JP5114271B2

JP5114271B2 - めっきつきまわり評価装置および評価方法

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Publication number: JP5114271B2
Application number: JP2008091044A
Authority: JP
Inventors: 邦明石渡
Original assignee: METALOR TECHNOLOGIES (JAPAN) CORPORATION
Current assignee: METALOR TECHNOLOGIES (JAPAN) CORPORATION
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009242876A

Description

本発明は、電解めっき液のめっきつきまわりを評価する評価装置及び評価方法に関する。

電気めっき技術においては、従来、低電流密度、低めっき金属濃度で広く均一に電気めっきすること、即ちめっきつきまわり性良くめっきすることが要求されている。

めっき特性の一つであるめっきつきまわり性は、通常そのめっき液の組成に依存している。一般に、低電流密度の条件下でめっき液中のめっき金属が低濃度の場合に、つき回り性が良好である事が望まれる。

近年では、プリント配線基板に代表される電子回路基板の電極形成に、電気めっき技術が広く用いられている。電子回路の電極形成では、限定された狭い領域に電気めっきを行うことが要求され、部分めっき、スポットめっき等のめっき方法が用いられている。

めっき実操業において、めっき加工費用は、多くの場合加工工数の増加により上昇する。部分めっきで行われるマスキングや、めっき後にめっきの不要部分を剥離するめっき剥離は、工数増加による加工費用の上昇を伴うため好ましくないとされる。

最近では電子機器の軽薄短小化の市場要請に伴い、電子回路もその傾向を余儀なくされている。そのため、電極形成を行う部分めっきやスポットめっきは、少ない工程数で限定された領域に高い精度でめっきを行うことが要求されている。

部分めっき、スポットめっきの操業では、めっきつきまわり性が良いと広範囲にめっきされることになり、当該めっき素材部品の機能上不要な部分にまでめっきがされる欠点が生じる。従って、部分めっきやスポットめっきではつきまわりが良いことは必要とされず、むしろつきまわりの悪いめっき条件で、特定部分にのみ均一にめっきすることが好ましい。

このようにめっき皮膜のつきまわり性については必ずしも良好である事が好ましいわけではなく、それぞれ被めっき物の用途に従って要求される性質が異なっている。

めっきつきまわりの評価装置としては、特許文献１に記載の装置が知られている。この装置は、陽極板に対して斜めに陰極板を配設したハルセル試験槽の陽極板と陰極板との間に遮蔽板を挿入したものである。この装置は、陽極板からの距離に応じて陰極板に作用する電流密度が異なっている。そのため、所定のめっき液について最適な電流密度を決定する場合に適した装置となっている。このように、従来は個々のめっき液について良好な電流密度範囲を得る事を目的としてその評価方法や評価装置が開発されてきている。
特開２００６−２１４７５１号公報（特許請求の範囲、図１）

めっきの操業条件を設定する場合、実際にはめっきの組成を決定してから操業条件を決定することはまれで有る。ほとんどの場合、個別の操業条件に適合しためっき液を選定し、実操業を行う。

そのため、特許文献１に記載されためっきつきまわり評価装置は、実際のめっき操業条件の決定に適したものとはいえず、異なる組成のめっき液間でのめっきつきまわり性の比較を行い選定する場合に評価がわかりにくいものとなっている。

本発明は、めっき条件を一定にしてめっき液間で容易につきまわりを比較できる評価装置及び評価方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。

〔１〕電解槽と、前記電解槽内に配設された陽極板と、前記電解槽内に陽極板に対して垂直に配設された陰極板と、前記陰極板の両側に陰極板に平行に配設された２枚の遮蔽板であって、それぞれ陽極板から陰極板−陽極板間距離と等距離離間されるとともに、陰極板との間隔が２〜９ｍｍである遮蔽板と、を備えためっきつきまわり評価装置。

〔２〕電解槽と、前記電解槽内に配設された陽極板と、前記電解槽内に陽極板に対して垂直かつ互いに平行に配設された３枚の陰極板であって、それぞれ陽極板から等距離離間され、隣り合う陰極板間の間隔が２〜９ｍｍである陰極板と、を備えためっきつきまわり評価装置。

