JP6713536B2 - 金属めっき法 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、基材を電気化学的に処理するための方法、すなわち基材への金属めっきに関する。さらに本発明は、基材ホルダ受け装置および電気化学的処理装置に関する。

発明の背景
多くの電気化学的プロセス、特に金属めっきでは、電解質流を使用して基材に金属イオンを運ぶことによって基材を処理する。典型的には、電解質中のイオンにより電荷を運んで基材を電気的に接続させることによって、このプロセスに電子を供給する。電解質流の化学的、水力学的および幾何学的特性によって基材に運ばれるイオンの量が決まり、特に基材の特定の領域に運ばれるイオンの量が決まる。典型的なプロセスでは、この基材上の特定の箇所に到達するイオンの量によって、処理の強度が決まる。

多くの電気化学的プロセスでは、均一な処理が求められる。これを達成するためには、基材の各点に同量のイオンを運ぶことが望ましい。通常は、少なくとも１つのノズルを用い、このノズルに電解質を通して電解質を基材へと向かわせる。これによって、ノズルを向ける、したがって電解質流を向かわせる基材の各点での処理強度が高まる。金属めっきプロセスでは、これによってこうした各点でのコーティング厚が増してコーティングが不均一となる。さらに、電解質流は均一ではない。したがって、このことからも不均一性が生じる。

従来技術では、電解質流を基材へと向かわせる少なくとも１つのノズルによって生じる濃縮効果に関して電解質流を距離全体にわたって均一化することを目的として、アノードと基材との間に最大限の距離をおくように選択される場合が多い。これによって有用な結果が生じるが、しかしこれには改善の余地がある。この目的を達成するため、従来技術ではノズルに対して基材を移動させるプロセスが知られており、これは基材の処理を均一化するために行われる。こうした移動は、基材の固定点の周囲での基材全体の円状の移動として行われる。

この公知の方法の欠点の１つとして、コーティング厚が依然として非常に不均一であるため、こうした固定点の領域の周囲で円状の移動が行われるという点が挙げられる。

発明の目的
したがって従来技術に鑑み、本発明の目的は、より均一な結果が得られる、改良された電気化学的プロセスを提供することにあった。

発明の概要
本発明の主題は、請求項１に記載の、基材を電気化学的に処理するための方法である。

本発明によれば、第１の経路に沿った第１の移動が行われる。この移動は、基材表面に沿って行われる。この第１の移動に加えて、この第１の経路に沿って、第２の移動が第２の経路に沿って行われる。このようにして基材と電解質流との全体的な相対的移動が行われ、この相対的移動は、基材表面に沿ったこの第１の経路と第２の経路とを合わせて得られる経路によって決まる。要するに、第１の移動に第２の移動を加えた結果、電解質流と基材表面との間での相対的移動が生じる。この第１の移動と第２の移動とを別々の移動ユニットで行ってもよいが、第１の経路と第２の経路とを制御した状態で合わせるためには、電気制御可能な単一の移動ユニットを用いることが好ましい。こうした第１の移動と第２の移動との足し合わせは、幾何学的に行われる。これを同時に行うことも可能ではあるが、必ずしも同時に行わねばならないわけではない。第１の移動も第２の移動も、基材と電解質流との間での相対的移動である。

電解質流と基材との間でのこうした相対的移動の利点の１つとして、はるかにより分散した様式でめっきを生じさせうるという点が挙げられ、これによってコーティング厚がより均一になる。このことは、第１の経路の移動および第２の経路の移動を、得られる経路が重なり合うようにして行った場合に起こりうるが、しかし、得られる経路が重なり合わない場合にも起こりうる。なぜならば、得られる理論上の経路であって、該経路に沿って基材ホルダと電解質流との間で相対的移動が行われるところの経路よりも、局所的に集中した電解質流の処理範囲の方が広いためである。したがって、得られる経路が重なり合わなくとも、処理範囲は重なり合うことができる。

本発明の理解をより深めるため、以下の発明の詳細な説明を付属の図面と併せて考察して参照する。

図１に、第１の移動の第１の経路と第２の移動の第２の経路とを合わせて得られる経路の概略図を示す。 図２に、２行×２列の配列の形態の停止点のパターンの概略図を示す。 図３に、３行×３列の配列の形態の停止点のパターンの概略図を示す。 図４に、４行×４列の配列の形態の停止点のパターンの概略図を示す。 図５に、５行×５列の配列の形態の停止点のパターンの概略図を示す。 図６に、６行×６列の配列の形態の停止点のパターンの概略図を示す。 図７に、平坦な材料にめっき処理を施すための装置の基材ホルダ受け装置を示す。 図８に、電気化学的処理装置の概略図を示す。 図９Ａは、従来技術による方法を用いた実験の結果であって、めっきを行ったコーティングの厚さを基材全体にわたって示したものである。 図９Ｂは、図９Ａと同一の結果を等高線表示で示したものである。 図１０Ａは、本発明による方法を用いた実験の結果であって、めっきを行ったコーティングの厚さを基材全体にわたって示したものである。 図１０Ｂは、図１０Ａと同一の結果を等高線表示で示したものである。

