JP3548081B2 - メッキ方法およびそれに用いるメッキ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はメッキ方法およびそれに用いるメッキ装置に関し、メッキ液に最適な電流密度で、導電部材と電極との距離を可変とし、その導電部材にメッキ膜を形成するメッキ方法およびそれに用いるメッキ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｃｕ単体、Ｃｕ合金またはＦｅ―Ｎｉ合金のような導電部材の表面を、Ｓｎ単体またはＳｎ合金のメッキ層で被覆したリード材は、Ｃｕ単体またはＣｕ合金が備えている優れた導電性と機械的強度を有する。なおかつ、そのリード材は、Ｓｎ単体またはＳｎ合金が備えている耐食性と良好な半田付け性をも併有する高性能導体である。そのため、それらは、各種の端子、コネクタ、リードのような電気・電子機器分野や電力ケーブルの分野などで多用されている。
【０００３】
また、半導体チップを回路基板に搭載する場合には、半導体チップのアウターリード部にＳｎ合金を用いた溶融メッキや電気メッキを行うことにより、アウターリード部の半田付け性を向上せしめることが行われている。このようなＳｎ合金の代表例は半田（Ｓｎ―Ｐｂ合金）であり半田付け性、耐食性などが良好なために、コネクタやリードフレームなどの電気・電子工業用部品の工業用メッキとして広く利用されている。
【０００４】
図３は、図２に示した半導体リードフレームのＡ−Ａ断面におけるリード材の基本構成を示す断面図である。例えば、導電部材２１はＣｕ、Ｃｕを主成分としたＣｕ系合金またはＦｅ―Ｎｉを主成分としたＦｅ―Ｎｉ系合金で構成されている。そして、それらの導電部材２１の表面には、異なる金属材料の２層のメッキ膜が施されている。例えば、Ｓｎの第１メッキ膜２２とＳｎ―Ｂｉの第２メッキ膜２３がこの順序で形成されている。ここで、第１メッキ膜２２の厚さをｔ_１、第２メッキ膜３の厚さをｔ_２としたとき、ｔ_１は約３〜１５μｍ、ｔ_２は約１〜５μｍ、ｔ_２／ｔ_１は約０．１〜０．５に設定すると、コストの面でも、半田付け性、耐熱性の点でも、また半田の接合強度やアルミ線などとの溶接部の溶接強度の点でも良好な特性があり、リード材としての性能向上が得られるので好適であることが知られている。
【０００５】
図４は、自動メッキ装置全体のレイアウトである。まず、アルカリ電解洗浄浴槽３１において、導電部材２１の表面における半田メッキ皮膜の密着性や半田付け性を阻害する油脂等の有機性の汚染物質を除去する。次に、水洗用浴槽３２において洗浄された後、化学エッチング浴槽３３において、化学エッチング処理（基本的には酸化―還元反応を利用した処理）を行い、粒界や介在物などの存在により不均一な表面になっている導電部材２１の表面を均一化する。
【０００６】
次に、水洗用浴槽３４において洗浄された後、酸活性化浴槽３５において、水洗用浴槽３４で付着した酸化膜を除去する。次に、水洗用浴槽３６において洗浄された後、半田メッキ装置３７においてメッキが施される。半田メッキ液は強酸性のため、メッキ後の表面は酸性になっている。そのような表面では時間の経過とともに皮膜が変色し、半田付け性が劣化する。そのために、水洗用浴槽３８、中和処理浴槽３９において、メッキ表面に残留する酸を中和し、吸着している有機物を除去する。その後、水洗用浴槽４０、湯洗用浴槽４１で洗浄され、乾燥装置４２において、メッキされた導電部材２１を乾燥させる。
【０００７】
図５は、図４に示した全体のメッキ装置における化学エッチング浴槽３３のＢ―Ｂ方向における断面図である。
【０００８】
この化学エッチング浴槽３３における働きは上記した通りである。ここでは、このメッキ装置における仕組みについて説明する。このメッキ装置では、横送り式プッシャー３３１と搬送レール３３２は、共に上下方向に可動できるようになっている。そして、それらの可動範囲の上限位置および下限位置が決められており、その間を繰り返し動いている。吊り下げ用フック３３３は、作業目的に応じて適した間隔に搬送レール３３２に掛けられる。通常は、隣り合った浴槽のセンター間の距離である。そして、メッキされる導電部材２１を吊っているメッキ補助ラック３３４は、この吊り下げ用フック３３３に掛けられ、このメッキ装置にセットされる。次に、横送り式プッシャー３３１について述べる。横送り式プッシャー３３１間の距離は、基本的には、隣り合った浴槽のセンター間の距離とほぼ等しい。そして、この横送り式プッシャー３３１は、１本もののアームに設置されており、作業方向へ吊り下げ用フック３３３を１スパン送ると、その分戻るようになっている。そして、この横送り式プッシャー３３１は、上限位置で１スパン送り、下限位置でその分戻るようになっている。また、搬送レール３３２は、上下方向には動くが進行方向には動かない。この作業の繰り返しにより、このメッキ装置は機能している。
