JP5637428B2 - めっき装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）に代表されるエリアアレイ端子型パッケージの端子等に用いられる、電子部品用複合ボールのはんだめっき層の形成に好適なめっき装置に関するものである。

半導体パッケージの高密度化に伴い、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）に代表されるエリアアレイ端子型パッケージの端子等に用いられる、はんだめっき層を形成した電子部品用複合ボールの直径はさらに小さくなり、直径５００μｍ以下のボールの要求が高まっている。
このような小さい直径のボールにめっきを施すためには、めっき処理中のボール同士の付着を防止するために、ボールの分散性を向上させる必要がある。

特許文献１に開示されるめっき方法においては、陰極を槽内内周部に、陽極を槽内中央部に配置した水平方向に回転可能な密閉されためっき槽を高速回転させ、正転、逆転を周期的に繰り返すことで、ボールの分散性を向上させ、ボール同士の付着を防止している。
特許文献１に開示される方法では、高速回転の遠心力によって、めっき槽内に装入されためっき液を回転円周部に配置されたポーラスリングからめっき液を排出しながらめっきを行なうため、めっき槽内へめっき液の補給を常に行なう必要があった。

一方、めっき液の補給を省略する目的で、特許文献２には、めっき液が貯留されている槽に被めっき処理品が装入されるバスケットを埋没するように配置しためっき装置が開示されている。

また、平滑かつ均一なめっき層を形成するには、めっき液の温度が適正でなければならない。（例えば非特許文献１）

特開平１１−９２９９４号公報 特開平１１−３５０１９９号公報

めっき技術ガイド、藤ヶ谷雄章、日本鍍金材料共同組合

上述した特許文献２に開示されるめっき装置は、めっき液の補給を省略できる点では装置構成が簡略され有利であるものの、少量のめっき処理をする場合であっても、めっき槽を満たすための高価なめっき液を大量に必要とするため、経済的には不利である。
これらの問題は、特に電子部品用複合ボール等の微小球体へのめっきを行なう上で大きな問題となる。
本発明の目的は、垂直軸で水平回転可能なめっき槽を用いためっき装置において、高価なめっき液を大量に使用することなく、めっき層の形成に重要なめっき液の温度変化を抑制することができ、平滑かつ均一なめっき層を形成できるめっき装置を提供することである。

本発明者は、垂直軸で水平回転可能なめっき槽を用いたときの、めっき処理中のめっき液温度を制御することを検討した。そして、めっき槽の外周部に温度調整溶液を保持する外槽を配置する構成を採用することで、高価なめっき液を大量に使用することなく、温度制御性を大きく改善できることを見出し本発明に到達した。

すなわち本発明は、垂直軸で水平回転可能なめっき槽と、該めっき槽内周部に配設された陰極と、前記めっき槽内中央部に陽極とを具備するめっき装置において、前記めっき槽はめっき液を保持して、該めっき液を保温、冷却または加温する温度調整溶液を保持する外槽内に配置され、前記めっき槽の外周部は前記温度調整溶液に接しているめっき装置である。
本発明のめっき槽の内周部は、円盤状の底部に接続し前記底部を拡張するように続く第１傾斜部と、該第１傾斜部に接続する円筒部と、該円筒部に接続し前記円筒部を縮小するように続く第２傾斜部とを具備することが好ましい。
また、陰極を前記円筒部に配設することがより好ましい。
また、前記外槽には、前記温度調整溶液を保温、冷却または加温する温度調節装置を具備することが好ましい。

本発明によれば、垂直軸で水平回転可能なめっき槽を用いためっき装置において、めっき層の形成に重要なめっき液の温度を制御することができるとともに、高価なめっき液を大量に使用することなく、平滑かつ均一なめっき層を形成できるため、有効な技術である。

本発明めっき装置の一例を示す模式図である。 本発明の他の例を示す模式図である。

上述したように、本発明の重要な特徴は、めっき液を保温、冷却または加温する温度調整溶液を保持する外槽内にめっき槽を配置し、めっき槽の外周部は前記温度調整溶液に接する構成を採用したことにある。
本発明のめっき装置は、めっき槽の外周部が温度調整溶液に接することで、めっき液を間接的に保温、冷却または加温することができる。これにより、温度変化しやすい少量のめっき液によるめっき処理であっても、めっき液の温度変化を緩和することが可能となり、平滑かつ均一なめっき層の形成が実現できる。

