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JP7571656B2 - 金属皮膜の成膜方法 - Google Patents

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Description

本発明は、被成膜体の被成膜面に金属皮膜を成膜する成膜方法に関する。
この種の技術として、たとえば、特許文献1には、陽極と、陽極と被成膜体の間に、被成膜体と接触可能に設けられた多孔質膜と、陽極と多孔質膜の間に溶液収容空間を画成する液収容室と、陽極と被成膜体の間に電圧を印加する電源部とを有し、多孔質膜がイオン交換性官能基を有さないポリオレフィン鎖から構成された成膜装置が開示されている。
この成膜装置を用いて、液収容室にめっき液を収容し、多孔質膜と陰極が接触した状態で、陽極と被成膜体の間に電圧を印加することにより、被成膜体の被成膜領域に、金属皮膜を成膜することができる。
特開2020-97764号公報
しかしながら、特許文献1に示す成膜装置において、多孔質膜を用いた場合、液収容室内のめっき液を加圧した状態で、金属皮膜を成膜するため、被成膜体に接触しない多孔質膜の部分まで、めっき液が滲み出るおそれがある。
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、多孔質膜のうち、被成膜体に接触していない箇所からも、めっき液が滲み出すことを抑えることができる金属皮膜の成膜方法を提供することにある。
前記課題を鑑みて、本発明に係る金属皮膜の成膜方法は、金属イオンを含むめっき液が含浸された多孔質膜を、被成膜体に押し当てることにより、前記被成膜体の表面のうち、前記めっき液が接触した被成膜面に、前記金属イオンに由来する金属からなる金属皮膜を成膜する金属皮膜の成膜方法であって、前記被成膜体の前記被成膜面が露出するように、前記被成膜体を収容する収容凹部が形成された載置台と、前記載置台に載置された前記被成膜体の前記被成膜面と対向する位置に前記めっき液が保持された液保持孔が形成された挟持部材とで、前記多孔質膜に前記被成膜面が接触するように前記多孔質膜を挟み込む工程と、前記液保持孔に保持された前記めっき液を加圧して、前記めっき液を前記多孔質膜に含浸させる工程と、前記めっき液の加圧を停止し、前記多孔質膜に含浸させためっき液により、前記被成膜面に前記金属皮膜を成膜する工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。
本発明によれば、多孔質膜を挟み込む工程において、被成膜体を収容した載置台と、挟持部材とで、多孔質膜に被成膜面が接触するように多孔質膜を挟み込む。これにより、被成膜面に接触していない多孔質膜の部分は、載置台の表面に接触して、シール材の如く機能するので、めっき液を加圧したとしても、多孔質膜からめっき液が滲み出すことを抑えることができる。
本発明の第1実施形態に係る金属皮膜の成膜方法における挟み込み工程を説明するための模式的断面図である。 図1Aに示す成膜装置において、金属皮膜の成膜方法における加圧工程と成膜工程とを説明するための模式的断面図である。 図1Aに示す成膜装置において、金属皮膜の成膜装置における成膜工程を説明するための模式的断面図である。 図1Aの変形例に係る金属皮膜の成膜装置の要部断面図である。 図2Aに示す成膜装置において、金属皮膜の成膜装置における加圧工程を説明するための模式的断面図である。 図1Aの比較となる成膜方法を実施する成膜装置を説明するための模式的断面図である。 図3Aに示す成膜装置による成膜方法を説明するための模式的断面図である。 図2Aの比較となる成膜方法を実施する成膜装置を説明するための模式的断面図である。 図4Aに示す成膜装置による成膜方法を説明するための模式的断面図である。
以下に、本実施形態に係る金属皮膜の成膜方法を説明する。まず、図1A~図4Bを参照し、第1実施形態に係る金属皮膜の成膜方法に用いる成膜装置について説明する。
1.成膜装置について
図1に示すように、本実施形態に係る成膜装置1は、金属イオンを含むめっき液Lが含浸された多孔質膜50を、被成膜体Wに押し当てることにより、前記被成膜体Wの表面のうち、めっき液Lが接触した被成膜面Fに、前記金属イオンに由来する金属からなる金属皮膜を成膜する金属皮膜の成膜装置である。
図1Aに示すように成膜装置1は、被成膜体Wが載置される載置台16を備えており、載置台16には、被成膜体Wの被成膜面Fが露出するように、被成膜体Wを収容する収容凹部16aが形成されている。収容凹部16aには、ばねなどの付勢部材28が配置されており、付勢部材28は、多孔質膜50の方向に向かって被成膜体Wを付勢部材28している。
