示す電気めっき装置を用いて、被めっき素材(母材)に粗化めっき層を設けて金属材料を製造した。電気めっきの条件は、液供給口から供給するめっき液の流量を140mL/min、狙いのめっき厚みを0.7μm、電流密度を10A/dm2、めっき液温を45℃、めっき時間を30秒(膜厚0.7μm)とした。上記のNiメタルの構成は、Ni塩としてスルファミン酸ニッケル四水和物及び塩化ニッケルとし、スルファミン酸ニッケル四水和物:Ni(NH2SO3)2・4H2O=294g/L(約300g/L)、Ni量で53.5g/L、塩化ニッケル六水和物:NiCl2・6H2O=約310g/L、Ni量で76.5g/Lである。 As a comparative example, using the electroplating apparatus shown in FIG. 2, a metal material was manufactured by forming a roughened plating layer on a material to be plated (base material). The electroplating conditions were as follows: flow rate of plating solution supplied from solution supply port: 140 mL/min, target plating thickness: 0.7 μm, current density: 10 A/dm 2 , plating solution temperature: 45° C., plating time: 30 seconds. (film thickness 0.7 μm). The composition of the above Ni metal is nickel sulfamate tetrahydrate and nickel chloride as Ni salts, nickel sulfamate tetrahydrate: Ni(NH 2 SO 3 ) 2 4H 2 O = 294 g/L (about 300 g /L), the amount of Ni is 53.5 g/L, nickel chloride hexahydrate: NiCl 2 .6H 2 O=about 310 g/L, the amount of Ni is 76.5 g/L.
比較例では、図3に示す金属材料が得られた。この金属材料について、金属材料の幅方向にほぼ等間隔のA~Eの5点で、先述した方法によりS-ratiоを測定した。その結果を表1に示す。表1に示すように、この金属材料の粗化めっき層の表面におけるS-ratiоの面内ばらつきは、0.083とある程度大きくなり、表面の光沢ムラが発生していた。 In the comparative example, the metal material shown in FIG. 3 was obtained. The S-ratio of this metal material was measured by the method described above at five points A to E which are substantially equally spaced in the width direction of the metal material. Table 1 shows the results. As shown in Table 1, the in-plane variation of the S-ratio on the surface of the roughened plating layer of this metal material was as large as 0.083, and surface gloss unevenness occurred.
図2の電気めっき装置で製造した金属材料のS-ratiоの面内ばらつきが大きくなった原因を究明するべく、この電気めっき装置のめっき槽内でのめっき液の流れについて、電子計算機を用いたシミュレーションを実施した。ここでは、流体解析のソフトウェアとしてANSYS株式会社製のANSYS FLUENTを用いて、液供給口から供給するめっき液の流量は140mL/minとした。その結果を図4及び5に示す。図4は、図2(b)の断面図に対応するものであり、めっき液の進行方向を矢印で示している。図5は、図4の被めっき素材の近傍を拡大して示したものである。
図4、5より、めっき液は、特にマスク部材に衝突して流れが乱され、被めっき素材の周囲で非常に複雑な動きをすることが解かる。
In order to investigate the cause of the large in-plane variation in the S-ratio of the metal material produced by the electroplating apparatus of FIG. A simulation was performed. Here, ANSYS FLUENT manufactured by ANSYS Corporation was used as fluid analysis software, and the flow rate of the plating solution supplied from the solution supply port was set to 140 mL/min. The results are shown in FIGS. FIG. 4 corresponds to the cross-sectional view of FIG. 2(b), and arrows indicate the advancing direction of the plating solution. FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of the material to be plated in FIG.
From FIGS. 4 and 5, it can be seen that the plating solution collides particularly with the mask member, the flow is disturbed, and it moves very complicatedly around the material to be plated.
また、被めっき素材の表面近傍で当該被めっき素材の幅方向(電解槽の深さ方向)に等間隔に離れた5箇所のそれぞれにおいて、被めっき素材の送り方向の各位置のめっき液の流速を算出した。その結果を図6に示す。図6中、AからEに向かうに従い、電解槽の深さ方向の深いほうの箇所の流速を表しており、それらのA~Eの箇所は、図3のA~Eの5点に対応する。 In addition, the flow velocity of the plating solution at each position in the feed direction of the material to be plated at each of five locations in the vicinity of the surface of the material to be plated that are equally spaced apart in the width direction of the material to be plated (the depth direction of the electrolytic bath) was calculated. The results are shown in FIG. In FIG. 6, from A to E, the flow velocity at deeper points in the depth direction of the electrolytic cell is shown, and those points A to E correspond to five points A to E in FIG. .
図6から、被めっき素材の表面でめっき液の流速差が大きく変動することが解かる。流速差が大きくなると、粗化めっき層の凸部の成長に差が生じ得る。より詳細には、めっき液の流速差が速く金属イオンの供給量が多い箇所では、凸部が成長しやすいが、流速差が遅い箇所では、金属イオンの供給量が少なくなり、凸部が成長しにくい。図6で流速が低下しているC~Eの箇所は、表1でS-ratiоの値が小さかったC~Eの位置と一致している。 It can be seen from FIG. 6 that the flow velocity difference of the plating solution fluctuates greatly on the surface of the material to be plated. If the flow velocity difference becomes large, a difference may occur in the growth of the projections of the roughened plating layer. More specifically, convexities tend to grow at locations where the difference in flow velocity of the plating solution is high and the amount of supplied metal ions is large, but at locations where the difference in flow velocity is low, the amount of supplied metal ions decreases and the convexity grows. hard to do. The locations C to E in FIG. 6 where the flow velocity is low match the locations C to E in Table 1 where the S-ratio value is small.