【０００９】
上記したこの半田メッキ装置では、メッキラインにおけるメッキ浴槽内の電極、例えばアノードは、メッキ浴槽に固定して設置されていたため、アノードと導電部材２１との距離は一定であった。そして、このメッキ装置を用いて様々な導電部材２１に、いろいろなメッキ条件でメッキ膜を形成していた。例えば、パッケージの大きさの異なる導電部材２１やパッケージのデザインの異なる導電部材２１や材質の異なる導電部材２１などがある。そして、それら導電部材２１に厚いメッキ膜を形成するときは、メッキ液に強い電流密度をかけてメッキ作業を行っていた。このように、主に電流密度に強弱をつけることで様々な厚さのメッキ膜を形成していた。
【００１０】
しかし、電気メッキでは導電部材２１に対して適切な電流密度でメッキを行うことができるかで、そのメッキ膜の品質や生産性に大きな影響を与える。つまり、メッキ液の液構成や操作条件により品質のよいメッキ膜を形成するための電流密度の範囲が決められる。そして、その好適な電流密度の範囲でメッキ作業を行うことにより、導電部材２１に特有の金属色を呈する平坦なメッキ膜を形成することができることが知られていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、この半田メッキ装置では、メッキラインにおけるメッキ浴槽内の電極、例えばアノードは、メッキ浴槽に固定して設置されていた。そのため、様々の種類の導電部材２１にメッキ膜を形成するとき、導電部材２１の表面積などにより電流密度等を調整してメッキ膜厚をコントロールしていた。しかし、このとき、導電部材２１の表面積の大小等により電流密度の強弱を変えていたため、安定した品質のメッキ膜を導電部材２１に形成することができないという課題が生じた。そして、このメッキ装置では、アノードがメッキ浴槽に固定されているため、また、ライン作業による１回のメッキ時間が決められているため、導電部材２１に形成されるメッキ膜厚をコントロールする際には主に電流密度で調整していた。そのため、導電部材２１の表面積の大小により電流密度をそのメッキ液に適した範囲でメッキ作業を行うことが困難となった。そのことにより、メッキ膜厚やメッキ膜組成分布にばらつきが生じたりするため、メッキ膜の品質を安定して確保し、生産性を上げることに関して問題が生じた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した従来の問題に鑑みてなされたもので、半田メッキラインにおけるメッキ浴槽に可動式の電極を設置することに特徴を有する。具体的には、メッキ液に適した電流密度の範囲内で、表面積やデザイン等が異なる様々な導電部材２１に対してメッキ浴槽に設置された電極を移動させて、それぞれの導電部材２１との距離を適した間隔に保つことができることに特徴がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明であるメッキ方法を実施するための電極可動機能を有するメッキ浴槽１を簡単に表したレイアウトである。また、図４に示した全体のメッキ装置の半田メッキ装置３７におけるメッキ浴槽１に該当する。そして、このメッキ方法では、メッキ浴槽１に可動式アーム２、導電板３、電極（電着物と同じ組成の合金）４がメッキ浴槽１の両側にそれぞれ設置されている。ここでは、電気メッキは、主に導電部材２１（図３参照）を陰極にするため電極４がアノード４の場合として説明する。
【００１４】
本発明では、半田メッキラインにおけるメッキ浴槽１において、アノード４を可動式にすることにより表面積等の異なる様々な導電部材２１に対処してアノード４を移動させて、導電部材２１とアノード４との距離を適した間隔に保つことに特徴を有する。
【００１５】
具体的に言うと、メッキ液は、メッキ作業を行うときそれぞれのメッキ液に適した電流密度の範囲があり、その範囲内でメッキ作業を行うことで高品質のメッキ膜を形成することができる。そして、このメッキ方法では、アノード４を移動可能とすることで、アノード４と導電部材２１との距離を可変にすることができる。次に、常に、メッキ液に適した電流密度の範囲で、アノード４と導電部材２１との距離を適した間隔にしてメッキ作業が行える。また、このメッキ浴槽には、導電部材２１に対して両側にアノード４が設置されており、一度で全体に均一にメッキ膜を形成することができる。そのことにより、表面積の大きい導電部材２１や表面積の小さい導電部材２１等異なる様々な導電部材２１に対して均一なメッキ膜厚で均一なメッキ膜組成分布のメッキ膜を形成することができる。
【００１６】
