電鑄方法
2023-10-11 18:23:59 1
專利名稱:電鑄方法
技術領域:
本發明涉及用於將金屬製品成型的電鑄方法。
背景技術:
作為製造用機械加工難以製作的微細金屬製品的方法,公知有電鑄技術(電鑄 法)。這是對母模型電鍍膜厚金屬並通過使該電鍍厚膜(金屬鑄件)從母模型剝離而使金 屬鑄件成型的帶厚度的電鍍工藝,通常將超過20 μ m厚度的電鍍稱為電鑄。例如,在專利文獻1公開的方法中,在金屬制的母模型的表面塗敷光致抗蝕劑,將 其構圖而形成具有希望的圖案的開口的抗蝕膜,接著,在抗蝕膜的開口內即母模型的表面 中未被抗蝕膜覆蓋的表面電解澱積金屬,將金屬層(厚膜電鍍)成型。之後,從母模型剝離 金屬層,得到希望形狀的微細的金屬鑄件。然而,在母模型的表面電解澱積金屬的工序中,被抗蝕膜阻斷的電流的一部流入 抗蝕膜附近的電解澱積部分,使電解澱積量部分地增加,結果是,具有金屬層的厚度不均一 的不良現象。特別是,金屬層的表面(在母模型電解澱積的面的相反側的面)中與抗蝕膜 相接的邊緣部分,金屬層隆起而使金屬層的厚度局部增加。因此,在專利文獻1公開的方法中,比抗蝕膜的厚度稍厚而形成金屬層,通過研磨 金屬層的表面使其平滑,使金屬層的厚度均一。如上所述,在現有的電鑄方法中,不能控制金屬層的表面(在母模型電解澱積的 面的相反側的面)的形狀,對金屬鑄件可成型的形狀有著較大制約。另外,為了修整金屬鑄 件的形狀,必須在成形後進行研磨處理等,製造效率低,相應地,製造成本增加。專利文獻1 (日本)特開平8-225983號公報(段落0002、圖7)
發明內容
本發明是鑑於上述的問題點而作出的,其目的在於提供一種能控制在母模型電解 澱積的面的相反側的金屬層表面的形狀的電鑄方法。為了解決該課題,本發明第一方面的電鑄方法具有母模型形成工序,在導電性基 材的上表面重疊而形成絕緣層,在所述絕緣層設有凹部,並且使所述導電性基材在所述凹 部的底面的至少一部分露出而形成母模型;電解澱積工序,將所述母模型配置在電解槽內 並施加電壓,在所述凹部內的所述導電性基材的露出面電解澱積金屬,其特徵在於,在所述 電解澱積工序中,所述凹部的寬度為300 μ m以上的情況下,以留有高度為所述凹部的寬度 的1/2. 85倍以上的空間的方式使金屬層在所述凹部內成長。另外,本發明第二方面的電鑄方法具有母模型形成工序,在導電性基材的上表面 重疊而形成絕緣層,在所述絕緣層設有凹部,並且使所述導電性基材在所述凹部的底面的 至少一部分露出而形成母模型;電解澱積工序,將所述母模型配置在電解槽內並施加電壓, 在所述凹部內的所述導電性基材的露出面電解澱積金屬,其特徵在於,在所述電解澱積工 序中,所述凹部的寬度為200 μ m以上且不足300 μ m的情況下,以留有高度為所述凹部的寬度的1/3. 75倍以上的空間的方式使金屬層在所述凹部內成長。另外,本發明第三方面的電鑄方法具有母模型形成工序,在導電性基材的上表面 重疊而形成絕緣層,在所述絕緣層設有凹部,並且使所述導電性基材在所述凹部的底面的 至少一部分露出而形成母模型;電解澱積工序,將所述母模型配置在電解槽內並施加電壓, 在所述凹部內的所述導電性基材的露出面電解澱積金屬,其特徵在於,在所述電解澱積工 序中,所述凹部的寬度為100 μ m以上且不足200 μ m的情況下,以留有高度為所述凹部的寬 度的1/4倍以上的空間的方式使金屬層在所述凹部內成長。另外,本發明第四方面的電鑄方法具有母模型形成工序,在導電性基材的上表面 重疊而形成絕緣層,在所述絕緣層設有凹部,並且使所述導電性基材在所述凹部的底面的 至少一部分露出而形成母模型;電解澱積工序,將所述母模型配置在電解槽內並施加電壓, 在所述凹部內的所述導電性基材的露出面電解澱積金屬,其特徵在於,在所述電解澱積工 序中,所述凹部的寬度不足100 μ m的情況下,以留有高度為所述凹部的寬度的1/10倍以上 的空間的方式使金屬層在所述凹部內成長。在此,所述導電性基材為通過電鑄使金屬層析出用的基材。導電性基材表面既可 以是平坦的形狀,也可以在表面具有凸凹或臺階。為了作為電鑄時的電極使用,導電性基材 必須具有導電性,但不限於導電性基材的整體由導電材料形成的情況。可以在由不導電材 料形成的芯材的整個表面或其表面的一部分設有由導電材料構成的導電性膜部。另外,也 可以在由導電材料構成的芯材的表面的一部分設有由絕緣材料構成的絕緣性膜部。所述絕緣層為電鑄時對導電性基材的表面進行電絕緣且抑制金屬的電解澱積的 層,通常使用抗蝕劑。另外,母模型由導電性基材和絕緣層構成,是形成有成型用的一個或 多個凹部的主電極。電解澱積為在配置於電解槽內的一電極(母模型)上析出與累計通電 量成比例的金屬堆積物。凹部為在導電性基材的上表面由絕緣層形成的型腔,具有製作的金屬鑄件的翻轉 形狀。凹部的寬度為在預確定寬度的位置且在凹部的寬度最窄的方向的截面中、由使金屬 層的成長最終停止的高度測得的開口寬度。在凹部內殘留的空間的高度為從在凹部內析出 的金屬層的最上端至絕緣層的上表面(凹部的上表面開口)之間的空間的垂直距離。但是, 絕緣層的高度不均一的情況下,將從金屬層的最上端至絕緣層的高度最低位置的絕緣層的 上表面的垂直距離稱為在凹部剩餘的空間的高度。