〔３〕陽極板と、前記陽極板に対して垂直かつ互いに平行な３枚の陰極板とを、陽極板と各陰極板との間隔を等距離離間させてめっき液に浸漬し、陽極板と各陰極板との間に電圧を印加して陰極板にめっき皮膜を析出させた後、３枚の陰極板のうち中央の陰極板に析出しているめっき皮膜の膜厚を陽極板に対して垂直方向に沿って測定する、めっきつきまわりの評価方法。

本発明の評価装置は、陽極板に対して陰極板が垂直に配置されている。また、めっきのつきまわり性の評価を行う陰極板が、２枚の陰極板又は遮蔽板により所定間隔離間して挟まれているため、陰極板に対して垂直方向からの電流が遮蔽される。そのため、めっきつきまわり性の評価に際してはめっき時の電流密度による影響を受けにくく、陽極と陰極間の電解電流密度の分布を考慮する必要がない。

本発明の評価装置は、異なる組成のめっき液について同一の電解条件でめっきを行い、めっきつきまわり性を相対評価するので、操業条件に適応しためっき液を容易に選定することができる。更には、めっき後に陰極板に形成されためっき膜厚を測定することにより、定量的にそのつきまわり性を評価することができる。

図１は、本発明のめっきつきまわり評価装置の一例を示す概略斜視図である。

図１中、１は電解槽で、３は陽極板である。陽極板３は、矩形に形成された電解槽１の底壁１ｃに対して垂直に電解槽１内に挿入されている。陽極板３の両端３ａ、３ｂは、それぞれ電解槽１の側壁１ａ、１ｂに固定され、その下端３ｃは電解槽１の底壁１ｃに固定されている。

電解槽１内には、電解槽１の底壁１ｃに対して垂直に、３枚の陰極板５１、５２、５３が挿入されている。陰極板５１〜５３は互いに平行で、陽極板３に対して垂直である。陰極板５１〜５３は同じ大きさに形成されており、各陰極板の一端５１ａ、５２ａ、５３ａと陽極板３との間隔はそれぞれ等間隔である。陽極板３は、不図示の外部電源の陽極に接続され、電解めっき時に電圧が印加される。陰極板５１〜５３は、互いに電気的に接続され、不図示の外部電源の陰極に接続されている。

なお、陰極板５１〜５３の間隔は、３〜９ｍｍとするが、３〜８ｍｍとすることがより好ましく、４〜６ｍｍとすることが更に好ましい。間隔が３ｍｍより小さいと、陰極板５１、５３による電流分布の遮蔽効果が大きくなりすぎ、９ｍｍを超えると、陰極板５１、５３による遮蔽効果が弱くなり、いずれの場合もめっき液相互のつきまわり性に差が生じにくくなり、相対評価が困難となる。陰極板５１と５２、５２と５３の間隔は、同一にする必要はなく、互いに平行であればこれらの間隔は異なっていてもよい。

陰極板５１〜５３の陽極板に対して垂直方向の長さは特に限定されないが、めっきつきまわりの評価を十分な範囲について行うため５〜２０ｃｍとすることが好ましく、８〜１５ｃｍとすることがより好ましい。

陰極板５１〜５３の陽極側一端５１ａ、５２ａ、５３ａから陽極板３までの距離は、２０〜８０ｍｍとすることが好ましく、４０〜６０ｍｍとすることがより好ましい。２０ｍｍより小さいと高電流分布に加えて、拡散や泳動によって供給される金属イオンが不足し、つきまわりの差が顕著で無く、正しい結果が得られにくい。８０ｍｍより大きいと、逆に、金属イオンの供給は問題無いが低電流分布のために、つきまわりの差が顕著で無く、結果の判定がしにくい。

図１においては陽極板３の両端３ａ、３ｂが電解槽１の側壁１ａ、１ｂに接している場合を示したが、陽極板３の両端は、電解槽１の側壁に接していなくてもよい。陽極板３の一端３ａから他端３ｂまでの長さは、少なくとも陰極板５１から５３までの距離より長く形成されていることが好ましい。

陽極板３及び陰極板５１、５２、５３の高さは特に制限されないが、電解槽１内にめっき液を注ぎ入れたときにその上端がめっき液の水面より高くなるように形成されていることが好ましい。

陽極板３及び陰極板５ａ〜５ｃの材質は特に制限されず、従来電解めっきの陽極、陰極に使用されている金属材料をいずれも用いることができる。陽極板の材質としては、例えば白金めっきチタンメッシュ等を、陰極板の材質としては、必要によりＮｉめっきを行ったハルセル板等を挙げることができる。通常は、陰極板の材質には、実際のめっき操業時に使用される被めっき物と同じ素材が使用される。

