JP6995139B2 - めっき装置およびめっき方法 - Google Patents
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Description
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるめっき装置を示す構成図である。また、図2は、図1のA部を示す断面図である。さらに、図3は、図2の回転電極を示す上面図である。
即ち、回転電極1の上面および下面のいずれかの中央部には、軸1cが設けられている。回転電極1は、軸1cを中心として回転可能になっている。回転電極1には、図示しない駆動装置であるモータの回転力が伝えられる。回転電極1の回転数は、適宜調整される。モータの回転力を回転電極1に伝える伝達機構としては、例えばギヤ式の伝達機構、ベルト式の伝達機構が用いられる。ギヤ式の伝達機構では、回転電極1の軸1cまたは回転電極1の外周面に設けられたギヤ歯に伝達用ギヤが噛み合わされる。モータの回転力は、伝達用ギヤの回転をギヤ歯が受けることによって回転電極1に伝達される。ベルト式の伝達機構では、回転電極1の軸1cまたは回転電極1の外周面に無端状のベルトがかけられている。モータの回転力は、ベルトの周回移動によって回転電極1に伝達される。回転電極1には、電圧を印加するための端子が取り付けられている。
まず、設定形状に加工された銅合金材を被めっき物4として準備する。そして、脱脂処理剤を用いて被めっき物4の脱脂処理を行う。これにより、被めっき物4の表面から有機異物等の表面汚染物を除去して、液ぬれ性を確保する。脱脂処理剤として、例えば水酸化ナトリウム系、炭酸ナトリウム系の市販アルカリ脱脂剤を使用することができる。
次に、酸洗浄剤を用いて被めっき物4の酸洗浄処理を行う。これにより、銅合金材の表面から無機異物等の表面汚染物、酸化膜を除去する。酸洗浄工程では、活性な金属表面を露出させることで液ぬれ性を確保し、後のめっき工程で形成されるめっき膜と素地である被めっき物4との密着性を確保する。酸洗浄剤として、例えば硝酸または硫酸を希釈したエッチング液、市販酸洗浄剤を使用することができる。
次に、中和処理剤を用いて被めっき物4の中和処理を行う。これにより、銅合金材の表面に残存している酸の痕跡を除去し、銅合金素材の腐食を抑制する。中和処理剤として、シアン系のシアン化ナトリウム、希釈調合した水酸化ナトリウム系洗浄液、または、市販中和処理剤を使用することができる。
次に、銀めっき液を用いて被めっき物4の銀めっき処理を行う。めっき工程では、被めっき物4の被めっき部4aに、膜厚均一性が高い銀めっき膜を形成する。電気銀めっき手法の特徴として、めっき処理で一般的に行われている陰極電解処理を行う。
電気銀めっき条件として、めっき時間、電流密度および液温を適宜設定できる。なお、めっき時間は、銀めっき液を含浸保持させためっき液保持部2に被めっき物4を接触させる時間である。例えば、めっき時間を30秒とし、電流密度を20A/dm2とし、液温を25℃とすることで、5μmの銀めっき膜4bが得られる。銀めっき処理を行う場合は、上記温度付近で用いることが好ましい。被めっき物4の状態にあわせて適宜、液温を調整してもよい。
被めっき部4aに銀めっき膜4bを形成後、必要に応じて後処理を行い、水洗工程を経ることで、銀めっき膜4bを得ることができる。
図4は、この発明の実施の形態2によるめっき装置を示す構成図である。また、図5は、図4のB部を示す断面図である。さらに、図6は、図5の回転電極を示す上面図である。図4~図6において、上記実施の形態1と同様の部分は、同一符号を付して説明を省略する。実施の形態2によるめっき装置の基本的な構造は、実施の形態1に示した装置と同じである。実施の形態2の実施の形態1に対する違いは、回転電極1が、水平に配置された円板状の平面部1aと、平面部1aの端部に設けられた第1の垂直部1bと、平面部1aの中心部に設けられた第2の垂直部1dと、を備えることである。第1の垂直部1bおよび第2の垂直部1dは、平面部1aに対して垂直に配置されている。また、第1の垂直部1bは、平面部1aの端部から上方へ延在している。第2の垂直部1dは、平面部1aの中心部から上方へ延在している。さらに、第1の垂直部1bは、平面部1aの外周部に沿って環状に配置されている。第2の垂直部1dは、平面部1aの中心部に棒状に配置されている。第2の垂直部は、軸1cと同軸に配置されている。また、めっき液保持部2は、第1の垂直部1bで囲まれた空間に配置されている。めっき液保持部2は、平面部1aおよび第1の垂直部1bによって保持されている。
