JP7111068B2 - めっき装置およびめっき方法 - Google Patents

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Description

本発明は、めっき装置およびめっき方法に関する。
例えば、チップ型積層コンデンサなどの電子部品においては、はんだ喰われを防止したり、はんだ付けによる実装の信頼性を向上させたりする目的で、電子部品が備える外部電極の表面に、NiめっきやSnめっきを施すことが一般的に行われている。
そして、このような電子部品に、NiめっきやSnめっきなどのめっきを施す場合、特許文献1に開示されているような、バレルめっきの方法で行われることが多い。
バレルめっきを行うにあたっては、被めっき物が陰極となるように、バレル内の被めっき物群と接するように陰極端子をバレル内に配置するとともに、バレルの外側に、めっき液に浸かるように陽極端子を配置し、両極に電流を印加して通電することにより、被めっき物に対してめっきを行う。
しかしながら、そのようなバレルめっきの方法では、バレル内での電流密度分布の不均一性が高く、形成されるめっき膜の膜厚ばらつきが大きい。
これに対して、特許文献2には、アノードおよびカソードに挟まれた被めっき物通過領域に被めっき物を通過させながら電解めっきを行うように構成されためっき装置が開示されている。
図10は、特許文献2に記載のめっき装置200の構成を示す正面断面図である。このめっき装置200では、下記の(a)~(c)の工程により、被めっき物にめっきが行われる。
(a)めっき液201と被めっき物202との混合流体203を、めっき液201は通過させるが被めっき物202は通過させない隔壁204に少なくとも一部が囲まれた被めっき物通過領域205に誘導する工程
(b)被めっき物202が被めっき物通過領域205を上方から下方に向かって通過する際に、被めっき物通過領域205の外側に配設されているアノード206と、被めっき物通過領域205の内側に配設されているカソード207との間に電圧を印加して、被めっき物202に電解めっきを行う工程
(c)カソード207の下方において、めっき液201を下方から上方へと噴射することによって、噴射されためっき液201と被めっき物通過領域205を通過した被めっき物202とを混合させて、めっき液201と被めっき物202との混合流体203を、カソード207の内部に設けられている中空領域208を下方から上方へと通過させる工程
(c)の工程において、中空領域208を下方から上方へと通過した混合流体203のうち、めっき液201の一部は、めっき液201は通過可能であるが、被めっき物202は通過できない構造のめっき液通過部209を通過して、外側に流出する。また、混合流体203に含まれる被めっき物202は、自身の重みにより沈降する。
このめっき装置200によれば、安定した電流密度で良好なめっきを行うことができるので、形成されるめっき膜の膜厚ばらつきを抑制することができるとされている。
特開平10-212596号公報 国際公開第2017/217216号
ここで、特許文献2に記載のめっき装置200において、アノード206とカソード207とが対向する部分には電流が流れるが、さらに、アノード206から、めっき液通過部209を流れるめっき液201を介して、カソード207へと電流が流れる経路があることが分かった。中空領域208を下方から上方へと通過した混合流体203に含まれる被めっき物202は、カソード207とは電気的に導通していない状態であるため、上述した電流経路における被めっき物202は、バイポーラ現象によって、導通性のある部分で分極が生じ、酸化溶解が生じる可能性がある。
本発明は、上記課題を解決するものであり、バイポーラ現象の発生を抑制することができるめっき装置およびめっき方法を提供することを目的とする。
本発明のめっき装置は、
めっき液を貯留するめっき槽と、
前記めっき槽の内部に設けられ、被めっき物に電解めっきを施すめっき部と、
を備え、
前記めっき部は、
前記めっき液は通過させるが前記被めっき物は通過させない隔壁であって、その内側を上方から下方に向かって前記被めっき物が通過する被めっき物通過領域を構成する隔壁と、
前記めっき液を下方から上方へと噴射する噴射部と、
前記噴射部より上方、かつ、前記被めっき物通過領域より下方に配設され、前記噴射部によって噴射された前記めっき液と、前記被めっき物通過領域を通過した前記被めっき物とが混合する混合部と、
前記被めっき物通過領域の外側に配設されたアノードと、
前記被めっき物通過領域の内側に配設され、前記混合部によって混合された前記めっき液と前記被めっき物との混合流体が下方から上方に向かって通過する中空領域を有するカソードと、
前記カソードより上方、かつ、前記被めっき物通過領域の延伸方向に見たときに前記カソードより外側に配設され、前記中空領域を通過した前記混合流体を下方へと導くための第1の遮蔽壁と、
前記第1の遮蔽壁の外側に配設され、前記第1の遮蔽壁に沿って下方に導かれた前記混合流体のうち、前記めっき液の少なくとも一部を上昇させて上端を超えて外側へと導くための第2の遮蔽壁と、
を備え、
前記第1の遮蔽壁の下端は、前記第2の遮蔽壁の上端よりも低い位置にあることを特徴とする。
前記第2の遮蔽壁の上端は、前記めっき液の液面よりも高い位置にあってもよい。
上記めっき装置は、前記カソードの前記中空領域を下方から上方へと通過した前記混合流体を衝突させて外側へと導く導流部をさらに備えていてもよい。
前記導流部は、前記カソードの上方に配設されていてもよい。
前記アノードの上端は、前記めっき液の液面よりも低い位置にあり、
上方から見たときに前記アノードを覆い隠すように、前記アノードの上方に配設された絶縁体をさらに備えていてもよい。
また、前記アノードの上端は、前記めっき液の液面よりも高い位置にあり、
前記アノードのうち、前記被めっき物のめっきを行う領域よりも高い位置にある部分は、絶縁体で覆われていてもよい。
前記噴射部の噴射口の口径は、前記カソードの内径よりも小さくてもよい。
前記噴射部の噴射口の口径は、前記カソードの内径の60%以上の大きさであってもよい。
本発明のめっき方法は、
