JP2015063711A - 表面処理装置およびめっき方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外形や比重が非常に小さい場合においても、撹拌と給電が効率よくでき、めっき未着や膜厚ばらつきの少ない信頼性の高い表面処理方法を提供する。
【解決手段】被めっき物およびめっき液を収容するための処理容器と、記処理容器内に配置される電極と、前記処理容器の一部に柔軟性を有する材料で形成された弾性部と、前記弾性部を伸縮変形させるための変形手段を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品あるいは粉末素材などの表面に、金属めっきを施すために用いられるめっき方法に関するものである。

電子機器などに使用される電子部品の表面には、電気特性や耐久性などを向上させる目的として、金属めっきなどの表面処理が施されることがある。中でもチップ抵抗やコンデンサなどにおいては、性能の向上や小型化に伴い、電子部品への品質要求が高まっており、実装性、電気特性、耐食性を大きく左右する表面処理については高い品質を求められている。
従来、めっき処理バレルに電子部品などの被めっき物を投入し、めっき液中で回転させながら電解めっきを行ういわゆるバレルめっき法が広く用いられている。この場合、一度に大量の被めっき物をめっき処理できるという利点があるが、バレル内部で被めっき物が十分に攪拌できず、めっき膜厚にバラツキが生じたり、また被めっき物自体のサイズが小さくなることでバレル内部の微小な隙間に入り込んで停滞したり、また被めっき物同士が張り付いてその部分のめっき膜厚が薄くなったりするという慢性的な課題を抱えている。またバレルの外周部には、一般的に被めっき物が落下しない程度のメッシュ状の開口を形成してバレル内外のめっき液を入れ替える構成としているが、被めっき物のサイズが小さくなるにつれて、メッシュ状の隙間を小さくしなければならず、バレル内外のめっき液の入れ替わりに不利な状態となる。この状態で長時間バレルめっきを行うと、バレル内に滞留するめっき液の金属イオン濃度等が低下し、めっき効率や析出状態に悪影響を与えるという課題を有している。
また、チップ抵抗やコンデンサよりもはるかに小さい粉末素材へめっき処理を行う場合においては、バレル内部で粉末素材が凝固し、十分に撹拌されない状態でめっきされたり、粉末素材の比重が比較的軽い場合は、バレルの回転により生じるめっき液の流動によって、粉末素材がバレル内で舞い上がり、バレル内部に備えられた陰極との接触が十分に行われなくなることから、電気めっきに必要な給電が十分に印加されないことによるめっきの未着や膜厚の低下など、バレルめっきにおける課題がより顕著なものとなる。
このように、バレルめっき方法を用いて電子部品や粉末素材などにめっきを施す場合、バレル内に投入した被めっき物の撹拌が均一でないことや、めっき液の入れ替わりが不十分なことによるめっき効率の悪化などの問題が発生する。表面処理業界では、これらの問題を解決すべく種々の取り組みがなされており、次に示す先行技術文献では、円錐型の底部を備えためっき槽の下部より、液流によって被めっき物を巻き上げ、給電面に落下及び移動させることで撹拌と給電を繰り返し、めっきを行う方法が提案されている。
特許文献1に記載の内容によれば、液体噴流は、巻き込んだ物体とともに、ドラフトパイプを通って移動し、デフレクタ１０１上に衝突する。デフレクタ１０１は、巻き込んだ物体を外方向に向け、物体を液体噴流から解放する。解放された物体は、分配シールド１１４上に落下し、半径方向外側に移動し、底壁１０６の外縁部に沈着し、移動層１１５内のドラフトパイプ１０９およびギャップ１０８に向かって、下方に半径方向内側に移動する。分配シールド１１４は、チャンバの底壁１０６に載っている支持部１１１を介してチャンバに取り付けられている。水平線から底壁１０６までの角度、および水平線から分配シールド１１４の上側表面までの角度は、好ましくは１０°から７０°、さらに好ましくは２０°から６０°、最も好ましくは、丸い物体に対しては２０°から５０°、丸くない物体に対しては３５°から６０°である。
移動層１１５との電気接触は、チャンバの底壁１０６を貫通し、物体の移動充填層１１５を接触させる皿頭ボルト１０７によってなされる。対電極１０５は、粒子分配シールド１１４の下に配置され、コネクタストリップ１０４および槽１１２の側壁を貫通するボルト１０３を介して、外部電源装置（図示せず）に接続される。分配シールド１１４の底側表面は、放出されたガスがシールドの下で捉えられることなく、容易にチャンバから出るように、上向きに半径方向外側に傾斜している。ドラフトパイプ１０９の周りに取り付けられたデフレクタリング１１０は、物体が対電極１０５に衝突するのを防ぐ。液体は、入口開口１１６を有し、円錐形のカバー１１３に取り付けられたねじ込みパイプ継手１１７を介して、噴流層チャンバから出る。カバー１１３は、Ｏ字型リング１０２を介して槽１１２を密封する。円錐形のカバーは、電解中に放出されたガスを完全に除去し易くするとしている。

