メッキ装置
【課題】表面に導電性を有する基材粒子に均一な厚みのメッキ層を効率的に形成可能なメッキ装置を提供する。
【解決手段】基材粒子９が接触しつつ周回可能な円形状の底面と底面に向い縮径した円錐台形状をなす周壁面とを備え基材粒子を含む粒子群とメッキ液とを収納可能なメッキ室１ｍを有するメッキ槽１ｊと、メッキ室の底面より上方に開口する供給口を有しメッキ室の周壁面に沿い旋回するように供給口からメッキ液を供給するメッキ液供給管１ｅと、メッキ室に開口する排出口を有しメッキ室の軸芯と同軸に配置されたメッキ液排出管１ｃと、メッキ室の周壁面の基端部に配置され基材粒子が接触する接触面を有する略円環状の陰極２ｘと、メッキ室に収納されたメッキ液に浸漬されてメッキ室の軸芯上に配置された陽極１ｏと、陰極および陽極に接続された電源１ｈとを有するメッキ装置。
【解決手段】基材粒子９が接触しつつ周回可能な円形状の底面と底面に向い縮径した円錐台形状をなす周壁面とを備え基材粒子を含む粒子群とメッキ液とを収納可能なメッキ室１ｍを有するメッキ槽１ｊと、メッキ室の底面より上方に開口する供給口を有しメッキ室の周壁面に沿い旋回するように供給口からメッキ液を供給するメッキ液供給管１ｅと、メッキ室に開口する排出口を有しメッキ室の軸芯と同軸に配置されたメッキ液排出管１ｃと、メッキ室の周壁面の基端部に配置され基材粒子が接触する接触面を有する略円環状の陰極２ｘと、メッキ室に収納されたメッキ液に浸漬されてメッキ室の軸芯上に配置された陽極１ｏと、陰極および陽極に接続された電源１ｈとを有するメッキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に導電性を有する基材粒子のメッキ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面に導電性を有する基材粒子にメッキを施す技術の一例として、Ｃｕを主体としたコアボールの表面に半田をメッキして半田被覆Ｃｕコアボール（以下Ｃｕコアボールと略して記載する。）を形成する技術がある。なお、従来技術の問題点を明らかにするために、Ｃｕコアボールを例としてメッキ技術を説明するが、本発明は必ずしもＣｕコアボールに限定されるものではない。
【０００３】
近年の多ピッチ化・狭ピッチ化による高密度実装の進むＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）などの半導体パッケージでは、入出力端子用バンプとして小径のＣｕコアボールが適用されている。Ｃｕコアボールは、そのコアボールがリフロー時に溶融しないため、半導体素子と基板との間に一定の距離を維持することができ、半導体素子の起動・停止により生じる熱サイクル負荷等に対する接続信頼性を確保することができる。
【０００４】
Ｃｕコアボールの製造技術として、メッキ液が流通可能な多数の開口を有するバレル内にコアボールを収納し、バレルをメッキ浴に配置し自転させることで半田を被覆するバレル電気メッキ法が知られている。しかしながら、特に直径が１００μｍ以下の小径のＣｕコアボールを製造する場合には、バレルの自転にともなうコアボールの転動ではコアボールの攪拌が不十分となる。その結果、コアボール同士がメッキ層を介して連結し凝集したり、メッキ層の表面が粗面化したり、メッキ層の厚みが部分的に不均一となり、歩留まりが低下するという問題が生じていた。
【０００５】
このバレル式電気メッキ法の問題を解消する技術の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１には、充分かつ均一なメッキ層を短時間で形成するために、「上端が開放した下開き椀形の樹脂ドームの外周部下面と、樹脂底板の外周部上面の間に被めっき物が回転中に押付けられるコンタクトリングと、処理液が流通飛散するポーラスリングを一体に結合してセルを形成し、上記セルを相対回転不能に支持しコンタクトリングと通電する導電ロータリープレートの中央部下面に垂直な導電駆動シャフトの上端を固定し、上記シャフトにコンタクトブラシを押圧してマイナス極に接続し、上記ドーム内に陽極バスケットを配置し、セルを覆うカバーを設けた」、小物の回転メッキ装置が記載されている。そして、かかる構成の回転メッキ装置によれば、セル内に収納された被メッキ物は、セルの回転により生ずる遠心力の作用によりコンタクトリングに強制的に押し付けられ、セルが回転して、停止又は減速を繰り返すことにより均一に混合され、被メッキ物の表面近傍のメッキ液の更新も活発となり、均一な厚みのメッキ層を形成することができると記載されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の回転メッキ装置は工業生産上効率の面での問題があった。すなわち、この回転メッキ装置は、被メッキ物を攪拌してその表面にメッキ液を充分に流通させるために、セルを回転、停止又は減速を繰り返す必要がある。そして、被メッキ物への実際のメッキ処理は、セルが回転し遠心力でコンタクトリングに被メッキ物が接触している間にのみ行われ、停止又は減速している間は行われないため、メッキ処理時間に比して全体の製造時間が長くなる。さらに、メッキ処理中にはボールの攪拌力が作用しないため、特に半導体パッケージに使用される直径が１００μｍ以下の小径のＣｕコアボールの場合には、セル内におけるコアボールの凝集が顕著となり、メッキ処理されたＣｕコアボールの表面の平滑性も悪くなる。この凝集を解くためにセルの回転、停止又は減速を頻繁に繰り返す方法もあるがメッキ効率が更に低下するという問題が発生する。
【０００７】
また、バレル式電気メッキ法の問題を解消する技術の他の例が特許文献２に記載されている。特許文献２には、特に曲がり易い性質を持ったワークのメッキ時の変形等を防止することを目的とし、「上面開口としたメッキ槽と、そのメッキ槽の上面開口を閉塞する着脱蓋とを有し、前記メッキ槽の底面に陰極を備え、着脱蓋の裏面に陽極を備えるとともに、前記メッキ槽の底面沿いの周壁に、その周壁の内面方向に向けたメッキ液の噴射ノズルを備えていることを特徴とする」、メッキ装置が記載されている。そして特許文献２には、かかる構成を採用することにより、メッキ槽内に投入されたワークは噴射ノズルから噴射されるメッキ液とともにメッキ槽内を回り、その回転を伴いながらメッキ処理が施されるため、曲がりや変形を与える程の衝突等がなくなり、すべてのワークが原形を保持したままメッキ加工処理を終了できる、と記載されている。
【０００８】
しかしながら、かかる特許文献２のメッキ装置は均一な厚みのメッキ層を基材粒子に形成するという点では不十分である。すなわち、特許文献２のメッキ装置で基材粒子をメッキした場合、メッキ槽内を旋回するメッキ液で基材粒子は攪拌されながら旋回運動するが、粒子は液流に乗って移動するため、底面に配置された電極と粒子とが接触する確率が小さく、その確率も粒子毎に不均一となる。その結果、個々の基材粒子ごとにメッキ層の厚みが異なってしまうという問題が生じる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２３９７９９号公報
【特許文献２】実開平７−６２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記従来技術の問題点を鑑みてなされた発明であり、表面に導電性を有する基材粒子に均一な厚みのメッキ層を効率的に形成可能なメッキ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明に係わるメッキ装置は、表面に導電性を有する基材粒子のメッキ装置であって、前記基材粒子が接触しつつ周回可能な円形状の底面と前記底面に向い縮径した円錐台形状をなす周壁面とを備え前記基材粒子を含む粒子群とメッキ液とを収納可能なメッキ室を有するメッキ槽と、前記メッキ室の底面より上方に開口する供給口を有し前記メッキ室の周壁面に沿い旋回するように前記供給口からメッキ液を供給するメッキ液供給管と、前記メッキ室に開口する排出口を有し前記メッキ室の軸芯と同軸に配置されたメッキ液排出管と、前記メッキ室の周壁面の基端部に配置され前記基材粒子が接触する接触面を有する略円環状の陰極と、前記メッキ室に収納されたメッキ液に浸漬されて前記メッキ室の軸芯上に配置された陽極と、前記陰極および陽極に接続された電源とを有するメッキ装置である。
【００１２】
かかるメッキ装置は、次のような作用を奏する。すなわち、メッキ液供給管の供給口から供給されたメッキ液は、メッキ室の周壁面に沿い旋回しつつその底面側に向い流下する。そして、メッキ室がメッキ液で満たされると、メッキ室に開口する排出口を通じメッキ液排出管から排出される。そこで、排出されたメッキ液を、再びメッキ液供給管の供給口からメッキ室に供給するメッキ液循環手段を設けることで、メッキ室内のメッキ液を常に循環することができる。
【００１３】
メッキ室の底面に達した旋回流動するメッキ液は、メッキ室に収納された粒子群をメッキ室の底面に接触させつつ当該底面の周縁部を旋回運動させる。底面の周縁部を旋回運動する基材粒子は、周壁面の基端部に配置された陰極の接触面に接触し、メッキ液に浸漬する位置に配置された陽極と陰極との間でメッキ処理され、メッキ層が基材粒子の表面に形成される。ここで、旋回流動するメッキ液により粒子群は分散することなく互いに混合されながら底面と陰極の接触面に接触して転動しつつ底面上を旋回運動する。よって、基材粒子の凝集が抑止されるとともに基材粒子の表面の各部位がメッキ液に触れる機会が均等となり、その結果均一な厚みのメッキ層が形成される。
【００１４】
さらに、メッキ液の旋回流により基材粒子をメッキ室の底面および陰極の接触面に接触させつつ転動させるため、基材粒子は他の基材粒子と接触する確率が高まり、よって陰極と接触した基材粒子と高頻度で電気的に接続され、連続メッキに近い処理を行うことが可能となり、基材粒子に効率的にメッキ層を形成することができ、さらに基材粒子同士の接触により形成されたメッキ層が平滑化され、表面が極めて平滑でかつ均一な厚みのメッキ層を形成することができる。
【００１５】
ここで、本発明のメッキ装置では、陽極をロッド形状にして、その軸芯がメッキ室の軸芯上に配置することができ、その場合、陽極にメッキ室の底面に向って先細りした先端面を有するのが好ましい。また、ロッド状の陽極は、メッキ処理の進行に応じた消耗分を補充するために、メッキ室の軸芯上を移動可能に配置することも可能であり、陽極表面は、基材粒子を透過させないがメッキ液を透過させるメッシュ状の保持部材により覆われるのがさらに好ましい。
【００１６】