上記のシミュレーション結果より、マスク部材の配置によって、被めっき素材の周囲でのめっき液の流れが乱れて、流速差が変動し、このことが金属材料の粗化めっき層の表面積率(S-ratiо)のばらつきを生じさせ、光沢ムラの発生原因になると推測される。したがって、図1に示す電気めっき装置のように、液供給口とめっき通路との間に整流部材を配置し、液供給口から供給されるめっき液の流れを整えてめっき液を前記めっき通路に流すことが有効であると考えられる。 According to the above simulation results, the arrangement of the mask member disturbs the flow of the plating solution around the material to be plated, and the difference in flow velocity fluctuates. ), and is presumed to be the cause of uneven gloss. Therefore, as in the electroplating apparatus shown in FIG. 1, a rectifying member is arranged between the solution supply port and the plating passage to regulate the flow of the plating solution supplied from the solution supply port so that the plating solution flows into the plating passage. It is thought that flushing is effective.
整流部材の配置による効果を検証するため、図1の電気めっき装置を模擬した同様のシミュレーションを行った。その結果を図7~9に示す。図7~9より、整流部材を配置したことで、めっき槽内のめっき液の流れが安定し、被めっき素材の近傍での流速差が解消されていることが解かる。 In order to verify the effect of arranging the rectifying members, a similar simulation was performed simulating the electroplating apparatus of FIG. The results are shown in FIGS. 7-9. From FIGS. 7 to 9, it can be seen that the flow of the plating solution in the plating tank is stabilized by disposing the rectifying member, and the difference in flow velocity near the material to be plated is eliminated.
上記のシミュレーション結果が良好であったことから、発明例として、図1の電気めっき装置を用いて金属材料を試作した。電気めっきの条件は、上記の比較例と同様とした。これにより得られた金属材料について、同様の5点でS-ratiоを測定した。その結果を表2に示す。 Since the above simulation results were favorable, a metal material was experimentally manufactured using the electroplating apparatus of FIG. 1 as an invention example. The electroplating conditions were the same as in the above comparative example. The S-ratio of the metal material thus obtained was measured at the same five points. Table 2 shows the results.
表2から解かるように、発明例では、金属材料の粗化めっき層の表面におけるS-ratiоの面内ばらつきが、0.036と十分に小さくなった。また、この金属材料では表面の光沢ムラが改善されていた。 As can be seen from Table 2, in the invention example, the in-plane variation of the S-ratio on the surface of the roughened plating layer of the metal material was 0.036, which is sufficiently small. In addition, this metal material had an improved uneven gloss on the surface.
以上より、上述した金属材料及び電気めっき装置によれば、表面積率が比較的低い粗化めっき層で、表面の光沢ムラの発生を有効に抑制できることが解かった。 From the above, it was found that the metal material and the electroplating apparatus described above can effectively suppress the occurrence of uneven gloss on the surface of a roughened plating layer having a relatively low surface area ratio.
1、11 電気めっき装置
2、12 めっき槽
2a、12a 側壁部
2b、12b 開口部
2c、12c 底壁部
3、13 めっき通路
3a、3b、13a、13b スリット
4、14 液供給口
5、15 アノード
6 整流部材
16 液噴出部材
7a、7b、17a、17b マスク部材
21 被めっき素材
22、23 幅方向の端部
Sp めっき液
Claims (9)
前記粗化めっき層の表面におけるS-ratiоの面内平均値が1.3以下であり、当該表面におけるS-ratiоの面内ばらつきが0.05以下である金属材料。 A metal material comprising a base material and a roughened plating layer provided on the base material,
A metal material having an in-plane average value of S-ratio on the surface of the roughening plating layer of 1.3 or less and an in-plane variation of S-ratio on the surface of the roughening plating layer of 0.05 or less.
長手方向に延びる被めっき素材を、めっき液に浸漬させながら該長手方向に沿って通すめっき通路と、
前記めっき通路にめっき液を供給する液供給口と、
前記めっき通路の側方で被めっき素材の表面に対向する位置に設けられ、被めっき素材をカソードとして電流が流れるアノードと、
被めっき素材の幅方向の両端部をそれぞれ覆うマスク部材と、
前記液供給口と前記めっき通路との間に配置され、前記液供給口から供給されるめっき液の流れを整えて該めっき液を前記めっき通路に流す整流部材と
を備える電気めっき装置。 An electroplating apparatus for producing a metal material by providing a roughened plating layer on a material to be plated as a base material,
a plating passage through which the material to be plated extending in the longitudinal direction passes along the longitudinal direction while being immersed in the plating solution;
a liquid supply port for supplying a plating liquid to the plating passage;
an anode provided at a position facing the surface of the material to be plated on the side of the plating passage and through which current flows using the material to be plated as a cathode;
a mask member covering both ends in the width direction of the material to be plated;
an electroplating apparatus comprising: a rectifying member disposed between the solution supply port and the plating passage, for regulating the flow of the plating solution supplied from the solution supply port and allowing the plating solution to flow into the plating passage.
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