特開２００７−５１３７８号公報

しかしながら、従来の技術には次のような課題がある。
先行技術文献に記載の方法は、めっき液の噴流によって巻き上げられた被めっき物が、短時間で槽内の各構成部材上へ、その自重によって落下着座することを想定したものであり、例えば比較的比重の大きい金属製の端子を備えた半導体部品（例えば外形１ｍｍ程度）などはその対象になりやすいと考えられる。ところが、粉末素材のように非常に小さな部材（例えば直径０．１ｍｍ以下）などは、めっき液の噴流によって巻き上げられた後、液中に浮遊した状態が長く継続する傾向にあり、目論見通りに給電面に落下着座させることが困難であると考えられる。つまり、粉末素材などは、液中に浮遊している時間が長く、給電面への接触効率が悪い状態であるため、電気めっきに必要な通電が十分にされないことによるめっきの未着や膜厚の低下など、致命的な不具合を発生させる恐れがあると考えられる。このように、先行技術では、対象となる被めっき物がめっき液中で短時間に落下着座する被めっき物に限定的であり、粉末素材など被めっき物の比重や形状が著しく小さくなる場合には採用が困難であることは明らかである。
すなわち、本発明の目的は、外形や比重が非常に小さい被めっき物に対しても、撹拌と給電が効率よくでき、めっき未着や膜厚ばらつきの少ない信頼性の高い表面処理装置およびめっき方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために本発明の表面処理装置は、被処理物および処理液を収容するための処理容器と、前記処理容器内に配置される第１、第２電極と、前記処理容器の一部に柔軟性を有する材料で形成された弾性部と、前記弾性部を伸縮変形させるための変形手段を設けたことを特徴とするものである。
また本発明のめっき方法は、前記処理容器内にめっき液を収容し、前記処理容器に設けられた弾性部の上に被めっき物を収容し、前記被めっき物は、前記弾性部に設けられた第１電極と、前記電極よりも上方に設けられた第２電極によって電解されるとともに、前記変形手段によって前記弾性部を伸縮変形させることで前記被めっき物を流動させて撹拌し電気めっきすることを特徴とするものである。

以上のように、本発明の表面処理装置、めっき方法を用いれば、粉末素材のように非常に小さな被めっき物であっても、めっき液の噴流によって巻き上げられたり、液中に浮遊した状態が継続して目論見通りに給電面に落下着座させられないといった不具合を生じることなく、給電と撹拌を行うことができるため、めっきの未着や膜厚の低下など致命的な品質不良を発生させることがない。このように、対象となる被めっき物の比重や形状が著しく小さくなる場合においても、処理容器内に設けられた弾性部の上に被めっき物を収容し、弾性部に設けられた電極と、前記電極よりも上方に設けられた対電極によって電解されるとともに、変形手段によって弾性部を伸縮変形させることで被めっき物を舞い上がらせることなく流動させて撹拌し電気めっきするので、撹拌と給電が効率よくでき、めっき未着や膜厚ばらつきの少ない信頼性の高い表面処理方法を提供することができる。