一方、本発明のメッキ装置では、陽極をメッキ室の軸芯上に配置された筒状部材の中に複数の陽極塊を充填したものとすることもできる。この筒状部材は、基材粒子および陽極塊を透過させないがメッキ液を透過させるメッシュ状の部材からなるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
上記説明のとおり、本発明に係るメッキ装置によれば、従来技術の問題を解決し、表面に導電性を有する基材粒子に表面が滑らかで均一な厚みのメッキ層を効率的に形成可能なメッキ装置を提供するという本発明の目的を達成することができる。なお、上記メッキ装置の好ましい態様及びその効果は以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係わる第１実施態様のメッキ装置の概略構成を示す正面断面図である。
【図２】図１のメッキ装置の平面図である。
【図３】図１のメッキ装置の構成原理を説明するための本発明とは異なる陽極配置を有するメッキ装置の正面断面図である。
【図４】図１のメッキ装置の別の好ましい態様のメッキ装置の正面断面図である。
【図５】図１のメッキ装置の更に別の好ましい態様のメッキ装置の正面断面図である。
【図６】本発明に係わる第３実施態様のメッキ装置の部分を拡大した正面断面図である。
【図７】コアボールのメッキ中の挙動を説明する図である。
【図８】本発明に用いる陽極の消耗の様子を説明する図である。
【図９】本発明に係わる第２実施態様のメッキ装置の部分を拡大した正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るメッキ装置をその第１乃至第３実施態様に基づき図面を参照しつつ説明する。下記の実施態様では、基材粒子であるＣｕを主体とした球形のコアボールの表面にＳｎを主体としたメッキ層を被覆するメッキ装置を例として説明するが、本発明は必ずしもこれに限定されることはない。例えば、ニッケル等の導電性を有する金属層を無電解メッキで表面に形成した樹脂又はセラミックス粒子その他表面に導電性を有する基材粒子の表面に、電気メッキ法で金属被覆層を形成する場合に適用することもできる。また、コアボールのように球状の基材粒子のみならず、例えば長軸と短軸を有する針状の基材粒子や形状的特徴のない不定形の基材粒子にも適用することもできる。さらに、下記で説明するメッキ装置の各構成要素は、単独に又は適宜組み合わせて使用することもできる。
【００２０】
［第１実施態様］
本態様のメッキ装置の概略構成を示す正面断面図である図１及び図１の密閉蓋１Ｌを取り外した状態の平面図である図２（ａ）に示すように、メッキ装置１は、本体部１ａ、メッキ液供給管１ｅ及びメッキ液排出管１ｃを介して本体部１ａに接続されたメッキ液循環手段１ｂ、直流電源回路１ｈを基本的な構成として備えている。
【００２１】
本体部１ａにおいて、符号１ｊは、円形状の底面１ｐとその底面１ｐに向かい縮径した円錐台形状の周壁面１ｑを有するメッキ室１ｍが形成されたメッキ槽である。メッキ液に対し耐食性を有する非導電性の絶縁物である樹脂等で構成されたメッキ槽１ｊは、上部が開口した碗型の容器１ｋと、上部開口を閉塞するように容器１ｋの上面に密着された密閉蓋１Ｌとを有している。この容器１ｋと密閉蓋１Ｌとで形成される空間がメッキ室１ｍを構成し、多数のコアボール９１を含むボール群（粒子群）９と所定量のメッキ液Ｌがメッキ室１ｍに収納される。なお、底面１ｐの外周縁部に周壁面１ｐを直接立設せず、例えば当該外周縁部に立設した円筒状の周壁面を介し両面が結合されていてもよい。この場合、下記陰極２ｘは、円筒状の周壁面の基端部、すなわち底面１ｐに接した周壁面部分に配置されることとなる。
【００２２】
メッキ液供給管１ｅは、メッキ室１ｍの周壁面１ｑの接線方向にその軸心が沿い、底面１ｐの上方にメッキ液供給口１ｆが開口するようにメッキ槽１ｊにその一端が水平に接続され、メッキ液排出管１ｃは、密閉蓋１Ｌの中央部においてメッキ室１ｍの軸芯と同軸にメッキ液排出口１ｄがメッキ室１ｍに開口するようにメッキ槽１ｊにその一端が接続され、それぞれの他端はメッキ液循環手段１ｂに接続されている。メッキ液循環手段１ｂは、図示しないメッキ液貯蔵タンク、メッキ液循環用ポンプ、メッキ液浄化用フィルタ及び流量制御弁等で構成されており、メッキ液循環手段１ｂから送り出されたメッキ液Ｌは、メッキ液供給管１ｅを流通してメッキ液供給口１ｆからメッキ室１ｍに供給され、図１、２（ａ）において破線ａで示すようにメッキ室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回流下する。以上の構成によりメッキ液Ｌは、図１に示すように、下方に傾斜した周壁面１ｑに沿い旋回流動しつつ螺旋状に流下し、メッキ室１ｍの底面１ｐに達し、その後図において破線ｂで示すように上昇流となりメッキ液排出口１ｄを通じてメッキ液排出管１ｃから排出されメッキ液循環手段１ｂに戻る。
【００２３】
上記メッキ液排出管１ｃは、その一端が、密閉蓋１Ｌの中央部を貫通しメッキ室１ｍの中に突き出た状態で、メッキ液排出口１ｄがメッキ液供給口１ｆよりも下方に位置するよう配置されている。このようにメッキ室１ｍの底面１ｐに近接するようにメッキ液排出口１ｄを配置することで、メッキ液Ｌの上昇流ｂは底面１ｐの近くで排出され、上昇流ｂが旋回流ａに与える影響が抑制され、底面１ｐにおけるコアボール９１の旋回運動を安定させることが可能となる。
【００２４】
符号２ｎは、容器１ｋの底部に配置された陰極部である。直流電源回路１ｈの負極に接続された陰極部２ｎは、例えばステンレススチール、チタン、白金メッキされたチタン等で形成されており、それぞれ略円環状をなしている陰極２ｘと副陰極２ｙを備えている。円管状の陰極２ｘは、その内周面であるコアボール９１との接触面２ｚがメッキ室１ｍに露出するように周壁面１ｑの基端部に配置されている。また、中空円板状の副陰極２ｙは、その表面が底面１ｐの一部を構成するようにメッキ室１ｍに露出し容器１ｋに配置されている。なお、陰極２ｘのみでもコアボール９１にメッキ処理をすることは可能であるので、副陰極２ｙは必須の構成要素ではない。しかしながら、生産効率などの面から副陰極２ｙを設ける場合には、陰極２ｘ・副陰極２ｙを別個の部材として組み込んでもよいし、図示するように、陰極２ｘ・副陰極２ｙを各々の一端において結合させ、横断面がくの字状とした陰極部２ｎを容器１ｋに組み込むこともできる。また、メッキ液Ｌの旋回流ａを円滑に周壁面１ｑに沿い流下させるためには、陰極２ｘの内周面（接触面）２ｚが周壁面１ｑと同一面内に形成されるように陰極２ｘを配置することが好ましい。さらに、陰極部２ｎは平面視において連続的な円環形状に形成してあるが、一部に不連続部分があっても実質的に円環状に形成されていればよい。かかる構成の陰極部２ｎによれば、ボール群９は、メッキ室１ｍを旋回流動するメッキ液Ｌにより、図において符号ｃで示す外周端から半径方向に所定の範囲の中で底面１ｐ（副陰極２ｙの上面）の周縁部を旋回運動するとともに、陰極２ｘの内周面２ｚとも接触し、もってコアボール９１は両面との接触により攪拌されながら転動する。
【００２５】
ここで、陰極部としては、例えば、図２（ｂ）に示すように、メッキ室１ｍの底面４ｐの一部に露出するような陰極部４ｎや、あるいは、同図（ｃ）に示すように、容器１ｋを貫通してメッキ室１ｍに突出しコアボール９１に接する陰極部４ｍを配置することもできる。しかしながら、このように多数のコアボール９１ののうちのごく一部にのみ接するような陰極部４ｎ、４ｍを配した場合には、陰極部４ｎ、４ｍに接しないコアボール９１は陰極部４ｎ、４ｍに接するコアボール９１を介して通電されるため、コアボール９１同士の接触抵抗により陰極部４ｎ、４ｍから離れた位置にあるコアボール９１の電位が低下して当該コアボール９１における電流密度が低くなり、メッキ効率が低下する可能性がある。従って、陰極部はボール群９と十分な接触面積を有することが好ましく、本実施態様の陰極部２ｎのように略円環状の陰極２ｘを有するものとするのが望ましい。この場合には、容器１ｋそのものを陰極材料で形成し、容器１ｋの側面に耐食性及び絶縁性のある樹脂被覆を施し、容器１ｋが陰極部２ｎとして作用するように構成してもよい。
【００２６】
一方で、いたずらに陰極部２ｎを広くした場合には、メッキ層の形成速度が低下するおそれがある。すなわち、ボール群９は、旋回流動するメッキ液Ｌで底面１ｐの外周縁部の所定の領域ｃを旋回運動するため、ボール群９の存在しない陰極部２ｎの表面にもメッキが無駄に析出してしまうからである。従って、図１および図２（ｂ）に示すように、陰極部２ｎは、ボール群９が旋回運動する領域ｃに対応し円環状に設けておき、他の部分は電気的絶縁材で構成しておくことが好ましい。
【００２７】
図１において符号１ｏは、錫を含む陽極であり、メッキ室１ｍを満たすメッキ液Ｌに浸漬する位置に位置し、かつその外周面（表面）１ｖと陰極２ｘの内周面（接触面）２ｚとの間に間隙Ｇが形成されるよう、外周面１ｖは内周面２ｚと対となる位置、具体的には両面が対向する位置に配置されている。以下、陽極１ｏの構成を詳細に説明する。
【００２８】
陽極１ｏは、軸芯を立てた姿勢で容器１ｋの底面１ｐの方向からメッキ液排出口１ｄに挿入可能な大きさの略円柱のロッド形状をなしている。陽極１ｏの直径は、メッキ液排出管１ｃからのメッキ液Ｌの排出を阻害しないようにメッキ液排出口１ｄよりも充分に小さく設計されている。
【００２９】
本実施態様では、略円柱のロッド形状をなす陽極１ｏを用いているが、メッキ液Ｌの流れを妨げるような形状でなければ必ずしもこれに拘るものではない。例えば、メッキ液Ｌの流れに沿ったスクリュー状の溝が刻まれたロッド形状の陽極１ｏとしてもよいし、高さの低い円柱状の陽極材料を積み上げた陽極１ｏや球状の陽極材料を積み上げた陽極１ｏとしてもよい。いずれの形状を用いるにしても、陽極１ｏはメッキ室１ｍの軸芯上に配置されるものとする。
【００３０】
図１において符号１ｔは、陽極１ｏを上下方向に位置決めをするとともに陽極１ｏに給電する給電用電極である。ほぼ平坦な上面１ｘを有する略円柱形状のチタンで形成された給電用電極１ｔは、容器１ｋの底面１ｐ中央部に配置された装着部材１ｓの中央に嵌入され、直流電源回路１ｈの正極に接続されている。なお、給電用電極１ｔが嵌入される装着部材１ｓは、負極に接続された陰極部２ｎと給電用電極１ｔとの絶縁のため、樹脂などの非導電性材料で構成されており、その上面が、副陰極２ｙの上面である底面１ｐと同一平面上に位置するように容器１ｋの底部に固定されている。ここで、陽極１ｏは軸芯が立った状態で、その底面１ｗが、容器１ｋの底面１ｐよりも距離ｄだけ高い位置に配置された給電用電極１ｔの上面１ｘに接する状態で配置される。このように配置することにより、陽極１ｏは上下方向において位置決めされ、陽極１ｏの外周面１ｖの下部は、陰極２ｘの内周面２ｚに近接しつつ対向した状態となる。なお、陽極１ｏを容器１ｋの底面１ｐよりも距離ｄだけ高い位置に配置することは必須ではないが、副陰極２ｙと陽極１ｏとが近接する場合には、過度な電流が両者の間に流れることを抑制できるので好ましく、コアボール９１個々に形成されるメッキ層の品質を均一にすることができる。