めっき処理を実施する前に、上記実施の形態1と同様に、被めっき物4である銅合金材と回転電極1との接触圧、回転電極の回転数、および、めっき液供給量の調整を行う。また、被めっき物4の寸法に合わせて、回転電極1の電極径、めっき液供給量を適宜調整することが好ましい。
このようなめっき装置を使用し、上記で説明しためっき方法を使用することで、被めっき物4の被めっき部4aに対する置換析出を抑制できる原理について説明する。めっき装置の回転電極1の平面部1aの端部には、第1の垂直部1bが設置されている。めっき装置の回転電極1の平面部1aの中心部には、第2の垂直部1dが設置されている。銀めっき液は置換析出性が高く、銀めっき液と被めっき物4との置換反応により、被めっき部4a以外に置換銀めっき膜が形成される可能性がある。これに対し、実施の形態2では、被めっき部4a以外の部位に銀めっき液が付着しても、電気めっき膜4bを形成することで置換めっき膜の析出を抑制することができる。即ち、被めっき部4a以外の部位、例えば、被めっき物4の側面に銀めっき液が付着しても、回転電極1に第1の垂直部1bおよび第2の垂直部1dがあるため、第1の垂直部1bおよび第2の垂直部1dから被めっき物4の側面に電流が供給できる。その結果、電気めっき膜4bが形成でき、置換めっき膜の析出は抑制できる。従って、密着力が高いめっき膜4bを被めっき物4に形成することができる。
上記のように構成された実施の形態2のめっき装置、および当該装置を使用しためっき方法によれば、置換析出を抑制して、密着力が高い電気めっきによる銀めっき膜4bを形成できる。このため、被めっき物4に形成されためっき膜4bの剥離を防止することができる。
図7は、この発明の実施の形態3によるめっき装置を示す構成図である。図7のC部を示す断面図は、実施の形態1における図2と同じである。また、図7の回転電極1およびめっき液保持部2を示す上面図は、実施の形態1における図3と同じである。図7において、上記実施の形態1と同様の部分は、同一符号を付して説明を省略する。実施の形態3によるめっき装置の基本的な構造は、実施の形態1に示した装置と同じである。実施の形態3の実施の形態1に対する違いは、前記被めっき部と前記回転電極との間に電圧を印加している時に、めっき処理中に少なくとも1回以上、前記被めっき部と前記回転電極との間で、陽極と陰極とを入れ替える制御を行う制御部3aを含む電源部3を備えていることである。制御部3aは、前記被めっき部と前記回転電極との間に印加する直流電圧の極性を、めっき処理中に少なくとも1回以上入れ替える。
めっき工程では、被めっき部4aと回転電極1との間に電圧を印加している時に、めっき処理中に少なくとも1回以上、被めっき部4aと回転電極1との間で、陽極と陰極とを入れ替える制御であるPR制御を行う。
まず、電流密度を調整する。回転電極1を陽極とし、銅合金材である被めっき物4を陰極とした時の電流密度は、回転電極1を陰極とし、被めっき物4を陽極とした時の電流密度の50%~100%とすることが好ましい。回転電極1を陽極とした時の電流密度が、回転電極1を陰極とした時の電流密度の上記50%未満の場合、前記被めっき物の溶出量が大きくなる。この場合、めっき液に不純物として蓄積する銅イオン量が多くなるため、銀めっき膜4bの純度および析出性が低下する。また、回転電極1を陽極とした時の電流密度が、回転電極1を陰極とした時の電流密度の100%よりも大きくなると、ささくれ状めっき膜の除去率が低下し、めっき膜の部分析出性が低下することとなる。
電流密度について、回転電極1を陽極とし、被めっき物4を陰極とした時は、15A/dm2とした。また、回転電極1を陰極、被めっき物4を陽極とした時は20A/dm2とした。
