JPH10152799A - 電気めっき装置および電気めっき方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気ヘッド等の製造に用いる電気めっき装置
において、めっき槽にめっき液を注入する際に、陰極と
陽極の間にめっき液が満たされるまで陰極に電流を供給
できないため、陰極の下地膜がめっき液に溶解され均一
なめっき膜を形成できない。また、めっき電流遮断後め
っき液を排出し陰極をめっき槽から取り出せるようにな
るまで、陰極に生製されためっき膜がめっき液に溶解さ
れるため、めっき膜厚の制御が難しい。 【解決手段】 めっき槽内で陽極と陰極を対向させると
共に、前記陰極の近傍に補助陰極が配置され、めっき電
源を備える電気めっき装置において、陰極と陽極の間に
めっき液が満たされていない期間は、補助陰極から陰極
に電流を供給することで、めっき液による陰極の下地膜
の溶解を実質的になくす。その後、陰極と陽極の間にめ
っき液が満たされたら、陽極から陰極と補助陰極に電流
を供給してめっき膜を形成する。更に、めっき液排出時
にも補助陰極から陰極に電流を供給することで、めっき
液によるめっき膜の溶解を実質的になくす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気めっき装置に係
わるものであり、特に磁気記録装置用磁気ヘッドの薄膜
部等を形成するのに好適な電気めっき装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、ハードディスク装置等で代表され
る磁気記録装置の大容量および小型化の発達は目覚まし
いものがある。このような技術トレンドに対して、磁気
ヘッドは高記録密度化に対応すべく、メタルインギャッ
プ型磁気ヘッド、インダクティブ型薄膜磁気ヘッドおよ
び磁気抵抗効果型磁気ヘッドへと変遷してきた。

【０００３】図３は録再分離方式の磁気抵抗効果型磁気
ヘッドの概略構成を示したものである。同図は磁気記録
媒体側から眺めた斜視図であるが、基板（省略）上に下
部シールド層２０、ミッドシールド層２２、磁気抵抗効
果膜２１、ＳＡＬバイアス膜２６、ハードバイアス膜２
７、および電極２８からなる再生ヘッド部と、上部磁極
層２４、コイル２３、ミッドシールド層２２および記録
ギャップ２５からなる記録ヘッド部が積層された構成で
ある。ただし、記録ギャップや層間の絶縁層の記載は省
略した。これらの構成部はいずれもフォトリソグラフィ
技術とスパッタ技術とめっき技術等で形成されるもので
ある。即ち、基板上に薄膜を成膜後、レジスト膜とエッ
チングにより所要のパターンと構造を得る製造方法とレ
ジスト膜とめっきによりパターンと構造を得る製造方法
を適用している。

【０００４】薄膜の成膜の工程ではスパッタあるいは蒸
着などの成膜技術が良く用いられているが、図３に示す
磁気ヘッドにおいては膜厚が数ミクロンから１０ミクロ
ンを越える比較的厚い膜を形成する場合、前述した成膜
技術に比較して電気めっき法はより速く成膜できる等の
経済的理由により適用されている。この電気めっきで成
膜される対象としては、下部シールド層２０、ミッドシ
ールド層２２、コイル２３および上部磁極層２４などで
ある。これらシールド、上部磁極の材質としては、Ｎｉ
ＦｅやＮｉＦｅＣｏ等の磁性合金膜を用いる。またコイ
ルとしてはＣｕ等の導電膜を用いる。

【０００５】電気めっきは、めっき膜を形成したい部位
に導電性の下地膜を配してから、この下地膜を陰極とし
てめっき液中で通電することにより、下地膜上にめっき
膜を析出させる方法であり、装飾品から身につける装身
具などめっきの対象物は大から小まで非常に広く、以前
からよく使われている技術である。ただし、磁気ヘッド
を構成する膜としてめっき膜を形成する場合、特にめっ
き膜の膜厚が均一であること、若しくは膜面が平滑であ
ることが重要となる。例えば一層だけで構成する製品で
は、多少の膜厚の不均一は殆どの場合問題にならない
が、多層化していくと一層分の不均一さが累積するた
め、層数以上の不均一さを招来してしまう。また、めっ
き面が平滑でないことは、上層と下層との接触が充分で
なくなり、上層と下層との界面において磁気的、電気的
あるいは機械的な特性を得ることが出来ないことであ
る。これは膜の剥がれ、電気あるいは磁気回路を構成す
る場合には電気抵抗、磁気抵抗の増大などの現象であら
われてくる。