発明の詳細な説明
局所的に集中した複数の電解質流を用いて上記の方法を実施することが好ましい。その場合、上記の方法により、基材表面上のある１つの専用部分を、局所的に集中した複数の電解質流のうちの１つを用いて処理することが好ましい。好ましくは、基材表面上の専用部分は、基材表面の大部分にわたっており、より好ましくは基材表面全体にわたっており、その際、基材表面上で各専用部分の間に間隙が存在しないことが好ましい。基材表面の複数の専用部分の処理を、局所的に集中した複数の電解質流を用いて同時に行うことが好ましい。局所的に集中した複数の電解質流は、例えば、局所的に集中した電解質流の数と一致する数のノズルによって生成可能である。国際公開第２０１４／０９５３５６号（ＷＯ ２０１４／０９５３５６）には、第１の装置要素としてノズルプレートが開示されており、ここに本特許出願明細書の一部を構成するものとしてその内容を援用する。好ましくは、金属、好ましくは銅を基材に垂直にめっきするための装置であって、前記装置は、互いに平行に垂直に配置された少なくとも第１の装置要素と第２の装置要素とを備え、第１の装置要素は、複数の貫通導管を備えた少なくとも第１のアノード要素と、複数の貫通導管を備えた少なくとも第１のキャリア要素とを備え、前記少なくとも第１のアノード要素と前記少なくとも第１のキャリア要素とは、互いに堅固に接続されており；第２の装置要素は、処理すべき少なくとも第１の基材を受けることができるように適合された少なくとも第１の基材ホルダを備え、前記少なくとも第１の基材ホルダは、処理すべき少なくとも第１の基材を受けた後にその外側フレーム部に沿って該基材を少なくとも部分的に取り囲み、前記少なくとも第１の装置要素の第１のアノード要素と第２の装置要素の少なくとも第１の基材ホルダとの間の距離は、２〜１５ｍｍの範囲であり；前記第１の装置要素の第１のキャリア要素の複数の貫通導管は、キャリア要素表面上の垂線に対して１０°〜６０°の角度の直線の形態で第１のキャリア要素を貫通する装置が開示される。

局所的に集中した電解質流によって基材全体を覆うことができるようなノズルの配置が好ましい。ノズルの配置が、基材の輪郭と一致する輪郭を有することが好ましい。基材表面での電解質流の流速が、基材の中央部から境界部に向かって高まることが好ましい。これを達成するために、基材の境界部近傍に適用するノズル密度を比較的低くすることができる。

第１の経路の周縁が、基材表面の専用部分の形態と一致することが好ましい。基材の専用部分の形態としては、表面を該形態によって完全に覆うことができるようなものが好ましく、例えば長方形、正方形、六角形または三角形の形態であることが好ましい。基材表面を形状の異なる専用部分で覆うことも可能であるが、異なる専用部分が一緒になって表面全体を覆うことも可能である。この例は、数学やタイル面でよく知られている。

第１の経路が、第２の経路の形態とは異なる形態を有することが好ましい。このようにして第１の経路を基材の輪郭に適合させることができ、一方で、均一性を良好にすべく、ある第２の経路をこれ以外の１つまたは複数の第２の経路と良好に重なり合うように適合させることができる。例えば、これは第２の経路の形態および大きさに関係する。

本方法を、電気化学的処理装置において用いることが好ましい。かかる電気化学的処理装置では、電解質流を生じさせるノズルと基材との間の距離は、好ましくは１０ｍｍ〜２５ｍｍであり、最も好ましくは１７．５±２．５ｍｍである。これは、一般的な電気化学的処理装置よりもはるかに短い距離である。１つの基材につき多数の小さなノズルを備えることが好ましく、例えば、基材の少なくとも一部または基材全体にわたって１０ｃｍ^２あたり約１つのノズルを備えることが好ましい。これに加えてまたはこれに代えて、ノズルと基材との間の距離を、隣り合う２つのノズルの間の距離の１／３〜３倍とすることができる。各ノズルが、基材に向いたそれらの端部で約１ｍｍの直径を有することが好ましい。こうした条件によって、典型的にはノズルと基材との間の距離がこれよりもはるかに長い一般的な電解処理と比較して、基材における処理強度が、はるかにより不均一でかつほぼ点状の分布を示すようになる。基材におけるノズルからの流れの打撃点では、それまでに何も使用されていなかったため電解質の元の成分の濃度は最大であり、その結果、基材表面のうちの流れの打撃を直接受けない他の部分とは異なる処理条件が生じる。さらに、成分濃度以外の処理条件によって非連続的な効果が生じることもある。例えば、基材表面上のほぼ点状の打撃範囲におけるある１つのノズルからの流速および／または流れの圧力分布が不均一である場合があるため、さらなる措置を施さなければ、この点でのコーティング厚は不均一となる。こうした効果も、本方法によって均一化される。

基材は、ノズルからの電解質流で覆われる範囲より小さくてもよい。したがって、より汎用性の高い方法および装置をそれぞれ提供することができる。

ノズルを、斜めにして基材に向けることが好ましい。電解質を、寸法が約４００×６００ｍｍまたは約５００×５００ｍｍである典型的な基材へと向かわせ、３０〜４０ｌ／分の体積流量で流すことが好ましい。電解質流を、水平の流れ方向で基材へと向かわせることが好ましい。流速は、好ましくは２０〜３５ｍ／ｓである。電解質をノズルに通して押し出すのに、約８００ミリバールの圧力を用いることが好ましい。