めっき時間について、回転電極1を陽極とし、被めっき物4を陰極とした時の1回のめっき時間は15秒間とした。また、回転電極1を陰極、被めっき物を陽極とした時の1回のめっき時間は3秒間とした。
銀めっき液の供給量について、回転電極1を陽極、被めっき物4を陰極としたときの銀めっき液の供給量は10cm3/minとした。また、回転電極1を陰極とし、被めっき物4を陽極とした時のめっき液の供給量は15cm3/minとした。
被めっき部4aに銀めっき膜4bを形成後、必要に応じて後処理を行い、水洗工程を経ることで銀めっき膜4bを得ることができる。
上記のように構成された実施の形態3のめっき装置、および当該装置を使用しためっき方法によれば、ささくれ状のめっき膜をPR制御により溶解除去することが可能となる。これにより、銅合金材の被めっき部4aに、膜厚均一性が高く、部分析出性が高いめっき膜を形成することができる。
なお、被めっき物4の寸法に合わせて、回転電極1の電極径、めっき液供給量を適宜調整することが好ましい。
図8は、この発明の実施の形態4によるめっき装置を示す構成図である。図8のD部を示す断面図は、実施の形態2における図5と同じである。また、図8の回転電極1およびめっき液保持部2を示す上面図は、実施の形態2における図6と同じである。図8において、上記実施の形態1と同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。実施の形態4のめっき装置は、実施の形態1に対し、実施の形態2で説明した回転電極1と、実施の形態3で説明したPR制御を行う制御部3aを含む電源部3と、の両方を有した構成である。
つまり、回転電極については、先の実施の形態1に対し、先の実施の形態2における、平面部1aと、平面部1aの端部に設けられた第1の垂直部1bと、平面部1aの中心部に設けられた第2の垂直部1dとを有する回転電極1に置換えたものである。また、めっき処理の制御については、先の実施の形態1に対し、先の実施の形態3における、PR制御が可能な制御部3aを含む電源部3に置換えたものである。
上記のめっき装置およびめっき方法により、均一析出性が高く、ささくれ部位の形成を抑制した健全な銀めっき膜4bを形成することができる原理について説明する。回転電極1は、平面部1aの端部に設けられた第1の垂直部1bと、平面部1aの中心部に設けられた第2の垂直部1dとを有している。電源部3は、PR制御が可能な制御部3aを含んでいる。めっき析出部位にめっき膜厚のばらつきが生じた場合、回転電極を陰極、被めっき物を陽極として電圧を印加した際、電解集中し易い、めっき膜厚が厚い箇所を中心に溶解が進む。その結果、溶解により、均一析出性は低下せず、向上させることが可能となる。
実施例1~3は、上記に示した実施の形態1に基づくものである。具体的には、被めっき物の材料は無酸素銅である。ここでは、無酸素銅としてC1011材を使用した。また、被めっき物の大きさは100mm×100mm×100mmの角材である。被めっき物の被めっき部は角材の表面の100mm×100mmの平面である。上記実施の形態1にて示しためっき装置およびめっき方法でめっきを銅材に行った。
次に、上記実施の形態1に説明した酸洗浄処理に従い、酸洗浄を実施した。酸洗浄は、30wt%硝酸を用いて酸洗浄処理を実施し、その後、純水に上記銅材を浸漬して1分間放置した後取出した。
次に、上記実施の形態1において説明した中和処理に従い、中和処理を実施した。中和処理は、酸洗浄工程後の水洗工程で除去しきれなかった酸の痕跡を除去するため、中和剤#411Y(ディップソール(株)製)を用いて中和処理を実施した。その後、純水に銅材を浸漬して1分間放置した。
銅材を乾燥させた後、目視で銅材の外観を確認した。外観確認後、銀めっきの膜厚均一性を評価するため、銀めっき膜4bの中心とめっき面の端部10mmの上下左右4箇所の計5箇所について蛍光X線膜厚計を使用して膜厚を評価した。また、光学顕微鏡を使用してめっき焼け、めっき膜のささくれの有無を確認した。最後に被めっき物の側面に形成された銀めっき膜の密着力評価を行った。