【０００６】本願発明が対象とする図３に示す磁気ヘッ
ドは、３〜８インチ径の円盤状もしくは四角状の基板上
に多数配置した状態で製造され、それらを所定の大きさ
に切断、分離して作られる。このような磁気ヘッドを製
造するための電気めっき装置の１例を図４に示す。図４
は電気めっき装置の断面である。この電気めっき装置の
構造と操作の詳細を以下に述べることにする。めっき槽
１２の内部は、陽極１と陰極２とが所定の距離を隔てて
対向配置され、更に陰極２を取り囲むように補助陰極３
が設けられている。めっき液の供給は注入口１３から、
また余剰分は排出口１４から流出する。陽極１と陰極２
間、陽極１と補助陰極３間には図示するような結線と定
電流源５，６が接続される。陽極１と陰極２はめっき槽
１２に固定されていて、めっき液にさらされる。めっき
膜を形成するには、まず、めっき槽に陰極を取り付けて
めっき液の注入を行う。めっき液が液面１８まで満たさ
れたら、めっき電源５から電流を流して陰極２上にめっ
き膜を析出させる。めっきしている間はめっき液の組成
を均一に保つためにめっき液の注入と排出を継続する。
めっき膜を所定の厚さに形成したらめっき液を排出して
めっき槽から陰極を取り出すことになる。

【０００７】ここで、補助陰極３は陰極２の電流密度の
不均一を抑制するために設けられている。陽極１と陰極
２は所定の距離に離されているため、陰極２の中央と端
部とでは電流密度が異なってしまう。このため、陰極表
面の電流密度分布が一様でなくなり、陰極上のめっき膜
厚は中央と端部で異なることが知られてる。この対策と
して、陰極２を取り囲むように補助陰極３を設け、めっ
き電源５とは別の補助電源６を接続して陽極から補助陰
極に電流を流すことにより陰極２上の電流密度をより一
様にさせている。

【０００８】さらに図４において、めっきすべき対象物
は当然ながらめっき槽１２の底部に配された陰極２であ
る。ここで、電気めっき槽内に設置する直前の陰極２部
を拡大した断面を図５に示す。基板２ｃ上に、０．１ミ
クロン程度の非常に薄い導電性の下地膜２ｂをスパッタ
などで形成し、更に目的とするパターンを得るようにレ
ジスト２ａを下地膜２ｂ上に設ける。このように前処理
した陰極２を陽極１と対向して配置してめっき液を介し
て電流を通じれば、電流はレジスト２ａが形成されてい
ない下地膜２ｂを通過するため、めっき膜はレジスト２
ａ以外の下地膜２ｂ上に析出することになる。レジスト
２ａを薬品で溶解除去し、更に露出した下地膜を化学エ
ッチングもしくは、イオンミリング等で除去することに
より、所望のパターンとしためっき膜パターンが製造で
きる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図４に示す電気めっき
装置のめっき工程の最初の段階において、図５に示すよ
うな陰極２をめっき槽１２の底部に設置固定後、めっき
液を注入口１３から供給し、液面１８に達するまでめっ
き液を補給しなければならない。めっき作業が可能にな
るまで、めっき槽１２にめっき液を満たす必要がある。
このため、底部に置かれた陰極２はめっき液を介して陽
極１と通電されるまでの間無通電状態でめっき液に曝さ
れることになり、下地膜２ｂはめっき液に溶解される。
図７にめっきの電流密度Ｉｄとめっき膜生成速度ｖの関
係を示す。陽極から陰極に電流が流れればめっき膜が形
成されるが、実際には生成されためっき膜がめっき液に
溶解される作用も働くため、めっき電流密度Ｉｄがしき
い値ａ以上にならないとめっき膜が成長しない。即ち、
陰極に流す電流密度がしきい値ａ未満では溶解速度が生
成速度ｖを上回り下地膜２ｂが溶解してしまう。下地膜
２ｂの一部または全部が溶解消失すると陰極の基板２ｃ
が露出する。図３の磁気ヘッドではシールド膜やコイル
２３膜を絶縁膜上に配置するため、この絶縁膜がめっき
の陰極の基板２ｃに該当する。下地膜が消失した領域即
ち基板２ｃが露出した領域には電流が供給されず、めっ
き膜が形成されない。下地膜２ｂの溶解によってめっき
膜が全く形成されないか、または部分的に形成される事
となる。また、下地膜２ｂの部分的な溶解によって電気
抵抗のばらつきが発生しめっき膜厚の均一性を悪化させ
る事となる。