【００３１】
図１において符号１ｒは、水平面内において陽極１ｏをメッキ室１ｍの軸芯上に位置決めするとともにコアボール９１は通さずメッキ液Ｌは流通可能な多数の開口を有する保持部材である。一種の透過膜としての機能を果たす保持部材１ｒは、樹脂等の非導電性材料によりコアボール９１を通さない透目を有するメッシュ状に構成されている。そして、陽極１ｏが軸方向に挿通可能な貫通孔を有する略円筒形状の保持部材１ｒは、軸芯を立てた姿勢で容器１ｋの底面１ｐの方向からメッキ液排出口１ｄに挿入可能な大きさであり、メッキ液排出管１ｃからのメッキ液Ｌの排出を阻害しないようにその直径はメッキ液排出口１ｄよりも充分に小さい。さらに、保持部材１ｒは、その軸芯が水平面内においてメッキ室１ｍの軸心とほぼ一致するよう、その上部がメッキ液排出口１ｄの中に挿入された状態で配置され、メッキ液排出口１ｄの内部に配置された支持部材１ｕで支持されている。この保持部材１ｒの底部は、装着部材１ｓの上面において給電用電極１ｔを囲むように形成された円環溝に嵌入されており、底面１ｐを旋回するメッキ液Ｌの流動により動かないように固定されている。このように配置された保持部材１ｒの貫通孔に陽極１ｏを軸方向に挿入することで、陽極１ｏの水平面内における位置が固定される。その結果、上記給電用電極１ｔにより上下方向の位置決めがされた陽極１ｏの外周面１ｖの下部から、コアボール９１周辺のメッキ液中に金属イオンが安定供給されるので、メッキ抵抗は低く抑えられガスの発生など不要な反応も抑制できるので効率よくメッキを行うことができる。なお、本態様の保持部材１ｒは、メッキ液の流れａ、ｂに対する固定強度の観点から、メッキ液排出口１ｄに設けた支持部材１ｕおよび装着部材１ｓにより上下が固定されているが、保持部材１ｒの底部における固定だけで強度が充分な場合には、支持部材１ｕを省略して装着部材１ｓのみで保持部材１ｒの底部を固定してもよい。
【００３２】
ここで、保持部材１ｒは、コアボール９１は通さずメッキ液Ｌは流通可能な透過膜としての機能を有するのと同時に、メッキ液Ｌにより底面１ｐを旋回運動するコアボール９１が仮に陽極１ｏに接近した場合でも陽極１ｏに接触することを防止している。しかしながら、旋回運動するコアボール９１が陽極１ｏに接触する可能性が低い場合には、保持部材１ｒは省略してもよい。その場合には、水平面内における陽極１ｏの位置決めのために、陽極１ｏの底部を容器１ｋに直接固定するよう構成してもよい。
【００３３】
直流電源回路１ｈは、メッキ装置１の大きさや処理するコアボール９１の数に応じて、適宜最適な処理が出来る容量のものを選択すればよい。
【００３４】
上記メッキ装置１の基本的な動作を説明する。まず、準備工程では、密閉蓋１Ｌを開けて所定数のコアボール９１をメッキ室１ｍの底面１ｐ（副陰極２ｙの上面）に載置し、メッキ液Ｌをメッキ液循環手段１ｂのメッキ液貯蔵タンク（不図示）に格納する。なお、コアボール９１は、酸洗処理し表面を清浄化したものを使用し、更に必要に応じ、表面にニッケルメッキ層からなる下地層を形成したものを使用してもよい。また、半田メッキするためのメッキ液Ｌは、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の液組成を有する大和化成製の商品名「ＤＡＩＮ ＴＩＮＳＩＬ ＳＢＢ ２」やローム＆ハース製の商品名「ＳＯＬＤＥＲＯＮ ＢＰ ＳＡＣ５０００」等に添加剤を添加して、例えば、ホウフッ化浴など周知のメッキ浴に適宜調整して使用することができる。ボール群９を構成する粒子は全てコアボール９１である必要はなく、例えば、ボール群９の攪拌を促進するための攪拌促進体として、半田や鋼を主体とした導電性ダミーボール、樹脂やセラミックス等を主体とした非導電性ダミーボールを適量加えてもよい。
【００３５】
密閉蓋１Ｌを閉じてメッキ室１ｍを密閉空間にした後、メッキ装置１を作動させる。メッキ装置１は、メッキ液循環手段１ｂを作動させてメッキ液供給管１ｅを通じてメッキ室１ｍへ所定の流量でメッキ液Ｌを供給する。メッキ室１ｍがメッキ液Ｌで満たされると、メッキ液Ｌは、メッキ室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回するとともに周壁面１ｑの傾きに沿い底面１ｐに向い螺旋状に流下する旋回流ａとなる。なお、メッキ液Ｌの供給の初期段階ではメッキ液Ｌの流れが不安定であるため、不安定なメッキ液Ｌの流れに乗りメッキ室１ｍの外にコアボール９１が流出する場合がある。このコアボール９１の流出を防止するためには、準備工程においてメッキ室１ｍに予めメッキ液Ｌを満たしておき、その後メッキ室１ｍにメッキ液Ｌを供給するようにすれば好ましい。また、メッキ液Ｌの供給の初期段階ではメッキ液Ｌの流量を小さくしておき、徐々に所定の流量に増加するようにするのが好ましい。
【００３６】
下方に向い縮径する円錐台形状をなす、メッキ室１ｍの周壁面１ｑに沿い、メッキ室１ｍを旋回流下するメッキ液Ｌは、底面１ｐに近づくに従い旋回速度が増加し、底面１ｐに達する。底面１ｐに達したメッキ液Ｌの旋回流ａは、底面１ｐに接触しているボール群９を底面１ｐに押し付けつつ旋回運動させる。ここで、ボール群９に含まれるコアボール９１は、底面１ｐ、すなわち直流電源回路１ｈの負極に接続された陰極部２ｎに接触しているので、陽極１ｏとの間でメッキ処理され、その表面にはメッキ層が形成される。そして、メッキ室１ｍの底面１ｐに達したメッキ液Ｌは、底面１ｐの中央部で上昇流ｂとなりメッキ液排出口１ｄを通じてメッキ液排出管１ｃから排出されメッキ液循環手段１ｂに戻るため、常に新鮮なメッキ液Ｌがメッキ室１ｍに供給され、メッキ室１ｍの中のメッキ液Ｌの状態を常に一定とすることができ、その結果、コアボール９１の表面に均一な厚みのメッキ層が形成される。なお、メッキ室１ｍがメッキ液Ｌで満たされた後に、メッキ液排出管１ｃを通じてメッキ液Ｌを吸引するようにすれば、メッキ液Ｌの旋回流がより整流化され、コアボール９１の旋回運動が安定するので望ましい。
【００３７】
メッキ室１ｍの底面１ｐに接触しつつ旋回運動するコアボール９１は、底面１ｐの上を転動し、コアボール９１同士が擦り合うように衝突するので、コアボール９１同士が付着しがたく、コアボール９１の凝集が防止される。さらに、この転動によりコアボール９１の表面が底面１ｐに触れる機会が均等になるので、均一な厚みのメッキ層が形成される。ここで、メッキ処理の過程において、メッキ層は、直接的又は他のコアボール９１を介して間接的に陰極部２ｎへ触れる毎に序々にコアボール９１の表面に形成されていくと推定される。そのため、メッキ処理の初期段階では表面の一部にのみメッキ層が形成されている状態となっている。コアボール９１の転動が充分ではない場合には、図７（ａ）に示すように、突起したメッキ層ｍがコアボール９１に被覆された金平糖状のＣｕコアボールが形成される場合があった。このメッキ層の突起した部分は、初期にコアボール９１の表面の一部に形成されたメッキ層を起点として選択的にメッキ層が形成された結果であると想定される。しかしながら、コアボール９１を充分に転動させ、コアボール９１同士が擦り合うように衝突することにより、図７（ｂ）に示すように、コアボール９１ａの表面の一部に形成されたメッキ層ｍ１を、転動する他のコアボール９１ｂが擦り合って押し広げるというメッキ層の表面の平滑化効果が生じ、表面の一部に選択的にメッキ層が形成されることを防止し、表面が極めて平滑でメッキ層の内部にボイドの少ない均一な厚みのメッキ層が形成される。このようなメッキ層を有し極めて真球度の高いＣｕコアボールは、フリップチップ用の接続部材として使用される場合に特に好適である。
【００３８】
上記の状態で所定時間、コアボール９１をメッキ処理し、所定厚みの半田メッキ層を有するＣｕコアボールが形成される。メッキ液循環手段１ｂのメッキ液循環用ポンプ（不図示）や流量調整弁（不図示）を適宜調整し、メッキ処理中に供給されるメッキ液Ｌの流量や流速を経時的に変化させれば、コアボール９１の凝集をより一層防止することが可能となる。
【００３９】
ここで、第１態様のメッキ装置１によれば、上記の電極構造により、メッキ液Ｌの流れａ，ｂを阻害することなく、陽極１ｏと陰極部２ｎとの間の電気抵抗を低下せしめ、メッキ液Ｌの液温の上昇や劣化を抑制し、ボイドなどの欠陥の少ない良質なメッキ層を形成することが可能となる。メッキ装置１では、陰極２ｘの内周面（接触面）２ｚに対し陽極１ｏの外周面１ｖの下部が相対するとともに両面が近接した状態で配置されているので、陽極１ｏと陰極２ｘとの間の電気抵抗は低く保たれる。
【００４０】
図３に、第１態様のメッキ装置１とは異なる電極構造を有するメッキ装置１１・１２を示す。なお、図３において、第１態様のメッキ装置１と同一の構成要素については同一符号を付している。
【００４１】
図３（ａ）に示すメッキ装置１１は、メッキ室１ｍの底面１ｐに配置された略円板状の陰極部１１ｎと、陰極部１１ｎに相対するようにメッキ室１ｍの上方に水平な姿勢で配置された略円環状の陽極１１ｏとで構成された電極構造を有している。この電極構造を有するメッキ装置１１において、陽極１１ｏと陰極部１１ｎとを近接させるために容器１ｋの底部に配置された陰極部１１ｎに対し陽極１１ｏの位置を下方にすると、メッキ室１ｍの周壁面１ｑを旋回流下するメッキ液Ｌの流れａを陽極１１ｏで阻害する可能性がある。
【００４２】
また、図３（ｂ）に示すメッキ装置１２は、第１態様のメッキ装置１の電極構造と若干類似しているが、メッキ室１ｍの底面１ｐに配置された略円板状の陰極部１２ｎと、メッキ室１ｍの中に突き出た状態で配置されたメッキ液排出管１ｃの下端外周面に形成された陽極１２ｏとで構成された電極構造を有している。この電極構造を有するメッキ装置１２において、メッキ液排出管１ｃの下端外周面に配置された陽極１２ｏと陰極部１２ｎとを近接させるためメッキ液排出口１ｄが底面１ｐに近づくようにメッキ液排出管１ｃを更に下方に伸ばすと、メッキ室１ｍの底面１ｐの上を旋回運動しているコアボール９１がメッキ液排出管１ｃに向うメッキ液Ｌの上昇流ｂとともにメッキ室１ｍから排出されてしまう可能性がある。従って、図３（ｃ）の構造では、メッキ室１ｍ中にコアボール９１を確実に滞留させつつ、メッキ効率を向上させるのが困難である