(a)めっき液と被めっき物との混合流体を、前記めっき液は通過させるが前記被めっき物は通過させない隔壁に少なくとも一部が囲まれた被めっき物通過領域に誘導する工程と、
(b)前記被めっき物が前記被めっき物通過領域を上方から下方に向かって通過する際に、前記被めっき物通過領域の外側に配設されているアノードと、前記被めっき物通過領域の内側に配設されているカソードとの間に電圧を印加して、前記被めっき物に電解めっきを行う工程と、
(c)前記カソードの下方において、前記めっき液を下方から上方へと噴射することによって、噴射された前記めっき液と前記被めっき物通過領域を通過した前記被めっき物とを混合させて、前記めっき液と前記被めっき物との混合流体を、前記カソードの内部に設けられている中空領域を下方から上方へと通過させる工程と、
(d)前記中空領域を通過した前記混合流体を、前記カソードより上方、かつ、前記被めっき物通過領域の延伸方向に見たときに前記カソードより外側に配設された第1の遮蔽壁に沿って下方へ導く工程と、
(e)前記第1の遮蔽壁に沿って下方に導かれた前記混合流体のうち、前記めっき液の少なくとも一部を、前記第1の遮蔽壁の外側に配設された第2の遮蔽壁に沿って上昇させて、前記第2の遮蔽壁の上端を超えて外側へと導く工程と、
を備えることを特徴とする。
本発明によれば、アノードの上方側からカソードへと流れる電流を低減して、バイポーラ現象の発生を抑制することができる。これは、以下のような理由による。
すなわち、中空領域を下方から上方へと通過した被めっき物とめっき液の混合流体は、第1の遮蔽壁に沿って下方へと導かれる。この混合流体のうち、比重の重い被めっき物は下降し、堆積するが、めっき液の少なくとも一部は、堆積している被めっき物によって下方への移動が遮られ、第1の遮蔽壁の外側に配設された第2の遮蔽壁に沿って上昇し、第2の遮蔽壁の上端を超えて外側へ流出する。このような構成により、めっき液がめっき液通過部を通過して外側へ流出する従来のめっき装置と比べて、アノードの上方側からカソードへと流れる電流を低減することができ、バイポーラ現象の発生を抑制することができる。これにより、被めっき物の導通性のある部分における酸化溶解を抑制し、被めっき物の信頼性の低下を抑制することができる。
本発明の第1の実施形態におけるめっき装置を示す正面断面図である。 図1のII-II線に沿った断面図である。 図1のIII-III線に沿った断面図である。 隔壁、混合部、カソード、第1の遮蔽壁、第2の遮蔽壁、および、誘導部を含む分離部を示す図である。 分離部から先端部を取り外した状態を示す図である。 めっきが施された被めっき物を洗浄するために、分離部を洗浄槽内にセットした状態を示す図である。 めっきが施された被めっき物を取り出す方法を説明するための図である。 (a)は、一実施形態のめっき装置を用いてめっきを施したチップの絶縁抵抗の変化を示す図であり、(b)は、特許文献2に記載のめっき装置を用いてめっきを施したチップの絶縁抵抗の変化を示す図である。 本発明の第2の実施形態におけるめっき装置を示す正面断面図である。 特許文献2に記載のめっき装置を示す正面断面図である。
以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴を具体的に説明する。
以下では、代表的なチップ型電子部品である積層セラミックコンデンサを被めっき物とし、めっき装置によって、積層セラミックコンデンサの表面に形成された外部電極に電解めっきを施す例を挙げて説明する。ただし、被めっき物が積層セラミックコンデンサに限定されることはない。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態におけるめっき装置100を示す正面断面図である。図2は、図1のII-II線に沿った断面図であり、図3は、図1のIII-III線に沿った断面図である。
図1~図3に示すように、めっき装置100は、めっき液1を貯留するめっき槽10と、めっき槽10の内部に設けられ、被めっき物2に電解めっきを施すめっき部20とを備える。
被めっき物2に電解めっきを施す際、めっき槽10には、後述するカソード26の上端よりも高い位置までめっき液1が貯留される。
めっき部20は、隔壁22と、噴射部24と、混合部25と、アノード21と、カソード26と、第1の遮蔽壁27と、第2の遮蔽壁28とを少なくとも備える。
隔壁22は、めっき液1は通過させるが被めっき物2は通過させない構造を有し、その内側を上方から下方に向かって被めっき物2が通過する被めっき物通過領域23を構成する。本実施形態では、隔壁22は、円筒状の形状を有しており、例えばメッシュにより構成されている。また、本実施形態では、隔壁22の上側部分および下側部分は、通液性を有さないように構成されている。
被めっき物通過領域23は、隔壁22と、隔壁22よりも内側に配設されている、後述するカソード26との間の領域である。
噴射部24は、循環ライン32と、ポンプ33と、フィルタ34とを備えている。
循環ライン32は、めっき槽10内のめっき液1を、めっき槽10の底部に設けられている噴射口24aから噴射させるためのめっき液1の流路である。
ポンプ33は、めっき槽10内のめっき液1を、循環ライン32を介して噴射口24aから噴射させるためのものであり、循環ライン32に設けられている。
フィルタ34は、循環ライン32を流れるめっき液1に含まれる異物を除去するために設けられている。
混合部25は、噴射部24よりも上方、かつ、被めっき物通過領域23およびカソード26よりも下方に配設されている。混合部25は、上面の直径が下面の直径よりも大きい円錐台形状を有している。混合部25の上面の直径は、隔壁22の下側部分に構成された通液性を有しない部分の内径以上の大きさを有している。また、混合部25の下面の直径は、噴射部24の噴射口24aの直径と略同じである。
混合部25の上面は開口しており、被めっき物通過領域23およびカソード26の中空領域26aと通じている。また、混合部25の下面も開口しており、噴射口24aと通じている。上述の混合部25となる円錐台形状の空隙は、混合部25の高さ寸法と同じ寸法の厚みを有する部材25aに、混合部25の円錐台形状に対応する貫通孔を穿設することにより形成されている。