本実施形態では、付勢部材28は、成膜時には、被成膜体Wが載置台16の表面と略面一となる(同じ面となるまで)圧縮変形するように設定されている。したがって、収容凹部16aの深さが、被成膜体Wの高さと圧縮変形した付勢部材28の和に一致するように、被成膜体Wの高さおよび付勢部材28のばね定数等が設定されている。
成膜装置1は、装置本体10を備えており、装置本体10は、載置台16に対向する位置に多孔質膜50が取り付けられ、多孔質膜50でめっき液Lを封止するようにめっき液Lを収容する液収容室11が形成されている。載置台16は、装置本体10に対して、昇降自在となっている。載置台16の昇降は、リニアガイドなどの直動装置など、一般的に知られた装置により、実現可能である。
ここで、装置本体10の液収容室11には、めっき液Lが収容されており、たとえば、被成膜体Wを無電解めっきにより、金属皮膜を成膜する際には、めっき液Lとして無電解めっき液が収容されている。さらに、電解めっきにより、金属皮膜を成膜する場合には、液収容室11に、被成膜体Wと対向する位置に陽極(図示せず)が配置されている。被成膜体Wを陰極として、陽極と被成膜体W(陰極)に電源(図示せず)が接続されており、成膜時にこれらの間に電圧が印加される。
さらに、本実施形態では、載置台16を囲うように、筐体18が配置されていてもよく、成膜時に筐体18の内部の空気を吸引することにより、筐体18内部を負圧にする吸引ポンプ30が接続されていてもよい。これにより、被成膜体Wに多孔質膜50を成膜することができる。液収容室11には、液収容室11に収容されためっき液Lを加圧する加圧ポンプ19が設けられている。
多孔質膜50は、膜厚方向に、めっき液が透過する微細孔が形成された多孔質膜であり、20~100nm程度の孔径を有した膜であり、多孔構造(すなわちイオンクラスター構造)を有している。該多孔構造の細孔は非常に小さく、平均細孔径は例えば0.1μm以上100μm以下である。圧力を掛けることにより固体電解質膜中に無電解めっき液を含浸させることができる。電解めっきを行う場合には、多孔質膜50は、金属イオンが透過する固体電解質膜であり、例えば、デュポン社製のナフィオン(登録商標)等のフッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、ポリアミック酸樹脂、旭硝子社製のセレミオン(CMV、CMD、CMFシリーズ)等のイオン交換機能を有する樹脂を挙げることができるが、特にこれらに限定されるものではない。多孔質膜50の膜厚は、10μm以上200μm以下であることが好ましく、20μm以上160μm以下であることがより好ましい。
めっき液Lに含有される金属イオンは、例えば、銅イオン、ニッケルイオン、銀イオン、または金イオンなどの金属イオンである。無電解めっき液である場合には、無電解めっき液は、いわゆる置換型無電解めっき液であることが好ましい。無電解めっき液は、例えば、金属化合物及び錯化剤を含み、必要に応じて添加剤を含んでもよい。添加剤としては、例えば、pH緩衝剤又は安定剤等が挙げられる。めっき液が電解めっき液である場合には、硫酸または硝酸等により、金属皮膜となる金属がイオンの形態で溶解している電解液であることが好ましい。
本実施形態では、図1Bに示すように被成膜体Wの被成膜面Fは、陰極となるべく、導電性を有した表面であり、凹溝Rが形成されている。無電解めっきの場合には、被成膜面Fには、パラジウムなどの触媒が付されていてもよい。
本実施形態では、挟持部材12をさらに備えている。挟持部材12は、載置台16に載置された被成膜体Wの被成膜面Fと対向する位置に、液収容室11のめっき液Lが保持された液保持孔13が形成されている。
本実施形態では、挟持部材12は、多孔質膜50と接触するように、多孔質膜50よりも液収容室11側に配置されている。液保持孔13は、液収容室11のめっき液Lが多孔質膜50に向かって通過しており、被成膜面Fに応じた大きさの開口を、多孔質膜50側に有しており、この開口を介して、めっき液Lが多孔質膜50に接触する。