好ましくは、本方法を実施できるように構成された装置において、基材を、向かい合う２つの面から処理することができる。その場合、基材の両面を処理するには、第１の移動を１回行いかつ第２の移動を１回行えば十分である。その場合、対応する電解質流を基材の向かい合う各面へと向かわせることが好ましい。基材の向かい合う各面に到達するようにするため、各電解質流は異なる方向を有し、好ましくは逆向きの方向を有する。各電解質流が互いに一定の位置を有することが好ましい。

電解質流が連続的であることが好ましい。少なくとも１つの貫通導管を備えたアノードを使用して基材ホルダ内の基材を処理することが好ましい。基材ホルダが、基材をその周縁で取り囲むことが好ましい。ノズルから基材表面までの電解質流の長さが、基材表面の比較的大きな寸法よりも短いことが好ましく、電解質流の長さが、基材表面の比較的大きな寸法の１／１０よりも短いことがより好ましい。このように、アノードと基材表面の専用部分との間の距離を可能な限り短くすることで、処理プロセスを行う位置の精度が有利にも高くなる。このことも、コーティング厚の均一性向上の一助となりうる。

本方法の一実施形態では、第１の経路に沿って第２の移動を２回以上行う。このようにして、第２の移動を第１の移動よりも多い回数分実行する。こうして、第１の移動によって処理すべき範囲と、第２の移動による処理の詳細とを定めることができる。

さらなる実施形態では、第２の移動を１回目に実行する際の第２の経路は、第２の移動を２回目に実行する際の第２の経路と重なり、その際、第２の経路がすべて、少なくとも１つの他の第２の経路と重なることが好ましい。

こうした電解質流と基材との間での相対的移動の利点の１つに、基材表面上の単一の箇所に対して、第２の移動を様々に実行することによって衝撃を与えることができるため、この箇所を第１の移動の際に２回以上処理することができるという点が挙げられる。このことは、基材上の多数の箇所について該当しうる。このようにしてコーティング厚の均一性を良好にすることができるとともに、表面を良好に確実に完全に覆うことができる。ある処理領域内で得られる経路の一部が、これに隣接する処理領域内で得られる経路の他の部分と交差する結果、基材表面の多数の処理領域が互いに重なり合うことが好ましく、その際、この処理領域は、単一の処理箇所を複数含む。このことは、各処理領域が重なり合わずに互いに境界を接していることよりも好ましい。このように各処理領域が重なり合わずに互いに境界を接している場合には常に、各処理領域間に間隙が生じるリスクがある。

第１の経路によって覆われる距離が、第１の経路の１回の実行に伴って第２の経路を複数回実行することによって覆われる距離よりも短いことが好ましい。その場合、得られる経路の大部分は、第２の移動を複数回実行することによって生じる。得られる経路の大半または得られる経路のほぼすべてを単一の箇所で実行し、この箇所で、得られる経路の様々な部分同士が交差することが好ましい。第２の移動を、第１の移動よりも多くの回数分実行しかつ／または互いにそれら自体の大きさよりも短い距離で実行することが好ましいため、これらは互いに何度も交差する。上記の措置によって、コーティング厚の均一性が向上する。第２の移動を実行することによって覆われる距離が、第１の移動を１回実行する際にこの第１の移動によって覆われる距離の少なくとも５倍の長さであることが好ましい。

さらなる実施形態では、第１の移動は非連続的であり、第１の移動を停止させた際に第２の移動を行う。

非連続的とは、第１の経路に沿った第１の移動の進行に際して、第１の移動が速度を有する時と、それ以外の、第１の移動を停止させる時、すなわち第１の移動が速度を有しない時とが存在することを意味する。

第２の移動を停止させていない時の第２の移動の平均速度が、第１の移動を停止させていない時の第１の移動の平均速度よりも高いことが好ましい。

さらなる実施形態では、第１の経路は、第１の移動を停止させる停止点を含み、その場合、これらの停止点で第２の移動を行い、その際、これらの停止点を幾何学的パターン状に配置することが好ましい。

これらのパターンは、配列状のラスタであることができるが、これらのパターンがこれ以外の基本的な幾何学的形状を有することも可能であり、例えば多角形要素で覆われた範囲内の辺上にある点や、例えば２つ以上の異なる幾何学的要素を含むより複雑なモザイク状の幾何学的形状を有することも可能であり、またさらにはこれは不規則な基本パターンであってもよい。重要な点は、基材表面が最終的に均一に処理されるように第２の移動を行うことが可能な位置に、これらの停止点を配置することである。この目的を達成するために、第２の移動の形状および大きさを、第１の移動のパターンの形状および停止点に適合させることができる。各停止点間に規則的な間隔を有するパターンを使用することが好ましい。特にこの場合、すべての実行において同一の第２の移動を常に用いることが好ましいが、複数の異なる第２の移動を特別な種類のパターンに適合させることも可能である。

隣り合う２つの停止点の間の距離が、これら２つの停止点を結ぶ方向における隣り合う２つのノズルの距離よりも短いかまたはそれと等しいことが好ましい。その場合、基材表面のうちの、パターンによって覆われる専用部分は、以下の通りとなるように２つのノズルの間に収まり、すなわち、各ノズルが、基材表面のこれらの各専用部分の間で生じうる重なり合いを除いて基材表面のその専用部分を処理できるように、２つのノズルの間に収まる。