この混合部25は、被めっき物通過領域23を沈降しつつ通過してきた、被めっき物2とめっき液1とを含み、沈降濃縮されて被めっき物2の割合が高くなっている流体と、噴射口24aから上方に向かって噴射されるめっき液1とを混合させる領域であって、噴射口24aから噴射されためっき液1の噴出力により、被めっき物2を高い割合で含む流体が、下記の中空領域26aに導かれる過程でめっき液1との混合が行われる領域である。
アノード21およびカソード26には、電源31から電圧が印加される。ここでは、アノード21を陽極、カソード26を陰極としている。
カソード26は、金属製のパイプにより構成されており、被めっき物通過領域23の内側に配設されている。カソード26は、その内部が空洞となっており、この空洞部分が、めっき液1と被めっき物2との混合流体3が下方から上方に向かって通過するための中空領域26aとなる。カソード26は、吊るし部材36によって上方から吊り下げられている。カソード26の上端は、隔壁22の上端よりも高い位置にある。
アノード21は、円筒状の形状を有しており、被めっき物通過領域23よりも外側に配設されている。図2に示すように、隔壁22は、カソード26を取り囲むように配置されており、アノード21は、隔壁22を取り囲むように配置されている。また、図2に示すように、カソード26、隔壁22、およびアノード21は、それぞれの中心軸が一致するように、同心円状に配置されている。
すなわち、同心円状に囲まれた隔壁22の内周面とカソード26の外周面との間の領域が被めっき物通過領域23として構成されている。これにより、めっき時の電流密度を均一にすることができ、均一なめっき膜を形成することが可能になる。また、電流密度が均一であるため、限界電流密度範囲内で電流密度を高くする限り、電流密度が限界電流密度を超える部位が存在しないので、電流密度を高く設定することができ、生産性を高めることができる。
なお、隔壁22とアノード21との間には、被めっき物通過領域23内の電流密度を均一化するために、被めっき物通過領域23の下部を取り囲むようにマスク部材が設けられている。
本実施形態では、アノード21の上端は、めっき液1の液面よりも低い位置にある。また、上方から見たときにアノード21を覆い隠すように、アノード21の上方に第1の絶縁体35が配設されている。本実施形態では、第1の絶縁体35は、アノード21の上端と接して配設されている。第1の絶縁体35が配設されていることにより、アノード21の上方を通ってカソード26へと流れる電流を低減することができる。
なお、第1の絶縁体35は省略することもできるが、アノード21の上方に第1の絶縁体35を配設することにより、後述するように、第2の遮蔽壁28の上端を超えて外側へと流出するめっき液1を介して、アノード21からカソード26へと流れる電流をより低減することができるので、バイポーラ現象の発生を効果的に抑制することができる。
第1の遮蔽壁27は、カソード26より上方、かつ、被めっき物通過領域23の延伸方向に見たときにカソード26より外側に配設されており、中空領域26aを下方から上方へと通過した混合流体3を下方へと導くためのものである。第1の遮蔽壁27は、めっき液1および被めっき物2が通過できない構造とされている。
第2の遮蔽壁28は、図3に示すように、第1の遮蔽壁27の外側に配設されている。第2の遮蔽壁28は、めっき液1および被めっき物2が通過できない構造とされている。また、第2の遮蔽壁28は、後述する誘導部30と接しており、第2の遮蔽壁28と誘導部30との間には隙間が生じないように構成されている。
第2の遮蔽壁28の上端は、めっき液1の液面よりも高い位置にある。なお、ここでの「めっき液1の液面」は、第2の遮蔽壁28よりも外側の液面を意味する。
第1の遮蔽壁27の下端は、第2の遮蔽壁28の上端よりも低い位置にある。
本実施形態のめっき部20はさらに、カソード26の中空領域26aを下方から上方へと通過した混合流体3を衝突させて外側へと導く導流部29を備える。導流部29は、カソード26の上方に配設されている。
なお、導流部29を省略した構成としてもよい。ただし、本実施形態のめっき装置100のように、導流部29を備えた構成とすることにより、カソード26の中空領域26aを下方から上方へと通過した混合流体3をスムーズに外側へと導くことができる。これにより、めっき液1の泡立ちを抑制することができ、Snめっき液を用いた場合の酸化を抑制することができる。したがって、めっき浴の寿命を長くすることができる。
また、本実施形態のめっき装置100のように、導流部29をカソード26の上方に配設した構成とすることにより、カソード26の中空領域26aを下方から上方へと通過した混合流体3をよりスムーズに外側へと導くことができる。
本実施形態のめっき部20はさらに、上面が下面よりも大きい円錐台形状を有する誘導部30を備える。誘導部30の上面および下面は開口面であり、側面は、めっき液1および被めっき物2が通過できない構造とされている。誘導部30の下面の直径は、隔壁22の上側に構成された通液性を有しない部分の内径以下の大きさである。
上述した隔壁22、混合部25、カソード26、第1の遮蔽壁27、第2の遮蔽壁28、導流部29、および、誘導部30は、図4に示すように、一体的に、めっき装置100から分離可能な構造とされている。以下では、一体的に分離した隔壁22、混合部25、カソード26、第1の遮蔽壁27、第2の遮蔽壁28、導流部29、および、誘導部30を、分離部40とも呼ぶ。
分離部40の下部、すなわち、混合部25の下部に設けられている先端部41は、図5に示すように、取り外すことができる。先端部41には、めっき液1は通過可能であるが、被めっき物2は通過することができない隔膜41aが設けられている。被めっき物2にめっきを施す処理が行われている状態では、隔膜41aが設けられていることにより、被めっき物2は、噴射口24aに落下しない。
次に、上述のように構成されているめっき装置100を用いて、被めっき物2にめっきを行う方法について説明する。
本発明のめっき方法は、
(a)めっき液1と被めっき物2との混合流体3を、めっき液1は通過させるが被めっき物2は通過させない隔壁22に少なくとも一部が囲まれた被めっき物通過領域23に誘導する工程と、