【００１０】この様な下地膜２ｂの溶解によって生じる
不具合を解決するため、補助陽極４を使用してめっき前
における陰極２の下地膜２ｂの溶解を抑制する。図４に
おいて補助陽極４はめっき槽１２の壁面に沿って設けら
れる。そして補助陽極４と陰極２間には図示するような
結線と定電流源７が接続される。このような構成にする
とめっき槽にめっき液を満たす際にめっき液の液面１７
が陽極２に到達しない段階でも補助陽極４から陰極２に
通電できる。

【００１１】しかしながら、補助陽極４を用いても下地
膜の溶解をなくすまでには至らず、以下に述べる問題を
有する。即ち、陰極表面における電流密度が均一になら
ないためめっき膜が均一に形成されないこと等である。
このことは図３に示すような多層構成の磁気ヘッドを製
造する場合は非常に重大な技術課題を持つことになる。

【００１２】この補助陽極４の欠点を図６を用いて説明
する。図６は従来の電気めっき装置の平面図であり、図
４の電気めっき装置でめっき槽を上から見たときの陰極
２、補助陰極３、補助陽極４の位置関係を示す。図４で
陽極１と陰極２が平行に対向するのに比べて図６に示す
補助陽極４と陰極２の関係は、陰極の中心から見ると対
称でない。故にめっき液を通して補助陽極４から陰極２
にしきい値ａより僅か大きな電流を流すと、陰極２表面
の補助陽極４に近い部分と遠い部分で電流密度が異なる
ため、補助陽極４に近い部分はめっき膜が形成され、遠
い部分では下地膜２ｂが溶解されて膜厚の不均一を生じ
させる。補助陽極４に遠い部分においても下地膜２ｂが
溶解されない電流を流すと、補助陽極４に近い部分では
めっき膜が厚く形成される事となる。

【００１３】そこで本発明はめっき槽に陰極を取り付け
てからめっき液を満たす際に、陰極を構成する下地膜が
めっき液に溶解されず、かつ均一なめっき膜を形成でき
る電気めっき装置および方法を提供する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、めっき液の注
入および排出口を備えためっき槽内で陽極と陰極が所要
の距離をもって対向し、陰極の近傍に補助陰極を配した
電気めっき装置において、補助陰極から陰極に電流を供
給する手段を備えた電気めっき装置を提供する。また、
この電気めっき装置を用いて、めっき液が前記陽極と前
記陰極間に満たされない期間、前記補助陰極から前記陰
極に電流を供給してめっき液による下地膜の溶解を抑制
することにより、均一なめっき膜を形成する。