上記説明においては、陽極板３及び互いに平行な３枚の陰極板５１、５２、５３が、電解槽１の底壁１ｃに対して垂直に挿入されている場合について説明したが、陽極板と陰極板とが互いに垂直で、陽極板と各陰極板との間隔が等間隔であれば、これらは底壁１ｃに対して垂直でなくても良い。更に、電解槽１の形状も、矩形のものに制限されず、任意の形状とすることが可能である。

電解槽１には、必要に応じて、加熱装置、撹拌装置等が取り付けられていてもよい。

上述した本発明の評価装置を用いてめっきつきまわりを評価するに際しては、電解槽１内に評価対象となるめっき液７を注ぎ入れ、その後陽極板３と陰極板５１〜５３との間に外部電源から電圧を印加する。

めっき液の容量は特に制限されないが、電解めっき時に十分な量の金属イオンを供給するため、電解槽内に25ｍｍ以上の高さになるまで注ぎ入れることが好ましい。

陽極板と陰極板との間に印加する電圧の大きさは、めっき操業時の条件に合わせて設定される。通常は、陽極板３と陰極板５２との間に流れる電流が０．１〜１．０Ａ／ｄｍ^２、好ましくは０．３〜０．８Ａ／ｄｍ^２となるように設定する。

上記態様においては、陰極板５１、５２、５３を並列に外部電源の陰極に接続したが、これに限られず、以下の態様とすることも可能である。陰極板５２はめっき皮膜を形成させてめっきつきまわりを評価するため、必ず通電する必要があるが、陰極板５１、５３については、必ずしも通電は行わなくてもよい。しかしながら、評価対象とするめっき液間でめっきつきまわりの差をより明瞭なものとするため、陰極板５１、５３についても通電を行うことが好ましい。

陰極板５１、５３は、通電を行わない場合、例えば合成樹脂等の非導電性の材料で形成されたじゃま板や、陰極板５２と電気的に接続されていない金属製の遮蔽板等であってもよい。合成樹脂製のじゃま板は、金属イオンの泳動を遮断するが、陰極板５２の垂直方向に作用する電場を遮蔽することができないので、金属製の遮蔽板を用いる方が好ましい。

めっき液の液温はめっき実操業時の液温と同程度にすることが好ましい。一般には、電解めっきの液温は、１５〜７０℃であり、好ましくは３０〜６５℃である。

めっき時間は、めっき液の組成等により異なるが、30〜60秒程度とする。短時間のめっきではめっき膜厚が不足し、めっき液相互のつきまわり性の差が判別しにくく、一方、めっき時間が長時間に及ぶと、カソード電極板の全体にめっきが及び、目視による判別が困難になる。

めっき液の攪拌は行っても、行わなくてもよいが、金属イオンの拡散によるめっきつきまわり性への影響を排除する観点からは攪拌は行わない方が好ましい。

電解めっき後、中央に配置された陰極板５２のめっき皮膜厚を測定する事により、つきまわり性を評価する。陰極板５２は、陰極板５１、５３により陰極板５２に対して垂直方向からの電解電流が遮蔽されているので、主として陰極板５２に平行な方向の電解電流の影響を受けている。めっき皮膜の膜厚分布は、陽極板に対して垂直方向（図１においては水平方向）に沿って行うことが好ましい。

なお、３枚の陰極板全てに通電する場合には、３枚の陰極板のいずれもめっきつきまわり評価に使用することが可能である。その場合、陰極板５１、５３については陰極板５２側の面を評価に用いることが好ましい。

めっきつきまわり性の評価は、陰極板とめっき皮膜とが目視により判別できる場合には、めっき皮膜の視認により行うことも可能である。

透明アクリル板による240ｍｍｘ50ｍｍｘ120ｍｍＨの長方形型の容器に、約25ｍｍの深さまでめっき液を注ぎ入れた。その後、図１に示すように、容器内にアノード及び３枚のカソードを挿入した。アノードにはＰｔめっきＴｉメッシュ電極を50ｍｍｘ120ｍｍとして用いた。カソードには、めっき領域を視認し易くするためＮｉめっきを行ったハルセル板（100ｍｍｘ70ｍｍ）を用いた。アノードと各カソードの間隔は、45ｍｍとした。カソードの間隔は、それぞれ５ｍｍとした。