実施例1~12の実施条件を図9に示す。なお、電流密度は、回転電極1を陽極とした場合の電流密度を記載した。
まず、蛍光X線膜厚計による膜厚計測を実施した。銀めっき膜厚の計測部位は、被めっき面の中心、および、端部から10mmの上下左右の4箇所、計5箇所として、銀めっき膜厚を計測した。計5箇所の膜厚データについて、σと平均を求め、σ/平均を計算して、各実施例の代表値とした。
次に、実施例での結果を比較例と比較する。
従来技術である筆状電極の比較例13~15に対し、回転電極を備えた実施の形態1である実施例1~3では、膜厚ばらつきが大幅に低減された。実施の形態2~4の実施例4~12における膜厚のばらつきについても、比較例の13~15より低減されていた。また、実施例4~12の膜厚のばらつきは、実施例1~3に対し、さらに低減していた。特に、平面部1a、第1の垂直部1b及び第2の垂直部1dを有する回転電極1と、PR制御が可能な制御部3aを含む電源部3と、を備えた実施の形態4である実施例9~12は、膜厚のばらつきが最も低減されていた。
Claims (10)
- 被めっき物の被めっき部にめっき膜を形成するめっき装置であって、
回転可能な回転電極と、
前記回転電極上に設けられ、めっき液を含浸して保持するめっき液保持部と、
前記めっき液保持部を介して前記被めっき物が前記回転電極に載せられた状態で、前記めっき液保持部に接触する前記被めっき部と前記回転電極との間に電圧を印加する電源部と、
前記めっき液保持部にめっき液を供給するめっき液供給部と、を備え、
前記回転電極は、軸を中心として回転可能になっており、
前記めっき液供給部は、めっき液を吐出する吐出口を有しており、
前記吐出口は、前記軸の上方に前記軸に沿った方向に設置された液供給配管の端部であるめっき装置。 - 前記回転電極の大きさは、前記被めっき物のめっき面積よりも大きくなっており、
前記回転電極に対する前記被めっき部の軌跡は、円形である請求項1に記載されためっき装置。 - 前記被めっき物を保持する機構は、前記めっき液保持部に対する前記被めっき部の接触圧を調整可能に構成されている請求項1又は請求項2に記載されためっき装置。
- 前記回転電極は、平面部と、前記平面部の端部から垂直方向に延在する第1の垂直部と、前記平面部の中心部から垂直方向に延在する第2の垂直部とを含み、
前記めっき液保持部は、前記回転電極の前記平面部と前記第1の垂直部とで保持される請求項1から3までのいずれか一項に記載されためっき装置。 - 前記電源部は、めっき処理中に、前記被めっき部と前記回転電極との間で、陽極と陰極とを入れ替える制御を行う制御部を含む、請求項1から4までのいずれか一項に記載されためっき装置。
- 前記回転電極は、白金、チタン-白金、チタン-酸化イリジウム、ステンレス、カーボンのいずれか一つから構成されている請求項1から5までのいずれか一項に記載されためっき装置。
- めっき液が保持されためっき液保持部を介して被めっき物を回転電極に載せて、前記被めっき物の被めっき部を前記めっき液保持部に接触させた状態で、前記めっき液保持部が設けられた回転電極を軸を中心として回転させながら、前記被めっき部と前記回転電極との間に電圧を印加するめっき方法であって、
前記軸の上方に設置された吐出口から前記めっき液保持部にめっき液を供給して、前記めっき液を前記回転電極の中心部から含浸するめっき方法。 - 前記めっき液は、銀めっき用めっき液であり、
前記被めっき物と前記回転電極との相対速度が12.5m/sec~17.5m/secの範囲となる請求項7に記載のめっき方法。 - 前記回転電極の大きさは、前記被めっき物のめっき面積よりも大きくなっており、
前記回転電極に対する前記被めっき部の軌跡は、円形である請求項7又は請求項8に記載のめっき方法。 - 前記被めっき部と前記回転電極との間に電圧を印加している時に、めっき処理中に少なくとも1回以上、前記被めっき部と前記回転電極との間で、陽極と陰極とを入れ替える制御を行う請求項7から9までのいずれか一項に記載のめっき方法。
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