また、第１の移動が複数の停止点から構成される基本パターンを有し、この経路に沿ってさらなる停止を行い、これらの停止が、この基本パターンの各停止点の間に位置することも可能である。このようにして本特許出願明細書に記載の方法を用いた処理の改良が可能であり、これによってコーティング厚の均一性がより良好となる。このことは、重なり合いの量がより多くなることと、処理プロセスがより分散されることによって理解でき、これは実験によっても実証された。このことの利点の１つとして、同一の基本パターンを用いてより良好な結果が得られるという点が挙げられる。例えば、基本パターンの２つの停止点の中間に追加の停止点を１つ加えることができる。しかし、基本パターンの２つの停止点の間でおよび／またはそれらの間の他の位置で、追加の停止点を複数使用することも可能である。

第１の移動を、２つの停止点の間で直線的な移動として行うことが好ましい。これは、第１の移動を行うための単純かつ予想し易い様式である。

第１の移動を１回実行する間に、この第１の移動におけるラスタ点に複数回到達することのないようにするのが好ましい。このようにして、停止点が位置する範囲が一様に覆われる。これにより、均一性が向上する。

第２の移動を行うために第１の移動を停止させることはせずに第１の移動と第２の移動とを同時に行う場合にも、このパターンを使用することができる。その場合、このパターンの停止点は、例えば次の第２の移動の始点として機能しうる。

さらなる実施形態では、幾何学的パターンは、行および列を有する配列を含み、各停止点は、行と列との交点に配置され、好ましくは行の数は、２を上回り、好ましくは３、４、５または６であり、好ましくは列の数は、２を上回り、好ましくは３、４、５または６であり、好ましくは列の数と行の数とは同一であり、その結果、停止点の数は、４、９、１６、２５または３６であり、ラスタは、正方形の形状のラスタである。

ラスタの形態が基材の専用部分の形態と一致することが好ましく、したがって、これを正方形の形状とすることができる。各停止点が、かかる種類のラスタである場合に、実験によって良好な結果が認められた。ラスタが各停止点の間で一定の距離を有することが好ましい。

さらなる実施形態では、第１の移動は、パターンの境界部には存在しない停止点で始まる。

基材表面のある専用部分の境界部範囲では、コーティング厚がより不均一になり易い。なぜなら、これに隣接する専用部分を同一の電解質流で覆うことはしないためである。その一方で、めっきプロセスの初期は、このプロセスにおける後の時点ほどにはまだ安定していない場合があるため、このめっきプロセスの開始時点では不均一性が生じ易い。コーティング厚の均一性を可能な限り向上させるためには、本段落で上述したこれら２つの要因によって起こりうる２つの不均一性が加わらないようにすることが有利である。

さらなる実施形態では、第１の移動のパターンの外輪郭は、処理すべき基材表面の外輪郭と類似する。

輪郭とは、本文脈では、基材の外側境界部を意味する。本方法が、角のある、特に長方形の基材に用いられることが好ましい。その場合、パターンも長方形の形状とすることができる。その場合、長方形の基材の縁部は、パターンの縁部での処理と対応する第２の移動とによって十分に覆われる。輪郭およびパターンのそれぞれの、これ以外の角のあるまたは丸みのある形態についても、同様のことが該当する。

さらなる実施形態では、第２の移動の経路は閉曲線であり、好ましくは円形状の曲線、楕円形状の曲線、長方形状の曲線もしくは正方形状の曲線またはそれ以外では多角形状の曲線であり、好ましくはこの閉曲線の最大寸法は、２〜８０ｍｍであり、好ましくは２０〜４０ｍｍである。

有利にも、閉曲線の場合には、ある１回の実行の終点を次回の実行の始点として用いることができる。したがって、これを容易に繰り返すことができる。

この閉曲線を、第１の移動の各停止時に１回実施することが好ましい。第２の移動をすべて同一の速度で行うことが好ましい。また、第１の移動をすべて同一の速度で行うことが好ましい。第１の移動の速度と第２の移動の速度とは、同一であってもよい。

本発明のさらなる実施形態では、第１の移動と第２の移動とは、実質的に同一平面内での基材の平行移動である。本文脈における「実質的に同一平面内での基材の平行移動」という語句は好ましくは、基材を、第１の移動の開始点で該基材の表面を通る平面に沿って移動させることを意味し、この移動時に移動する基材の対応する表面において生じるこの平面からのずれは、５ｍｍ未満であり、より好ましくは３ｍｍ未満であり、さらにより好ましくは１ｍｍ未満である。

さらなる実施形態によれば、第１の移動の経路および第２の移動の経路はそれぞれ少なくとも、実質的にまっすぐな線かまたは曲線を含み、この曲線は閉曲線であって、円形状の曲線または楕円形状の曲線から選択され、実質的にまっすぐな線によって、少なくとも５ｍｍ、例えば５ｍｍの長さが提供され、より好ましくは少なくとも１ｃｍ、例えば１ｃｍの長さが提供され、さらにより好ましくは少なくとも３ｃｍ、例えば３ｃｍの長さが提供される。本文脈における「実質的にまっすぐな線」という語句は、仮想直線からのずれが１０％未満である線を指し、より好ましくは仮想直線からのずれが７％未満である線を指し、さらにより好ましくは仮想直線からのずれが５％未満である線を指す。かかるパーセンテージは、前述の実質的にまっすぐな線の長さに関して、前述の線と前述の仮想直線との間の最大距離に基づいて算出したものであり、その際、この仮想直線は、かかる最大距離が可能な限り短くなるように配置される。当然ながら、実質的にまっすぐな線と仮想直線との間のかかる距離は、この仮想直線に対して垂直に測定される。

