JP4635639B2

JP4635639B2 - メッキ用アノード銅ボールの製造方法

Info

Publication number: JP4635639B2
Application number: JP2005043952A
Authority: JP
Inventors: 雅紀柚ノ木; 孝雄佐藤; 章二野村
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2025-02-21
Also published as: JP2006225746A; KR20060093282A; TW200700588A; KR101146552B1; TWI390087B; CN1834293A

Description

本発明は、銅の電解メッキにおいて銅原料として使用されるメッキ用アノード銅ボールの製造方法に関する。

従来、携帯電話やコンピュータなどのプリント配線基板に銅メッキをする方法として、銅をアノード極、プリント配線基板をカソード極として、希硫酸溶液等のメッキ浴槽の中に浸漬し、通電する電解メッキが広く使用されている。この電解メッキは、アノード極とされた銅が希硫酸溶液中に溶け出し、カソード極とされたプリント配線基板の表面に銅メッキが施されるものである。

この電解メッキの銅原料なるアノード極としてボール状に形成された銅材（メッキ用アノード銅ボール）が使用され、メッキ浴槽の中にＴｉなどの耐食性材料で構成されたバスケットが配置され、そのバスケット内にメッキ用アノード銅ボールが順次装入されていくものが提案されている。銅材は溶液中に溶解していくため、順次消耗していくが、その消耗量に合わせてメッキ用アノード銅ボールをＴｉバスケットに装入できるので、連続して電解メッキを行うことができるものである。

メッキ用アノード銅ボールは、銅素材を冷間鍛造することにより形成される。ここで、冷間鍛造工程においては、機械的に圧力を加えて銅素材を加工するため、その機械部分に使用される作動油や潤滑油が鍛造によって得られた銅ボールの表面に付着してしまうといった問題があった。銅系部材に付着した油分を除去する方法として、特許文献１に示されたｐＨ１２以上のアルカリ脱脂剤水溶液中に浸漬後、酸洗いを行う方法や特許文献２に示されるアセトン、アルコール液中に浸漬させて洗浄する方法が提案されている。
特開平３−２２３４８２号公報特開平９−１２５２７５号公報

ところが、特許文献１に示された油分除去方法では、ｐＨ１２以上という強アルカリ性の脱脂剤水溶液を扱うため、脱脂剤水溶液を貯留する槽や供給装置、排出装置を耐食性の材料で構成しなければならず、その製造コストが高くなるといった問題があった。また、強アルカリ性の脱脂剤を使用するので、その使用管理には多くの労力と時間を有するとともに、脱脂剤水溶液の廃液を処理する必要があり、環境負荷が著しく大きくなり、廃液処理コストが必要となるといった問題があった。

さらに、特許文献１に示された油分除去方法では、アルカリ脱脂剤水溶液に浸漬したことにより銅系部材の表面に生成した酸化膜層を除去する方法として、酸洗いを行うこととしているので、硫酸や塩酸といった酸性薬剤を使用する必要がある。したがって、上記の強アルカリ性の脱脂剤を扱うのと同様に、槽や供給装置、排出装置を耐食性の材料で構成しなければならず、その製造コストが高くなるといった問題や、酸性薬剤の使用管理にかかる労力とコストの問題や、酸性薬剤の廃液を処理などの環境負荷、廃液処理コストなどの問題があった。

また、特許文献２に示された油分除去方法では、アセトン、アルコール液中に浸漬して銅系部材を揺動したり液を攪拌したりしただけでは、強固に付着した油分を完全に除去することはできないといった問題があった。
油分がメッキ用アノード銅ボールの表面に残存した場合には、このメッキ用アノード銅ボールが希硫酸水溶液などのメッキ浴槽に装入されることにより、油分がメッキ浴槽内に混入して汚染されるといった問題が発生する。また、この油分を起因としてスラッジなどが発生し、プリント配線基板に形成される銅メッキ層が汚染されるといった問題が発生する。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、鍛造工程で銅ボールの表面に付着した油分を環境負荷の大きなアルカリ溶液、酸性溶液を用いることなく除去し、高品質のメッキ用アノード銅ボールを製造する製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、銅の電解メッキの原料として使用されるメッキ用アノード銅ボールの製造方法であって、銅素材を冷間鍛造によってボール状に形成する鍛造工程と、前記鍛造工程により前記銅ボールの表面に付着した油分を加熱炉内で揮発させる加熱工程と、該加熱工程後の前記銅ボールを研磨するバレル研磨工程とを有し、前記加熱炉の炉内雰囲気が、還元性ガス雰囲気とされていることを特徴とする。