(b)被めっき物2が被めっき物通過領域23を上方から下方に向かって通過する際に、被めっき物通過領域23の外側に配設されているアノード21と、被めっき物通過領域23の内側に配設されているカソード26との間に電圧を印加して、被めっき物2に電解めっきを行う工程と、
(c)カソード26の下方において、めっき液1を下方から上方へと噴射することによって、噴射されためっき液1と被めっき物通過領域23を通過した被めっき物2とを混合させて、めっき液1と被めっき物2との混合流体3を、カソード26の内部に設けられている中空領域26aを下方から上方へと通過させる工程と、
(d)中空領域26aを通過した混合流体3を、カソード26より上方、かつ、被めっき物通過領域23の延伸方向に見たときにカソード26より外側に配設された第1の遮蔽壁27に沿って下方へ導く工程と、
(e)第1の遮蔽壁27に沿って下方に導かれた混合流体3のうち、めっき液1の少なくとも一部を、第1の遮蔽壁27の外側に配設された第2の遮蔽壁28に沿って上昇させて、第2の遮蔽壁28の上端を超えて外側へと導く工程と、
を備える。
すなわち、上記(a)~(e)の工程を順に繰り返すことにより、被めっき物2へのめっきを行う。
上記(a)の工程は、誘導部30において、めっき液1と被めっき物2との混合流体3を被めっき物通過領域23に誘導する工程である。カソード26の中空領域26aを下方から上方へと通過しためっき液1と被めっき物2との混合流体3のうち、めっき液1の少なくとも一部は、後述する工程(e)において、第2の遮蔽壁28の上端を超えて外側へと流出する。また、混合流体3に含まれる被めっき物2は、自身の重みにより沈降していくが、その際に、誘導部30の形状に沿って、被めっき物通過領域23に誘導される。
上記(b)の工程において、(a)の工程によって被めっき物通過領域23に誘導された被めっき物2は、被めっき物通過領域23を上方から下方に向かって通過する。このときに、アノード21およびカソード26間に電圧を印加することによって、被めっき物通過領域23を移動している被めっき物2に電解めっきが施される。
より具体的には、(b)の工程において、被めっき物通過領域23に誘導された被めっき物2は、被めっき物通過領域23内で堆積し、堆積した状態で少しずつ下降していく。上述したように、カソード26、隔壁22、およびアノード21は、それぞれの中心軸が一致するように同心円状に配置されているため、被めっき物通過領域23を通過する被めっき物2に対して、電流密度分布の均一性が高い条件下で、安定した良好なめっきを行うことができる。これにより、めっき膜の膜厚ばらつきを抑制して、均一な膜厚のめっき膜を形成することができる。
また、上述したように、隔壁22の上側部分および下側部分は、通液性を有さないように構成されている。隔壁22の上側部分が通液性を有さないようにすることにより、被めっき物通過領域23の上側に配置されている誘導部30からの液流の影響を抑制することができる。また、隔壁22の下側部分が通液性を有さないようにすることにより、被めっき物通過領域23の下側から噴射されるめっき液1の液流の影響を抑制することができる。これにより、被めっき物通過領域23内において、被めっき物2を安定的に通過させることができる。
(c)の工程では、噴射部24において、めっき槽10内のめっき液1が、循環ライン32を介して噴射口24aから噴射される。被めっき物通過領域23を通過した被めっき物2は、噴射口24aからの噴流による吸引力によって、混合部25で、噴射口24aから噴射されためっき液1と混合される。このとき、被めっき物通過領域23内を堆積しつつ降下してきた被めっき物2は、混合部25において、噴射口24aからの噴流のせん断力によってほぐされ、めっき液1内に分散されて、混合流体3となる。めっき液1と被めっき物2との混合流体3は、噴射口24aからの噴流によって、カソード26の中空領域26aを下方から上方へと通過して、中空領域26aの上端から上方へと噴出される。
このように、噴射部24は、めっき液1と被めっき物2との混合流体3を、カソード26の中空領域26aを通過させて、中空領域26aの上端から上方へと噴出させるようにポンプ33を作動させて、噴射口24aからめっき液1を噴射させる。
(d)の工程では、中空領域26aを下方から上方へと通過して、中空領域26aの上端から噴出された混合流体3が第1の遮蔽壁27に沿って下方へと導かれる。すなわち、中空領域26aの上端から噴出された混合流体3は、カソード26の上方に配設されている導流部29に衝突して外側へと導かれ、さらに、第1の遮蔽壁27に衝突して、第1の遮蔽壁27に沿って下方へと導かれる。
(e)の工程において、第1の遮蔽壁27に沿って下方に導かれた混合流体3のうち、比重の重い被めっき物2は下降し、堆積する。一方、混合流体3のうち、めっき液1の少なくとも一部は、堆積している被めっき物2によって下方への移動が遮られ、第1の遮蔽壁27の外側に配設された第2の遮蔽壁28に沿って上昇し、第2の遮蔽壁28の上端を超えて外側へ流出する。
すなわち、混合流体3のうち、被めっき物2は沈降し、めっき液1は、第2の遮蔽壁28に沿って上昇することによって、被めっき物2とめっき液1との分離が効果的に進む。外力が加わることなく、被めっき物2とめっき液1との分離が行われるので、めっき処理後の被めっき物2の表面に傷がついたりするのを抑制することができる。また、めっき液1は、第1の遮蔽壁27の下端において急激に方向転換して上昇するので、被めっき物2とめっき液1との分離を迅速に行うことができる。
ここで、めっき液1が第1の遮蔽壁27と第2の遮蔽壁28の間の領域を上昇する際の平均流速を、被めっき物2が沈降する際の平均速度以下に設計することにより、被めっき物2が第2の遮蔽壁28を超えて外側に流出することを抑制することができる。めっき液1が第1の遮蔽壁27と第2の遮蔽壁28の間の領域を上昇する際の平均流速は、第1の遮蔽壁27と第2の遮蔽壁28との間の間隔を調整することによって制御することができる。
以後、(a)~(e)の工程がこの順に繰り返し行われることにより、被めっき物2に電界めっきが施される。これにより、被めっき物2が複数回、被めっき物通過領域23を通過するため、被めっき物2毎のめっき膜厚のばらつきは低下し、所望の膜厚のめっき膜を得ることができる。