在本發明的第一至第四方面的電鑄方法中,不在凹部的內部空間整體電鑄金屬, 而以在金屬層的上部留有規定的空間的方式使金屬層的成長停止,由此,凹部的上表面開 口的邊緣的絕緣層將從不正對對置電極的凹部的部分斜向流入已電解澱積的金屬層的電 流截斷,所以電解澱積的金屬的厚度均勻。因此,電鑄的金屬層以距母模型的未形成絕緣層 的部分的距離一定而成長。另外,本發明的第一至第四方面的電鑄方法中,根據凹部的寬度來確定在金屬層 的上部應該剩餘的空間的最小值(即,相對於絕緣層的某厚度的金屬層的厚度的最大值), 所以以由凹部的寬度和要成型的金屬鑄件的厚度決定的必要最小量的絕緣層厚度(即節 省部件材料),可以高效地成型金屬鑄件。本發明的第一至第四方面的電鑄方法的一方式中,也可以在所述母模型形成工序 中,在所述凹部的底面的周緣部的至少一部分形成所述絕緣層。金屬層以距母模型的未形成絕緣層的部分的距離一定的方式成長,所以根據該方式,能夠以在底面的外周部的絕緣 層的上部形成曲面的方式形成金屬層。例如,由此可以對金屬鑄件的母模型的相反側的邊 緣進行倒角。本發明的第一至第四方面的電鑄方法的另一方式中,也可以在與所述凹部的底面 重疊的區域,在所述導電性基材的上表面形成凹部。根據該方式,利用導電性基材的凹部, 可以使凹部的底面形狀為各種形狀,所以可以成型各種形狀的金屬鑄件。本發明的第一至第四方面的電鑄方法的又一方式中,在所述凹部的底面露出的所 述導電性基材的表面也可以是以相對於與電壓施加方向垂直的面的傾斜角度為60°以下 的面為主而構成的集合。在該方式中,母模型的未形成有絕緣層的面自和對置電極之間的 電壓施加方向垂直的面不比60°更大地傾斜,可以防止該傾斜的面將來自對置電極的電 流傾斜地引入並使金屬層不均一地成長。但是,即使是具有自與電壓施加方向垂直的面比 60°更大地傾斜角度的面,與凹部的底面整體的面積相比,只要為小的面積,則在金屬層難 以產生不均一。 本發明的第一至第四方面的電鑄方法的再一方式中,也可以在所述母模型形成工 序,在所述凹部的側壁面形成將所述凹部的開口面積擴大的臺階部。根據該方式,能夠使金 屬鑄件的一部分向與電壓施加方向不同的方向突出。本發明的第一至第四方面的電鑄方法的其他方式中,也可以在所述電解澱積工序 中,在所述電解槽內流動的電流的累計通電量達到規定值時,停止所述電壓。電解澱積的金 屬的總量與供給的電流的累計通電量成比例,所以即使不直接測定,也可以控制成長的金
屬層的厚度。另外,用於解決本發明的所述課題的方式具有適當地組合上述說明的構成要素的 特徵,本發明可以將上述構成要素組合而實現多種變化。根據本發明,因在金屬層之上留有與凹部的寬度對應的高度的空間,停止金屬層 的成長,所以電流從側方流入金屬層,成型的金屬層的成長方向的厚度變得均一,不需要對 母模型的相反側的表面進行精加工。
圖1是表示本發明實施方式1的電鑄方法所使用的母模型的剖面圖;圖2(a) (j)是表示通過實施方式1的電鑄法使金屬鑄件成型的工序的概略剖 面圖;圖3是表示在電解槽內配置的母模型的剖面圖;圖4(a)是表示施加在電解槽的電極間的電壓的變化的圖,圖4(b)是表示在電解 槽內流動的電流的變化的圖;圖5(a)是表示為了確定型腔的寬度與頂端空間的高度的關係而使用的樣品的形 狀的平面圖,圖5(b)是放大表示圖5(a)的A部截面的圖;圖6是表示使在金屬層之上剩餘的頂端空間的高度H變化,使金屬在型腔內電解 澱積而製作各種樣品,調查頂端空間的高度H與樣品的細線部的厚度不均的關係的結果的 圖;圖7是橫軸取型腔寬度W,縱軸取H/W之比表示細線部的厚度不均為1. 01時的條件的圖;圖8是表示使金屬層之上剩餘的頂端空間的高度H變化,在型腔內使金屬電解澱 積來製作各種樣品,調查頂端空間的高度H與樣品的細線部的厚度不均的關係的結果的 圖;圖9是表示比較例的剖面圖;圖10(a) (d)是說明使用有電解澱積抗蝕劑的絕緣覆膜的形成方法的圖;圖11是使用比較例的母模型製作的金屬鑄件的平面圖;圖12是表示使用噴塗器及光刻技術在導電性基材之上形成的絕緣層的截面的 圖;圖13(a)是表示本發明實施方式2的母模型的剖面圖,圖13(b)是表示實施方式 2的另一母模型的剖面圖;圖14是表示實施方式2的又一母模型的剖面圖;圖15是表示本發明實施方式3的母模型和沿金屬鑄件的長度方向的截面的剖面 圖;圖16是表示改變傾斜面部的傾斜角度θ,測定金屬層的厚度不均的結果的圖;圖17是表示在導電性基材的上表面設有具有傾斜角度為60°以上的傾斜面的凹 部的情況下金屬層成長的狀態的圖;圖18是用於說明在導電性基材的凹部的一部分,即使傾斜角度為60°以上,也幾 乎對金屬層的成長不產生影響的剖面圖;圖19是表示實施方式3的不同例子的剖面圖;圖20是表示根據本發明形成的電子零件用的觸點部件的形狀的立體圖;圖21是表示本發明實施方式4的母模型的型腔和金屬層的成長過程的圖;圖22是表示實施方式4的另一例子的剖面圖;圖23(a)、(b)分別是表示本發明的不同實施方式的母模型的剖面圖;圖24(a) (d)分別是表示本發明的不同實施方式的母模型的剖面圖;圖25(a) (d)分別是表示本發明的不同實施方式的母模型的剖面圖;圖26(a) (d)分別是表示本發明的不同實施方式的母模型的剖面圖;圖27(a)、(b)分別是表示本發明的不同實施方式的母模型的剖面圖;圖28(a)、(b)分別是表示本發明的不同實施方式的母模型的剖面圖。標記說明11、31、41、51、61、71 88 母模型12 金屬鑄件13:導電性基材14、14a:絕緣層15 型腔18 金屬層19 電解槽21 對置電極32:凹部