【００１５】従来の補助陽極から陰極に通電する方法に
比べて補助陰極から陰極に通電する本願発明の方法は陰
極表面における電流密度が均一になる。これは補助陰極
が補助陽極よりも陰極に近接しているためである。ま
た、陰極と補助陰極はほぼ同一面に配置されており、め
っき液を注入する際に、補助陰極から陰極に速やかに電
流を供給することができる。また図１の電気めっき装置
のように補助陰極が陰極を取り巻くように配置されてい
るので、めっき液は補助陰極と陰極にほぼ同時に接触す
るため、陰極の下地膜は実質的に溶解されない。さら
に、補助陽極と陰極の位置関係に比べて補助陰極と陰極
の位置関係は陰極の中心からみた対称性が良いから、陰
極表面の電流密度分布の不均一は緩和される。また、図
４の従来の装置は電極が４個、電源が３個であるのに比
べて、図１に示す本発明の装置は電極が３個、電源が３
個あるいは２個で済む等、補助陽極を用いないことによ
る装置の簡略化というメリットがある。また、陽極と陰
極の間に前記めっき液が満たされてから、所定の厚さの
めっき膜を形成するまでの間は、補助陰極は陰極の電流
密度を均一にするために使用される。ただし、めっき液
が陽極と陰極間に満たされたら、前記陽極から前記陰極
と前記補助陰極に電流を流すことにより、従来と同様に
めっき膜を形成する。

【００１６】また、本発明は、めっき液の注入および排
出口を備えためっき槽内で陽極と陰極が所要の距離をも
って対向し、前記陰極の近傍に補助陰極を配した電気め
っき装置において、従来または本発明の方法で所定の厚
さのめっき膜を形成した後で、めっき槽からめっき液を
排出する際に、陰極に形成しためっき膜がめっき液に溶
解されないように、前記補助陰極から前記陰極に電流を
供給する手段を備えた電気めっき方法及び装置を提供す
る。

【００１７】図４のような装置のめっき工程では、めっ
き膜を所定の厚さに形成したら陽極から陰極への通電を
遮断して、さらにめっき槽のめっき液を排出して陰極を
取り出す。よって通電の遮断からめっき液の排出完了ま
での間、めっき膜はめっき液にさらされるため、めっき
膜は溶解することになる。そこで陰極に形成しためっき
膜がめっき液に接触している間は補助陰極から陰極に電
流を流すことにより、めっき膜の溶解を抑制する。補助
陰極と陰極間の通電の遮断は、めっき液の排出を終了し
たときから陰極をめっき槽から取り出すまでの間に行
う。

【００１８】

【発明の実施形態】

（実施形態１）図１に本発明による実施形態の一例を示
す。図１は補助陰極３を用いてめっき液による陰極２の
下地膜の溶解を抑制する電気めっき装置である。陰極２
と下地膜２ｂの関係は図５に示す。陰極２を設置しため
っき装置において、めっき液注入口１３からめっき液を
注入すると、めっき液はめっき槽内壁１５ｂからオーバ
ーフローして、液流制御板１６ｂによりめっき槽１２の
底に導かれる。補助陰極３と陰極２がめっき液に接触し
たらスイッチ８をオンして、更に補助陽極用電源７を用
いて補助陰極３から陰極２に、図７に示すしきい値ａの
電流を供給すると、下地膜２ｂはめっき液に溶解されな
い。めっき膜の膜厚を制御する場合は、めっき膜の生成
速度が電流密度に依存するため、前記めっき電源５と前
記補助電極用電源６および補助陽極用電源７として定電
流源を使用することが望ましい。

【００１９】めっき液の液面１７が上昇して陽極１と接
触したら、スイッチ８を開放して補助陰極３から陰極２
に流れる電流を遮断する。同時にめっき電源５と補助電
源６を用いて陽極１から陰極２と補助陰極３に電流を供
給することにより、陰極２の下地膜２ｂと補助陰極３に
めっき膜を形成する。導通検出回路３０は陽極と陰極間
の電気抵抗の変化から導通を感知して主電源に電流を流
させるスイッチとして動作する。めっき液が液面１８に
到達すると液流制御板１６の下からめっき槽内壁１５に
そって上昇してきためっき液はめっき液排出口１４から
排出される。めっき液の注入と排出はめっき槽内のめっ
き液の成分を一定に保つために、めっき膜の形成が終了
するまで継続する。図１では省略したが、排出しためっ
き液はめっき液の成分の変動を抑制する手段を通してめ
っき液注入口に循環される。以上の作業により均一で平
滑なめっき膜を形成できる。