さらなる実施形態では、少なくとも１つの停止点対、より好ましくは少なくとも２つの停止点対、さらにより好ましくは少なくとも３つの停止点対、最も好ましくは少なくとも４つの停止点対の間での第１の移動の経路は、実質的にまっすぐな線からなる。本文脈における「停止点対」という語句は、第１の移動の、引き続く２つの停止点を指す。

さらなる実施形態によれば、引き続く２つの点の間での第１の移動の経路は、実質的にまっすぐな線を含み、好ましくはこれからなり、第２の移動の経路は、らせん形状の曲線、円形状の曲線または楕円形状の曲線、より好ましくは円形状の曲線または楕円形状の曲線、さらにより好ましくは円形状の曲線を含み、好ましくはこれからなる。

さらなる実施形態では、第１および第２の移動をすべて行った後に、ノズルと基材との相対的位置は、第１および第２の移動の開始時と同一であるか、または近傍の相対的位置である。

この特徴の利点の１つとして、第１および第２の移動を行うプロセスを、同様にかつ基材表面上の同一の箇所で繰り返すことができるという点が挙げられる。基材表面上の同一の箇所で第１および第２の移動の実行を２サイクル以上行うことが好ましい。

さらなる実施形態では、第１および第２の移動を、所定の期間の開始時に始めることによって行い、この所定の期間の終了とともに最後の移動が終わり、この第１および第２の移動の実行を繰り返し、この実行は、期間の満了時に第１の経路に沿った第１および第２のすべての移動の実行が終了した際に終わる。

また、対称的な点でめっきサイクルを終えることも可能であり、その際、まだ第１の経路沿いにあるすべての停止点に到達したわけではないが、このプロセスですでに到達したこれらの停止点がパターン全体にわたって規則的に分布しており、これらの停止点は好ましくは、終了対称点に関して対称である。このプロセスですでに到達したこれらの停止点は、処理が済んだ領域と相関関係にあるため、このプロセスを、開始対称点である停止点で始めることが好ましく、この開始対称点から始めて終了対称点で終えることができ、それによって、各処理領域がこの終了対称点に関して対称となる。この開始対称点とこの終了対称点とが、同一の停止点であるかまたは隣り合う停止点であることが好ましい。

あるいは、一定期間内にめっきプロセスを行うために、第１および／または第２の移動の速度を適合させることも可能である。その場合、サイクルの実行が始まる前に速度を算出することが好ましい。移動を行う典型的な期間を、約３００秒間とすることができる。

さらなる実施形態では、第１および第２の移動は、基材上のある点であって、基材上の処理すべき範囲が該点、すなわち該開始対称点に関して対称である点で始まる。かかる開始対称点から始めた場合、基材表面全体が均一に覆われる可能性が高まる。

これらの移動を、終了対称点で終えることができ、ここで、被検査物のうちのすでに処理が済んだ範囲は、この終了対称点に関して対称である。その場合、生成物のコーティングが特に均一な状態で処理が終了される。

さらなる実施形態では、基材ホルダの所定の位置での前記基材ホルダのクランプ方向への前記基材ホルダのクランプ操作と、前記基材ホルダの解放操作とを行うための基材ホルダ受け装置であって、前記基材ホルダ受け装置は、前記基材ホルダを機械的に位置決めしかつ電気的に接触させるための少なくとも１つの基材ホルダ接続装置を備え、前記基材ホルダ接続装置は、該基材ホルダ接続装置に対する前記基材ホルダの位置決めを位置決め方向で行うための独立した基材ホルダ位置決め装置と、前記基材ホルダを電気的に接触させるための独立した基材ホルダ接触装置とを備える基材ホルダ受け装置を用いて本方法を行う。

本発明の他の態様では、基材ホルダの所定の位置での前記基材ホルダのクランプ方向への前記基材ホルダのクランプ操作と、前記基材ホルダの解放操作とを行うための基材ホルダ受け装置であって、前記基材ホルダ受け装置は、前記基材ホルダを機械的に位置決めしかつ電気的に接触させるための少なくとも１つの基材ホルダ接続装置を備え、前記基材ホルダ接続装置は、該基材ホルダ接続装置に対する前記基材ホルダの位置決めを位置決め方向で行うための独立した基材ホルダ位置決め装置と、前記基材ホルダを電気的に接触させるための独立した基材ホルダ接触装置とを備える基材ホルダ受け装置であって、該基材ホルダ受け装置は、先行する請求項のいずれかに記載の方法のいずれか１つを実施するために使用されかつ／またはかかる方法を実施できるように構成されていることを特徴とする基材ホルダ受け装置が提案される。

かかる基材ホルダ受け装置は、上記の方法の実施に特に適している。ノズルと基材との間の距離が上記で提案したように短いことから、受け位置の許容誤差や基材の固定が不安定であることによって生じるうる不均一性を最小限に抑えるためには、高精度の受け装置を設けることが好ましい。