上記のメッキ用アノード銅ボールの製造方法では、鍛造工程により得られた銅ボールを加熱炉で加熱することにより、鍛造工程で銅ボールの表面に付着した油分を揮発させて除去することができるので、確実に油分を除去される。また、油分が除去された状態で、バレル研磨が行われるので、バレル研磨後のメッキ用アノード銅ボールの表面がきれいに仕上げられる。

また、前記加熱工程により前記銅ボールの表面に生成した酸化膜を除去する酸化膜除去工程を有することにより、銅ボールを加熱して油分を揮発させた際に銅ボールの表面に生成される酸化膜が、酸化膜除去工程によって除去される。

また、前記酸化膜除去工程が還元性溶液に前記銅ボールを浸漬させる工程であるとともに、前記還元性溶液に浸漬された前記銅ボールを乾燥させる乾燥工程を有することにより、加熱炉で生成された酸化膜が還元性溶液によって確実に除去され、還元性溶液に浸漬された銅ボールが乾燥工程で乾燥された後にバレル研磨される。

また、前記加熱炉の炉内雰囲気を還元性ガス雰囲気とすることにより、銅ボールが加熱炉内で加熱された際に、その表面に酸化膜が強固に形成されることが防止される。
さらに、前記加熱炉が電気炉とされ、外部から炉内に還元性ガスが導入されることによって、炉内が還元性ガス雰囲気とされた構成としてもよい。

上記のメッキ用アノード銅ボールの製造方法では、アルカリ性脱脂剤を使用する必要がないので、その設備コスト、管理コストを低減することができるとともに、環境負荷を大きく低減することができる。また、油分を揮発させることにより、確実に油分を除去できるので、油分がメッキ浴槽内に混入する虞がなく、メッキを安定して行うことができるメッキ用アノード銅ボールを提供することができる。

また、加熱炉で加熱した際に銅ボールの表面に酸化膜が生成されるが、加熱工程後の酸化膜除去工程によって酸化膜が除去されるので、バレル研磨には酸化膜のない銅ボールが供給されるので、銅ボールの表面を光沢のあるきれいな表面で仕上げることができる。

また、銅ボールを還元性溶液に浸漬することで酸化膜を除去できるので、酸性薬液を使用する必要がなく、その設備コスト、管理コストを低減することができるとともに、環境負荷を大きく低減することができる。また、還元性溶液に浸漬された銅ボールを乾燥した後にバレル研磨に供されるので、銅ボールの再度の酸化を防止でき、銅ボールの表面を光沢のあるきれいな表面に仕上げることができる。

さらに、加熱炉の炉内雰囲気を還元性ガス雰囲気とすることで、銅ボールの表面に酸化膜が強固に形成されないので、加熱工程後の酸化膜除去工程において、酸化膜の除去が容易となり、確実に酸化膜を除去することができ、バレル研磨には酸化膜のない銅ボールが供給されるので、銅ボールの表面を光沢のあるきれいな表面で仕上げることができる。

以上のように、本発明によれば、鍛造工程で銅ボールの表面に付着した油分を環境負荷の大きなアルカリ溶液、酸性溶液を用いることなく除去し、高品質のメッキ用アノード銅ボールを製造する製造方法を提供することができる。

以下に本発明の実施の形態について説明する。図１に本発明のメッキ用アノード銅ボールの製造方法の工程を示す。なお、本実施の形態において製造されるメッキ用アノード銅ボールはその直径が５５ｍｍのものとする。
まず、銅ボールの材料となる銅線材が供給される。本実施形態においては、直径３９ｍｍの銅線材が使用される。この銅線材が適度な長さで切断され、冷間鍛造機内に設置された型の中に装入される。この型の内部は、直径５５ｍｍのボール状に形成されている。この型の中に挿入された銅線材が鍛造加工され、直径５５ｍｍの銅ボールが形成される。この鍛造加工において、鍛造機の潤滑油や作動油が鍛造室内に存在し、銅ボールの表面に油分が付着してしまう。