ところで、図3Aに示す、比較となる成膜装置9を用いた成膜方法では、載置台16の収容凹部16aから、被成膜体Wが突出している。収容凹部16aには、ばねなどの付勢部材は設けられていない。図3Aに示す状態で、被成膜体Wの被成膜面Fに、金属皮膜をしようとすると、図3Bに示すように、載置台16と多孔質膜50との間に隙間が形成されているため、これらの隙間に、滲み出しためっき液が入り込ませる。これにより、めっき液Lの滲み出しにより、被成膜体Wの凹溝Rの表面にも、金属皮膜を成膜することができる。しかしながら、この場合には、凹溝Rの表面に、金属皮膜を成膜することができたとしても、多量のめっき液Lが載置台16の上に滲み出すため、めっき液Lの拭き取り作業が発生する。
そこで、本実施形態の成膜方法では、以下の挟み込み工程、含浸工程、および成膜工程を行う。まず、挟み込み工程では、図1Aに示すように、被成膜体Wの被成膜面Fが露出するように、被成膜体Wを収容する収容凹部16aが形成された載置台16と、載置台16に載置された被成膜体Wの被成膜面Fと対向する位置にめっき液Lが保持された液保持孔13が形成された挟持部材12とで、多孔質膜50に被成膜面Fが接触するように、多孔質膜50を挟み込む。このとき、付勢部材28が圧縮変形することで、被成膜面Fは、多孔質膜50を介してめっき液Lに接触し、載置台16の表面は、多孔質膜50を介して挟持部材12に接触する。
図1Bに示すように、含浸工程では、加圧ポンプ19を駆動して、液収容室11のめっき液Lを加圧することにより、液保持孔13に保持されためっき液Lを加圧する。これにより、液保持孔13のめっき液Lを多孔質膜50に含浸させる。
ここで、被成膜面Fに接触していない多孔質膜50の部分が、載置台16の表面に接触して、シール材の如く機能するので、図1Bに示すように、めっき液を加圧したとしても、多孔質膜からめっき液が滲み出すことを抑えることができる。この結果、含浸工程において、多孔質膜50を通過しためっき液Lの液圧により、付勢部材28が、さらに圧縮変形することで、被成膜体Wは、押し下げられる。これにより、被成膜体Wの被成膜面Fに形成された凹溝Rにも、めっき液が充填される。
さらに、図1Cに示すように、成膜工程において、加圧ポンプ19によるめっき液Lの加圧を停止し、多孔質膜50に含浸させためっき液Lにより、被成膜面Fに金属皮膜を成膜する。このようにして、本実施形態によれば、めっき液Lが載置台16に漏れ出すことを抑えることができるため、載置台16に対するめっき液Lの拭き取り作業を低減することができる。
さらに、図4Aに示すように、比較となる成膜装置9を用いた成膜方法では、成膜時に、被成膜体W(WA、WB)の高さが異なる場合、高さの高い被成膜体WAは、載置台16の表面から突出してしまう。したがって、被成膜体WA、WBに金属皮膜を成膜しようとした場合、被成膜体WA、WBに多孔質膜50を押圧すると、高さの低い被成膜体WBに比べて、高さの高い被成膜体WAの被成膜面Fに接触する多孔質膜50の部分に、過大な応力が作用する。これにより、図4Bに示すように、過大な多力が作用した多孔質膜50の部分が破損するおそれがある。
しかしながら、本実施形態では、このような高さの異なる被成膜体WA、WBであって、図2Aに示すように、載置台16からの飛び出し量L1、L2が異なるとしても、図2Bに示すように、付勢部材28は、成膜時に被成膜体Wが載置台16の表面と略面一となるまで(同じ面となるまで)圧縮変形するように設定されていればよい。これにより、多孔質膜50の破損を抑えつつ、被成膜体WA、WBの被成膜面Fに金属皮膜を成膜することができる。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
1:成膜装置、10:装置本体、11:液収容室、12:挟持部材、13:液保持孔、16:載置台、F:被成膜面、L:めっき液、W:被成膜体

Claims (1)

  1. 金属イオンを含むめっき液が含浸された多孔質膜を、被成膜体に押し当てることにより、前記被成膜体の表面のうち、前記めっき液が接触した被成膜面に、前記金属イオンに由来する金属からなる金属皮膜を成膜する金属皮膜の成膜方法であって、
    前記被成膜体の前記被成膜面が露出するように、前記被成膜体を収容する収容凹部が形成された載置台と、前記載置台に載置された前記被成膜体の前記被成膜面と対向する位置に前記めっき液が保持された液保持孔が形成された挟持部材とで、前記多孔質膜に前記被成膜面が接触するように前記多孔質膜を挟み込む工程と、
    前記液保持孔に保持された前記めっき液を加圧して、前記めっき液を前記多孔質膜に含浸させる工程と、
    前記めっき液の加圧を停止し、前記多孔質膜に含浸させためっき液により、前記被成膜面に前記金属皮膜を成膜する工程と、
    を少なくとも含む金属皮膜の成膜方法。
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