JP4920969B2 - 電気メッキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、被メッキ材である主基板とは電気的に非接続で該主基板上の電流密度不均一を抑制する補助基板を用いた、電気メッキ装置に関する。

例えば磁気記録ヘッドの製造工程では、数μｍから１０μｍを超える比較的厚い膜を形成する場合、スパッタや蒸着などの成膜技術よりも早く成膜できる等の理由から電気メッキ法が広く用いられている。

電気メッキ法で使用される電気メッキ装置は、従来一般に、メッキ槽内に配置したカソード（陰極）である主基板と、この主基板に所定間隔をあけて対向配置したアノード（陽極）と、主基板の周囲に配置した補助陰極となる補助基板と、アノードと主基板の間に接続されたメイン電源と、アノードと補助基板の間に接続された補助電源とを備えている。このような電気メッキ装置において、主基板は被メッキ材であり、主基板上にはメッキ下地膜が形成されている。アノード−主基板間及びアノード−補助基板間を通電することにより、主基板のメッキ下地膜上にメッキ膜が形成される。

補助基板は、主基板上の電流密度の不均一を抑制するために用いられる。補助基板を備えていない場合、主基板外周から電流供給していることから該主基板上の各部位で電流密度が異なり、特に主基板上の中央部と端部で電流密度の差は大きくなり、主基板上に形成されるメッキ膜の厚さも主基板の中央部と端部で大きく異なってしまう。そこで従来では、主基板の周囲に補助基板を設け、この補助基板とアノードの間にも電流を流すことにより、主基板の端部の電流密度を下げ、主基板上の電流密度分布、すなわちメッキレート分布の改善を図っている。
特開平５−２６３２８９号公報 特開平１０−１５２７９９号公報 特開２０００−５４１９８号公報

しかしながら、主基板及び補助基板には電源からの給電点が１点ずつ設けられているため、この給電点の近傍で電流密度が集中しやすく、補助基板を設けたことによる電流密度分布改善の効果を十分に発揮させることができなかった。

本発明は、補助基板の有効活用により主基板上に形成されるメッキ膜の膜厚分布を改善できる電気メッキ装置を得ることを目的としている。

本発明は、主基板及び補助基板の電気接点部に電流密度が集中しやすいことを認識し、主基板及び補助基板の電気接点部を複数設ければ、電流密度が均等に分散され、主基板上に形成されるメッキ膜の膜厚ばらつきを低減できることに着眼して完成されたものである。

すなわち、本発明は、メッキ槽内に配置したカソードである主基板と、この主基板に所定間隔をあけて対向配置したアノードと、主基板の周囲に該主基板とは電気的に非接続で配置した補助基板と、アノードと主基板の間及びアノードと補助基板の間にそれぞれ電流を供給する電源とを有する電気メッキ装置において、主基板と補助基板の各々に、電源からの給電点を複数設けたことを特徴としている。

給電点は、主基板上の電流密度分布が一様となるように、主基板と補助基板の各々に少なくとも４以上設けることが好ましい。より具体的には、主基板は円板状をなし、補助基板は該主基板の外周を囲む円環状をなしていることが実際的であり、複数の給電点は、主基板及び補助基板の周方向に等間隔で設けることが好ましい。

さらに、補助基板に設けた複数の給電点は、主基板に設けた複数の給電点に対して、隣り合う給電点の中間位置からいずれか一方の給電点側へ偏心させて配置することが好ましい。この態様によれば、補助基板の給電点と主基板の給電点とが近接し、主基板の給電点に集中する電流の影響が補助基板に流れる電流で緩和されやすくなる。これにより、主基板上での電流密度分布のばらつきを低減しやすくなる。

補助基板の給電点は、該補助基板の表裏面に対して直交させて設けた複数の電極棒により形成できる。また、主基板の給電点は、該主基板の外周に接する電極板と、この電極板に対して直交させて設けた複数の電極棒とにより形成できる。