アノード、カソード間に1.0Ａ／ｄｍ^２の一定電流密度を印加し、30秒間又は60秒間電解した。

めっき液には２種類の金めっき液を用い、後述する方法によりめっきつきまわり性の評価を行った。使用した金めっき液の組成は以下の通りである。

ストライク金めっき液（１）
KAu(CN)₂ Au=1.5 g/l
クエン酸 25ｇ/ｌ
クエン酸カリウム 75ｇ/ｌ
ｐＨ＝４．８
ストライク金めっき液（２）
KAu(CN)₂ Au=1.0 g/l
クエン酸 45ｇ/ｌ
クエン酸カリウム 55ｇ/ｌ
ｐＨ＝４．０

〔膜厚測定〕
めっき試験後のカソード中央電極板についてめっき皮膜厚を測定した。膜厚の測定には、セイコーインスツルメンツ社製、ＳＥＡ５１２０を使用した。電解時間30秒の場合の測定結果を図２に、60秒の場合の測定結果を図３に示す。

図２、図３において、横軸は、測定した位置のアノード端からの距離を示している。また、Ａ面は、アノードに向かって右側の面（即ち、図１において、陰極板５１側の面）を、Ｂ面は、左側の面（同図において、陰極板５３側の面）を示している。

図２に示すように、カソード電極上の膜厚分布は、ストライク金めっき液（１）、ストライク金めっき液（２）のいずれの場合も、アノード電極から遠ざかるに伴い低下した。

ストライク金めっき液（１）の場合、0.01μｍ以上の膜厚の金めっき皮膜は、Ａ面の場合にはアノード端から５５ｍｍ、Ｂ面の場合にはアノード端から６５ｍｍまで形成されている。

一方、ストライク金めっき液（２）の場合、0.01μｍ以上の膜厚の金めっき皮膜は、Ａ面についてはカソード端から25ｍｍ、Ｂ面についてはカソード端から30ｍｍまで形成されている。

両めっき液のめっきつきまわり性の差を比較すると、ストライク金めっき液（１）の方がつきまわり性に優れている。また、めっき素材の狭い一定領域に選択的にめっきする場合には、つきまわり性が低く、比較的めっき皮膜の膜厚の変化が少ないストライクめっき液（２）の方が適していることが明らかである。

60秒間電解を行った図３の場合、ストライク金めっき液（１）、ストライク金めっき液（２）のつきまわり性に関しては図２と同様の傾向が見られたが、めっき膜厚が厚いためにその差が顕著になっていない。

本電解時間では30秒間電解を行ったときよりも、より遠い位置まで0.01μｍ以上の膜厚の金めっき皮膜が形成されている。従って、よりつきまわり性の高いストライクめっき液（１）はスケールアウトとなった。

本発明のめっきつきまわり評価装置の一例を示す概略斜視図である実施例１において測定したカソードのめっき皮膜の膜厚分布を示すグラフである。実施例１において測定したカソードのめっき皮膜の膜厚分布を示すグラフである。

符号の説明

１電解槽
３陽極板
７めっき液
５１、５２、５３陰極板

Claims

電解槽と、前記電解槽内に配設された陽極板と、前記電解槽内に陽極板に対して垂直に配設された陰極板と、前記陰極板の両側に陰極板に平行に配設された２枚の遮蔽板であって、それぞれ陽極板から陰極板−陽極板間距離と等距離離間されるとともに、陰極板との間隔が２〜９ｍｍである遮蔽板と、を備えためっきつきまわり評価装置。
電解槽と、前記電解槽内に配設された陽極板と、前記電解槽内に陽極板に対して垂直かつ互いに平行に配設された３枚の陰極板であって、それぞれ陽極板から等距離離間され、隣り合う陰極板間の間隔が２〜９ｍｍである陰極板と、を備えためっきつきまわり評価装置。
陽極板と、前記陽極板に対して垂直かつ互いに平行な３枚の陰極板とを、陽極板と各陰極板との間隔を等距離離間させてめっき液に浸漬し、陽極板と各陰極板との間に電圧を印加して陰極板にめっき皮膜を析出させた後、３枚の陰極板のうち中央の陰極板に析出しているめっき皮膜の膜厚を陽極板に対して垂直方向に沿って測定する、めっきつきまわりの評価方法。