本発明のさらなる態様では、電解質流体中でカソードとして機能する基材を処理するための電気化学的処理装置であって、前記電気化学的処理装置は、アノードと上記の基材ホルダ受け装置とを備え、前記アノードの活性表面は、運転時に前記基材に向けられ、前記アノードから前記基材までの距離は、２５ｍｍ未満であり、好ましくは１７．５ｍｍ未満である電気化学的処理装置が提案される。

かかる電気化学的処理装置は、基材とアノードとの間の距離が短いことによって、非常に効率的かつ迅速な処理を達成できるという利点を有する。

上述の基材ホルダ受け装置は、同一出願人による先行する欧州特許出願公開第１５１７９８８３．２号明細書（ＥＰ １５１７９８８３．２）に記載されている。当該出願は、基材ホルダ受け装置および電気化学的処理装置に関して本特許出願に援用されるものとする。

本発明による方法を用いて、いくつかの実験を行った。結果を、以下の頁の以下の表に示す。重要な結果を、％を単位とするＮＵ（ｎｏｎ−ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ、不均一性）なる名称の列に示すが、ここでＮＵを次の通り定める：

すべての実験について、同一のめっき装置設定を用いた。調整可能なパラメーターのみを変更した。同一の基材の両面にめっきを施すことができる装置を用いてこれらの実験を行い、その際、これらの面を、面Ａおよび面Ｂと呼ぶ。点の数（ｐｔ）とは、第１の経路における停止点の数を意味する。

ピッチとは、第１の移動の各停止の間の距離を意味し、これは第２の移動の位置のずれと一致する。２つのピッチが示されている場合には、異なるピッチを用いて実験を２回行って、異なるＮＵ結果を得た。

表：本発明の方法による実験および公知の従来技術による一比較例

図１に、第１の移動の第１の経路１と、第２の移動の第２の経路２とを合わせて得られる経路１２の概略図を示す。第１の移動は、点線で描かれている第１の経路１に沿って行われる。第１の経路１は、その実行時に９つの停止点ＳＰ１〜ＳＰ９にわたって延びる。停止点ＳＰ１〜ＳＰ９は、それらの番号順に第１の経路と交差する。したがって、第１の移動のパターン１０は、停止点ＳＰ１〜ＳＰ９によって構成されている。図１において、停止点ＳＰ１〜ＳＰ９は、３行×３列で配置される。第１の経路１の実行は、停止点ＳＰ１で始まる。他の停止点ＳＰ２〜ＳＰ９の中央に停止点ＳＰ１が配置される。そして第１の経路１は、停止点ＳＰ２〜ＳＰ９へと進む。これらの停止点ＳＰ２〜ＳＰ９は、パターン１０の周縁に配置される。また、停止点ＳＰ１から始め、次いで停止点ＳＰ９、ＳＰ８、ＳＰ７（以下略）へとこの順序でＳＰ２に到達するまで継続することも可能である。最後のステップとして、この経路はまた停止点ＳＰ１へと戻り、その結果、第１の経路１について閉ループが確立される。停止点ＳＰ１〜ＳＰ９のいずれも、列または行の方向でそれらと隣り合うものと同一の距離を有する。第１の経路１によって、停止点ＳＰ１〜ＳＰ９は、複数のまっすぐな経路区間により接続される。

各停止点ＳＰ１〜ＳＰ９で、第１の移動を停止させる。その後、この移動を、複数存在する第２の経路２のうちの１つであって、特定の停止点ＳＰ１〜ＳＰ９と対応するもので継続させる。停止点ＳＰ１〜ＳＰ９はそれぞれ、ある１つの第２の経路２と対応する。９つ存在する第２の経路２はすべて、同一の形態、すなわち円の形態と同一の大きさとを有するが、これらはいずれも、固有の参照符号で示されてはいない。複数存在するこれらの第２の経路２はそれぞれ、それと隣り合うものと重なり、さらにはその２つ隣のものとも重なる。第２の経路２の半径は、停止点ＳＰ１〜ＳＰ９のうち列または行の方向で隣り合う２つのものの間の距離よりも大きい。

したがって、得られる経路１２は、第１の経路１のまっすぐな複数の区間を通ってから、今度は第２の経路２の円を進む。基材をさらに処理するため、得られる経路１２の実行を任意の回数だけ繰り返すことができる。

図２〜図６に、停止点ＳＰの考えうるさらなるパターン１０を示す。これらのパターン１０は、様々な第１の経路（図２〜図６には図示せず）において使用可能である。これらのパターンは、正方形状の輪郭を有する。これらの停止点は、列の線と行の線との交点に配置される。列および行とは、それらの間にある空間ではなく線で定められるものとする。停止点ＳＰを通りかつ各停止点ＳＰに到達する第１の経路の画定には、多くの可能性が考えられる。図２〜図６は、停止点ＳＰの列の数および行の数が異なる。停止点のない線は基本格子を示し、この基本格子に、停止点ＳＰの配列、したがってそれらの列および行が配置される。

図７に、平坦な材料を湿式化学的または電気化学的に処理するための装置の基材ホルダ受け装置１００を示す。この基材受け装置１００は、基材ホルダ（図７には図示せず）を受けることができるように構成された基材ホルダクランプ装置２０と、基材ホルダ移動装置とを備える。この基材受け装置１００は、２つの基材ホルダ接続装置２１の間で基材ホルダを受けることができるように構成されている。この基材ホルダに、基材を取り付けることができる。基材は、本発明による方法によって処理すべき基材表面を含む。基材ホルダは、基材に電流を供給できるように構成されており、基材は、処理プロセスにおいてカソードとして機能する。