本発明のめっき治具を示す概略の正面断面図。 本発明のめっき治具において、変形手段を下方向に動作させた状態を示す概略の正面断面図。 本発明のめっき治具において、変形手段を上方向に動作させた状態を示す概略の正面断面図。 本発明のめっき治具がめっき装置に装着されている状態を示す正面断面図。 先行技術を示す断面図。

以下本発明のめっき治具について、図１を参照しながら説明する。
本来、めっき工程は、めっき液を蓄えるめっき処理槽や、めっき液を循環させるポンプ、まためっき治具を各プロセスへ順次搬送するキャリア機構などが設けられ構成されている。処理プロセスにおいては、めっき皮膜を析出させる工程の前に、素材表面を洗浄したり、研磨、活性化するなどの前処理を行うことが一般的であり、さらにめっき処理の後には、薬品を洗い流す洗浄工程や、被処理部品を乾燥させる工程などが設けられている。今回は本発明の主旨とするめっき治具部分と、めっき治具が装着される装置の一部分のみを説明し、他の部位については慣用の方法をとることを前提に省略する。
本発明のめっき治具は以下のような構成である。
図１において、処理容器１は、主に処理容器上部材２、弾性体固定部材３、弾性体４、固定ボルト５、第１電極７で構成されている。処理容器上部材２および弾性体固定部材３は、例えば塩化ビニル、アクリル、ポリカーボネート、ポリプロピレンやポリエチレン、フッ素樹脂など、電気的絶縁性があり、かつ表面処理薬品に耐えうる材質で形成されている。処理容器上部材２の内部は円筒や多角筒など筒型の形状をしており、本実施例では円筒形を採用している。これによって、市販のパイプ材を使用できるほか、筒内部に不要なコーナー部が無いため、被めっき物６の投入取出しの際に被めっき物６がコーナー部に貼り付きにくいという利点がある。その他のフランジ部分等は、所望の形状になるように切削加工、接着加工、溶接加工などを用いて形成される。
処理容器上部材２と弾性体固定部材３の間には弾性体４が挟みこまれており、固定ボルト５によって固定されている。固定ボルト５は、処理容器上部材２の外周を９０°にて４分割する位置に設けてあり、本実施例においては４ヵ所に設置されているが、処理容器１の大きさに応じて適正な数量を設定すればよい。
弾性体４は伸縮性が良好なゴム材が適しており、例えばシリコン系、ウレタン系、フッ素系の低硬度ゴム等が使用できる。本実施例では低硬度シリコンゴムシートを採用しており、耐薬品性や伸縮性、または耐引裂性に優れている。これによって、処理液１１との接触による材料劣化や、被めっき物６との接触による磨耗、変形伸縮によるゴムの破損、またはそれに伴う被めっき物６の脱落等を防ぐことができる。尚、弾性部材４はゴムシートだけでなく、メッシュ材、スポンジ材等を使用することもできる。固定ボルト５は処理容器上部材２のフランジ部に設けられた穴と、弾性体固定部材３のフランジ部に設けられた穴に貫通して固定され、弾性体４を挟み込むようにして固定されている。弾性体４には、固定ボルト５が貫通される穴があけられている。このような構造によって、弾性体４を底部とする容器状の形状が形成されている。
弾性体４には、銅や銅合金、ニッケル合金またはステンレスなど導電性を有する材料で形成された電極７が設けられ、弾性体４を貫通して固定されている。電極７は被めっき物６に通電する役割を有しており、通電効率および被めっき物６に対する接触負荷の強弱にあわせて、自由に決定することができる。例えば、被めっき物６のサイズに合わせて、極力小さな電極にすることや、被めっき物６が引っかかりにくいように、球体状にすることもできる。本実施例においては、銅合金にてなべ小ねじ状の第１電極７を形成し、弾性体４を貫通して弾性体４の裏面よりナットで固定する方法をとっている。これによって、弾性体４にあけられた貫通穴から、処理液１１や被めっき物６が流出することなく、第１電極７に外部電源装置（図示せず）から被めっき物６に通電することが可能となる。
弾性体４の下方には、変形手段８が配置されており、本実施例においては変形手段８にエアシリンダを採用している。エアシリンダのロッドエンド部は第１電極７の一部を利用してジョイントされており、空気圧によってロッドを出し入れすることで、電極７が取り付けられている部位を中心に、弾性体４を伸縮変形させることができる構造となっている。変形手段８は、処理容器側に設置されていても、あるいはめっき装置本体（図示せず）側に設置されていてもかまわない。本実施例においてはめっき装置本体側に変形手段８を固定し、ロッドエンドにワンタッチジョイントなどを配置することで、変形手段８と第１電極７の脱着をすばやく行えるようにしている。
処理容器上部材２には、貯液板９と液排出口１０が設けられている。貯液板９は処理容器上部材２の筒外径にあわせたリング形状になっており、設置すれば液排出口１０は貯液板９によって塞がれ、処理液１１が処理容器上部材２の上部にまで貯められるようになっている。処理が終了して、次のプロセスへ移動する際に、貯められている処理液１１を排出する際に、貯液板９を取り外すことで内部の処理液１１がほぼ排出できるようになっている。