【００４３】
一方で、上記第１態様のメッキ装置１によれば、メッキ室１ｍに露出する内周面２ｚを有する陰極２ｘを周壁面１ｑの基端部に設けるとともに陽極１ｏを上記のように配置して、陽極１ｏの外周面１ｖの下部と陰極２ｘの内周面２ｚとが対となり相対する状態とし、両面の間に間隙Ｇを形成している。従って、周壁面１ｑに沿い旋回流下するメッキ液Ｌの流れａは両面の間の間隙Ｇを通り抜けて底面１ｐへ到達することができ、陽極１ｏはメッキ液Ｌの旋回流ａの流れの妨げになりにくい。また、陽極１ｏは、メッキ液排出管１ｃに向い上昇するメッキ液Ｌの流れｂに沿い軸芯を立てて配置しているので当該上昇流ｂの妨げになりにくく、陽極１ｏとメッキ液排出口１ｄの間の隙間を通り抜けたメッキ液Ｌはメッキ液循環手段１ｂに戻る。これにより、メッキ室１ｍの中のメッキ液Ｌを循環させつつ底面１ｐの上でコアボール９１を旋回運動させながら円滑にメッキ処理を行うことができる。そして、メッキ装置１は、このようにメッキ液Ｌの流動の妨げになりにくい状態で陽極１ｏと陰極部２ｎとが対向姿勢で近接可能な構造としたので、両者の間の電気抵抗を低く保つことができ、極めて良質なメッキ層を形成することができる。
【００４４】
第１態様のメッキ装置１の好ましい態様のメッキ装置３・５について、図４および５を参照し説明する。なお、図４および５において上記第１態様のメッキ装置１と同一の構成要素については同一符号を付しており、詳細な説明を省略する。
【００４５】
図４に示すメッキ装置３は、基本的にはメッキ装置１の構成と同様であるが、陰極２ｘの内周面（接触面）２ｚと対向して、陽極１ｏの下部に、メッキ室１ｍの底面１ｐに向って先細りした先端面３ｖを有する点で相違する。本実施態様では、略円柱形状の陽極１ｏの下部に、メッキ室１ｍの底面１ｐに向って縮径した略円錐側面形状の先端面３ｖを設けたものであり、コアボール９１に近接する陽極１ｏは上下方向においてほぼ均一な速度で消費されるので、先細りした先端面３ｖ形状は維持されつつ陽極１ｏは侵食される。そして、陽極１ｏは侵食されて先端部を失っても、軸心上方から自重により給電用電極１ｔの上面へ安定的に供給されて、先端面３ｖの形状は維持される。本装置の構成では、陽極１ｏと給電用電極１ｔとは接触面積が小さくなるので、電気的導通が不安定になることがある。その場合は、給電用電極１ｔから給電するのではなく、陽極１ｏの上方から給電することも可能である。
【００４６】
また、図８（ａ）のように、先細りした先端面３ｖの形状を有する陽極１ｏは、メッキ前後においてその形状を維持できることから、電極間の距離は経過時間によらず不変であり、長時間のメッキ処理においてもメッキ状態を一定に保つことが可能である。しかしながら、図８（ｂ）のように、先端面３ｖの無い陽極１ｏでは、上下方向においてほぼ均一な速度で陽極１ｏが消費されるので、メッキ前後において図のようなくびれ形状が発生しやすくなる。このようなくびれ形状は、電極間距離が経時変化することにつながるだけでなく、長時間のメッキ処理において陽極１ｏがくびれ部から破損し、メッキ処理の状態が変化したり電気的導通が途切れたりすることにつながる可能性があるので好ましくない。従って、陽極１ｏは予めメッキ処理前の機械加工等により、先細りした先端面３ｖを設けておくのが好ましい。
【００４７】
メッキ装置１の別の好ましい態様である図５に示すメッキ装置５は、陰極２ｘの内周面２ｚと間隙Ｇで対向して、先端面５ｖを有する先端部を有し、その先端部が下方に向いた姿勢でメッキ液排出管１ｃの中を上方から伸びた略円柱形状の陽極５ｏを備えている点、およびメッキ処理が進行することによる陽極５ｏ先端部の消耗に追従し、当該先端部を補充するため、陽極５ｏをメッキ室の軸心上を移動可能にせしめ、図中の矢印ｅの方向に向けて送る不図示の陽極供給手段を有する点で、上記メッキ装置１と相違している。なお、陽極５ｏの先端面５ｖは、図４を参照して説明した陽極１ｏの先端面３ｖと同様に、下方に縮径した略円錐側面形状となっている。そして、陽極５ｏは、先端面５ｖを有するその先端部が保持部材１ｒの貫通孔に軸方向に挿入されて水平面内において位置決めされ、陽極供給手段により送り量を制御することで、メッキ処理の過程においてその先端と容器１ｋの底面１ｐとの間の距離ｄが維持され、上下方向の位置決めがなされている。かかる構成のメッキ装置５は、多量のコアボール９１を処理する場合や、厚いメッキ層を形成するために処理時間が長く、陽極５ｏの消耗を無視できない場合に特に好適である。
【００４８】
なお、図５には陽極５ｏおよび陰極部２ｎへの給電方法が図示されていないが、陽極５ｏと直流電源回路とは不図示の陽極供給手段において接続されてもよいし、図１にあるような給電用電極１ｔを設けて、容器１ｋの底面１ｐから陽極５ｏに給電するようにしてもよい。給電用電極を用いる場合、不図示の陽極供給手段により陽極５ｏが常に給電用電極に突き当たるよう制御することで、陽極５ｏの先端と容器１ｋの底面１ｐとの間の距離ｄを給電用電極の厚みをもって制御することができる。
【００４９】
また、図５のメッキ装置１において、容器１ｋの底面１ｐ側以外から電極５ｏに給電を行なう場合、電極５ｏと底面１ｐとの間に厚みｄの絶縁スペーサーを設けることもできる。このようなスペーサーを用いれば、不図示の陽極供給手段により陽極５ｏが常にスペーサーに突き当たるよう制御することで、陽極５ｏの先端と容器１ｋの底面１ｐとの間の距離ｄをスペーサーの厚みをもって制御することができる。スペーサーの材料としては、異常放電が発生しないような絶縁体を用いるのが好ましい。
【００５０】
［第２実施態様］
本発明に係わる第２態様のメッキ装置について図９を参照して説明する。なお、図９において上記第１態様のメッキ装置１と同一の構成要素については同一符号を付しており、詳細な説明を省略する。
【００５１】
本実施態様のメッキ装置６は、図５のメッキ装置１のメッシュ状の保持部材１ｒに替わってメッシュ状の筒状部材６ｒが配されており、陽極５ｏに替わって複数の陽極塊６ｏが筒状部材６ｒの内部に充填されて陽極を構成している点において相違している。筒状部材６ｒは、コアボール９１および陽極塊６ｏを透過させないがメッキ液Ｌを透過させるメッシュ状の部材からなり、筒状部材６ｒの下端は陽極塊６ｏが漏れ出さないよう閉じられている。かかる構造の陽極は、筒状部材６ｒの下部において陽極塊が消費されても自重により上部から陽極塊が供給されるので、図５のメッキ装置のような陽極供給手段が必要とされないので好ましいものである。
【００５２】
［第３実施態様］
本発明に係わる第３態様のメッキ装置について図６を参照して説明する。なお、第３態様のメッキ装置の主たる構成は第１態様のメッキ装置１と同一であるので、本体部１ａの底部のみを部分拡大した断面を図６では示している。また、上記第１態様のメッキ装置１と同一の構成要素については同一符号を付しており、詳細な説明を省略する。
【００５３】
図６（ａ）に示すメッキ装置７は、半径方向において中心部が周縁部に対し高くなるよう円錐形状の底面７ｐ（副陰極７ｙの上面）をメッキ室１ｍの底部に形成した態様である。なお、陽極１ｏを中央で固定する装着部材７ｓの上面は、底面７ｐに段差が生じないように、副陰極７ｙの上面の傾斜と合わせ形成されている。かかる態様のメッキ装置７によれば、ボール群９は、底面７ｐの傾斜により底面７ｐの周縁部に偏在し、その周縁部で安定して旋回運動するため、コアボール９１が陽極１ｏに接触するおそれが少なく、透過膜としての保持部材を省略することができる。
【００５４】
図６（ｂ）に示すメッキ装置８は、第１態様のメッキ装置１と同様に、上面が水平な底面１ｐである円環状の副陰極２ｙの中に、当該底面１ｐから上方に突起する状態となるよう配置された絶縁材料からなる装着部材８ｓを有し、装着部材８ｓの中央部には、上記と同様に陽極１ｏが固定されている。かかるメッキ装置８によっても、底面１ｐを旋回運動するコアボール９１の陽極１ｏへの接触を、底面１ｐから突起した装着部材８ｓが阻止するので、保持部材を省略することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１（３、５、６、７、８、１１、１２）：メッキ装置
１ａ（１１ａ，１２ａ）：本体部
１ｂ：メッキ液循環手段
１ｃ：メッキ液排出管
１ｄ：メッキ液排出口
１ｅ：メッキ液供給管
１ｆ：メッキ液供給口
１ｈ：直流電源回路
１ｊ：メッキ槽
１ｍ：メッキ室
１ｏ（５ｏ、１１ｏ、１２ｏ）：陽極
１ｐ：底面
１ｑ：周壁面
１ｒ：保持部材
１ｔ：給電用電極
１ｅ：メッキ液供給管
１ｈ：直流電源回路
２ｎ（７ｎ、１１ｎ、１２ｎ）：陰極部
２ｘ：陰極
２ｙ（７ｙ）：副陰極
３ｖ（５ｖ）：先端面
６ｏ：陽極塊
６ｒ：筒状部材
９：ボール群（粒子群）
９１：コアボール
Ｌ：メッキ液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に導電性を有する基材粒子のメッキ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面に導電性を有する基材粒子にメッキを施す技術の一例として、Ｃｕを主体としたコアボールの表面に半田をメッキして半田被覆Ｃｕコアボール（以下Ｃｕコアボールと略して記載する。）を形成する技術がある。なお、従来技術の問題点を明らかにするために、Ｃｕコアボールを例としてメッキ技術を説明するが、本発明は必ずしもＣｕコアボールに限定されるものではない。
【０００３】
近年の多ピッチ化・狭ピッチ化による高密度実装の進むＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）などの半導体パッケージでは、入出力端子用バンプとして小径のＣｕコアボールが適用されている。Ｃｕコアボールは、そのコアボールがリフロー時に溶融しないため、半導体素子と基板との間に一定の距離を維持することができ、半導体素子の起動・停止により生じる熱サイクル負荷等に対する接続信頼性を確保することができる。
【０００４】
Ｃｕコアボールの製造技術として、メッキ液が流通可能な多数の開口を有するバレル内にコアボールを収納し、バレルをメッキ浴に配置し自転させることで半田を被覆するバレル電気メッキ法が知られている。しかしながら、特に直径が１００μｍ以下の小径のＣｕコアボールを製造する場合には、バレルの自転にともなうコアボールの転動ではコアボールの攪拌が不十分となる。その結果、コアボール同士がメッキ層を介して連結し凝集したり、メッキ層の表面が粗面化したり、メッキ層の厚みが部分的に不均一となり、歩留まりが低下するという問題が生じていた。