42a、42b、42c 平面部43a,43b 傾斜面部52:臺階部
具體實施例方式以下,參照
本發明的優選實施方式。(第一實施方式)圖1是用於說明本發明實施方式1的電鑄方法(以下,稱為電鑄法)的剖面圖,表 示母模型11和使用該母模型11進行電鑄的金屬鑄件12。在實施方式1中使用的母模型11在導電性基材13的平坦的上表面層疊有厚膜的 絕緣層14,在絕緣層14上形成有成為金屬鑄件12的翻轉模型的形狀的型腔15 (凹部)。在 型腔15的底面不殘留絕緣層14,在型腔15的整個底面使導電性基材13的上表面露出。利 用電鑄法在母模型11的型腔15內使金屬鑄件12成形。另外,圖1是與型腔15的長度方 向(longitudinal direction)正交的方向(寬度方向transverse direction)的截面。接著,說明使用如上所述的母模型11製作金屬鑄件12的工序。圖2是表示利用電 鑄法使金屬鑄件12成型的工序,圖2(a) (f)表示用於形成母模型11的工序(母模型形 成工序),圖2(g)及(h)表示在型腔15內使金屬電解澱積來製作金屬鑄件12的工序(電 解澱積工序),圖2(i)及(j)表示將金屬鑄件12從母模型11剝離的工序(剝離工序)。另 外,實際上在母模型11形成有多個型腔15,一次製作多個金屬鑄件12,為了方便,對製作一 個金屬鑄件12的情況進行說明。圖2(a)是上表面平坦的金屬制的導電性基材13,至少在上表面實施用於使電解 澱積的金屬鑄件12容易剝離的處理。在母模型形成工序中,首先,如圖2(b)所示,在導電 性基材13的上表面利用噴塗器及旋塗器塗敷陰型光致抗蝕劑16而形成均一厚度的厚膜。 接著,如圖2 (c),預烘焙光致抗蝕劑16後,如圖2 (d)所示,用掩模17覆蓋形成型腔15的區 域,對光致抗蝕劑16進行曝光。由於光致抗蝕劑16被曝光的區域不溶化,所以顯像時不溶 解,只有被掩模17覆蓋的區域通過顯像而溶解去除,如圖2 (e)所示,在光致抗蝕劑16上形 成型腔15。最後,通過後烘焙光致抗蝕劑16,由光致抗蝕劑16在導電性基材13的上表面 形成規定厚度的絕緣層14。圖2(f)表示這樣得到的母模型11。另外,在圖1及圖2中絕緣層14僅覆蓋導電性基材13的上表面,但實際上,在型 腔15的內部以外不電解澱積金屬而用絕緣層覆蓋導電性基材13的下表面及側面等。在電解澱積工序中,如圖3所示,將母模型11配置在電解槽19內,利用直流電源 20在母模型11與對置電極21之間施加電壓,使電解液α中流有電流。開始通電時,電解 液α中的金屬離子電解澱積在導電性基材13的表面,金屬層18析出。另一方面,由於絕 緣層14截斷電流,所以即使在母模型11與對置電極21之間施加電壓,在絕緣層14上也不 會直接電解澱積金屬。因此,如圖2(g)所示,在型腔15的內部金屬層18從其底面向電壓 施加方向成長。這時,電解澱積的金屬層18 (金屬鑄件12)的厚度由電流的累計通電量(即,通電 電流的時間累計量,相當於圖4(b)的畫斜線的區域的面積)控制。因為每單位時間析出的 金屬量與電流值成比例,所以金屬層18的體積由電流的累計通電量決定,金屬層18的厚度由電流的累計通電量可知。例如,直流電源20的電壓如圖4(a)所示,隨著從通電開始經過的時間而逐漸且階 梯地增加時,則在對置電極21與母模型11之間流動的電流如圖4(b)所示,也隨著從通電 開始經過的時間而逐漸且階梯地增加。而且,通過監視通電電流的累計通電量,檢測出金屬 層18達到目標厚度,斷開直流電源20而停止通電。其結果,如圖2 (h)所示,由希望厚度的 金屬層18在型腔15內使金屬鑄件12成型。另外,在型腔15內使金屬層18(金屬鑄件12)成長的電解澱積工序中,型腔15的 寬度為300 μ m以上的情況下,以留有高度為型腔15的寬度的1/2. 85倍以上的空間(以 下,稱為頂端空間)的方式使金屬層18成長。另外,在型腔15的寬度為200 μ m以上且不 足300 μ m的情況下,以留有高度為型腔15的寬度的1/3. 75倍以上的頂端空間的方式使金 屬層18成長。另外,型腔15的寬度為100 μ m以上且不足200 μ m的情況下,以留有高度為 型腔15的寬度的1/4倍以上的頂端空間的方式使金屬層18成長。另外,型腔15的寬度不 足100 μ m的情況下,以留有高度為所述凹部的寬度的1/10倍以上的頂端空間的方式使金 屬層18成長。即,在本發明中,設型腔15的寬度為W、設型腔15的上表面開口(S卩,絕緣層 14的上表面)與金屬層18的上表面之間的頂端空間的垂直高度為H時,以在金屬層18之 上剩餘的頂端空間的高度H滿足若W 彡 300 μ m,則 H 彡 W/2. 85若200 μ m 彡 W < 300 μ m,則 H 彡 W/3. 75若100 μ m 彡 W < 200 μ m,則 H 彡 W/4若W < 100 μ m,則H彡W/10的方式,使金屬層18的成長停止。