基材移動装置３０は、機械基部（図７には図示せず）に、直接的に固定されていても間接的に固定されていてもよい。また、アノードをこの機械基部に固定することもでき、また他の様式で基材受け装置１００に機械的に接続することもできる。この基材移動装置は、基材をアノード（図７には図示せず）に対してアノード表面に平行な方向で相対的に移動させることができるように構成されている。このアノード表面は平坦であることが好ましく、処理時に基材に向けられる。処理時に、基材の処理表面がアノード表面に対して実質的に平行となるように位置決めを行う。基材ホルダを基材受け装置１００に接続するため、基材ホルダクランプ装置２０は、基材ホルダ接続装置２１を２つ備え、これらの間に基材ホルダを配置することができる。これらの基材ホルダ接続装置２１はそれぞれ、基材ホルダクランプアーム２２の端部に配置される。これらの基材ホルダ接続装置２１はそれぞれさらに、クランプ装置フレーム部２６の突出部によって支持され、それらはそれぞれ、アーム２２のうちの１つと平行である。これらの各基材ホルダ接続装置２１には、運転時に給電ケーブル２３によって電流を供給することができる。各基材ホルダ接続装置２１に接続された給電ケーブル２３によって、該給電ケーブル２３の基材ホルダ接続装置２１に同一の電位が供給される。これらの基材ホルダ接続装置２１の間には、フレームブリッジ部２５が配置される。基材ホルダ接続装置２１は、基材ホルダ位置決め装置を備え、この基材ホルダ位置決め装置は、基材ホルダを基材ホルダ接続装置２１に対して相対的に位置決めできるように構成されている。この基材ホルダ位置決め装置と、基材受け装置１００と、基材ホルダ受け装置１００とアノードとの間での相対的な機械的接続経路とは、基材の処理表面が平坦なアノード表面に対して実質的に平行となるように位置決めできるように構成されている。さらに、基材ホルダ接続装置２１は、基材ホルダ接触装置を備え、この基材ホルダ接触装置は、基材ホルダに電流を供給できるように構成されている。この電流は、基材ホルダを通って基材へと流れる。

図８に、電気化学的処理装置５の概略図を示す。この電気化学的処理装置５は機械フレーム部４を備え、この機械フレーム部４はアノードホルダ４２を備え、このアノードホルダ４２によってアノード４２１が保持される。さらに、機械フレーム部４は基材ホルダ受け装置１００を備え、この基材ホルダ受け装置１００は、基材ホルダクランプ装置と基材ホルダ移動装置３０とを備える。基材ホルダクランプ装置２０によって基材ホルダ１１がクランプされ、この基材ホルダ１１によって基材１１１が保持される。基材１１１およびアノード４２１は、電解質５１１に浸漬される。この電解質５１１は、電解質槽５１内に収容されており、電解質液面高さ５１２まで溜められている。このようにして、基材１１１を処理すべく、アノード４２１から基材１１１へと電流を流すことができる。特に、基材１１１にめっきが施される。

図９Ａおよび図９Ｂに、上記表中の実験２２２（比較例）として示した、金属めっきを施した基材の金属コーティング厚の測定結果を示す。図９Ａでは、測定結果を数字で表し、図９Ｂでは、最も太い線が平均厚さを表す。これよりも細い他の線であって小さな「＋」または「−」を付したものは、基材上の金属の平均めっき厚さからの偏差を表し、この偏差が大きいほど、描かれている各線が太くなる。したがって、かかる画像上で比較的太い線を多く検出できるほど、基材表面にめっきされた金属の厚さ分布がより不規則となる。関連する基材表面上の４９点でコーティング厚を測定した。ここでは、従来技術による第１の経路として、単純な円を使用した。第２の経路は実行しなかった。基材は、円形の周縁を有する。

その結果、不均一性を測定したところ、１９．２であった。平均厚の分布線は、稜線および谷の形態を有し、基材の中央から４本の光線が出ている星の形状である。他の線も明らかに検出可能であり、ここから、これは非常に不規則なパターンであるという結論が得られる。

図１０Ａおよび図１０Ｂに、上記表中の実験２２４（本発明による例）として示した、金属めっきを施した基材の金属コーティング厚の測定結果を示す。図１０Ａでは、測定結果を数字で表し、図１０Ｂでは、最も太い線が平均厚さを表す。これよりも細い他の線であって小さな「＋」または「−」を付したものは、基材上の金属の平均めっき厚さからの偏差を表し、この偏差が大きいほど、描かれている各線が太くなる。関連する基材表面上の４９点でコーティング厚を測定した。ここでは、本発明により、複数の停止点のパターンを通る第１の経路を用いた。第２の経路を、円として実行した。基材も、円形の周縁を有する。

その結果、不均一性を測定したところ、８．９であった。平均厚の分布線は主に、ごくわずかな勾配の形態を有する。他の線はこれよりもはるかに薄く、ここから、これは図９Ａおよび図９Ｂよりもはるかに規則的なパターンであるという結論が得られる。