【０００５】
このバレル式電気メッキ法の問題を解消する技術の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１には、充分かつ均一なメッキ層を短時間で形成するために、「上端が開放した下開き椀形の樹脂ドームの外周部下面と、樹脂底板の外周部上面の間に被めっき物が回転中に押付けられるコンタクトリングと、処理液が流通飛散するポーラスリングを一体に結合してセルを形成し、上記セルを相対回転不能に支持しコンタクトリングと通電する導電ロータリープレートの中央部下面に垂直な導電駆動シャフトの上端を固定し、上記シャフトにコンタクトブラシを押圧してマイナス極に接続し、上記ドーム内に陽極バスケットを配置し、セルを覆うカバーを設けた」、小物の回転メッキ装置が記載されている。そして、かかる構成の回転メッキ装置によれば、セル内に収納された被メッキ物は、セルの回転により生ずる遠心力の作用によりコンタクトリングに強制的に押し付けられ、セルが回転して、停止又は減速を繰り返すことにより均一に混合され、被メッキ物の表面近傍のメッキ液の更新も活発となり、均一な厚みのメッキ層を形成することができると記載されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の回転メッキ装置は工業生産上効率の面での問題があった。すなわち、この回転メッキ装置は、被メッキ物を攪拌してその表面にメッキ液を充分に流通させるために、セルを回転、停止又は減速を繰り返す必要がある。そして、被メッキ物への実際のメッキ処理は、セルが回転し遠心力でコンタクトリングに被メッキ物が接触している間にのみ行われ、停止又は減速している間は行われないため、メッキ処理時間に比して全体の製造時間が長くなる。さらに、メッキ処理中にはボールの攪拌力が作用しないため、特に半導体パッケージに使用される直径が１００μｍ以下の小径のＣｕコアボールの場合には、セル内におけるコアボールの凝集が顕著となり、メッキ処理されたＣｕコアボールの表面の平滑性も悪くなる。この凝集を解くためにセルの回転、停止又は減速を頻繁に繰り返す方法もあるがメッキ効率が更に低下するという問題が発生する。
【０００７】
また、バレル式電気メッキ法の問題を解消する技術の他の例が特許文献２に記載されている。特許文献２には、特に曲がり易い性質を持ったワークのメッキ時の変形等を防止することを目的とし、「上面開口としたメッキ槽と、そのメッキ槽の上面開口を閉塞する着脱蓋とを有し、前記メッキ槽の底面に陰極を備え、着脱蓋の裏面に陽極を備えるとともに、前記メッキ槽の底面沿いの周壁に、その周壁の内面方向に向けたメッキ液の噴射ノズルを備えていることを特徴とする」、メッキ装置が記載されている。そして特許文献２には、かかる構成を採用することにより、メッキ槽内に投入されたワークは噴射ノズルから噴射されるメッキ液とともにメッキ槽内を回り、その回転を伴いながらメッキ処理が施されるため、曲がりや変形を与える程の衝突等がなくなり、すべてのワークが原形を保持したままメッキ加工処理を終了できる、と記載されている。
【０００８】
しかしながら、かかる特許文献２のメッキ装置は均一な厚みのメッキ層を基材粒子に形成するという点では不十分である。すなわち、特許文献２のメッキ装置で基材粒子をメッキした場合、メッキ槽内を旋回するメッキ液で基材粒子は攪拌されながら旋回運動するが、粒子は液流に乗って移動するため、底面に配置された電極と粒子とが接触する確率が小さく、その確率も粒子毎に不均一となる。その結果、個々の基材粒子ごとにメッキ層の厚みが異なってしまうという問題が生じる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２３９７９９号公報
【特許文献２】実開平７−６２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記従来技術の問題点を鑑みてなされた発明であり、表面に導電性を有する基材粒子に均一な厚みのメッキ層を効率的に形成可能なメッキ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明に係わるメッキ装置は、表面に導電性を有する基材粒子のメッキ装置であって、前記基材粒子が接触しつつ周回可能な円形状の底面と前記底面に向い縮径した円錐台形状をなす周壁面とを備え前記基材粒子を含む粒子群とメッキ液とを収納可能なメッキ室を有するメッキ槽と、前記メッキ室の底面より上方に開口する供給口を有し前記メッキ室の周壁面に沿い旋回するように前記供給口からメッキ液を供給するメッキ液供給管と、前記メッキ室に開口する排出口を有し前記メッキ室の軸芯と同軸に配置されたメッキ液排出管と、前記メッキ室の周壁面の基端部に配置され前記基材粒子が接触する接触面を有する略円環状の陰極と、前記メッキ室に収納されたメッキ液に浸漬されて前記メッキ室の軸芯上に配置された陽極と、前記陰極および陽極に接続された電源とを有するメッキ装置である。
【００１２】
かかるメッキ装置は、次のような作用を奏する。すなわち、メッキ液供給管の供給口から供給されたメッキ液は、メッキ室の周壁面に沿い旋回しつつその底面側に向い流下する。そして、メッキ室がメッキ液で満たされると、メッキ室に開口する排出口を通じメッキ液排出管から排出される。そこで、排出されたメッキ液を、再びメッキ液供給管の供給口からメッキ室に供給するメッキ液循環手段を設けることで、メッキ室内のメッキ液を常に循環することができる。
【００１３】
メッキ室の底面に達した旋回流動するメッキ液は、メッキ室に収納された粒子群をメッキ室の底面に接触させつつ当該底面の周縁部を旋回運動させる。底面の周縁部を旋回運動する基材粒子は、周壁面の基端部に配置された陰極の接触面に接触し、メッキ液に浸漬する位置に配置された陽極と陰極との間でメッキ処理され、メッキ層が基材粒子の表面に形成される。ここで、旋回流動するメッキ液により粒子群は分散することなく互いに混合されながら底面と陰極の接触面に接触して転動しつつ底面上を旋回運動する。よって、基材粒子の凝集が抑止されるとともに基材粒子の表面の各部位がメッキ液に触れる機会が均等となり、その結果均一な厚みのメッキ層が形成される。
【００１４】
さらに、メッキ液の旋回流により基材粒子をメッキ室の底面および陰極の接触面に接触させつつ転動させるため、基材粒子は他の基材粒子と接触する確率が高まり、よって陰極と接触した基材粒子と高頻度で電気的に接続され、連続メッキに近い処理を行うことが可能となり、基材粒子に効率的にメッキ層を形成することができ、さらに基材粒子同士の接触により形成されたメッキ層が平滑化され、表面が極めて平滑でかつ均一な厚みのメッキ層を形成することができる。
【００１５】
ここで、本発明のメッキ装置では、陽極をロッド形状にして、その軸芯がメッキ室の軸芯上に配置することができ、その場合、陽極にメッキ室の底面に向って先細りした先端面を有するのが好ましい。また、ロッド状の陽極は、メッキ処理の進行に応じた消耗分を補充するために、メッキ室の軸芯上を移動可能に配置することも可能であり、陽極表面は、基材粒子を透過させないがメッキ液を透過させるメッシュ状の保持部材により覆われるのがさらに好ましい。
【００１６】
一方、本発明のメッキ装置では、陽極をメッキ室の軸芯上に配置された筒状部材の中に複数の陽極塊を充填したものとすることもできる。この筒状部材は、基材粒子および陽極塊を透過させないがメッキ液を透過させるメッシュ状の部材からなるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
上記説明のとおり、本発明に係るメッキ装置によれば、従来技術の問題を解決し、表面に導電性を有する基材粒子に表面が滑らかで均一な厚みのメッキ層を効率的に形成可能なメッキ装置を提供するという本発明の目的を達成することができる。なお、上記メッキ装置の好ましい態様及びその効果は以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係わる第１実施態様のメッキ装置の概略構成を示す正面断面図である。
【図２】図１のメッキ装置の平面図である。
【図３】図１のメッキ装置の構成原理を説明するための本発明とは異なる陽極配置を有するメッキ装置の正面断面図である。
【図４】図１のメッキ装置の別の好ましい態様のメッキ装置の正面断面図である。
【図５】図１のメッキ装置の更に別の好ましい態様のメッキ装置の正面断面図である。
【図６】本発明に係わる第３実施態様のメッキ装置の部分を拡大した正面断面図である。
【図７】コアボールのメッキ中の挙動を説明する図である。
【図８】本発明に用いる陽極の消耗の様子を説明する図である。
【図９】本発明に係わる第２実施態様のメッキ装置の部分を拡大した正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るメッキ装置をその第１乃至第３実施態様に基づき図面を参照しつつ説明する。下記の実施態様では、基材粒子であるＣｕを主体とした球形のコアボールの表面にＳｎを主体としたメッキ層を被覆するメッキ装置を例として説明するが、本発明は必ずしもこれに限定されることはない。例えば、ニッケル等の導電性を有する金属層を無電解メッキで表面に形成した樹脂又はセラミックス粒子その他表面に導電性を有する基材粒子の表面に、電気メッキ法で金属被覆層を形成する場合に適用することもできる。また、コアボールのように球状の基材粒子のみならず、例えば長軸と短軸を有する針状の基材粒子や形状的特徴のない不定形の基材粒子にも適用することもできる。さらに、下記で説明するメッキ装置の各構成要素は、単独に又は適宜組み合わせて使用することもできる。
【００２０】
［第１実施態様］
本態様のメッキ装置の概略構成を示す正面断面図である図１及び図１の密閉蓋１Ｌを取り外した状態の平面図である図２（ａ）に示すように、メッキ装置１は、本体部１ａ、メッキ液供給管１ｅ及びメッキ液排出管１ｃを介して本体部１ａに接続されたメッキ液循環手段１ｂ、直流電源回路１ｈを基本的な構成として備えている。
【００２１】
本体部１ａにおいて、符号１ｊは、円形状の底面１ｐとその底面１ｐに向かい縮径した円錐台形状の周壁面１ｑを有するメッキ室１ｍが形成されたメッキ槽である。メッキ液に対し耐食性を有する非導電性の絶縁物である樹脂等で構成されたメッキ槽１ｊは、上部が開口した碗型の容器１ｋと、上部開口を閉塞するように容器１ｋの上面に密着された密閉蓋１Ｌとを有している。この容器１ｋと密閉蓋１Ｌとで形成される空間がメッキ室１ｍを構成し、多数のコアボール９１を含むボール群（粒子群）９と所定量のメッキ液Ｌがメッキ室１ｍに収納される。なお、底面１ｐの外周縁部に周壁面１ｐを直接立設せず、例えば当該外周縁部に立設した円筒状の周壁面を介し両面が結合されていてもよい。この場合、下記陰極２ｘは、円筒状の周壁面の基端部、すなわち底面１ｐに接した周壁面部分に配置されることとなる。