將金屬鑄件12成型後,如圖2(i)所示,利用蝕刻法等使絕緣層14剝離,另外,如 圖2(j)所示,得到將金屬鑄件12從導電性基材13剝離並講母模型11的形狀翻轉複製的 金屬鑄件12。本發明的電鑄方法中,如上所述在導電性基材13的上表面重疊而形成厚膜的絕 緣層14,通過使絕緣層14開口,在母模型11內形成型腔15,所以可以使用光刻技術等,精 密地製作微細的型腔15,因此,利用電鑄法,可以製作微細且精密的金屬鑄件12。(關於頂端空間)另外,在本發明的電鑄方法中,如上所述,由於在型腔15的上部剩餘規定高度的 頂端空間而使金屬層18的成長停止,所以可以確保處於金屬層18的上表面與型腔15的上 表面開口之間的距離H,流入型腔15內並析出的金屬離子中、在型腔15的上表面開口周緣 部向型腔15內傾斜流入的金屬離子被型腔15的上表面開口的邊緣的絕緣層14截斷,在金 屬層18的整個上表面流過均一的電流,使金屬層18均一地成長。因此,使金屬層18成長 而成的金屬鑄件12與導電性基材13的相反側的對置電極相對的面具有距導電性基材13 的上表面一定的距離,成為仿照型腔15的形狀。以下,說明使金屬鑄件12成型時,將在金屬鑄件12之上剩餘的頂端空間的高度H 確定為若W 彡 300 μ m,則 H 彡 W/2. 85若200 μ m 彡 W < 300 μ m,則 H 彡 W/3. 75若100 μ m 彡 W < 200 μ m,則 H 彡 W/4
若W < 100 μ m,則H彡W/10的依據(以下,將這些條件稱為成長停止條件)。另外,金屬鑄件12可以是形成圓形板狀及矩形板狀等板狀,還可以形成在一方向 上伸長的形狀(例如,參照圖20),特別是根據本發明製作的金屬鑄件12的形狀沒有限定。 因此,製作板狀的金屬鑄件12的情況下,只要在截面的最窄方向上的截面中滿足上述成長 停止條件即可。特別是,在形成於一方向上伸長的形狀的金屬鑄件12中,只要以在寬度方 向(短方向transverse direction)的截面中滿足上述成長停止條件而管理電解澱積工 序即可。以下,舉例說明製作形成在一方向上伸長的形狀的金屬鑄件12的情況。圖5(a)是表示為了確定型腔15的寬度W與頂端空間的高度H的關係而使用的 樣品22的形狀的平面圖。另外,圖5(b)是圖5(a)的A部的剖面圖。該樣品22在形成帶 狀的窄帶部23a、23b、23c間每隔一定間距排列細線部M (長度4. 5mm),其厚度為20 μ m 300 μ m0該細線部M如圖20所示的成形件,在一方向上伸長且具有三維形狀。樣品22使 用具有形成樣品22的翻轉形狀的型腔15的母模型11,在該型腔15內使金屬電解澱積。而 且,製作使型腔15的寬度W(寬度方向的寬度)及頂端空間的高度H、絕緣層14的寬度L等 變化的樣品,為了分析而講圖5(a)中用虛線表示的區域切開,調查該細線部M的厚度均一 程度。根據測定的結果可知,若使頂端空間的高度H與型腔15的寬度W相等或形成比型 腔15的寬度W大的高度(H/W彡1),則與型腔15的寬度W(S卩,細線部M的寬度)無關, 在細線部M都不產生厚度不均。另外,型腔15的寬度W越小,細線部M的厚度不均越小 (該狀態由圖6可知)。圖6表示使在金屬層18上剩餘的頂端空間的高度H變化,在型腔15內使金屬電 解澱積,製作各種樣品22,通過實測調查頂端空間的高度H與細線部M的厚度不均的關係 的結果。作為母模型11,使用型腔寬度1為10(^111、20(^111、30(^111、40(^111的模型。細線 部24(金屬鑄件)的厚度不均是指,講沿細線部M的寬度方向最薄的部位的厚度設為Tl、 講最厚部位的厚度設為T2時,由T2/T1表示的情況。根據近年的零件的精密化,希望電鑄產生的金屬成形件的厚度不均為以下。因 此,在圖6中確定用於使細線部M的厚度不均為1. 01以下的條件時,型腔寬度W為400 μ m 的情況下,需要使頂端空間的高度H為140 μ m以上,在型腔寬度W為300 μ m的情況下,需 要使頂端空間的高度H為80 μ m以上,型腔寬度W為200 μ m的情況下,需要使頂端空間的 高度H為50 μ m以上,型腔寬度W為100 μ m的情況下,需要使頂端空間的高度H為10 μ m 以上。在細線部M的厚度不均和頂端空間高度H與型腔寬度W之比H/W之間相關聯,所 以基於圖6,圖7為橫軸取型腔寬度W,縱軸取H/W之比來表示厚度不均為1. 01時的條件。根據圖6或圖7,為了將厚度不均一抑制在1. 01以下,在型腔寬度W為300 μ m以 上的情況下,需要使頂端空間高度H與型腔寬度W之比為H/W彡140/400 = 1/2.85。另外, 型腔寬度W為200 μ m以上且不足300 μ m的情況下,需要使頂端空間高度H與型腔寬度W 之比設定為H/W彡80/300 = 1/3.75。另外,在型腔寬度W為100 μ m以上且不足200 μ m的 情況下,需要使頂端空間高度H與型腔寬度W之比設定為H/W彡50/200 = 1/4。另外,在 型腔寬度W為不足100 μ m的情況下,需要將頂端空間高度H與型腔寬度W之比設定為H/ W 彡 10/100 = 1/10。