本発明によれば、主基板上の電流密度が集中する部位を分散させるので、補助基板による電流密度分布改善効果が良好に発揮され、主基板上に形成されるメッキ膜の膜厚分布を改善可能な電気メッキ装置が得られる。

図１は、本発明による電気メッキ装置の概略構成を示す部分断面図である。本電気メッキ装置は、メッキ液（電解液）５で満たされるメッキ槽１０、このメッキ槽１０内で図示上下方向に所定間隔をあけて対向配置したアノード（陽極）２０と主基板（カソード、陰極）３０、メッキ槽１０の底面に埋設された補助基板（補助陰極）４０を備えている。

メッキ槽１０は、メッキ液５を槽内に注入する供給口１１と、槽内のメッキ液５を槽外へ排出する排出口１２と、供給口１１及び排出口１２の各々に連通する液路をメッキ槽１０の外壁との間に形成するメッキ槽内壁１３と、このメッキ槽内壁１３の内側に対向配置され、メッキ液５の流れを規制する液流制御板１４とを備え、常に新しいメッキ液５が槽内部を循環するように構成されている。メッキ液５の循環は、攪拌効果を高めて、濃度分極を低減させることができる。

メッキ槽１０の底面には、略中央部に位置して、略円形状の穴部１０ａが形成されている。主基板３０は、この穴部１０ａと同径または若干大径の円盤状をなし、メッキ槽１０の底面に図示下方向から当接して穴部１０ａを塞いでいる。主基板３０は、メッキ槽１０に対して着脱自在な被メッキ材であり、詳細には図示されていないが、その表面（アノード２０との対向面）３０ａ上にはメッキ下地膜が予め形成されている。補助基板４０は、穴部１０ａ及び主基板３０よりも大径のリング状をなしており、図２に示すように主基板３０の周囲に位置している。この主基板３０と補助基板４０の間は電気的に絶縁された状態にあり、主基板３０と補助基板４０が導通しないようになっている。補助基板４０の位置は固定である。

主基板３０と補助基板４０の間には、主基板３０上に形成されたメッキ下地膜の溶解を防止する溶解防止回路５０が接続されている。溶解防止回路５０は、スイッチ５１と補助用陽極電源５２で構成され、メッキ槽１０にメッキ液５が注入される間（アノード２０がメッキ液５に浸っていないとき）、スイッチ５１を閉じて主基板３０と補助基板４０の間に補助用陽極電源５２を接続し、主基板３０を陽極として機能させる。メッキ槽１０がメッキ液５で満たされた後はスイッチ５１が開かれ、主基板３０及び補助基板４０はともに陰極として機能する。

アノード２０と主基板３０の間にはメイン電源３５が接続され、アノード２０と補助基板４０の間にはサブ電源４５が接続されている。メイン電源３５及びサブ電源４５は、メッキ形成用のパルス電源である。メッキ液５で満たされたメッキ槽１０内のアノード２０‐主基板３０間及びアノード２０−補助基板４０間にパルス電流を供給することにより、主基板３０の上にメッキ膜が形成される。ここで、パルス電流を用いるのは、レジスト等で囲まれた非常に狭い空間内にメッキ膜を所定の組成比で効果的にメッキ形成できるからである。補助基板４０は、上述したように主基板３０の外周を囲んで配置されているため、アノード２０‐主基板３０間とアノード２０−補助基板４０間が同時に通電されることにより、主基板３０上に形成されるメッキ膜の膜厚の均一化を促進させる。補助基板４０が設けられていないと、アノード２０から主基板３０に向けて流れるパルス電流の電流密度が主基板３０上の各部位で不均一になり、特に、主基板３０の中央と端での電流密度の差は非常に大きい。補助基板４０を設けることで、主基板３０上にメッキ形成されるメッキ膜は、補助基板４０を設けない場合に比べてより均一な膜に近づく。

上記構成の電気メッキ装置には、図２に示されるように、主基板３０及び補助基板４０の各々に、メイン電源３５及びサブ電源４５からの給電点が複数設けられている。図２（Ａ）は主基板３０の複数の給電点（電極棒３２ｂ）と補助基板４０の複数の給電点（電極接点ピン４０ｂ）の位置関係を示す模式平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