次に変形手段８を使って被めっき物６を撹拌させる動作について、以下に説明する。
図２は変形手段８のロッドを引き込む方向に動作させ、第１電極７を下方向に引っ張ることで弾性体４を変形させている状態を示す。弾性体４は、処理容器上部材２の内径部分を除いて弾性体固定部材３で挟み込まれているため、それ以外の円形部すなわち被めっき物６が乗せられている面は変形手段８の動作にあわせて自在に伸縮変形することができる構造となっている。弾性体４が変形手段８によって下方向に変形することによって第１電極７を中心としたすり鉢形状を形成する。これによって、被めっき物６は第１電極７の周辺に崩れ落ちるように移動する。
さらに図３は、変形手段８のロッドを押し出す方向に動作させ、第１電極７を上方向に突き上げることで弾性体４を変形させている状態を示す。弾性体４が変形手段８によって上方向に変形することによって第１電極７を頂点とした円錐形状を形成する。これによって、被めっき物６は第１電極７の周辺から崩れ落ちるように半径方向に分散される。
このように、弾性体４を上下方向に繰り返し変形させることで、被めっき物６を流動撹拌しながら通電して電解処理することができる構造になっている。
図４は本発明のめっき治具が、めっき装置本体に装着された状態を示す。
めっき治具は環状の外槽１６に搭載できるようになっており、環状の外槽１６にはリターン口１７が設けられ、配管によって貯液タンク１５に接続されている。貯液タンク１５からはポンプ１４によって処理液１１がくみ上げられ、処理液供給パイプ１３よりめっき治具内へと処理液１１が供給される。めっき治具上部よりオーバーフローした処理液１１は、環状の外槽１６に落下し、リターン口１７から配管を介して貯液タンク１５へと回収される。この循環を連続して繰り返すことで、めっき治具内には常に新しい処理液１１を供給し続けることができる。処理液供給パイプ１３から供給される流量はバルブ（図示せず）で調整できるようにするのが一般的であるが、ポンプの出力を調整する方法をとることもできる。処理液１１の供給流量は被めっき物６の形状やサイズ、比重などにあわせて適正に調整することができ、また、処理液供給パイプ１３の向きを変えることでも、めっき治具内の液流を変化させることができるなど、被めっき物６にあわせて最適化することが望ましい。被めっき物６の上方には第２電極１２が設けられている。これはめっき処理の種類によって、例えばステンレス材などの不溶解性の対電極や、銅チップ、銀チップ、ニッケルチップなど処理に合わせた溶解性の対電極を種類に応じて用いることができる。第２電極１２は処理液１１の中に浸漬配置されることで、被めっき物６に電解処理を施す構成である。
以上のように、本発明の表面処理装置およびめっき方法を用いれば、処理容器に設けられた弾性体４の上に被めっき物６を収容し、処理容器１の内部に処理液１１を供給しながら、変形手段８によって弾性体４を上下方向に繰り返し変形させ、被めっき物６を流動撹拌しながら、弾性体４に設けられた第１電極７とその上方に設けられた第２電極１２によって電解処理を行う構成とすることで、粉末素材のように形状や比重が非常に小さな被めっき物６であっても、処理液の噴流によって巻き上げられたり、めっき液中に浮遊した状態が継続して、目論見通りに給電面に接触させられないといった不具合を生じることなく、撹拌と給電が効率よくでき、めっき未着や膜厚ばらつきの少ない信頼性の高い表面処理方法を提供することができる。
尚、本実施例では処理容器の一部を弾性体としているが、処理容器全体を弾性体で形成することもできる。これによればさらに処理容器の変形自由度が高くなり、被めっき物の撹拌を有効に行える効果を得ることができる。
また第１電極は弾性体の一部ではなく、全面に配置することもできる。例えば本実施例で述べたなべ小ねじ状の電極を複数配置し、配線によって導通状態にすることで、被めっき物との接触効率を向上させる効果を得ることができる。また、第１電極は端子状に限らず、導電性を有するメッシュやシートを弾性体に貼り付けることもできる。これによれば、被めっき物との接触効率をさらに向上させることができる。
また処理容器の形状により、被めっき物が接する面であれば弾性体に限定せず第１電極を配置することもできる。
また、本実施例の変形手段は、エアシリンダとしているが、電動シリンダやモータによる直動機構など、弾性体を変形させられるものであればよい。また変形手段は、単一ではなく、複数配置してもかまわない。これによれば、さらに被めっき物の撹拌が効率的に行える。また、弾性体の下部より、ローラー状の変形手段を接触させて転がすことで弾性体を波状に変形させて被めっき物を流動撹拌させることもできる。
また本発明のめっき治具およびめっき方法は、めっき処理だけに限らず、電解洗浄、電解研磨あるいは電着塗装に至るまで、本発明の趣旨に逸脱しない範囲においてこれらの基本構成を利用することができる。