【００２０】この実施例では電流の向きを変えるタイミ
ングを検知する手段として導通検出回路３０を用いた
が、必ずしもこれにこだわる必要はない。代替可能なタ
イミング検知手段としては、注入口１３から流入するめ
っき液の流量を検知して注入しためっき液の量が陽極と
陰極間を満たす量になったら電流の向きを変える手段、
またはめっき液をめっき槽に満たすのに必要な時間に基
づいてめっき液の注入を開始してから該時間が経過した
ら電流の向きを変える手段、またはセンサーを用いてめ
っき液の液面が所定の高さになったことを検知して電流
の向きを変える手段、またはめっき液排出口１４の流量
を検知して電流の向きを変える手段などに置き換えるこ
とができる。

【００２１】（実施形態２）図２に本発明による実施形
態の一例を示す。図１で示した、補助陰極用電源７を独
立に設置するのではなく主電源５を用いて補助陰極から
陰極にしきい値ａの電流を流してもよい。ただし、陽極
とめっき液が導通したら、主電源５が陽極から陰極に所
定のめっき電流を流せるようにする必要がある。図２は
このような電源等の配置の一例であり、陽極とめっき液
間が導通するまでは、スイッチ８ａを主電源５側に切り
替えて補助陰極から陰極にしきい値ａの電流を流して下
地膜の溶解を抑制する。陽極とめっき液間が導通した後
は、スイッチ８ａを補助電源６側に切り替えて陽極から
陰極と補助陰極に電流を流して陰極にめっき膜を形成す
る。また、この他にも複数の電源とそのスイッチング手
段を組み合わせたものを用いることができる。

【００２２】（実施形態３）図１のめっき装置で陰極１
に所定の膜厚のめっき膜を形成し終えてから以下に述べ
る方法でめっき液を排出するときのめっき膜の溶解を抑
制する。まず、陽極１と陰極２間の導通を遮断すると同
時に補助陰極３から陰極２にしきい値ａの電流を流す。
続いてめっき液注入口１３からのめっき液の注入を停止
して、めっき槽の底部に設けためっき液排出部よりめっ
き液を排出する。このめっき液排出部の記載は図１にお
いては省略した。めっき液を排出完了したら補助陰極３
と陰極２間の通電を遮断する。そして陰極２をめっき槽
から取り外してめっき工程を終了する。めっき槽の底部
に設けためっき液排出部は次のめっきを行う際には閉じ
るものとする。ここで補助陰極３と陰極２間の通電を遮
断するタイミングを検知する手段としては、めっき槽の
底部に設けためっき液排出部から排出されるめっき液の
流量の変化を検知する手段、またはセンサーによりめっ
き槽内のめっき液の液面の高さを検知する手段、または
めっき液をめっき槽から排出するのに必要な時間に基づ
いてめっき液の排出を開始してから該時間が経過したら
補助陰極３と陰極２間の通電を遮断する手段などを用い
ることができる。

【００２３】（実施形態４）以上の実施形態において補
助陰極から陰極に電流を供給する場合、陰極表面の電流
密度の値をめっき膜の形成に必要な電流密度のしきい値
か僅かしきい値より大きい値とする。さらに補助陰極か
ら陰極に供給する電流密度を前記しきい値とすると、補
助陰極を陽極の代わりとして使用している間の陰極にお
ける下地膜の溶解、及びめっき膜の形成を抑制すること
ができる。

【００２４】（実施形態５）補助陰極の材料としては、
白金、またはタングステン、またはチタン、または白金
合金、またはタングステン合金、またはチタン合金等を
用いる。このようにめっき液に対して不溶解性を有する
材料を用いるのは、補助陽極として使用しているときに
溶解しないようにするためである。さらに補助陰極には
めっき作業に伴ってめっき膜が形成される。補助陰極の
形状を変えないために、補助陰極に形成されためっき膜
を機械的に除去するか、化学エッチングして不要なめっ
き膜を除去する。そこで化学エッチング溶液に溶解しな
いように補助陰極の材料として上記の金属または合金を
用いる。