参照符号
１ 第１の経路
２ 第２の経路
４ 機械フレーム部
５ 電気化学的処理装置
１０ パターン
１１ 基材ホルダ
１２ 得られる経路
２０ 基材ホルダクランプ装置
２１ 基材ホルダ接続装置
２２ アーム
２３ ケーブル
２５ フレームブリッジ部
２６ クランプ装置フレーム部
３０ 基材移動装置
４２ アノードホルダ
５１ 電解質槽
１００ 基材ホルダ受け装置
１１１ 基材
４２１ アノード
５１１ 電解質
５１２ 電解質液面高さ
ＳＰ、ＳＰ１〜ＳＰ９ 停止点

Claims (12)

1. アノード（４２１）および電解質（５１１）を用いて基材（１１１）に金属めっきを施すための方法であって、複数の各電解質ノズルから、局所的に集中した電解質流を基材表面のうちの処理すべき部分へと向かわせ、めっきを行う時に前記基材（１１１）と前記電解質流との間で相対的移動を行う方法であって、
   第１の移動を第１の経路（１）に沿って行い、
   少なくとも前記第１の経路（１）の一部に沿って、第２の移動を第２の経路（２）に沿って行い、
   前記第１および第２の移動はそれぞれ、前記電解質流と前記基材との間での相対的移動であり、
   前記第１の移動は非連続的であり、前記第１の移動を停止させた際に前記第２の移動を行うことを特徴とする方法。
2. 第２の移動を、前記第１の経路（１）に沿って２回以上行うことを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記第２の移動を１回目に実行する際の前記第２の経路（２）は、前記第２の移動を２回目に実行する際の前記第２の経路（２）と重なることを特徴とする、請求項２記載の方法。
4. 前記第１の経路（１）は、前記第１の移動を停止させる停止点（ＳＰ、ＳＰ１〜ＳＰ９）を含み、前記停止点（ＳＰ、ＳＰ１〜ＳＰ９）で前記第２の移動を行うことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記停止点（ＳＰ、ＳＰ１〜ＳＰ９）を行および列の状態で配置し、その結果、幾何学的パターン（１０）は、行および列を有する配列となることを特徴とする、請求項４記載の方法。
6. 前記第２の移動の前記第２の経路（２）は、閉曲線であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 第１および第２の移動をすべて行った後で、前記電解質流と前記基材（１１１）との相対的終了位置は、前記第１および第２の移動の相対的開始位置と同一であるか、または前記相対的終了位置は、前記相対的開始位置の近傍の位置であることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記第１および第２の移動を、所定の期間の開始時に始めることによって行い、前記所定の期間の終了とともに最後の移動が終わり、前記第１および第２の移動の実行を繰り返し、前記実行は、期間の満了時に前記第１の経路（１）に沿った前記第１および第２のすべての移動の実行が終了した際に終わることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記第１の経路は、前記第２の経路の形態とは異なる形態を有することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 請求項１から９までのいずれか１項記載の方法であって、前記方法を、基材ホルダ（１１）の所定の位置での前記基材ホルダのクランプ方向（ＳＨＣＤ）への前記基材ホルダ（１１）のクランプ操作と、前記基材ホルダ（１１）の解放操作とを行うための基材ホルダ受け装置（１００）を用いて行い、前記基材ホルダ受け装置（１００）は、前記基材ホルダ（１１）を機械的に位置決めしかつ電気的に接触させるための少なくとも１つの基材ホルダ接続装置（２１）を備え、前記基材ホルダ接続装置（２１）は、該基材ホルダ接続装置（２１）に対する前記基材ホルダ（１１）の位置決めを位置決め方向で行うための独立した基材ホルダ位置決め装置（２１１）と、前記基材ホルダ（１１）を電気的に接触させるための独立した基材ホルダ接触装置（２１２）とを備えることを特徴とする方法。
11. 基材ホルダ（１１）の所定の位置での前記基材ホルダのクランプ方向（ＳＨＣＤ）への前記基材ホルダ（１１）のクランプ操作と、前記基材ホルダ（１１）の解放操作とを行うための基材ホルダ受け装置（１００）であって、前記基材ホルダ受け装置（１００）は、前記基材ホルダ（１１）を機械的に位置決めしかつ電気的に接触させるための少なくとも１つの基材ホルダ接続装置（２１）を備え、前記基材ホルダ接続装置（２１）は、該基材ホルダ接続装置（２１）に対する前記基材ホルダ（１１）の位置決めを位置決め方向で行うための独立した基材ホルダ位置決め装置（２１１）と、前記基材ホルダ（１１）を電気的に接触させるための独立した基材ホルダ接触装置（２１２）とを備える基材ホルダ受け装置（１００）であって、該基材ホルダ受け装置（１００）は、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法のいずれか１つを実施できるように構成されていることを特徴とする、基材ホルダ受け装置（１００）。
12. 電解質流体（５１１）中でカソードとして機能する基材（１１１）を処理するための電気化学的処理装置（５）であって、前記電気化学的処理装置（５）は、アノード（４２１）と請求項１１記載の基材ホルダ受け装置（１００）とを備え、前記アノード（４２１）の活性表面は、運転時に前記基材（１１１）に向けられ、前記アノード（４２１）から前記基材（１１１）までの距離は、２５ｍｍ未満である、電気化学的処理装置（５）。

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