主基板３０は、メッキ槽１０の底面に装着されると、その表面３０ａの外周部で導電板３１に当接し、この導電板３１を介してメイン電極部材３２に電気的に接続される。導電板３１は、主基板３０の表面３０ａをメッキ槽１０内に露出させる開口を備えたリング状をなし、主基板３０との当接領域よりも外周側でメイン電極部材３２に接している。メイン電極部材３２は、図３に単体で示すように、主基板３０よりも大径リング状の電極薄板部３２ａと、この電極薄板部３２ａに直交する複数の電極棒３２ｂとを有する。複数の電極棒３２ｂは電極薄板部３２ａの周方向に沿って等間隔で配置され、本実施形態では９０度間隔で４本の電極棒３２ｂが設けられている。この４本の電極棒３２ｂの配設位置が、メイン電源３５から主基板３０に対する給電点となる。各電極棒３２ｂはメイン電源３５のマイナス接続端子側に接続され、メイン電源３５のプラス接続端子側にはアノード２０が接続されている。

補助基板４０は、絶縁材３３を介して導電板３１の上に設置され、上述したように主基板３０の周囲に位置している。補助基板４０の内周縁部は導電板３１の内周縁部に一致させており、絶縁材３３は導電板３１と補助基板４０の間に介在して両者の間を電気的に絶縁された状態で保持する。補助基板４０の外周縁部にはその裏面（メッキ液５に触れない側の面）に直交する壁部４０ａが周方向に沿って形成されており、この壁部４０ａに、電極接点ピン４０ｂが等間隔で複数設けられている。本実施形態では、メイン電極部材３２の複数の電極棒３２ｂと同様に、９０度間隔をあけて４本の電極接点ピン４０ｂが設けられている。この４本の電極接点ピン４０ｂの配設位置が、サブ電源４５から補助基板４０に対する給電点となる。各電極接点ピン４０ｂはサブ電源４５のマイナス接続端子側に接続され、サブ電源４５のプラス接続端子側にはアノード２０が接続されている。

図２（Ａ）に示されるように補助基板４０の複数の電極接点ピン４０ｂは、メイン電極部材３２の複数の電極棒３２ｂに対し、隣り合う電極棒３２ｂの中間位置よりもいずれか一方の電極棒３２ｂ側に寄せて配置されている。つまり、補助基板４０の給電点と主基板３０の給電点が近接している。補助基板４０のと主基板３０の給電点間隔が短ければ、主基板３０の給電点に集中する電流の影響をより効果的に緩和できる。

上記複数の電気接点部を介して各々接続された、アノード２０−主基板３０間及びアノード２０−補助基板４０間を同時に通電すると、アノード２０から主基板３０の端部に向かう電流の一部が補助基板４０に引き寄せられ、これによって主基板３０の端部に流れる電流量を低減する。主基板３０上では該主基板３０に対する給電点（電極棒３２ｂの配設位置）の近傍に電流密度が集中しやすいが、この給電点を等間隔で複数設けたことで電流密度の集中する部位は分散され、結果として、主基板３０上の電流密度分布が該主基板３０の周方向（中心部から外周部に向かう方向）に沿ってならされる。主基板３０上に形成されるメッキ膜の膜厚分布は、図４に示されるように、主基板３０の中心側では一様な膜厚を有し、外周側（補助基板４０側）に向かうにつれて徐々に膜厚が薄くなる同心円状の膜厚分布に改善される。このとき、主基板３０の複数の給電点（電極棒３２ｂ）に近接させた複数の給電点（電極接点ピン４０ｂ）を介してアノード２０−補助基板４０間に流れる電流を増減すると、該補助電流値の増減に伴って、主基板３０の外周側の電流密度分布が変化する。主基板３０上に形成されるメッキ膜の膜厚分布は、補助電流値を最適化することにより、図５に示されるような略一様の膜厚分布に改善することができる。補助電流値の最適化は、主基板３０上に形成されるメッキ膜の膜厚分布をチェックしながら行うことが好ましい。