上述したように、本実施形態のめっき装置100は、カソード26より上方、かつ、被めっき物通過領域23の延伸方向に見たときにカソード26より外側に配設された第1の遮蔽壁27、および、第1の遮蔽壁27の外側に配設された第2の遮蔽壁28を備えており、第1の遮蔽壁27の下端は、第2の遮蔽壁28の上端よりも低い位置にある。そのような構成により、カソード26の中空領域26aを下方から上方へと通過した混合流体3のうち、めっき液1の少なくとも一部は、第2の遮蔽壁28の上端を超えて外側へ流出する。すなわち、混合流体3のうち、比重の重い被めっき物2は下降して堆積するが、めっき液1の少なくとも一部は、堆積している被めっき物2によって下方への移動が遮られ、第2の遮蔽壁28に沿って上昇し、第2の遮蔽壁28の上端を超えて外側へ流出する。
したがって、めっき液1がめっき液通過部を通過して外側へ流出する特許文献2に記載のめっき装置と比べると、本実施形態のめっき装置100では、第1の遮蔽壁27および第2の遮蔽壁28が設けられていることにより、めっき液1の流路が複雑となり、かつ、第2の遮蔽壁28の上端を超えてめっき液1が外側へと流出するため、めっき液1が第2の遮蔽壁28の外側へと流出する量を低減することができる。これにより、第2の遮蔽壁28の上端を超えてアノード21からカソード26へと流れる電流量を低減することができるので、バイポーラ現象の発生を抑制することができ、めっきが施される被めっき物2の信頼性低下を抑制することができる。
また、特許文献2に記載のめっき装置では、被めっき物の一部がめっき液通過部へと流されてめっき液通過部に張り付き、そのまま固定されてしまうことがある。そのような事象は、被めっき物が小さいサイズ、例えば、長さ1.0mm、幅0.5mm、厚み0.5mmのサイズや、それよりも小さいサイズのときに生じやすく、その場合には、被めっき物にめっきが形成されなくなる。
しかしながら、本実施形態のめっき装置100では、第2の遮蔽壁28は通液性を有しないので、上記問題が生じることはない。したがって、被めっき物2が長さ1.0mm、幅0.5mm、厚み0.5mmのサイズや、それよりも小さいサイズの場合でも、一部の被めっき物2にめっきが形成されなくなることを抑制することができる。
また、第2の遮蔽壁28の上端は、めっき液1の液面よりも高い位置にあるので、めっき処理時に、第2の遮蔽壁28の上端を超えて外側に流出するめっき液1の量をより低減して、バイポーラ現象の発生をより抑制することができる。
また、本実施形態のめっき装置100では、アノード21の上端は、めっき液1の液面よりも低い位置にあり、上方から見たときにアノード21を覆い隠すように、アノード21の上方に第1の絶縁体35が配設されているので、第2の遮蔽壁28の上端を超えて外側へと流出するめっき液1を介して、アノード21からカソード26へと流れる電流をより低減することができる。これにより、バイポーラ現象の発生をより効果的に抑制することができ、被めっき物2の信頼性低下をより抑制することができる。
なお、本実施形態のめっき装置100は、特許文献2に記載のめっき装置と同様に、縦長の形状となるので、水平方向に回転軸を有する回転バレルを用いためっき装置と比べると、装置を設置するための床面積を狭くすることができ、面積生産性を向上させることができる。また、被めっき物2を流動させるための駆動源は、めっき液1を流動させるためのポンプ33だけであるので、めっき部20の構造をシンプルにでき、メンテナンスに関する費用を低減することができる。
電解めっきが終了すると、めっきが施された被めっき物2を洗浄する。被めっき物2を洗浄するため、分離部40、すなわち、一体的に分離可能な隔壁22、混合部25、カソード26、第1の遮蔽壁27、第2の遮蔽壁28、導流部29、および、誘導部30を、めっき槽10から引き上げる。分離部40を引き上げると、めっき液1は、隔壁22を介して外側に流れ出る。一方、被めっき物2は、外側に流れ出ることなく、被めっき物通過領域23および混合部25内に堆積した状態でとどまる。
めっき液1が隔壁22を介して外側に流れ出た後、図6に示すように、別途用意した洗浄槽50内に分離部40をセットする。具体的には、洗浄槽50の底部に設けられている噴射口51aに、分離部40の先端部41を接続する。洗浄槽50には、カソード26の上端よりも高い位置まで洗浄液が貯留されている。
図1に示すめっき装置100には、噴射部24が設けられていたが、洗浄槽50にも同様の構成の噴射部51が設けられている。噴射部51は、循環ライン52と、ポンプ53と、異物を除去するためのフィルタ54とを備えている。
めっきが施された被めっき物2の洗浄時には、ポンプ53を作動させることによって、洗浄槽50内の洗浄液を、循環ライン52を介して噴射口51aから噴射させる。これにより、混合部25において、噴射口51aから噴射された洗浄液と、被めっき物2とが混合されて、カソード26の中空領域26aを下方から上方へと流動する。そして、中空領域26aの上端から飛び出た洗浄液と被めっき物2との混合流体3のうち、洗浄液の一部は、第2の遮蔽壁28の上端を超えて、外側へ流出する。また、混合流体3に含まれる被めっき物2は、自身の重みにより沈降していくが、その際に、誘導部30の形状に沿って、被めっき物通過領域23に誘導される。
被めっき物通過領域23を上方から下方へと移動した被めっき物2は、混合部25で洗浄液と混合されて、再びカソード26の中空領域26aを下方から上方へと流動する。このように、被めっき物2を循環させながら洗浄することにより、短時間で被めっき物2の洗浄を行うことができる。
また、洗浄水を循環させながら洗浄することができるので、使用する洗浄水は少量ですみ、排水する洗浄水の量を低減することができる。
被めっき物2の洗浄後には、分離部40を上方に引き上げた後、先端部41を取り外すことにより、混合部25の下方から、めっきが施された被めっき物2を取り出すことができる。これにより、めっきが施された被めっき物2を簡単に取り出すことができる。また、隔壁22の内部に被めっき物2の残留が無いか目視で確認することができるので、分離部40の内部に被めっき物2が残った状態で、別の種類の被めっき物2に対してめっき処理が行われてしまうことを防ぐことができる。
(実施例1)