【発明の効果】従来の補助陰極と陰極間に下地膜溶解抑
制のために電源を接続するだけで格段の効果を得ること
ができる。即ち、めっき装置を複雑な構成にすることな
く、従来にない効果が得られる。以上の本発明では磁気
ヘッドを例にとって詳述したが、本発明の実施は磁気ヘ
ッドにとらわれないことは、本発明の説明から明白であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の一例である電気めっき装置
の断面図

【図２】本発明の実施形態の一例である電気めっき装置
の断面図

【図３】ＭＲヘッド構造の立体図

【図４】従来の電気めっき装置の断面図

【図５】陰極の断面図

【図６】従来の電気めっき装置の断面図

【図７】めっきの電流密度Ｉｄとめっき膜生成速度ｖの
関係

【符号の説明】

１ 陽極、、２ 陰極、２ａ レジスト、２ｂ 下地
膜、２ｃ 基板、３ 補助陰極、４ 補助陽極、５ め
っき電源、６ 補助電源、７ 補助陽極用電源、８ ８
ａ スイッチ、１２ めっき槽、１３ めっき液注入
口、１４ めっき液排出口、１５ １５ｂ めっき槽内
壁、１６ １６ｂ 液流制御板、１７ めっき液液面、
１８めっき液液面、２０ 下部シールド、２１ ＭＲ素
子部、２２ミッドシールド、２３ コイル、２４ 上部
磁極、２５ 記録ギャップ、３０導通検出回路、２６
ＳＡＬバイアス膜、２７ ハードバイアス膜、２８ 電
極。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 めっき槽内に陽極と陰極が所要の距離を
   もって対向すると共に、前記陰極の近傍に補助陰極を配
   し、前記陽極から前記陰極へ、及び前記陽極から前記補
   助陰極に電流を供給する電源を備えた電気めっき装置に
   おいて、前記補助陰極から前記陰極に向かう電流を供給
   し、遮断する手段を設けることを特徴とする電気めっき
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した電気めっき装置にお
   いて、前記陰極及び前記補助陰極が前記めっき槽の底部
   に配置されたことを特徴とする電気めっき装置。
3. 【請求項３】 請求項１若しくは２のいずれかに記載し
   た電気めっき装置において、めっき液が前記陽極と前記
   陰極間に満たされない期間、前記補助陰極から前記陰極
   に電流を供給し、めっき液が満たされると前記補助陰極
   から前記陰極の電流を遮断すると共に、前記陽極から前
   記陰極及び前記陽極から前記補助陰極に電流を供給する
   切り替え遮断手段と、めっき液面検出手段を備えたこと
   を特徴とする電気めっき装置。
4. 【請求項４】 めっき槽内に陽極と陰極が所要の距離を
   もって対向すると共に、前記陰極の近傍に補助陰極を配
   し、前記陽極から前記陰極へ、また前記陽極から前記補
   助陰極に電流を供給する電源と、前記補助陰極から前記
   陰極に向かう電流を供給または遮断する手段を設けた電
   気めっき装置を用いた電気めっき方法において、前記陰
   極にめっき膜を形成する前のめっき液注入過程で、前記
   陽極と前記陰極がめっき液により導通するまでの間、前
   記補助陰極から前記陰極に向かう電流を供給する工程
   と、前記陽極と前記陰極の導通後は前記補助陰極から前
   記陰極に向かう電流を遮断する工程を経た後、前記陰極
   にめっき膜を形成する工程を含むことを特徴とする電気
   めっき方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載した電気めっき装置を用
   いた電気めっき方法において、前記陰極にめっき膜を形
   成して前記陽極から前記陰極に向かう電流を遮断した
   後、めっき液を排出する際に前記補助陰極から前記陰極
   に向かう電流を供給する工程と、めっき液の排出終了後
   は前記補助陰極から前記陰極に向かう電流を遮断する工
   程を含むことを特徴とする電気めっき方法。
6. 【請求項６】 請求項の４若しくは５のいずれかに記載
   した電気めっき装置において、めっき液注入期間時にめ
   っき下地膜が、まためっき液排出時にめっき膜が実質的
   に溶出しない工程を含むことを特徴とするめっき方法。