以下、本発明のめっき装置について詳しく説明する。図１は、本発明のめっき装置の一例を示す模式図である。
本発明のめっき装置は、垂直軸１に支持された水平回転可能なめっき槽２と、該めっき槽内周部に配設された陰極２ｃと、めっき槽２内の中央部に陽極３とを具備するめっき装置において、めっき槽２内にはめっき液６を保持する。そして、めっき槽２は、めっき液６を冷却または加温する温度調整溶液５を保持する外槽４内に配置され、めっき槽２の外周部は温度調整溶液５に接しており、めっき液６の温度変化を緩和することができる構成を採用する。これにより、本発明のめっき装置は、形成するめっき組成に応じた適正温度のめっき液を用いてめっきすることができる。

垂直軸１は、外槽底部４ａを貫通し、めっき槽底部２ａを支持している。垂直軸１と外槽底部４ａの貫通部分には、外槽４に保持された温度調整溶液５が漏れないように、シーリーングをする。また、垂直軸１は、正回転と逆回転することができるようになっている。めっき槽２には、めっき液に不活性な材料、例えばプラスチックなどを使用できる。

陽極３は、陽極として機能し得る材料により構成することができ、めっき槽２の回転動作の妨げとならない形状とすることが好ましい。陽極３に陽極スラッジがめっき液６に流失しないようにアノードバックを取り付けても良い。

外槽４は、めっき液に不活性なプラスチックやガラスまたは樹脂コーティングされた金属を用いることができる。外槽底部４ａと外槽側面４ｂは異素材の構成でも良く、外槽底部４ａと外槽側面４ｂは、メンテナンス性を良くするために取り外せる構成にしても良い。また、外槽４の形状は、めっき槽２の回転時に温度調整溶液５の液流抵抗を減らすために円筒形が好ましい。

温度調整溶液５は、形成するめっきに応じて、最適なめっき液温度を維持するためのものである。温度調整溶液５には、水を用いることが好ましい。これは、温度調整溶液５の安全でかつ温度管理などの取扱いが容易で、調達し易く経済的なためである。また、温度調整溶液５の使用温度としては、５℃〜９０℃の範囲が適用できる。

本発明のめっき装置では、めっき槽２は、円盤状の底部２ａと、該底部に接続し前記底部を拡張するように続く第１傾斜部２ｂと、該第１傾斜部に接続する円筒部２ｃと、該円筒部に接続し前記円筒部を縮小するように続く第２傾斜部２ｄとを具備することが好ましい。そして、第１傾斜部と第２傾斜部の間の円筒部２ｃに陰極を配置することで、遠心力によりめっき槽内側面に張り付いた被めっき物が陰極に集まり易くなり、効率的にめっきを行なうことができる。また、本発明のめっき装置は、特許文献１や２のようにめっき槽側面や底面に隙間を設ける必要がないため、高価なめっき液を大量に消費することなく、微小な被めっき物を損失せずにめっきを行なうことができる。
めっき槽２の円筒部２ｃの一部に配置する陰極には、例えばチタン、真ちゅう、ステンレス、銅などを使用できる。

図２に本発明のめっき装置の、別の形態の模式図を示す。
本発明のめっき装置は、温度調整溶液５を冷却または加温する、電気ヒーターや循環型チラーといった温度調節装置８を外槽４に付けることが好ましい。また、このとき、外槽４またはめっき槽２内に温度センサー９を配置することで、電気ヒーターや循環型チラーといった温度調節装置８と連動して、最適なめっき液温度を維持することができる。これにより、めっき液６が適正な温度を維持した状態でめっきを行なうことができる。
また、図示していないが、外槽底部４ａには温度調整溶液５を排出するための配管を設けて、温度調整溶液５を循環させる循環機構を設けることもできる。

また、本発明のめっき装置における、めっき槽２に保持されるめっき液６は、図２に示すように、送入パイプ１０により送入し、排出パイプ１１により排出する機構を付けてもよい。例えば、めっき槽２に送入するめっき液を予め適正な温度と成分に調整し、送入ポンプで送入パイプ１０より送入され、排出ポンプで排出パイプ１１より排出する構成とすることができる。これにより、めっき電解量が多く、陽極３に不溶性陽極を用いた際にめっき液中の成分濃度が下降することを防ぎ、一定の成分濃度を維持できるため、平滑性や外観および合金組成が安定しためっき皮膜を得られる。