被めっき物2として、長さ1.0mm、幅0.5mm、厚み0.5mmの積層セラミックコンデンサを用意し、後述する方法により、積層セラミックコンデンサの外部電極にNiめっきおよびSnめっきを施した。後述するように、被めっき物2に対して、最初にNiめっきを施し、次にSnめっきを施した。
図1~図3に示す構成を備えためっき装置100において、筒状の隔壁22のうち、通液性を有する部分は、80メッシュのメッシュ材料で構成し、直径は70mm、長さは100mmとした。また、通液性を有する部分の上下に位置する通液性を有さない部分は、同じく直径70mmで、アクリル、ポリプロピレン、塩化ビニル、ポリカーボネートなどのプラスチックからなるパイプを設けることにより構成した。
隔壁22の上部には、頂角が90度の円錐台形状の誘導部30を設けた。誘導部30の開口下面の直径は、隔壁22の直径と略同じである。
誘導部30の上部には、直径200mm、高さ100mmの円筒を配置し、第2の遮蔽壁28とした。誘導部30と第2の遮蔽壁28との間は、隙間が生じないようにした。
第2の遮蔽壁28の内側に位置する第1の遮蔽壁27として、直径140mm、高さ100mmのパイプを上方から吊り下げた。第1の遮蔽壁27の下端は、第2の遮蔽壁28の上端よりも低い位置となるようにした。
隔壁22の内側に配設されるカソード26として、外形が35mm、内径が25mmのステンレス製のパイプを用いた。このパイプの外側表面のうち、被めっき物2のめっきを行うめっき形成領域に対応する部分は電気導通性があるが、めっき形成領域より高い部分、および、パイプの内側表面は、絶縁材でコーティングされている。このパイプの下端と、円錐台形状を有する混合部25の下端との間隙は15mmとし、パイプの上端は、誘導部30の高さ方向における中央付近の位置とした。パイプは、吊るし部材36によって上方からつり下げる構成とし、電源31の陰極と接続した。
カソード26の上方に、導流部29となるディフレクターを設けた。ディフレクターの下面、すなわち、カソード26の中空領域26aを下方から上方へと通過した混合流体3が衝突する面は、めっき槽10内にめっき液1を貯留した際に、めっき液1の液面より低い位置となるようにした。
隔壁22の外側には、100mmの間隔をあけて、円環状の形状を有するチタン製のアノードケースを配置した。このアノードケースには、上方からNiチップを充填可能な空間が設けられており、この空間内にNiチップを充填した。このNiチップを充填したアノードケースを電源31の陽極と接続してアノード21とした。
隔壁22の下部には、頂角が90度の混合部25を設けた。
めっき槽10に貯留するめっき液1としてワット浴を用いた。上述したように、めっき槽10の底部には、噴射口24aが設けられている。
ここで、噴射口24aの口径をカソード26の内径(25mm)よりも大きい30mmとしたところ、被めっき物2の循環が安定しないことが分かった。また、噴射口24aの口径をカソード26の内径よりも小さい12mmとしたところ、被めっき物2の循環を行うことはできるが、被めっき物2が強く吹き上げられるため、被めっき物2に強い衝撃力が加わる可能性がある。また、噴射口24aの口径を、カソード26の内径の60%以上の大きさである16mmとしたところ、被めっき物2の循環を安定的に行うことができ、かつ、被めっき物2が強く吹き上げられることもなかった。
したがって、噴射口24aの口径は、カソード26の内径よりも小さい方が好ましく、また、カソード26の内径の60%以上の大きさであることが好ましい。本実施例では、噴射口24aの口径を20mmとした。
噴射口24aに、混合部25の下部に設けられている先端部41をはめ込むように設置した。また、カソード26の上端よりも高い位置まで、めっき槽10内にめっき液1を貯留した。
噴射部24のポンプ33を作動させることにより、めっき槽10内のめっき液1が循環ライン32を介して、噴射口24aから上方に噴出される。噴射口24aから噴出されためっき液1は、カソード26の中空領域26aを通って、カソード26の上端から上方に噴出される。
被めっき物2として、積層セラミックコンデンサを1200000個、および直径0.7mmの導電性メディアを120cc、めっき槽10内、より具体的には、円筒形状を有する第2の遮蔽壁28の内側に投入した。投入された被めっき物2は、沈降して、被めっき物通過領域23内に堆積しつつ、徐々に下降する。そして、噴射口24aからのめっき液1の噴流により、混合部25に誘引され、混合部25でめっき液1と混合されて、カソード26の中空領域26aを通って上方に噴出される。噴出されためっき液1と被めっき物2との混合流体3のうち、めっき液1の一部は、第2の遮蔽壁28の上端を超えて外側に流出し、循環ライン32を経て、噴射口24aから再び噴射される。一方、被めっき物2は、めっき液1の他の一部、すなわち、第2の遮蔽壁28の上端を超えて流出しなかっためっき液1とともに、誘導部30を経て、被めっき物通過領域23に導かれ、堆積しつつ被めっき物通過領域23内を徐々に下降する。
このように、被めっき物2が循環を繰り返す状態で、電源31をオンとして、20Aで通電し、アノード21およびカソード26間に電圧を印加した。通電を180分間行って所定の積算電流を通電後、電源31をオフにした。そして、分離部40をめっき槽10から引き上げて、内部のめっき液1を抜いた。その後、分離部40を、洗浄液である純水を満たした洗浄槽50に浸漬した。
上述したように、洗浄槽50には噴射口51aが設けられており、分離部40の先端部41を噴射口51aに接続して、ポンプ53を作動させることにより、被めっき物通過領域23、混合部25、カソード26の中空領域26a、および誘導部30の経路で被めっき物2を循環させて洗浄した。その後、分離部40を引き上げて別の洗浄槽に移動させて、同様の洗浄を行った。この洗浄処理を3回繰り返して行った。
被めっき物2の洗浄後、分離部40を、Snめっき液を満たしためっき槽10に浸漬し、上述したNiめっきと同様の手順により、被めっき物2にSnめっきを施した。アノード21およびカソード26に通電する条件は、15Aで120分間とした。
被めっき物2にSnめっきを施した後、Niめっきの終了後と同様に、被めっき物2を洗浄した。
