JPH05339780A - 金属薄膜の製造方法 - Google Patents

金属薄膜の製造方法

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JPH05339780A
JPH05339780A JP4170059A JP17005992A JPH05339780A JP H05339780 A JPH05339780 A JP H05339780A JP 4170059 A JP4170059 A JP 4170059A JP 17005992 A JP17005992 A JP 17005992A JP H05339780 A JPH05339780 A JP H05339780A
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Hiroyuki Kaneko
紘征 金児
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属薄膜の製造方法の提供 【構成】 目的金属の電解質液と該電解質液よりも比重
の大きい非電解質の有機液体によって形成した二液相界
面にカソードを設置して電解を行ない、該カソード先端
に析出し成長する目的金属薄膜とアノードとの距離を制
御して目的金属の薄膜を連続的に析出させることを特徴
とする金属薄膜の製造方法。 【効果】 数ミクロン程度の膜厚が均一で結晶面の揃っ
た金属薄膜を容易に製造できる。剥離作業の必要がな
く、製造が極めて容易である。不純物の濃集したカソー
ド近傍部分の薄膜を簡単に除去できるので高純度の金属
薄膜を容易に得ることができる。有機液体が目的金属の
電解質溶液によって覆われるので、有機液体の蒸発によ
る作業環境の悪化を生じることがく、目的金属の電解質
溶液の補給が容易である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】プリント基板などの電子機器用材
料として、銅箔を始めとし各種の金属薄膜が用いられれ
ている。本発明は有機液体と目的金属の電解質溶液との
二液相界面を利用して金属薄膜を連続的に製造する方法
に関する。
【0002】
【従来技術とその課題】従来、プリント基板などの電子
機器材料用銅箔としては一般に電解銅箔が用いられてお
り、この銅箔は、銅電解液中に回転面の下半部が浸漬し
た回転ドラムを陰極として用い、ドラム面に銅を電着さ
せ、該ドラムを回転させつつ銅箔を剥ぎ取る方法によっ
て製造されている。ところが、この方法では、ドラム面
に電着した銅箔を剥離する必要があり、電着銅のドラム
面への付着力が不均一であると電着銅の剥離が円滑に行
なわれず、巻取りの際に銅箔が破断し、または剥離残し
を生じ、ドラムが電解液中に回転した次サイクルの電解
に支障を生じる。また、この方法によって得られる銅箔
の膜厚は10〜40μm程度であり、約1μm程度の極薄の
銅箔はドラムの電着面から剥離する際に破断し易く、こ
の方法によって製造するのは難しい。
【0003】本発明は従来方法の上記課題を解決した金
属薄膜の製造方法を提供することを目的とする。金属塩
水溶液の電解については、有機液体/金属塩水溶液界面
に点電極を接触させて電解を行なうと、この界面で木の
葉状に薄く金属が析出することが知られており、その形
態から析出金属は金属葉と称されている(日本金属学会
会報第30巻第12号第985 頁〜第992 頁)。本発明はこの
有機液体/金属塩水溶液界面に金属を薄く析出させる方
法を利用し、これを更に発展させ、有機液体/金属塩水
溶液界面に金属薄膜を連続的に析出させる方法を確立し
たものであって、本発明の方法によれば、製造設備が簡
単で数ミクロン以下の金属薄膜を容易に得ることができ
る。
【0004】
【課題の解決手段】本発明によれば、目的金属の電解質
溶液と該電解質溶液よりも比重の大きい非電解質の有機
液体によって形成した二液相界面にカソードを設置して
電解を行ない、該カソード先端に析出し成長する目的金
属薄膜とアノードとの距離を制御して目的金属の薄膜を
連続的に析出させることを特徴とする金属薄膜の製造方
法が提供される。また、その具体的な態様として、析出
する目的金属薄膜の先端とアノードとの距離を一定に保
つように該目的金属薄膜を巻取りながら電解することを
特徴とす方法、または析出する目的金属薄膜の先端とア
ノードとの距離を一定に保つようにアノードを移動して
電解することを特徴とする方法が提供される。
【0005】本発明は、電解質溶液を形成する金属につ
いて適用することができ、具体的には、亜鉛、鉄、コバ
ルト、金、銀、銅、カドミウム、アンチモン、ニッケ
ル、錫などの金属塩水溶液に適用できる。これらの金属
塩水溶液としては、上記金属の硫酸塩、硝酸塩、塩酸
塩、酢酸塩、アンモニウム塩など通常の金属塩電解で用
いる水溶液であれば良い。
【0006】目的金属の電解質溶液に対して二液界面を
形成する非電解質の有機液体としては、該電解質溶液よ