圖8表示使金屬層18之上剩餘的頂端空間的高度H變化,在型腔15內使金屬電 解澱積,製作各種樣品22,通過實測調查頂端空間的高度H與細線部M的厚度不均一的關 系的結果。母模型11使用型腔寬度W為300 μ m的母模型,使絕緣層14的寬度L變化為 100μπι、200μπι、300μπιο根據該測定結果可知,絕緣層寬度L比型腔寬度W的1/3倍窄時,細線部M的厚 度不均減小。另外,根據理論計算,絕緣層寬度L為零時,不產生細線部M的厚度不均。另外,絕緣層寬度L與型腔寬度W之比L/W為2/3以上的情況下,只要頂端空間高 度H滿足上述條件,則細線部M的厚度不均和型腔寬度W為300 μ m的情況幾乎沒變化。 即,與型腔寬度W為300 μ m的情況一樣,只要比H/W彡1,細線部M不產生厚度不均,型腔 寬度W越小,細線部M的厚度不均越小。另外,若W 彡 300 μ m 時,H/W 彡 1/2. 85200μπι彡 W< 300μπι時,H/W 彡 1/3.75ΙΟΟμπι彡 W< 200μπι時H/W 彡 1/4W< IOOym時,H/W彡1/10,則可以使細線部對的厚度不均減小到左右。特 別是,絕緣層寬度L即使極端地增大,只要頂端空間高度H與型腔寬度W之比H/W為1/2. 85 以上,則可以減小細線部M的厚度不均。(關於絕緣層的形成方法)在本發明中,以在導電性基材13的上表面重疊的方式形成絕緣層14,因此,利用 噴塗器及旋塗器(更優選噴塗器),可以使絕緣層14形成為均一的厚度,另外,由於可以形 成尖細形狀的型腔15,所以可以製作尖細形狀的金屬鑄件12。特別是,利用噴塗器,如後述 的實施方式,在導電性基材13的上表面具有凹凸的情況下,也可以以均一厚度形成度絕緣 層14。將該點與比較例對比並進行說明。圖9是表示比較例的剖面圖。該比較例的母模型101在金屬制的導電性基材103 上直接形成型腔105,除了型腔105的底面,在導電性基材103的表面形成絕緣覆膜104。而 且,將該母模型101設置在電解槽內,在型腔105的底面使金屬離子電解澱積,使金屬鑄件 12成長。在使用這種母模型101的情況下,利用電解澱積抗蝕劑在導電性基材103的表面 形成絕緣覆膜104。圖10(a) (d)是說明使用電解澱積抗蝕劑的絕緣覆膜104的形成 方法。在形成絕緣覆膜104的工序中,如圖10(a)所示,形成型腔105的導電性基材103 與對置電極106對置,配置於電解槽107的電解澱積抗蝕液β中。直流電源109通電時, 水被電解,在對置電極106上吸附氫離子108a(H+),在導電性基材103的表面吸附氧離子 108b(02_)。另外,如圖10(b)所示,電解澱積抗蝕液β中的成分即感光劑110(樹脂)與導 電性基材103的表面的氧離子反應,在導電性基材103的表面固化。這樣,導電性基材103 的表面由形成粒狀的感光劑110的固化物覆蓋。該導電性基材103從電解槽107取出後,如 圖10(c)所示,預烘烤。在80°C 100°C左右的溫度預烘焙時,感光劑110的溶劑揮發的同 時,感光劑110流動,充填感光劑110的孔等缺陷部分。接著,如圖10(d)所示,在120°C 140°C左右的溫度後烘焙,促進感光劑110的熱聚合反應時,感光劑110再次流動而成為平 滑的覆膜,在導電性基材103的表面燒制固定感光劑110而形成絕緣覆膜104。而且,在型 腔105的底面除去絕緣覆膜104使導電性基材103露出,形成母模型101。
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但是,這樣利用電解澱積抗蝕劑形成絕緣覆膜104的情況下,後烘烤後的感光劑 110流動的結果,如圖10(d)所示,在導電性基材103的外緣部分(角部分)導電性基材103 變薄,在型腔105內的內緣部分(內拐角部分)導電性基材103易變厚。其結果,與由導電 性基材103形成的型腔105(絕緣覆膜形成前的型腔)相比,在由絕緣覆膜104覆蓋的型腔 中,在寬度方向的截面,內緣部分及外緣部分易帶圓,難以得到尖細形狀的金屬鑄件12。圖11是拍攝使用如上所述製作的母模型101製作的金屬鑄件12的顯微鏡照片的 平面圖,並放大表示其一部分。如圖10中說明,利用電解澱積抗蝕法,在寬度方向的截面 中,內緣部分和外緣部分形成圓弧,實際上三維形狀的型腔105的角(邊)為圓弧,在平面 觀察時,型腔105的內緣部分也形成圓弧。因此,在該型腔105內成型的金屬鑄件12也如 圖11,平面看角形成圓弧。由圖11可知,使用該母模型101製作金屬鑄件12的情況下,型 腔105的內緣部分及外緣部分因絕緣覆膜104而形成圓弧,所以在導電性基材103上即使 形成有尖細形狀的型腔105,也難以使金屬鑄件12反轉成尖細的形狀,特別是使角及拐角 形成圓弧。對此,在形成於導電性基材13之上的絕緣層14上將型腔15開口的方法中,由於 在導電性基材13的表面使用噴塗器及旋塗器塗敷抗蝕劑,利用光刻技術使型腔15開口,所 以可以精密且尖細地形成型腔15。圖12是表示使用噴塗器及光刻技術在導電性基材13之 上形成的絕緣層14的截面照片的圖。另外,在圖12的樣品中切割母模型11時,為了防止 絕緣層14的形狀不完整,用樹脂111固定絕緣層14的上表面和型腔15內部。