被めっき物2の洗浄終了後、図7に示すように、少なくとも隔壁22の上端まで洗浄水を浸した状態で、分離部40を洗浄槽50の噴射口51aから取り外し、取り外した分離部40の下部に、要部が被めっき物2は通過させず、めっき液1を通過させる粗さのメッシュ材料で構成された回収容器60を配置した。そして、分離部40の下部に設けられている先端部41(図4、図5参照)を外した。これにより、被めっき物通過領域23および混合部25に堆積している被めっき物2は、沈降して、回収容器60の中に回収される。このとき、洗浄水を分離部40の上方から流すことにより、全ての被めっき物2が回収容器60の中に回収されるようにした。
回収容器60は、上述のように、めっき液1は通過させるが被めっき物2は通過させないメッシュ材料で構成された通液部を備えているので、回収容器60を上方に引き上げれば、洗浄水は回収容器60の外に流出し、めっきが施された被めっき物2のみを回収することができる。
回収容器60に回収した被めっき物2のNi膜およびSn膜の膜厚を蛍光x線膜厚計で30カ所測定した。その結果、Ni膜の平均膜厚は3.35μm、膜厚ばらつきを示すCV(標準偏差/平均値)は6.9%であり、Sn膜の平均膜厚は3.1μm、膜厚ばらつきを示すCVは5.4%と、良好であった。すなわち、本実施形態によるめっき装置100によれば、形成されるめっき膜の膜厚ばらつきを小さくすることができる。
なお、チップの回収率を確認したところ、回収できなかったチップは0個であることを確認した。また、20000個のチップを対象として、実装機による実装テストを行ったが、半田付け不良は0個であった。
一方、特許文献2に記載のめっき装置を用いて同様に、被めっき物にNiめきおよびSnめっきを施したところ、一部の被めっき物のめっき液通過部への張り付きが確認された。また、30個の被めっき物について、Ni膜およびSn膜の膜厚を蛍光x線膜厚計で測定したところ、Ni膜のCVは8.9%、Sn膜のCVは6.2%となった。すなわち、特許文献2に記載のめっき装置は、本実施形態によるめっき装置100と比べて、形成されるめっき膜の膜厚ばらつきが大きい。
また、特許文献2に記載のめっき装置を用いてめっきが施されたチップに対して、実装機による実装テストを行ったところ、20000個のチップのうち、3個のチップが半田付け不良となっていることが確認された。
すなわち、本実施形態のめっき装置100によれば、長さ1.0mm、幅0.5mm、厚み0.5mmのような小さい被めっき物2であっても、安定的にめっきを施すことができる。
(実施例2)
実施例1で説明した方法により、被めっき物2にめっき処理を施すときに、被めっき物通過領域23および混合部25に堆積している被めっき物2の表面の電流密度を測定した。ただし、通電時の電流は30Aとし、電流密度の測定は、藤化成株式会社の電流密度計CD-200を用いた。また、特許文献2に記載のめっき装置を用いた場合についても同様に、堆積している被めっき物の表面の電流密度を測定した。
本実施形態のめっき装置100を用いた場合の電流密度は、0.6A/dm2であった。一方、特許文献2に記載のめっき装置を用いた場合の電流密度は、2.3A/dm2であった。
上述したように、本実施形態のめっき装置100では、第2の遮蔽壁28は通液性が無く、カソード26の中空領域26aを下方から上方へと通過した混合流体3のうち、めっき液1の少なくとも一部は、第2の遮蔽壁28の上端を超えて外側へ流出する。したがって、めっき液1がめっき液通過部を通過して外側へ流出する特許文献2に記載のめっき装置と比べて、外側へと流出するめっき液1の液流の厚みを低減することができる。また、アノード21の上方には、上方から見たときにアノード21を覆い隠すように第1の絶縁体35が設けられているため、アノード21の上方から、第2の遮蔽壁28の上端を超えて、堆積している被めっき物2の表面へと至る経路では、電流が流れにくい。これらの要因により、本実施形態のめっき装置100では、特許文献2に記載のめっき装置と比べて、堆積している被めっき物2の表面の電流密度が1/4になったと考えられる。
また、本実施形態のめっき装置100を用いてめっきを施したチップと、特許文献2に記載のめっき装置を用いてめっきを施したチップについて、耐湿負荷試験を行った。耐湿負荷試験の条件は、温度125℃、湿度95%RHとし、定格電圧3.2Vを72時間印加し、その間の絶縁抵抗IRを測定した。ここでは、18個のチップを対象として、絶縁抵抗の対数値logIRを求めた。
図8(b)に示すように、特許文献2に記載のめっき装置によりめっきを施したチップでは、電圧印加時間の経過とともに、絶縁抵抗が低下するチップが存在した。これは、バイポーラ現象の発生により外部電極が溶解したことが理由と考えられる。
これに対して、本実施形態のめっき装置100によりめっきを施したチップでは、図8(a)に示すように、絶縁抵抗の大幅な低下は生じなかった。すなわち、本実施形態のめっき装置100を用いた場合には、バイポーラ現象の発生が抑制されるため、チップの信頼性が向上した。
<第2の実施形態>
第1の実施形態におけるめっき装置100では、アノード21の上端は、めっき液1の液面よりも低い位置にあり、上方から見たときにアノード21を覆い隠すように、アノード21の上方に第1の絶縁体35が配設されている。
これに対して、第2の実施形態におけるめっき装置では、アノード21の上端は、めっき液1の液面よりも高い位置にあり、アノード21のうち、被めっき物のめっきを行う領域よりも高い位置にある部分は、第2の絶縁体で覆われている。
図9は、本発明の第2の実施形態におけるめっき装置100Aを示す正面断面図である。上述したように、アノード21の上端は、めっき液1の液面よりも高い位置にある。また、アノード21のうち、被めっき物2のめっきを行う領域よりも高い位置にある部分は、第2の絶縁体90で覆われている。
なお、被めっき物2のめっきを行う領域とは、被めっき物通過領域23内で被めっき物2が堆積している領域である。
本実施形態におけるめっき装置100Aも、第1の実施形態におけるめっき装置100と同様に、第1の遮蔽壁27および第2の遮蔽壁28を備えているので、バイポーラ現象の発生を抑制することができ、めっきが施される被めっき物2の信頼性低下を抑制することができる。