りも比重の大きいものが用いられる。電解槽内におい
て、下側に非電解質の有機液体、その上側に目的金属の
電解質溶液を供給し、該有機液体の液面を目的金属の電
解質溶液によって覆うことにより、下側の有機液体の蒸
発を抑えることができ、作業環境の悪化を防止すること
ができる。また該電解質溶液の補給も容易になる。な
お、該有機液体は、目的金属の電解質溶液と明瞭に二液
界面を形成できることが必要であり、この目的に適うも
のとして、互いに溶解せず、かつ該電解質溶液/有機液
体の界面張力の大きいもの、または析出する金属とその
電解質溶液および有機液との3相界面の接触角の大きい
ものが好ましい。また、電解質溶液として金属塩の水溶
液を用いる場合には、予め金属塩水溶液に空気ないし酸
素を吹き込んでおくと界面張力が大きくなるので好まし
い。通常の金属塩水溶液に対する好適な有機液体の例と
しては、四塩化炭素、(C4 9 3 NまたはC8 16
Oなどが挙げられる。上記有機液体の液量は目的金属の
電解質溶液と充分な二液界面を形成し、かつ析出した金
属薄膜を該有機液体を通過して引き出せる程度であれば
良い。
【0007】金属薄膜の析出状態は目的金属の電解質溶
液の液温によって大きく影響されるので、液温を一定に
保つため、外周を恒温水で囲んだ恒温電解槽を用いるの
が好ましい。一例として、硫酸亜鉛水溶液を用いて亜鉛
を電析する場合、液温は20〜40℃の範囲に保持する
のが良い。液温が低く過ぎると目的の金属薄膜の成長が
遅く、しかも金属薄膜の表面に針状の析出物が多く付着
する。一方、液温が高いと金属薄膜の成長が早く制御し
難い。また、多くの場合、電解中に液温が±2℃以上変
動すると金属薄膜の成長が不均一になる。
【0008】アノードには不溶性電極が用いられるが目
的金属と同一の金属でもよい。カソードには目的金属と
同一の金属または白金、アルミニウム、黒鉛などの良導
電性材料が用いられる。なお、カソードに析出した金属
薄膜を巻取りながら電解する場合には、巻取りが容易な
薄膜状のカソードを用いるのが好ましい。具体的には、
硫酸亜鉛水溶液の電解によって亜鉛薄膜を製造する場合
には、アノードとして亜鉛板を用い、カソードとしてア
ルミニウム薄膜が好適に用いられる。また銅薄膜の製造
においては、アノードとして銅板、カソードとしてアル
ミニウム薄膜が好適に用いられる。
【0009】カソードは上記有機液体と目的金属の電解
質溶液との二液相界面に置かれる。電解条件は有機液体
および上記電解質溶液の種類、これらの液温および濃度
などに基づいて適宜定められる。なお、電流密度が高い
と膜厚が不均一になり、電流密度が低いほど薄膜が得ら
れる。但し電流密度が低過ぎると金属薄膜が成長しな
い。
【0010】上記電解によりカソードの先端に目的の金
属薄膜が析出し、アノードに向って成長する。目的金属
の析出に伴い、該析出金属薄膜またはアノードを相対的
に移動して該析出金属薄膜の成長端とアノードとの間の
距離が一定になるように電解を継続すると、析出した金
属薄膜が順次カソードとなって連続的に目的金属の薄膜
が成長する。析出した金属薄膜とアノードとの距離を一
定に保持して電解を行なう方法としては、金属薄膜の成
長速度に対応して該金属薄膜を順次巻取る方法、または
アノードを移動して金属薄膜を帯状に長く成長させる方
法などが行なわれる。
【0011】析出金属薄膜を巻取る方法によれば、比較
的小型の電解槽を用いても帯状に長い金属薄膜を製造で
きる利点がある。この場合に、析出した目的金属の薄膜
は非電解質の有機液体を通じて引き出す必要があるの
で、電解槽の内側部に、有機液体の液面で目的金属の電
解質溶液を遮断する遮断板を設け、この部分から析出し
た金属薄膜を引き上げるようにすると良い。一方、アノ
ードを移動する方法は、細長い電解槽を必要とする制約
はあるが、アノードの移動によって金属水溶液の濃度分
極が解消される利点がある。
【0012】析出した金属薄膜は有機液体の表面張力に
よって2液相界面に保持され、界面に沿って成長する。
そのまま長時間電解を継続すると、電解質溶液の濃度分
極により目的金属の析出が止るが、この段階で一度電解
を中断し、再度、通電すれば再び目的金属が析出する。
なお、界面を乱さないように金属塩水溶液を静かに撹拌
して金属塩の濃度を均一化して通電すれば連続的に目的
金属が析出する。濃度分極を解消する他の方法として、
金属塩水溶液を電解槽内を循環するように連続的に供給
しても良い。
【0013】上記方法によって製造された金属薄膜の有
機液体側に接触する面は金属光沢を有し、その上側の水
溶液側に接触する面は暗灰色を呈する。また電解条件を
制御することにより金属の結晶面を特定の方位に配向さ
せることができる。例えば、亜鉛の場合には、(001) 面
が一定方位に揃った薄膜が得られる。さらに電解条件を
調節することにより、金属薄膜の膜厚を制御することが
でき、約1〜5μmの膜厚の金属薄膜を得ることができ
る。なお、電析初期には貴な金属が析出し易く、その後