在本發明的母模型11中,因可以形成圖12所示的尖細形狀的型腔15,所以通過在 該型腔15內使金屬鑄件12成型,可以製作尖細形狀的金屬鑄件12。(關於絕緣層的厚度)另外,在本發明的電鑄方法中,根據型腔15的寬度,確定在金屬層18的上部剩餘 的頂端空間的最小高度(即,金屬層相對於絕緣層的某厚度的厚度的最大值),所以能夠以 由凹部的寬度和要成型的金屬鑄件的厚度決定的必要最小量的絕緣層厚度(即節省部件 材料),高效地使金屬鑄件成型。另外,若可以減薄絕緣膜14的厚度,在在光刻工序中易使絕緣層14的邊緣形狀高 精度化,因此,金屬鑄件12的電鑄精度也隨之增高。另外,若可以減薄絕緣層14的厚度,則 光致抗蝕劑的成膜時間及剝離時間縮短,金屬鑄件12的生產效率提高。其結果,可以實現 金屬鑄件12的高品質化和低成本化。(本發明的第二實施方式)圖13(a)是表示本發明第二實施方式的母模型31的剖面圖。在該母模型31中, 在型腔15內在導電性基材13的上表面形成希望形狀的凹部32,該凹部32構成型腔15的 一部分。因此,通過在該型腔15內使金屬電解澱積,可以使精度更高的形狀的金屬鑄件12 成型。另外,在圖13(a)所示的實施方式中,在型腔15的底面的一部分形成凹部32,但如 圖13(b)所示的另一實施方式,也可以在型腔15的整個底面形成凹部32。另外,在圖14所示的另一其它實施方式中,在比型腔15的底面更寬的範圍內,在 導電性基材13的上表面形成凹部32,利用絕緣層14填補凹部32的一部分。另外,如圖13(a)、(b)、圖14,金屬鑄件12的上表面不平坦的情況下,頂端空間高度H為從金屬鑄件12的最高位置測定的距離。另外,如圖13(a)、(b),絕緣層14的高度不 均一的情況下,頂端空間高度H為測量至絕緣層14最低部位的上表面的高度的距離。因此, 如圖13(a)、(b)的情況下,頂端空間高度H為從金屬鑄件12的最高位置至絕緣層14的最 低部位的上表面的垂直距離。另外,如圖13(a)、(b)、圖14,在寬幅方向的截面中,導電性基 材13的上表面(凹部32)由傾斜面形成的情況下,厚度不均由在該傾斜面垂直的法線方向 的厚度進行評價。(本發明的第三實施方式)圖15是沿本發明第三實施方式的母模型41和金屬鑄件12的長度方向 (longitudinal direction)的剖面圖。在本實施方式中,關於型腔15的底面形狀,以長度 方向為例進行說明,這在寬度方向的底面也一樣,長度及寬度兩方均傾斜的情況也成立。但 是,無論是哪種情況,始終是寬度方向在實施方式1說明的範圍內進行電解澱積。在本實施 方式中,寬度方向的截面中,以實施方式1中說明的條件進行電解澱積,另外,在長度方向, 也根據在實施方式1中說明的條件進行電鑄,由此如實施方式1,由上段的平面部4 和下 段的平面部42c進行比較的情況下,不包含1 %以內的厚度不均在內,至少能夠以相當高的 精度減小厚度不均。形成於該母模型41的型腔15其底面的深度不同,分別由與對置電極 正對的(與電壓施加方向垂直)的三個平面部42a、42b、42c和連接各平面部42a、42b、42c 並相對於電壓施加方向垂直的面傾斜的傾斜面部43a、4!3b組成。在此,頂端空間的高度H為在型腔15最淺的部分剩餘的空間的高度。如該圖15 所示,在型腔15的長度方向,與頂端空間的高度H相比,即使型腔15的長度長,頂端空間的 高度H相對於型腔15的寬度(紙面的進深方向的長度=凹部的寬度)W只要滿足前述的任 一條件,就可以減小金屬鑄件12的厚度不均。另外,對於具有傾斜面部43a、43b的底面,金屬層18在平面部42a、42b、42c及傾 斜面部43a、4!3b上以各自厚度相等(距底面的距離一定)的方式層疊並電解澱積。在平面 部4 和傾斜面部43a形成的角部、及平面部42b和傾斜面部4 形成的角部,金屬層18 也以其厚度大致相等(距型腔15的底面的距離一定)的方式層疊並電解澱積。圖15所示 的箭頭是表示金屬層18的成長方向的向量。另外,圖15表示長度方向的截面,暫且假定為寬度方向的截面的情況下,當算出 厚度不均時,不考慮傾斜面部的金屬層18的厚度,測定底面水平的各面的金屬層18的厚 度,最厚部位的厚度T2相對於最薄部位的厚度Tl的比T2/T1為厚度不均。即,在寬度方向 的截面中,如實施方式1在型腔15的底面為水平面的情況及如實施方式2在型腔15的底 面為傾斜面的情況下,評價水平面或傾斜面的法線方向的厚度,但在水平面和傾斜面混雜 的情況下,只評價水平面的厚度。圖16表示改變傾斜面部43a、43b的傾斜角度θ (和與電壓施加方向垂直的面之 間形成的角度),測定金屬層18的厚度不均的結果。如圖所示,傾斜面部43a、43b的傾斜 角度θ只要在60°以下,金屬層18的厚度不均為以下,完全沒問題。然而,傾斜面部 43a、43b的傾斜角度θ超過60°時,產生金屬層18的厚度不均。另外,與中段的平面部 42b相比,該金屬層18的厚度不均在上段的平面部4 及下段的平面部42c中具有增大的 傾向。因此,在型腔15的底面露出的導電性基材13的凹部32的表面相對於與電壓施加方向垂直的面的傾斜角度優選為大致60°以下。