ここで、主基板３０及び補助基板４０に電気接点部が１点しか設けられていない場合（比較例）では、図６に示されるように、主基板３０の一箇所（給電点）に電流密度が集中してしまい、補助基板４０を設けても主基板３０上の電流密度集中を緩和することが難しく、主基板３０上に形成されるメッキ膜の膜厚ばらつきを低減できない。より具体的には、メッキ成膜条件を最適化しても膜厚分布レンジ（膜厚ばらつき）が１１％を超えてしまう。この比較例に対して本実施形態は膜厚分布レンジを８．６％まで改善でき、主基板３０及び補助基板４０に給電点（電極棒３２ｂ、電極接点ピン４０ｂ）を複数設けたことが、形成されるメッキ膜の膜厚分布改善に有効に寄与することが明らかである。

以上の本実施形態では、主基板３０及び補助基板４０に４つの電気接点部をそれぞれ等間隔で設けたので、主基板３０上で電流密度がほぼ均等に分散されるが、主基板３０及び補助基板４０の各々に設ける電気接点部は４以上であってもよい。

本発明による電気メッキ装置の概略構成を示す部分断面図である。 （Ａ）は主基板に設けた複数の給電点と補助基板に設けた複数の給電点との配置態様を説明する模式平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 主基板に接続されるメイン電極部材を単体で示す斜視図である。 複数の給電点を介してアノード−主基板間及びアノード−補助基板間にそれぞれ給電し、主基板上に形成したメッキ膜の膜厚分布を示す模式図である。 複数の給電点を介してアノード−主基板間及びアノード−補助基板間にそれぞれ給電し、該アノード−補助基板間を流れる補助電流値を最適化して主基板上に形成したメッキ膜の膜厚分布を示す模式図である。 従来の電気メッキ装置において、１つの給電点を介してアノード−主基板間及びアノード−補助基板間にそれぞれ給電し、主基板上に形成したメッキ膜の膜厚分布を示す模式図である。

符号の説明

５ メッキ液
１０ メッキ槽
２０ アノード
３０ 主基板
３０ａ 表面（アノード対向面）
３０ｂ 裏面（アノード対向面とは反対側の面）
３２ メイン電極部材
３２ａ 電極薄板部
３２ｂ 電極棒
３３ 絶縁材
３５ メイン電源
４０ 補助基板
４０ｂ 電極棒
４５ サブ電源

Claims (5)

1. メッキ槽内に配置したカソードである主基板と、この主基板に所定間隔をあけて対向配置したアノードと、主基板の周囲に該主基板とは電気的に非接続で配置した補助基板と、アノードと主基板の間及びアノードと補助基板の間にそれぞれ電流を供給する電源とを有する電気メッキ装置において、
   前記主基板と前記補助基板の各々に、前記電源からの給電点を複数設け、かつ、前記補助基板に設けた複数の給電点は、前記主基板に設けた複数の給電点に対して、隣り合う給電点の中間位置からいずれか一方の給電点側へずらして配置されていることを特徴とする電気メッキ装置。
2. 請求項１記載の電気メッキ装置において、前記給電点は、前記主基板と前記補助基板の各々に少なくとも４以上設けられている電気メッキ装置。
3. 請求項１または２記載の電気メッキ装置において、前記主基板は円板状をなし、前記補助基板は該主基板の外周を囲む円環状をなしていて、前記複数の給電点は、前記主基板及び前記補助基板の周方向に等間隔で設けられている電気メッキ装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電気メッキ装置において、前記補助基板の給電点は、該補助基板の表裏面に対して直交させて設けた複数の電極棒により形成されている電気メッキ装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電気メッキ装置において、前記主基板の給電点は、該主基板の外周に接する導電板と、この導電板に対して直交させて設けた複数の電極棒とにより形成されている電気メッキ装置。

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