油分が付着した銅ボールは、加熱炉内に装入される。この加熱炉はガスバーナー燃焼炉であり、燃料として天然ガスを使用し、その空気と燃料との混合比を燃料リッチとして燃焼されており、燃焼炉内は還元性雰囲気とされている。ここで、加熱炉内の温度は、油分が揮発する温度である４００℃以上に設定されていれば良いが、あまりに高温であると燃焼炉の炉体に負荷が掛かるとともに、銅ボールの表面に生成される酸化膜が厚くなるので、８００℃以下にすることが好ましい。銅ボールは、加熱炉内で加熱され、その表面に付着した油分が揮発することにより油分を確実に除去される。ここで加熱炉内は還元性雰囲気とされているが、銅ボールの装入口や排出口から大気が混入することにより、銅ボールの表面に薄い酸化膜が形成される。

次に、加熱炉で薄い酸化膜が形成された銅ボールは、還元性溶液が貯留された槽内に浸漬される。還元性溶液として具体的には、イソプロピルアルコールの水溶液やエチレングリコールの水溶液などを用いることができる。これらの還元性溶液に浸漬されることにより、銅ボールの表面に形成された酸化膜が除去される。したがって、銅ボールの表面には、油分、酸化膜ともに存在しない状態となる。

次に、油分、酸化膜が除去された銅ボールは、乾燥工程に供給される。乾燥工程では銅ボールにエアーが吹付けられ、銅ボールの表面を乾燥させる。こうして乾燥された銅ボールは、バレル研磨装置に供給される。バレル研磨装置内に装入された複数の銅ボールが激しく攪拌されることにより、銅ボール同士が衝突して、銅ボールの表面が研磨されるものである。ここで、銅ボールの表面の油分、酸化膜が除去されているとともに、銅ボールが乾燥されているので、バレル研磨を行った後の銅ボールの表面は銅金属色を呈し、光沢のあるきれいな表面に仕上げられる。

以上のように製造されたメッキ用アノード銅ボールは、希硫酸溶液が貯留されたメッキ浴槽内に配置されたＴｉ製のバスケット内に供給されてアノード極とされ、カソード極としてプリント配線基板がメッキ浴槽内に浸漬されて通電されることにより、希硫酸溶液中に溶解され、プリント配線基板の表面に銅メッキが形成される。

上記のメッキ用アノード銅ボールの製造方法においては、加熱炉で銅ボールの表面を油分の揮発温度まで加熱することにより、油分を確実に除去することができ、メッキ浴槽を汚染することのない高品質なメッキ用アノード銅ボールを製造することができる。また、油分の除去にアルカリ性脱脂剤を使用しないので、環境負荷を大幅に低減することができるとともに、その設備コスト、脱脂剤の管理コスト、廃液の処理コストなどが不要となり、製造コストを低減することができる。

また、加熱炉で加熱することによって銅ボールの表面に酸化膜が発生するが、加熱炉の燃焼バーナーを燃料リッチとすることにより、加熱炉内が還元性雰囲気となり、銅ボールの表面に酸化膜が発生するのを抑制でき、酸化膜の厚さを薄くすることができる。よって、銅ボールの表面に発生した酸化膜の除去を容易に行うことができる。

銅ボールの表面に発生した酸化膜は、イソプロピルアルコール水溶液などの還元性溶液に浸漬されることにより、簡単に除去される。酸化膜を除去するのに、硫酸や塩酸といった酸性薬剤を使用しないので、環境負荷を大幅に低減することができるとともに、その設備コスト、酸性薬剤の管理コスト、廃液の処理コストなどが不要となるので、メッキ用アノード銅ボールの製造コストを大きく低減することができる。