圖17是表示在導電性基材13的上表面設 置具有傾斜角度為60°以上的傾斜面的凹部32的情況下,金屬層18成長的狀態的圖。這 樣,傾斜角度超過60°時,電流不均,難以控制金屬層18的厚度。但是,如圖18所示,如凹 部32的周緣部分的傾斜角度為60°以上的情況,即使存在傾斜角度為60°以上的區域,只 要是一部分就幾乎沒有影響。另外,如該圖18所示,在導電性基材13的上表面存在尖細的 回折點部分的情況中,如圖18中箭頭標記所示,在該回折點部分,金屬層18以回折點為中 心,以成為均等厚度的方式成長,所以與導電性基材13的回折點部分對應的金屬層18的上 表面的回折點部分平緩地形成圓弧形狀。在圖13、圖14、圖23(b)等圖示例中,金屬層18 的上表面也與導電性基材13的上表面同樣地彎曲,但在實際的金屬鑄件12中彎曲部分進 行倒角而形成圓弧形狀。這樣,在本發明中,以將傾斜面部43a、43b的傾斜角度θ形成大致60°以下的方 式在底面設計深度的變化,由此可以將金屬鑄件12的圖案形成為使厚度保持一定並向電 壓施加方向彎曲的形狀。換句話說,型腔15的底面不必與對置電極正對。另外,絕緣層14的高度也可以不均一,所以如圖19所示,在長度方向的絕緣層14 的高度低的部位,比金屬層18的上表面的最高位置低也沒關係。但是,即使在圖19的情況 下,在寬度方向的截面觀察的絕緣層14相對於金屬鑄件12,實施方式1的條件成立。作為實施方式3的一例,圖20表示利用本發明形成的電子零件用的觸點部件的形 狀。根據本發明,沒必要對這種形狀的金屬零件進行任何精加工,只利用電鑄就可以形成。(本發明的第四實施方式)圖21表示本發明的實施方式4的母模型51的型腔15和金屬層18的成長過程。 圖21的箭頭是表示金屬層18成長的方向和成長量的向量。該型腔15通過在型腔15的側 壁面的中部形成臺階部52,在中途擴大型腔15的截面面積,使型腔15的開口面積比底面 大。另外,絕緣層14以覆蓋型腔15的底面上的周緣部的一部分的方式延伸。用絕緣層1 表示底面的絕緣層14的延伸部分。使用該型腔15進行電鑄時,首先,在型腔15的底面中沒有被絕緣層1 覆蓋的區 域電解澱積金屬,形成金屬層18。另外,持續施加電壓時,金屬層18距底面未被絕緣層1 覆蓋的部分的距離一定,且以在絕緣層Ha之上覆蓋重疊的方式成長。另外,通電流而使金屬層18成長時,在臺階部52之上金屬層18突出成長。這時, 從未被絕緣層Ha覆蓋的底面觀察,金屬層18在臺階部52的背陰(陰)的部分以距臺階 部52的邊緣的距離一定的方式成長。這樣,通過在型腔15設置臺階部52,金屬鑄件12鑄造為向臺階部52的上部突出 的形狀。另外,通過用絕緣層Ha覆蓋型腔15的底面的周緣部,在其上部可以形成對金屬 鑄件12倒角的形狀。即,通過使用本變形例,在反轉複製母模型11的形狀的表面可以形成 追加有圓弧狀倒角的金屬部件。圖22是表示在型腔15的底面設有絕緣層1 的另外例子的剖面圖。該母模型61 中,沿型腔15的底面的兩側部或外周緣,以絕緣層14覆蓋底面的一部分的方式延伸而形成 底面的絕緣層14a。使用該母模型61的情況下,金屬層18以距底面的未被絕緣層1 覆蓋 的部分的距離一定且在絕緣層Ha之上覆蓋重疊的方式成長,由此,金屬鑄件12的上表面 外周部彎曲成圓弧狀而形成。
另外,如該實施方式,被型腔15的底面的一部分絕緣層Ha覆蓋而使金屬層18上 表面的一部分彎曲的情況下,金屬層18的厚度不均由導電性基材13露出的區域之上的金 屬層18的垂直方向的厚度大致均一的區域進行評價。(其它實施方式)以下,表示各種形狀的母模型71 88。圖23(a)是使用具有上方寬度窄而在兩側面帶錐面的絕緣層14的母模型71的 圖。圖23(b)所示的母模型72為在導電性基材13的上表面具有凹部32,一側壁面的 絕緣層14處於凹部32之外,另一絕緣層14進入凹部32內的母模型。圖M (a)所示的母模型73將絕緣層14形成絕緣層91a、91b的雙層構成,在開口 寬度窄的絕緣層91a之上重疊有開口寬度寬的絕緣層91b。圖M(b)所示的母模型74是在上方窄的截面錐形的絕緣層91a之上重疊比其開 口寬度寬的絕緣層91b而形成雙層構成的絕緣層14的母模型。圖M(C)所示的母模型75是在型腔15的底面形成V槽狀的凹部32,並且在開口 寬度窄的絕緣層91a之上重疊開口寬度寬的絕緣層91b而將絕緣層14形成雙層構成的母 模型。圖對⑷所示的母模型76是以圖23(b)的母模型72為基礎,將其絕緣層14形成 開口寬度窄的絕緣層91a和開口寬度寬的絕緣層91b的雙層構成的母模型。圖25(a)所示的母模型77是使用由導電材料構成的導電性膜部92b覆蓋由不導 電材料(絕緣材料)構成的芯材92a的表面的導電性基材13的母模型。圖25(b) (d)所示的母模型78 80也是使用由導電材料構成的導電性膜部 92b覆蓋由不導電材料(絕緣材料)構成的芯材92a的表面的導電性基材13的母模型,另 外,在圖25(b)的母模型78中,使用錐形的絕緣層14,在圖25(c)、(d)的母模型79、80中 使用具有凹部32的導電性基材13。圖沈(a) (d)所示的母模型81 84都使絕緣層14形成絕緣層91a、91b的雙 層構成,在開口寬度窄的絕緣層91a之上重疊開口寬度寬的絕緣層91b並使用用由導電材 料構成的導電性膜部92b覆蓋由不導電材料(絕緣材料)構成的芯材92a的表面的導電性 基材13的母模型。