また、アノード21の上端は、めっき液1の液面よりも高い位置にあるが、アノード21のうち、被めっき物2のめっきを行う領域よりも高い位置にある部分は、第2の絶縁体90で覆われているので、第2の絶縁体90で覆われていない構成と比べると、第2の遮蔽壁28の上端を超えて外側へと流出するめっき液1を介して、アノード21からカソード26へと流れる電流を低減することができる。これにより、バイポーラ現象の発生をより効果的に抑制することができ、被めっき物2の信頼性低下をより抑制することができる。
なお、アノード21の上端がめっき液1の液面よりも高い位置にある構成において、第2の絶縁体90を省略した構成とすることもできるが、アノード21のうち、被めっき物2のめっきを行う領域よりも高い位置にある部分を第2の絶縁体90で覆う構成とすることにより、上述したように、バイポーラ現象の発生をより効果的に抑制することができる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
1 めっき液
2 被めっき物
3 混合流体
10 めっき槽
20 めっき部
21 アノード
22 隔壁
23 被めっき物通過領域
24 噴射部
24a 噴射口
25 混合部
26 カソード
26a 中空領域
27 第1の遮蔽壁
28 第2の遮蔽壁
29 導流部
30 誘導部
31 電源
32 循環ライン
33 ポンプ
34 フィルタ
35 第1の絶縁体
36 吊るし部材
40 分離部
41 先端部
50 洗浄槽
60 回収容器
90 第2の絶縁体
100、100A めっき装置

Claims (9)

  1. めっき液を貯留するめっき槽と、
    前記めっき槽の内部に設けられ、被めっき物に電解めっきを施すめっき部と、
    を備え、
    前記めっき部は、
    前記めっき液は通過させるが前記被めっき物は通過させない隔壁であって、その内側を上方から下方に向かって前記被めっき物が通過する被めっき物通過領域を構成する隔壁と、
    前記めっき液を下方から上方へと噴射する噴射部と、
    前記噴射部より上方、かつ、前記被めっき物通過領域より下方に配設され、前記噴射部によって噴射された前記めっき液と、前記被めっき物通過領域を通過した前記被めっき物とが混合する混合部と、
    前記被めっき物通過領域の外側に配設されたアノードと、
    前記被めっき物通過領域の内側に配設され、前記混合部によって混合された前記めっき液と前記被めっき物との混合流体が下方から上方に向かって通過する中空領域を有するカソードと、
    前記カソードより上方、かつ、前記被めっき物通過領域の延伸方向に見たときに前記カソードより外側に配設され、前記中空領域を通過した前記混合流体を下方へと導くための第1の遮蔽壁と、
    前記第1の遮蔽壁の外側に配設され、前記第1の遮蔽壁に沿って下方に導かれた前記混合流体のうち、前記めっき液の少なくとも一部を上昇させて上端を超えて外側へと導くための第2の遮蔽壁と、
    を備え、
    前記第1の遮蔽壁の下端は、前記第2の遮蔽壁の上端よりも低い位置にあることを特徴とするめっき装置。
  2. 前記第2の遮蔽壁の上端は、前記めっき液の液面よりも高い位置にあることを特徴とする請求項1に記載のめっき装置。
  3. 前記カソードの前記中空領域を下方から上方へと通過した前記混合流体を衝突させて外側へと導く導流部をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載のめっき装置。
  4. 前記導流部は、前記カソードの上方に配設されていることを特徴とする請求項3に記載のめっき装置。
  5. 前記アノードの上端は、前記めっき液の液面よりも低い位置にあり、
    上方から見たときに前記アノードを覆い隠すように、前記アノードの上方に配設された絶縁体をさらに備えることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載のめっき装置。
  6. 前記アノードの上端は、前記めっき液の液面よりも高い位置にあり、
    前記アノードのうち、前記被めっき物のめっきを行う領域よりも高い位置にある部分は、絶縁体で覆われていることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載のめっき装置。
  7. 前記噴射部の噴射口の口径は、前記カソードの内径よりも小さいことを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載のめっき装置。
  8. 前記噴射部の噴射口の口径は、前記カソードの内径の60%以上の大きさであることを特徴とする請求項7に記載のめっき装置。
  9. (a)めっき液と被めっき物との混合流体を、前記めっき液は通過させるが前記被めっき物は通過させない隔壁に少なくとも一部が囲まれた被めっき物通過領域に誘導する工程と、
    (b)前記被めっき物が前記被めっき物通過領域を上方から下方に向かって通過する際に、前記被めっき物通過領域の外側に配設されているアノードと、前記被めっき物通過領域の内側に配設されているカソードとの間に電圧を印加して、前記被めっき物に電解めっきを行う工程と、
    (c)前記カソードの下方において、前記めっき液を下方から上方へと噴射することによって、噴射された前記めっき液と前記被めっき物通過領域を通過した前記被めっき物とを混合させて、前記めっき液と前記被めっき物との前記混合流体を、前記カソードの内部に設けられている中空領域を下方から上方へと通過させる工程と、
    (d)前記中空領域を通過した前記混合流体を、前記カソードより上方、かつ、前記被めっき物通過領域の延伸方向に見たときに前記カソードより外側に配設された第1の遮蔽壁に沿って下方へ導く工程と、
    (e)前記第1の遮蔽壁に沿って下方に導かれた前記混合流体のうち、前記めっき液の少なくとも一部を、前記第1の遮蔽壁の外側に配設された第2の遮蔽壁に沿って上昇させて、前記第2の遮蔽壁の上端を超えて外側へと導く工程と、
    を備えることを特徴とするめっき方法。
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