【００２２】
メッキ液供給管１ｅは、メッキ室１ｍの周壁面１ｑの接線方向にその軸心が沿い、底面１ｐの上方にメッキ液供給口１ｆが開口するようにメッキ槽１ｊにその一端が水平に接続され、メッキ液排出管１ｃは、密閉蓋１Ｌの中央部においてメッキ室１ｍの軸芯と同軸にメッキ液排出口１ｄがメッキ室１ｍに開口するようにメッキ槽１ｊにその一端が接続され、それぞれの他端はメッキ液循環手段１ｂに接続されている。メッキ液循環手段１ｂは、図示しないメッキ液貯蔵タンク、メッキ液循環用ポンプ、メッキ液浄化用フィルタ及び流量制御弁等で構成されており、メッキ液循環手段１ｂから送り出されたメッキ液Ｌは、メッキ液供給管１ｅを流通してメッキ液供給口１ｆからメッキ室１ｍに供給され、図１、２（ａ）において破線ａで示すようにメッキ室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回流下する。以上の構成によりメッキ液Ｌは、図１に示すように、下方に傾斜した周壁面１ｑに沿い旋回流動しつつ螺旋状に流下し、メッキ室１ｍの底面１ｐに達し、その後図において破線ｂで示すように上昇流となりメッキ液排出口１ｄを通じてメッキ液排出管１ｃから排出されメッキ液循環手段１ｂに戻る。
【００２３】
上記メッキ液排出管１ｃは、その一端が、密閉蓋１Ｌの中央部を貫通しメッキ室１ｍの中に突き出た状態で、メッキ液排出口１ｄがメッキ液供給口１ｆよりも下方に位置するよう配置されている。このようにメッキ室１ｍの底面１ｐに近接するようにメッキ液排出口１ｄを配置することで、メッキ液Ｌの上昇流ｂは底面１ｐの近くで排出され、上昇流ｂが旋回流ａに与える影響が抑制され、底面１ｐにおけるコアボール９１の旋回運動を安定させることが可能となる。
【００２４】
符号２ｎは、容器１ｋの底部に配置された陰極部である。直流電源回路１ｈの負極に接続された陰極部２ｎは、例えばステンレススチール、チタン、白金メッキされたチタン等で形成されており、それぞれ略円環状をなしている陰極２ｘと副陰極２ｙを備えている。円管状の陰極２ｘは、その内周面であるコアボール９１との接触面２ｚがメッキ室１ｍに露出するように周壁面１ｑの基端部に配置されている。また、中空円板状の副陰極２ｙは、その表面が底面１ｐの一部を構成するようにメッキ室１ｍに露出し容器１ｋに配置されている。なお、陰極２ｘのみでもコアボール９１にメッキ処理をすることは可能であるので、副陰極２ｙは必須の構成要素ではない。しかしながら、生産効率などの面から副陰極２ｙを設ける場合には、陰極２ｘ・副陰極２ｙを別個の部材として組み込んでもよいし、図示するように、陰極２ｘ・副陰極２ｙを各々の一端において結合させ、横断面がくの字状とした陰極部２ｎを容器１ｋに組み込むこともできる。また、メッキ液Ｌの旋回流ａを円滑に周壁面１ｑに沿い流下させるためには、陰極２ｘの内周面（接触面）２ｚが周壁面１ｑと同一面内に形成されるように陰極２ｘを配置することが好ましい。さらに、陰極部２ｎは平面視において連続的な円環形状に形成してあるが、一部に不連続部分があっても実質的に円環状に形成されていればよい。かかる構成の陰極部２ｎによれば、ボール群９は、メッキ室１ｍを旋回流動するメッキ液Ｌにより、図において符号ｃで示す外周端から半径方向に所定の範囲の中で底面１ｐ（副陰極２ｙの上面）の周縁部を旋回運動するとともに、陰極２ｘの内周面２ｚとも接触し、もってコアボール９１は両面との接触により攪拌されながら転動する。
【００２５】
ここで、陰極部としては、例えば、図２（ｂ）に示すように、メッキ室１ｍの底面４ｐの一部に露出するような陰極部４ｎや、あるいは、同図（ｃ）に示すように、容器１ｋを貫通してメッキ室１ｍに突出しコアボール９１に接する陰極部４ｍを配置することもできる。しかしながら、このように多数のコアボール９１ののうちのごく一部にのみ接するような陰極部４ｎ、４ｍを配した場合には、陰極部４ｎ、４ｍに接しないコアボール９１は陰極部４ｎ、４ｍに接するコアボール９１を介して通電されるため、コアボール９１同士の接触抵抗により陰極部４ｎ、４ｍから離れた位置にあるコアボール９１の電位が低下して当該コアボール９１における電流密度が低くなり、メッキ効率が低下する可能性がある。従って、陰極部はボール群９と十分な接触面積を有することが好ましく、本実施態様の陰極部２ｎのように略円環状の陰極２ｘを有するものとするのが望ましい。この場合には、容器１ｋそのものを陰極材料で形成し、容器１ｋの側面に耐食性及び絶縁性のある樹脂被覆を施し、容器１ｋが陰極部２ｎとして作用するように構成してもよい。
【００２６】
一方で、いたずらに陰極部２ｎを広くした場合には、メッキ層の形成速度が低下するおそれがある。すなわち、ボール群９は、旋回流動するメッキ液Ｌで底面１ｐの外周縁部の所定の領域ｃを旋回運動するため、ボール群９の存在しない陰極部２ｎの表面にもメッキが無駄に析出してしまうからである。従って、図１および図２（ｂ）に示すように、陰極部２ｎは、ボール群９が旋回運動する領域ｃに対応し円環状に設けておき、他の部分は電気的絶縁材で構成しておくことが好ましい。
【００２７】
図１において符号１ｏは、錫を含む陽極であり、メッキ室１ｍを満たすメッキ液Ｌに浸漬する位置に位置し、かつその外周面（表面）１ｖと陰極２ｘの内周面（接触面）２ｚとの間に間隙Ｇが形成されるよう、外周面１ｖは内周面２ｚと対となる位置、具体的には両面が対向する位置に配置されている。以下、陽極１ｏの構成を詳細に説明する。
【００２８】
陽極１ｏは、軸芯を立てた姿勢で容器１ｋの底面１ｐの方向からメッキ液排出口１ｄに挿入可能な大きさの略円柱のロッド形状をなしている。陽極１ｏの直径は、メッキ液排出管１ｃからのメッキ液Ｌの排出を阻害しないようにメッキ液排出口１ｄよりも充分に小さく設計されている。
【００２９】
本実施態様では、略円柱のロッド形状をなす陽極１ｏを用いているが、メッキ液Ｌの流れを妨げるような形状でなければ必ずしもこれに拘るものではない。例えば、メッキ液Ｌの流れに沿ったスクリュー状の溝が刻まれたロッド形状の陽極１ｏとしてもよいし、高さの低い円柱状の陽極材料を積み上げた陽極１ｏや球状の陽極材料を積み上げた陽極１ｏとしてもよい。いずれの形状を用いるにしても、陽極１ｏはメッキ室１ｍの軸芯上に配置されるものとする。
【００３０】
図１において符号１ｔは、陽極１ｏを上下方向に位置決めをするとともに陽極１ｏに給電する給電用電極である。ほぼ平坦な上面１ｘを有する略円柱形状のチタンで形成された給電用電極１ｔは、容器１ｋの底面１ｐ中央部に配置された装着部材１ｓの中央に嵌入され、直流電源回路１ｈの正極に接続されている。なお、給電用電極１ｔが嵌入される装着部材１ｓは、負極に接続された陰極部２ｎと給電用電極１ｔとの絶縁のため、樹脂などの非導電性材料で構成されており、その上面が、副陰極２ｙの上面である底面１ｐと同一平面上に位置するように容器１ｋの底部に固定されている。ここで、陽極１ｏは軸芯が立った状態で、その底面１ｗが、容器１ｋの底面１ｐよりも距離ｄだけ高い位置に配置された給電用電極１ｔの上面１ｘに接する状態で配置される。このように配置することにより、陽極１ｏは上下方向において位置決めされ、陽極１ｏの外周面１ｖの下部は、陰極２ｘの内周面２ｚに近接しつつ対向した状態となる。なお、陽極１ｏを容器１ｋの底面１ｐよりも距離ｄだけ高い位置に配置することは必須ではないが、副陰極２ｙと陽極１ｏとが近接する場合には、過度な電流が両者の間に流れることを抑制できるので好ましく、コアボール９１個々に形成されるメッキ層の品質を均一にすることができる。
【００３１】
図１において符号１ｒは、水平面内において陽極１ｏをメッキ室１ｍの軸芯上に位置決めするとともにコアボール９１は通さずメッキ液Ｌは流通可能な多数の開口を有する保持部材である。一種の透過膜としての機能を果たす保持部材１ｒは、樹脂等の非導電性材料によりコアボール９１を通さない透目を有するメッシュ状に構成されている。そして、陽極１ｏが軸方向に挿通可能な貫通孔を有する略円筒形状の保持部材１ｒは、軸芯を立てた姿勢で容器１ｋの底面１ｐの方向からメッキ液排出口１ｄに挿入可能な大きさであり、メッキ液排出管１ｃからのメッキ液Ｌの排出を阻害しないようにその直径はメッキ液排出口１ｄよりも充分に小さい。さらに、保持部材１ｒは、その軸芯が水平面内においてメッキ室１ｍの軸心とほぼ一致するよう、その上部がメッキ液排出口１ｄの中に挿入された状態で配置され、メッキ液排出口１ｄの内部に配置された支持部材１ｕで支持されている。この保持部材１ｒの底部は、装着部材１ｓの上面において給電用電極１ｔを囲むように形成された円環溝に嵌入されており、底面１ｐを旋回するメッキ液Ｌの流動により動かないように固定されている。このように配置された保持部材１ｒの貫通孔に陽極１ｏを軸方向に挿入することで、陽極１ｏの水平面内における位置が固定される。その結果、上記給電用電極１ｔにより上下方向の位置決めがされた陽極１ｏの外周面１ｖの下部から、コアボール９１周辺のメッキ液中に金属イオンが安定供給されるので、メッキ抵抗は低く抑えられガスの発生など不要な反応も抑制できるので効率よくメッキを行うことができる。なお、本態様の保持部材１ｒは、メッキ液の流れａ、ｂに対する固定強度の観点から、メッキ液排出口１ｄに設けた支持部材１ｕおよび装着部材１ｓにより上下が固定されているが、保持部材１ｒの底部における固定だけで強度が充分な場合には、支持部材１ｕを省略して装着部材１ｓのみで保持部材１ｒの底部を固定してもよい。
【００３２】
ここで、保持部材１ｒは、コアボール９１は通さずメッキ液Ｌは流通可能な透過膜としての機能を有するのと同時に、メッキ液Ｌにより底面１ｐを旋回運動するコアボール９１が仮に陽極１ｏに接近した場合でも陽極１ｏに接触することを防止している。しかしながら、旋回運動するコアボール９１が陽極１ｏに接触する可能性が低い場合には、保持部材１ｒは省略してもよい。その場合には、水平面内における陽極１ｏの位置決めのために、陽極１ｏの底部を容器１ｋに直接固定するよう構成してもよい。
【００３３】
直流電源回路１ｈは、メッキ装置１の大きさや処理するコアボール９１の数に応じて、適宜最適な処理が出来る容量のものを選択すればよい。
【００３４】