以下、本発明のめっき装置の適用例を説明する。
例えば、Ｎｉめっき層を形成する際には、めっき液温度を６０℃付近で使用することが好ましいが、外気との温度差でめっき液温度が下降する場合がある。Ｎｉめっきのめっき液温度が下降すると、めっき液中の成分の溶解度が減少するため塩が析出する。この塩がめっき層に取り込まれると、表面のザラつきなどの不良を引き起こす。また、めっき液の成分濃度が安定しないため、正確な膜厚制御が困難になる。本発明のめっき装置は、めっき液の温度変化を緩和することができるので、このようなめっきをする際に、有効である。

本発明の有効性を確認するために、図２に示す本発明のめっき装置を用いて微小金属球７にＮｉめっき層を形成した。めっき液温度を６０℃付近で使用するために、めっき槽２に６０℃のＮｉめっき液を入れ、外槽４に温度調整溶液５として６０℃の水をめっき槽上部２ｅの水平面より低く、第２傾斜部２ｄが浸漬するように入れ、図２に示すように温度調節装置として電気ヒーター８と温度センサー９を配置し、めっき液の温度を維持するようにした。
微小金属球７をめっき槽２に送入後、陽極３を設置し、垂直軸１を正回転と逆回転を交互に繰返し、被めっき物が遠心力により陰極２ｃに接触した時に通電し、めっきを行なった。このとき、めっき槽２を支持する垂直軸１を加速回転→定速回転→減速回転→休止の回転パターンで動作し、定速回転時にのみ通電してめっきを行なうことで平滑性や外観が良好なめっき層を形成することができ、本発明の有効性が確認できた。

本発明のめっき装置の別の適用例を以下に説明する。
はんだめっき層を形成する際には、めっき液温度を２０℃付近で使用することが好ましいが、電解に伴う発熱により液温度が上昇してしまうことがある。Ｓｎめっき液の液温が上昇すると、めっき液中の２価のＳｎが酸化し、４価のＳｎになる反応が速くなるなど、めっき液の安定性を損なうため、正確な膜厚制御や合金組成の制御が困難になる。本発明のめっき装置は、めっき液の温度変化を緩和することができるので、はんだめっきをする際にも有効である。

本発明の有効性を確認するために、図２に示す本発明のめっき装置を用いて微小金属球７にはんだめっき層を形成した。めっき液温度２０℃付近で使用するために、めっき槽２に２０℃のはんだめっき液を入れ、外槽４に温度調整溶液５として２０℃の水をめっき槽上部２ｅの水平面より低く、第２傾斜部２ｄが浸漬するように入れ、図２に示すように温度調節装置として循環型冷却チラー８と温度センサー９を配置し、めっき液の温度を維持するようにした。
そして、上述したＮｉめっき層の形成と同様な回転動作で、垂直軸１を回転しながらめっきを行なった。このとき、はんだめっき層を厚くするために、図２に示すように送入パイプ１０と排出パイプ１１を使用して、はんだめっき液中の成分濃度を一定に保つようにした。これにより、平滑性や外観および合金組成が良好で安定しためっき皮膜を得ることができ、本発明の有効性が確認できた。

１．垂直軸
２．めっき槽
２ａ．めっき槽底部
２ｂ．第１傾斜部
２ｃ．陰極
２ｄ．第２傾斜部
２ｅ．めっき槽上部
３．陽極
４．外槽
４ａ．外槽底部
４ｂ．外槽側面
５．温度調整溶液
６．めっき液
７．微小金属球
８．温度調節装置
９．温度センサー
１０．送入パイプ
１１．排出パイプ

Claims (1)

1. 垂直軸で水平回転可能なめっき槽と、該めっき槽内周部に配設された陰極と、前記めっき槽内中央部に陽極とを具備するめっき装置において、前記めっき槽の内周部は、円盤状の底部に接続し前記底部を拡張するように続く第１傾斜部と、該第１傾斜部に接続する円筒部と、該円筒部に接続し前記円筒部を縮小するように続く第２傾斜部とを具備し、前記円筒部に陰極が配設されており、前記めっき槽上面は、底部と平行な平板状の上蓋で覆われ、該上蓋の中央部には、開口部が形成され、該開口部には円筒部材が接続されており、前記めっき槽はめっき液を保持して、該めっき液を保温、冷却または加温し、前記めっき液を所定の温度に維持する温度調整溶液を保持する外槽内に配置され、前記めっき槽および前記上蓋ならびに前記円筒部材が前記温度調整溶液に接しており、前記外槽には、前記温度調整溶液を保温、冷却または加温する温度調節装置を具備することを特徴とするめっき装置。