本発明は、外形や比重が非常に小さい場合においても、撹拌と給電が効率よくでき、めっき未着や膜厚ばらつきが少なく信頼性の高い表面処理方法として利用できる。

１ 処理容器
２ 処理容器上部材
３ 弾性体固定部材
４ 弾性体
５ 固定ボルト
６ 被めっき物
７ 第１電極
８ 変形手段
９ 貯液板
１０ 液排出口
１１ 処理液
１２ 第２電極
１３ 処理液供給パイプ
１４ ポンプ
１５ 貯液タンク
１６ 外槽
１７ リターン口
１０１ デフレクタ
１０２ Ｏ字型リング
１０３ ボルト
１０４ コネクタストリップ
１０５ 対電極
１０６ 底壁
１０７ 皿頭ボルト
１０８ ギャップ
１０９ ドラフトパイプ
１１０ デフレクタリング
１１１ 支持部
１１２ 槽
１１３ カバー
１１４ 分配シールド
１１５ 移動層
１１６ 入口開口
１１７ ねじ込みパイプ継手

Claims (3)

1. 被処理物および処理液を収容するための処理容器と、前記処理容器内に配置される第１、第２電極と、前記処理容器の一部に柔軟性を有する材料で形成された弾性体と、前記弾性体を伸縮変形させるための変形手段を設け、前記変形手段によって前記弾性体を伸縮変形させることで、前記被処理物を流動させて撹拌することを特徴とする表面処理装置。
2. 請求項１の表面処理装置を用いて、被処理材に表面処理を行うための方法であって、
   前記処理容器内に処理液を収容し、前記処理容器に設けられた弾性体の上に被処理物を収容し、前記被処理物は、前記弾性体に設けられた第１電極と、前記電極よりも上方に設けられた第２電極によって電解されるとともに、前記変形手段によって前記弾性体を伸縮変形させることで、前記被処理物を流動させて撹拌し、電解処理することを特徴とする表面処理方法。
3. 請求項１の表面処理装置を用いて、電子部品や粉末素材にめっきを行うためのめっき方法であって、
   前記処理容器内にめっき液を収容し、前記処理容器に設けられた弾性体の上に被めっき物を収容し、前記被めっき物は、前記弾性体に設けられた第１電極と、前記電極よりも上方に設けられた第２電極によって電解されるとともに、前記変形手段によって前記弾性体を伸縮変形させることで、前記被めっき物を流動させて撹拌し、電気めっきすることを特徴とするめっき方法。

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