上記メッキ装置１の基本的な動作を説明する。まず、準備工程では、密閉蓋１Ｌを開けて所定数のコアボール９１をメッキ室１ｍの底面１ｐ（副陰極２ｙの上面）に載置し、メッキ液Ｌをメッキ液循環手段１ｂのメッキ液貯蔵タンク（不図示）に格納する。なお、コアボール９１は、酸洗処理し表面を清浄化したものを使用し、更に必要に応じ、表面にニッケルメッキ層からなる下地層を形成したものを使用してもよい。また、半田メッキするためのメッキ液Ｌは、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の液組成を有する大和化成製の商品名「ＤＡＩＮ ＴＩＮＳＩＬ ＳＢＢ ２」やローム＆ハース製の商品名「ＳＯＬＤＥＲＯＮ ＢＰ ＳＡＣ５０００」等に添加剤を添加して、例えば、ホウフッ化浴など周知のメッキ浴に適宜調整して使用することができる。ボール群９を構成する粒子は全てコアボール９１である必要はなく、例えば、ボール群９の攪拌を促進するための攪拌促進体として、半田や鋼を主体とした導電性ダミーボール、樹脂やセラミックス等を主体とした非導電性ダミーボールを適量加えてもよい。
【００３５】
密閉蓋１Ｌを閉じてメッキ室１ｍを密閉空間にした後、メッキ装置１を作動させる。メッキ装置１は、メッキ液循環手段１ｂを作動させてメッキ液供給管１ｅを通じてメッキ室１ｍへ所定の流量でメッキ液Ｌを供給する。メッキ室１ｍがメッキ液Ｌで満たされると、メッキ液Ｌは、メッキ室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回するとともに周壁面１ｑの傾きに沿い底面１ｐに向い螺旋状に流下する旋回流ａとなる。なお、メッキ液Ｌの供給の初期段階ではメッキ液Ｌの流れが不安定であるため、不安定なメッキ液Ｌの流れに乗りメッキ室１ｍの外にコアボール９１が流出する場合がある。このコアボール９１の流出を防止するためには、準備工程においてメッキ室１ｍに予めメッキ液Ｌを満たしておき、その後メッキ室１ｍにメッキ液Ｌを供給するようにすれば好ましい。また、メッキ液Ｌの供給の初期段階ではメッキ液Ｌの流量を小さくしておき、徐々に所定の流量に増加するようにするのが好ましい。
【００３６】
下方に向い縮径する円錐台形状をなす、メッキ室１ｍの周壁面１ｑに沿い、メッキ室１ｍを旋回流下するメッキ液Ｌは、底面１ｐに近づくに従い旋回速度が増加し、底面１ｐに達する。底面１ｐに達したメッキ液Ｌの旋回流ａは、底面１ｐに接触しているボール群９を底面１ｐに押し付けつつ旋回運動させる。ここで、ボール群９に含まれるコアボール９１は、底面１ｐ、すなわち直流電源回路１ｈの負極に接続された陰極部２ｎに接触しているので、陽極１ｏとの間でメッキ処理され、その表面にはメッキ層が形成される。そして、メッキ室１ｍの底面１ｐに達したメッキ液Ｌは、底面１ｐの中央部で上昇流ｂとなりメッキ液排出口１ｄを通じてメッキ液排出管１ｃから排出されメッキ液循環手段１ｂに戻るため、常に新鮮なメッキ液Ｌがメッキ室１ｍに供給され、メッキ室１ｍの中のメッキ液Ｌの状態を常に一定とすることができ、その結果、コアボール９１の表面に均一な厚みのメッキ層が形成される。なお、メッキ室１ｍがメッキ液Ｌで満たされた後に、メッキ液排出管１ｃを通じてメッキ液Ｌを吸引するようにすれば、メッキ液Ｌの旋回流がより整流化され、コアボール９１の旋回運動が安定するので望ましい。
【００３７】
メッキ室１ｍの底面１ｐに接触しつつ旋回運動するコアボール９１は、底面１ｐの上を転動し、コアボール９１同士が擦り合うように衝突するので、コアボール９１同士が付着しがたく、コアボール９１の凝集が防止される。さらに、この転動によりコアボール９１の表面が底面１ｐに触れる機会が均等になるので、均一な厚みのメッキ層が形成される。ここで、メッキ処理の過程において、メッキ層は、直接的又は他のコアボール９１を介して間接的に陰極部２ｎへ触れる毎に序々にコアボール９１の表面に形成されていくと推定される。そのため、メッキ処理の初期段階では表面の一部にのみメッキ層が形成されている状態となっている。コアボール９１の転動が充分ではない場合には、図７（ａ）に示すように、突起したメッキ層ｍがコアボール９１に被覆された金平糖状のＣｕコアボールが形成される場合があった。このメッキ層の突起した部分は、初期にコアボール９１の表面の一部に形成されたメッキ層を起点として選択的にメッキ層が形成された結果であると想定される。しかしながら、コアボール９１を充分に転動させ、コアボール９１同士が擦り合うように衝突することにより、図７（ｂ）に示すように、コアボール９１ａの表面の一部に形成されたメッキ層ｍ１を、転動する他のコアボール９１ｂが擦り合って押し広げるというメッキ層の表面の平滑化効果が生じ、表面の一部に選択的にメッキ層が形成されることを防止し、表面が極めて平滑でメッキ層の内部にボイドの少ない均一な厚みのメッキ層が形成される。このようなメッキ層を有し極めて真球度の高いＣｕコアボールは、フリップチップ用の接続部材として使用される場合に特に好適である。
【００３８】
上記の状態で所定時間、コアボール９１をメッキ処理し、所定厚みの半田メッキ層を有するＣｕコアボールが形成される。メッキ液循環手段１ｂのメッキ液循環用ポンプ（不図示）や流量調整弁（不図示）を適宜調整し、メッキ処理中に供給されるメッキ液Ｌの流量や流速を経時的に変化させれば、コアボール９１の凝集をより一層防止することが可能となる。
【００３９】
ここで、第１態様のメッキ装置１によれば、上記の電極構造により、メッキ液Ｌの流れａ，ｂを阻害することなく、陽極１ｏと陰極部２ｎとの間の電気抵抗を低下せしめ、メッキ液Ｌの液温の上昇や劣化を抑制し、ボイドなどの欠陥の少ない良質なメッキ層を形成することが可能となる。メッキ装置１では、陰極２ｘの内周面（接触面）２ｚに対し陽極１ｏの外周面１ｖの下部が相対するとともに両面が近接した状態で配置されているので、陽極１ｏと陰極２ｘとの間の電気抵抗は低く保たれる。
【００４０】
図３に、第１態様のメッキ装置１とは異なる電極構造を有するメッキ装置１１・１２を示す。なお、図３において、第１態様のメッキ装置１と同一の構成要素については同一符号を付している。
【００４１】
図３（ａ）に示すメッキ装置１１は、メッキ室１ｍの底面１ｐに配置された略円板状の陰極部１１ｎと、陰極部１１ｎに相対するようにメッキ室１ｍの上方に水平な姿勢で配置された略円環状の陽極１１ｏとで構成された電極構造を有している。この電極構造を有するメッキ装置１１において、陽極１１ｏと陰極部１１ｎとを近接させるために容器１ｋの底部に配置された陰極部１１ｎに対し陽極１１ｏの位置を下方にすると、メッキ室１ｍの周壁面１ｑを旋回流下するメッキ液Ｌの流れａを陽極１１ｏで阻害する可能性がある。
【００４２】
また、図３（ｂ）に示すメッキ装置１２は、第１態様のメッキ装置１の電極構造と若干類似しているが、メッキ室１ｍの底面１ｐに配置された略円板状の陰極部１２ｎと、メッキ室１ｍの中に突き出た状態で配置されたメッキ液排出管１ｃの下端外周面に形成された陽極１２ｏとで構成された電極構造を有している。この電極構造を有するメッキ装置１２において、メッキ液排出管１ｃの下端外周面に配置された陽極１２ｏと陰極部１２ｎとを近接させるためメッキ液排出口１ｄが底面１ｐに近づくようにメッキ液排出管１ｃを更に下方に伸ばすと、メッキ室１ｍの底面１ｐの上を旋回運動しているコアボール９１がメッキ液排出管１ｃに向うメッキ液Ｌの上昇流ｂとともにメッキ室１ｍから排出されてしまう可能性がある。従って、図３（ｃ）の構造では、メッキ室１ｍ中にコアボール９１を確実に滞留させつつ、メッキ効率を向上させるのが困難である
【００４３】
一方で、上記第１態様のメッキ装置１によれば、メッキ室１ｍに露出する内周面２ｚを有する陰極２ｘを周壁面１ｑの基端部に設けるとともに陽極１ｏを上記のように配置して、陽極１ｏの外周面１ｖの下部と陰極２ｘの内周面２ｚとが対となり相対する状態とし、両面の間に間隙Ｇを形成している。従って、周壁面１ｑに沿い旋回流下するメッキ液Ｌの流れａは両面の間の間隙Ｇを通り抜けて底面１ｐへ到達することができ、陽極１ｏはメッキ液Ｌの旋回流ａの流れの妨げになりにくい。また、陽極１ｏは、メッキ液排出管１ｃに向い上昇するメッキ液Ｌの流れｂに沿い軸芯を立てて配置しているので当該上昇流ｂの妨げになりにくく、陽極１ｏとメッキ液排出口１ｄの間の隙間を通り抜けたメッキ液Ｌはメッキ液循環手段１ｂに戻る。これにより、メッキ室１ｍの中のメッキ液Ｌを循環させつつ底面１ｐの上でコアボール９１を旋回運動させながら円滑にメッキ処理を行うことができる。そして、メッキ装置１は、このようにメッキ液Ｌの流動の妨げになりにくい状態で陽極１ｏと陰極部２ｎとが対向姿勢で近接可能な構造としたので、両者の間の電気抵抗を低く保つことができ、極めて良質なメッキ層を形成することができる。
【００４４】
第１態様のメッキ装置１の好ましい態様のメッキ装置３・５について、図４および５を参照し説明する。なお、図４および５において上記第１態様のメッキ装置１と同一の構成要素については同一符号を付しており、詳細な説明を省略する。
【００４５】
図４に示すメッキ装置３は、基本的にはメッキ装置１の構成と同様であるが、陰極２ｘの内周面（接触面）２ｚと対向して、陽極１ｏの下部に、メッキ室１ｍの底面１ｐに向って先細りした先端面３ｖを有する点で相違する。本実施態様では、略円柱形状の陽極１ｏの下部に、メッキ室１ｍの底面１ｐに向って縮径した略円錐側面形状の先端面３ｖを設けたものであり、コアボール９１に近接する陽極１ｏは上下方向においてほぼ均一な速度で消費されるので、先細りした先端面３ｖ形状は維持されつつ陽極１ｏは侵食される。そして、陽極１ｏは侵食されて先端部を失っても、軸心上方から自重により給電用電極１ｔの上面へ安定的に供給されて、先端面３ｖの形状は維持される。本装置の構成では、陽極１ｏと給電用電極１ｔとは接触面積が小さくなるので、電気的導通が不安定になることがある。その場合は、給電用電極１ｔから給電するのではなく、陽極１ｏの上方から給電することも可能である。
【００４６】
また、図８（ａ）のように、先細りした先端面３ｖの形状を有する陽極１ｏは、メッキ前後においてその形状を維持できることから、電極間の距離は経過時間によらず不変であり、長時間のメッキ処理においてもメッキ状態を一定に保つことが可能である。しかしながら、図８（ｂ）のように、先端面３ｖの無い陽極１ｏでは、上下方向においてほぼ均一な速度で陽極１ｏが消費されるので、メッキ前後において図のようなくびれ形状が発生しやすくなる。このようなくびれ形状は、電極間距離が経時変化することにつながるだけでなく、長時間のメッキ処理において陽極１ｏがくびれ部から破損し、メッキ処理の状態が変化したり電気的導通が途切れたりすることにつながる可能性があるので好ましくない。従って、陽極１ｏは予めメッキ処理前の機械加工等により、先細りした先端面３ｖを設けておくのが好ましい。