例えば、表面積の大きい導電部材２１にメッキ膜を形成する場合がある。この場合、導電部材２１の単位面積あたりの通電量は表面積の小さい導電部材２１の場合に比べて小さい。更に、表面積が大きい為アノード４に対して近い場所と遠い場所では、電流密度の強さにも差がある。そして、このメッキ装置はライン作業の為、１回でのメッキ膜形成時間が決められている。そのため、その時間内で、使用するメッキ液に適した電流密度で導電部材２１にメッキ膜を形成するための距離が決められる。その結果、その適した距離にアノード４を移動させメッキ作業を行うことで、この導電部材２１の表面には均一な膜厚で均一メッキ膜組成のメッキ膜が形成される。
【００１７】
ここで、本発明であるメッキ方法に用いるメッキ装置について説明する。このメッキ装置では、搬送レールに平行してメッキ浴槽１の両側に可動式アーム２を２本ずつ設置する。そして、その可動式アーム２の上に導電板３を設け、その導電板３の中央にまたはメッキ浴槽のセンターの位置にアノード４を設置する。このメッキ装置では、導電板３に電流を流し、その電流はアノード４を通してメッキ液に伝わる。
【００１８】
よって、上記したこのメッキ装置のメッキラインにおけるメッキ浴槽１では、アノード４を可動式にしたことにより導電部材２１とアノード４との距離をそのメッキ作業に適した条件に保つことができる。このことにより、導電部材２１の表面積やデザイン等が変化しても電流密度の強弱だけで対処するのではなく、電流密度はそのメッキ液に適した範囲内で保ち導電部材２１とアノード４との距離で対処できるようになった。この結果、常にメッキ液に適した範囲内の電流密度で導電部材２１にメッキ膜を形成することができるようになり、均一なメッキ膜厚で均一なメッキ膜組成分布のメッキ膜が形成されるようになる。
【００１９】
つまり、メッキ液に適した条件で導電部材２１にメッキ膜を形成することができ、メッキ膜の品質の向上や生産性を高めることができる。
【００２０】
上記したように、半田メッキの場合を例として説明してきたが、このメッキ装置は半田メッキに限らず利用することができる。例えば、Ｓｎメッキ、Ｃｕメッキ、Ｎｉメッキなどがある。これらの場合にも、このメッキ方法を用いたメッキ装置により様々な種類の導電部材２１にメッキ液に適した条件でメッキ膜を形成することができる。
【００２１】
また、上記したように、電極４がアノード４の場合の実施例について説明したが、電極４がカソード４の場合でも同じメッキ方法で導電部材２１にメッキ膜を形成することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明のメッキ方法には次のような効果が得られる。
【００２３】
第１に、このメッキ方法でメッキ作業を行うことにより、使用するメッキ液の好適な範囲内の電流密度で、表面積等の異なる様々な導電部材に対してその導電部材と電極との距離を適した関係に保ちメッキ作業を行うことができる。その結果、表面積やデザイン等の異なる導電部材に対して、常にメッキ液に適した作業条件でメッキ膜を形成できるようになり、様々な導電部材に対してメッキ膜厚やメッキ膜組成分布が均一になるようメッキ膜を形成することができる。そして、メッキ作業における品質面、生産性における向上が得られる。
【００２４】
第２に、このメッキ方法に用いるメッキ装置では電極が移動可能となり、表面積等の異なる様々な導電部材に対しても高品質なメッキ膜を形成することができる。更に、導電部材にメッキ膜を形成するときに微妙な調整ができるようになり、メッキ作業性においても向上が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメッキ装置に用いるメッキ浴槽を説明する図である。
【図２】本発明および従来のメッキを施す半導体チップを説明する図である。
【図３】本発明および従来の２層メッキ膜から成る図２に示した半導体リードフレームのＡ−Ａ方向からみた断面を説明する図である。
【図４】本発明および従来の自動メッキ装置全体のレイアウトを説明する図である。
【図５】本発明および従来の図４に示した自動メッキ装置全体の化学エッチング浴槽のＢ−Ｂ方向からみた断面を説明する図である。

Claims (2)

1. 導電部材にメッキ膜を形成するメッキ浴槽を有するメッキ装置において、
   前記メッキ浴槽に可動式アームの一端を固定し、前記可動式アームに導電板を設置し、前記導電板に電極を設置することで前記電極を移動可動とすることを特徴とするメッキ装置。
2. 前記メッキ装置は、前記メッキ浴槽の両側に一対の電極を有することを特徴とする請求項１に記載したメッキ装置。

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