上記の製造方法で得られたメッキ用アノード銅ボールを用いることにより、カソード極とされたプリント配線基板には、そのメッキ浴槽内に油分が混入されておらす、メッキ浴が清浄であるので、非常にきれいなメッキ層が形成されるとともに、メッキ槽内にスラッジ等が混入せず、安定してメッキを行うことができる。

なお、本実施の形態においては、鍛造工程の直後に、加熱炉での油分除去を行うもので説明したが、加熱炉に装入する前に、酸洗いなどを行っても良い。この場合には、銅ボールの表面に強固に付着した油分や多量に付着した油分などを酸洗いで事前に除去した
上で加熱炉により加熱されるので、油分をさらに確実に除去することができる。つまり、銅ボールに付着した油の状況により、加熱炉装入前に酸洗い等の前処理を行うことで、確実に油分を除去することができる。

また、加熱炉としてガスバーナーによる燃焼炉を用いて説明したが、その加熱方式には制限がなく、電気炉であっても良い。電気炉などの場合には、炉内を還元性雰囲気にするために、外部から炉内に還元性ガス、例えば一酸化炭素や水素ガスを含有するガスを導入することが好ましい。

さらに、還元性溶液に浸漬した後に乾燥工程を別途設けたもので説明したが、例えば、銅ボール自体の温度を還元性溶液の揮発温度よりも高温にしておくことにより、自然乾燥によって乾燥させることも可能である。

以下に、本実施の形態によって製造されたメッキ用アノード銅ボールについて、その表面に残存する油分の量を分析した。
ここで、製造されたメッキ用アノード銅ボールの直径は５５mmであり、加熱炉のガスバーナーの空気／燃料比は０．９５／１．００と燃料リッチな状態で燃焼され、加熱炉の温度は約７００℃に設定し、銅ボールは加熱炉内に約５分間保持した。
加熱炉から出された銅ボールは、還元性溶液としてイソプロピルアルコールが２％混合された水溶液中に約３０秒間浸漬された後に、エアブローにて乾燥され、バレル研磨機に装入され、バレル研磨が施された。

このようにして得られたメッキ用アノード銅ボールの表面に残存した油分を定量するために、メッキ用アノード銅ボールを所定の溶液中に浸漬させ、その溶液中に溶け込んだ油分をフーリエ変換赤外線分光光度計（ＦＴＩＲ）にて分析を行った。その結果、直径５５ｍｍのメッキ用アノード銅ボールの表面に残存する油分は、０．１ｍｇ／個以下であることが確認された。したがって、本発明のメッキ用アノード銅ボールの製造方法を用いることにより、メッキ用アノード銅ボールの表面に付着した油分を大幅に低減することができることが確認された。

本発明のメッキ用アノード銅ボールの製造方法の工程図である。

Claims

銅の電解メッキの原料として使用されるメッキ用アノード銅ボールの製造方法であって、
銅素材を冷間鍛造によってボール状に形成する鍛造工程と、前記鍛造工程により前記銅ボールの表面に付着した油分を加熱炉内で揮発させる加熱工程と、該加熱工程後の前記銅ボールを研磨するバレル研磨工程とを有し、
前記加熱炉の炉内雰囲気が、還元性ガス雰囲気とされていることを特徴とするメッキ用アノード銅ボールの製造方法。
請求項１に記載のメッキ用アノード銅ボールの製造方法であって、
前記加熱工程により前記銅ボールの表面に生成した酸化膜を除去する酸化膜除去工程を有することを特徴とするメッキ用アノード銅ボールの製造方法。
請求項２記載のメッキ用アノード銅ボールの製造方法であって、
前記酸化膜除去工程が、還元性溶液に前記銅ボールを浸漬させる工程であるとともに、
前記還元性溶液に浸漬された前記銅ボールを乾燥させる乾燥工程を有することを特徴とするメッキ用アノード銅ボールの製造方法。
請求項１から請求項３のいずれかに記載のメッキ用アノード銅ボールの製造方法であって、
前記加熱炉が電気炉とされ、外部から炉内に還元性ガスが導入されることによって、炉内が還元性ガス雰囲気とされていることを特徴とするメッキ用アノード銅ボールの製造方法。