は高純度の金属薄膜が析出し成長するので、電解終了
後、カソード近傍の貴な不純物金属が集中した部分を取
り除くことにより、高純度の金属薄膜を得ることができ
る。因みに、従来のカソード表面に目的金属を電着させ
る方法では、電解初期の不純物の多い部分の表面に順次
目的金属が層状に電着するので不純物の濃集部分を分離
除去するのは極めて困難であるが、本方法では容易に不
純物の濃集部分を除去できる実用上大きな利点を有す
る。
【0014】
【実施例】本発明を実施例に基づいて具体的に説明す
る。なお本発明は以下の実施例に限定されない。 実施例1 図1に示すように、恒温水の流路10を外周に備え、内
側部に仕切板11を有する恒温電解槽12を用い、該電
解槽12に有機液体13[(C4 9 3 N]を入れ、
仕切板11で区切られた一方の液面を硫酸亜鉛水溶液(亜
鉛濃度:3mol/l)14で覆い二液相界面を形成した。この
界面にカソードとなるアルミニウム薄膜(膜厚:15μm
)20の先端21を浮かべ、他端を巻取機(図示せ
ず)に取付けた。このアルミニウム薄膜先端21の前方
に一定間隙を隔てアノードとなる金属亜鉛板30を垂直
に装入した。液温を30℃に保持し、ガルバノスタット
を用い50mAで上記アルミニウム薄膜をカソード分極し
たところ、アルミニウム薄膜の先端に亜鉛薄膜が析出
し、3mm/ 分の速度でアノードの金属亜鉛板に向って成
長した。析出した亜鉛薄膜先端と金属亜鉛板との距離を
5mmに保つように巻取機でカソードのアルミニウム薄膜
および析出亜鉛薄膜を巻取りながら電解を継続して亜鉛
を連続的に析出させ、(001) 面が一定方位に配向した厚
さ約1μの亜鉛薄膜を得た。
【0015】実施例2 銅板をアノードとし、銅箔をカソードに用いた以外は実
施例1と同一の電解装置を用い、四塩化炭素を入れ、少
量の塩化アンモニウムを添加した硫酸銅水溶液(銅濃
度: 0.5mol・dm-3)に30分間空気を吹き込んだ後に、
該硫酸銅水溶液を四塩化炭素の上側に供給し、電流密度
50mAで実施例1と同様に電解し、硫酸銅水溶液と四塩化
炭素との界面に厚さ約1μm の銅薄膜を連続的に析出さ
せた。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、数ミクロン程度の膜厚
が均一で結晶面の揃った金属薄膜を容易に製造すること
ができる。また本発明の方法は、従来の電解方法のよう
なカソード面に析出させた目的金属を剥離するものとは
異なり、二液相界面に目的の金属薄膜を析出成長させ、
これを順次巻取ることにより連続的に金属薄膜を製造す
るので、剥離作業の必要がなく、製造が極めて容易であ
る。さらに、不純物の濃集したカソード近傍部分の薄膜
を簡単に除去できるので高純度の金属薄膜を容易に得る
ことができる。また本発明の方法では、有機液体が目的
金属の電解質溶液によって覆われるので、有機液体の蒸
発による作業環境の悪化を生じることがない。さらに目
的金属の電解質溶液の補給が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例に用いた電解装置の概略断面
【符号の説明】
10−恒温水流路 11−仕切板 12−電解槽 13−(C4 9 3 N 14−硫酸亜鉛水溶液 20−アルミニウム薄膜 21−アルミニウム薄膜先端 30−亜鉛アノード

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 目的金属の電解質溶液と該電解質溶液よ
    りも比重の大きい非電解質の有機液体によって形成した
    二液相界面にカソードを設置して電解を行ない、該カソ
    ード先端に析出し成長した目的金属薄膜とアノードとの
    距離を制御して目的金属の薄膜を連続的に析出させるこ
    とを特徴とする金属薄膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 析出する目的金属薄膜の先端とアノード
    との距離を一定に保つように該目的金属薄膜を巻取りな
    がら電解することを特徴とする請求項1の方法。
  3. 【請求項3】 析出する目的金属薄膜の先端とアノード
    との距離を一定に保つようにアノードを移動して電解す
    ることを特徴とする請求項1の方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101318197B1 (ko) * 2011-07-01 2013-10-17 주승기 전기 도금장치 및 전기 도금방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101318197B1 (ko) * 2011-07-01 2013-10-17 주승기 전기 도금장치 및 전기 도금방법

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