圖27(a)所示的母模型85是在導電性基材13的上表面形成凹部32,以使絕緣層 14進入凹部32的一部分的方式形成,並且在型腔15的底面使絕緣層1 延伸的母模型。 另外,圖27 (b)的母模型86是進而將絕緣層14形成絕緣層91a、91b的雙層構成的母模型。 另外,圖觀仏)、(b)的母模型87、88是進而使用由導電材料構成的導電性膜部92b覆蓋由 不導電材料(絕緣材料)構成的芯材92a的表面的導電性基材13的母模型。用於本發明的母模型如上所述,可以使用各種形狀、構造的母模型,無論是哪一種 母模型,頂端空間高度H和型腔寬度W都如下定義。頂端空間高度例如如圖23、圖M等所 示,從製作的金屬鑄件12的最高位置至型腔15的上表面開口的高度(即,絕緣層14的上表 面所在位置的高度的平面)的垂直距離。但是,絕緣層14的上表面的高度不均的情況下, 如圖13(a)、(b)所示,視為至最低位置的絕緣層14的上表面的垂直距離。另外,型腔寬度 W為金屬鑄件12的上表面所在位置的高度處的型腔15的寬度。
權利要求
1.一種電鑄方法,其具有母模型形成工序,在導電性基材的上表面重疊而形成絕緣層,在所述絕緣層設有凹部, 並且使所述導電性基材在所述凹部的底面的至少一部分露出而形成母模型;電解澱積工序,將所述母模型配置在電解槽內並施加電壓,在所述凹部內的所述導電 性基材的露出面電解澱積金屬,其特徵在於,在所述電解澱積工序中,所述凹部的寬度為300 μ m以上的情況下,以留有高度為所述 凹部的寬度的1/2. 85倍以上的空間的方式使金屬層在所述凹部內成長。
2.一種電鑄方法,其具有母模型形成工序,在導電性基材的上表面重疊而形成絕緣層,在所述絕緣層設有凹部, 並且使所述導電性基材在所述凹部的底面的至少一部分露出而形成母模型;電解澱積工序,將所述母模型配置在電解槽內並施加電壓,在所述凹部內的所述導電 性基材的露出面電解澱積金屬,其特徵在於,在所述電解澱積工序中,所述凹部的寬度為200 μ m以上且不足300 μ m的情況下,以留 有高度為所述凹部的寬度的1/3. 75倍以上的空間的方式使金屬層在所述凹部內成長。
3.一種電鑄方法,其具有母模型形成工序,在導電性基材的上表面重疊而形成絕緣層,在所述絕緣層設有凹部, 並且使所述導電性基材在所述凹部的底面的至少一部分露出而形成母模型;電解澱積工序,將所述母模型配置在電解槽內並施加電壓,在所述凹部內的所述導電 性基材的露出面電解澱積金屬,其特徵在於,在所述電解澱積工序中,所述凹部的寬度為100 μ m以上且不足200 μ m的情況下,以留 有高度為所述凹部的寬度的1/4倍以上的空間的方式使金屬層在所述凹部內成長。
4.一種電鑄方法,其具有母模型形成工序,在導電性基材的上表面重疊而形成絕緣層,在所述絕緣層設有凹部, 並且使所述導電性基材在所述凹部的底面的至少一部分露出而形成母模型;電解澱積工序,將所述母模型配置在電解槽內並施加電壓,在所述凹部內的所述導電 性基材的露出面電解澱積金屬,其特徵在於,在所述電解澱積工序中,所述凹部的寬度不足100 μ m的情況下,以留有高度為所述凹 部的寬度的1/10倍以上的空間的方式使金屬層在所述凹部內成長。
5.如權利要求1 4中任一項所述的電鑄方法,其特徵在於,在所述母模型形成工序 中,在所述凹部的底面的周緣部的至少一部分形成所述絕緣層。
6.如權利要求1 4中任一項所述的電鑄方法,其特徵在於,在與所述凹部的底面重疊 的區域,在所述導電性基材的上表面形成有凹部。
7.如權利要求1 4中任一項所述的電鑄方法,其特徵在於,在所述凹部的底面露出的 所述導電性基材的表面是以相對於與電壓施加方向垂直的面的傾斜角度為60°以下的面 為主而構成的集合。
8.如權利要求1 4中任一項所述的電鑄方法,其特徵在於,在所述母模型形成工序 中,在所述凹部的側壁面形成有將所述凹部的開口面積擴大的臺階部。
9.如權利要求1 4中任一項所述的電鑄方法,其特徵在於,在所述電解澱積工序中, 在所述電解槽內流動的電流的累計通電量達到規定值時,停止施加所述電壓。
全文摘要
一種電鑄方法,在重疊於導電性基材(13)的上表面而形成的絕緣層(14)上開設型腔(15)而製作母模型(11)。將該母模型(11)配置在電解槽內並施加電壓,在型腔(15)的底面電解澱積金屬,在型腔(15)內電鑄金屬鑄件(12)。在該電解澱積工序中,將型腔(15)的寬度設為W、型腔(15)的上表面開口與金屬層(18)的上表面之間的頂端空間的垂直高度設為H時,殘留在金屬層(18)之上的頂端空間的高度H,若為W≥300μm,則滿足H≥W/2.85;若為200μm≤W<300μm,則滿足H≥W/3.75;若為100μm≤W<200μm,則滿足H≥W/4;若為W<100μm,則滿足H≥W/10,使金屬層(18)停止成長。
文檔編號C25D1/00GK102149855SQ20098013543
公開日2011年8月10日 申請日期2009年9月11日 優先權日2008年9月29日
發明者三浦康弘, 關壽昌, 吉田仁, 山下利夫, 畑村章彥 申請人:歐姆龍株式會社