【００４７】
メッキ装置１の別の好ましい態様である図５に示すメッキ装置５は、陰極２ｘの内周面２ｚと間隙Ｇで対向して、先端面５ｖを有する先端部を有し、その先端部が下方に向いた姿勢でメッキ液排出管１ｃの中を上方から伸びた略円柱形状の陽極５ｏを備えている点、およびメッキ処理が進行することによる陽極５ｏ先端部の消耗に追従し、当該先端部を補充するため、陽極５ｏをメッキ室の軸心上を移動可能にせしめ、図中の矢印ｅの方向に向けて送る不図示の陽極供給手段を有する点で、上記メッキ装置１と相違している。なお、陽極５ｏの先端面５ｖは、図４を参照して説明した陽極１ｏの先端面３ｖと同様に、下方に縮径した略円錐側面形状となっている。そして、陽極５ｏは、先端面５ｖを有するその先端部が保持部材１ｒの貫通孔に軸方向に挿入されて水平面内において位置決めされ、陽極供給手段により送り量を制御することで、メッキ処理の過程においてその先端と容器１ｋの底面１ｐとの間の距離ｄが維持され、上下方向の位置決めがなされている。かかる構成のメッキ装置５は、多量のコアボール９１を処理する場合や、厚いメッキ層を形成するために処理時間が長く、陽極５ｏの消耗を無視できない場合に特に好適である。
【００４８】
なお、図５には陽極５ｏおよび陰極部２ｎへの給電方法が図示されていないが、陽極５ｏと直流電源回路とは不図示の陽極供給手段において接続されてもよいし、図１にあるような給電用電極１ｔを設けて、容器１ｋの底面１ｐから陽極５ｏに給電するようにしてもよい。給電用電極を用いる場合、不図示の陽極供給手段により陽極５ｏが常に給電用電極に突き当たるよう制御することで、陽極５ｏの先端と容器１ｋの底面１ｐとの間の距離ｄを給電用電極の厚みをもって制御することができる。
【００４９】
また、図５のメッキ装置１において、容器１ｋの底面１ｐ側以外から電極５ｏに給電を行なう場合、電極５ｏと底面１ｐとの間に厚みｄの絶縁スペーサーを設けることもできる。このようなスペーサーを用いれば、不図示の陽極供給手段により陽極５ｏが常にスペーサーに突き当たるよう制御することで、陽極５ｏの先端と容器１ｋの底面１ｐとの間の距離ｄをスペーサーの厚みをもって制御することができる。スペーサーの材料としては、異常放電が発生しないような絶縁体を用いるのが好ましい。
【００５０】
［第２実施態様］
本発明に係わる第２態様のメッキ装置について図９を参照して説明する。なお、図９において上記第１態様のメッキ装置１と同一の構成要素については同一符号を付しており、詳細な説明を省略する。
【００５１】
本実施態様のメッキ装置６は、図５のメッキ装置１のメッシュ状の保持部材１ｒに替わってメッシュ状の筒状部材６ｒが配されており、陽極５ｏに替わって複数の陽極塊６ｏが筒状部材６ｒの内部に充填されて陽極を構成している点において相違している。筒状部材６ｒは、コアボール９１および陽極塊６ｏを透過させないがメッキ液Ｌを透過させるメッシュ状の部材からなり、筒状部材６ｒの下端は陽極塊６ｏが漏れ出さないよう閉じられている。かかる構造の陽極は、筒状部材６ｒの下部において陽極塊が消費されても自重により上部から陽極塊が供給されるので、図５のメッキ装置のような陽極供給手段が必要とされないので好ましいものである。
【００５２】
［第３実施態様］
本発明に係わる第３態様のメッキ装置について図６を参照して説明する。なお、第３態様のメッキ装置の主たる構成は第１態様のメッキ装置１と同一であるので、本体部１ａの底部のみを部分拡大した断面を図６では示している。また、上記第１態様のメッキ装置１と同一の構成要素については同一符号を付しており、詳細な説明を省略する。
【００５３】
図６（ａ）に示すメッキ装置７は、半径方向において中心部が周縁部に対し高くなるよう円錐形状の底面７ｐ（副陰極７ｙの上面）をメッキ室１ｍの底部に形成した態様である。なお、陽極１ｏを中央で固定する装着部材７ｓの上面は、底面７ｐに段差が生じないように、副陰極７ｙの上面の傾斜と合わせ形成されている。かかる態様のメッキ装置７によれば、ボール群９は、底面７ｐの傾斜により底面７ｐの周縁部に偏在し、その周縁部で安定して旋回運動するため、コアボール９１が陽極１ｏに接触するおそれが少なく、透過膜としての保持部材を省略することができる。
【００５４】
図６（ｂ）に示すメッキ装置８は、第１態様のメッキ装置１と同様に、上面が水平な底面１ｐである円環状の副陰極２ｙの中に、当該底面１ｐから上方に突起する状態となるよう配置された絶縁材料からなる装着部材８ｓを有し、装着部材８ｓの中央部には、上記と同様に陽極１ｏが固定されている。かかるメッキ装置８によっても、底面１ｐを旋回運動するコアボール９１の陽極１ｏへの接触を、底面１ｐから突起した装着部材８ｓが阻止するので、保持部材を省略することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１（３、５、６、７、８、１１、１２）：メッキ装置
１ａ（１１ａ，１２ａ）：本体部
１ｂ：メッキ液循環手段
１ｃ：メッキ液排出管
１ｄ：メッキ液排出口
１ｅ：メッキ液供給管
１ｆ：メッキ液供給口
１ｈ：直流電源回路
１ｊ：メッキ槽
１ｍ：メッキ室
１ｏ（５ｏ、１１ｏ、１２ｏ）：陽極
１ｐ：底面
１ｑ：周壁面
１ｒ：保持部材
１ｔ：給電用電極
１ｅ：メッキ液供給管
１ｈ：直流電源回路
２ｎ（７ｎ、１１ｎ、１２ｎ）：陰極部
２ｘ：陰極
２ｙ（７ｙ）：副陰極
３ｖ（５ｖ）：先端面
６ｏ：陽極塊
６ｒ：筒状部材
９：ボール群（粒子群）
９１：コアボール
Ｌ：メッキ液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に導電性を有する基材粒子のメッキ装置であって、前記基材粒子が接触しつつ周回可能な円形状の底面と前記底面に向い縮径した円錐台形状をなす周壁面とを備え前記基材粒子を含む粒子群とメッキ液とを収納可能なメッキ室を有するメッキ槽と、前記メッキ室の底面より上方に開口する供給口を有し前記メッキ室の周壁面に沿い旋回するように前記供給口からメッキ液を供給するメッキ液供給管と、前記メッキ室に開口する排出口を有し前記メッキ室の軸芯と同軸に配置されたメッキ液排出管と、前記メッキ室の周壁面の基端部に配置され前記基材粒子が接触する接触面を有する略円環状の陰極と、前記メッキ室に収納されたメッキ液に浸漬されて前記メッキ室の軸芯上に配置された陽極と、前記陰極および陽極に接続された電源とを有するメッキ装置。
【請求項２】
前記陽極はロッド形状にして、その軸芯が前記メッキ室の軸芯上に配置されている請求項１に記載のメッキ装置。
【請求項３】
前記陽極は前記メッキ室の底面に向って先細りした先端面を有する請求項２に記載のメッキ装置。
【請求項４】
前記陽極はメッキ処理の進行に応じた消耗分を補充するために、前記メッキ室の軸芯上を移動可能である請求項２または３に記載のメッキ装置。
【請求項５】
前記陽極の表面が前記基材粒子を透過させないが前記メッキ液を透過させるメッシュ状の保持部材により覆われている請求項１乃至４のいずれかに記載のメッキ装置。
【請求項６】
前記陽極は、前記メッキ室の軸心上に配置された筒状部材の中に複数の陽極塊を充填したものであり、前記筒状部材は前記基材粒子および該陽極塊を透過させないが前記メッキ液を透過させるメッシュ状の部材からなる請求項１に記載のメッキ装置。
【請求項７】
前記陰極の接触面は、前記メッキ室の周壁面と同一面内に形成されている請求項１乃至６のいずれかに記載のメッキ装置。
【請求項８】
前記メッキ室の底面は、その半径方向において、その中心部が周縁部に対し高くなるように形成されている請求項１乃至７のいずれかに記載のメッキ装置。
【請求項９】
前記メッキ室の底面に副陰極を配置した請求項１乃至８のいずれかに記載のメッキ装置。
【請求項１０】
前記副陰極は、前記メッキ室の底面の周縁部に略円環状に配置されている請求項９に記載のメッキ装置。
【請求項１】
表面に導電性を有する基材粒子のメッキ装置であって、前記基材粒子が接触しつつ周回可能な円形状の底面と前記底面に向い縮径した円錐台形状をなす周壁面とを備え前記基材粒子を含む粒子群とメッキ液とを収納可能なメッキ室を有するメッキ槽と、前記メッキ室の底面より上方に開口する供給口を有し前記メッキ室の周壁面に沿い旋回するように前記供給口からメッキ液を供給するメッキ液供給管と、前記メッキ室に開口する排出口を有し前記メッキ室の軸芯と同軸に配置されたメッキ液排出管と、前記メッキ室の周壁面の基端部に配置され前記基材粒子が接触する接触面を有する略円環状の陰極と、前記メッキ室に収納されたメッキ液に浸漬されて前記メッキ室の軸芯上に配置された陽極と、前記陰極および陽極に接続された電源とを有するメッキ装置。
【請求項２】
前記陽極はロッド形状にして、その軸芯が前記メッキ室の軸芯上に配置されている請求項１に記載のメッキ装置。
【請求項３】
前記陽極は前記メッキ室の底面に向って先細りした先端面を有する請求項２に記載のメッキ装置。
【請求項４】
前記陽極はメッキ処理の進行に応じた消耗分を補充するために、前記メッキ室の軸芯上を移動可能である請求項２または３に記載のメッキ装置。
【請求項５】
前記陽極の表面が前記基材粒子を透過させないが前記メッキ液を透過させるメッシュ状の保持部材により覆われている請求項１乃至４のいずれかに記載のメッキ装置。
【請求項６】
前記陽極は、前記メッキ室の軸心上に配置された筒状部材の中に複数の陽極塊を充填したものであり、前記筒状部材は前記基材粒子および該陽極塊を透過させないが前記メッキ液を透過させるメッシュ状の部材からなる請求項１に記載のメッキ装置。
【請求項７】
前記陰極の接触面は、前記メッキ室の周壁面と同一面内に形成されている請求項１乃至６のいずれかに記載のメッキ装置。
【請求項８】
前記メッキ室の底面は、その半径方向において、その中心部が周縁部に対し高くなるように形成されている請求項１乃至７のいずれかに記載のメッキ装置。
【請求項９】
前記メッキ室の底面に副陰極を配置した請求項１乃至８のいずれかに記載のメッキ装置。
【請求項１０】
前記副陰極は、前記メッキ室の底面の周縁部に略円環状に配置されている請求項９に記載のメッキ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−６２５６６（Ｐ２０１２−６２５６６Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８５３９６（Ｐ２０１０−２８５３９６）
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
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