[发明专利]电镀电池及形成金属涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电镀电池及一种形成金属涂层的方法，并且更具体地涉及一种能够容易地在阴极(镀敷对象)的表面上形成金属涂层的电镀电池，及一种使用电镀电池形成金属涂层的方法。

背景技术

需要一种使用简单的方法在导电衬底上形成由金属涂层形成的图案的技术(下文中称为“金属构图”)。最常用的技术是掩盖金属图案以外部分进行湿式电镀。然而，这种技术中，需要掩模形成步骤和掩模去除步骤，存在用于电镀液管理和废液处理的费用高这一问题。最近，采用没有了上述问题的诸如物理气相沉积或溅射的“物理法”并且然后去除掩盖部分的方法。然而，在此物理形成金属涂层的方法中，薄膜形成的速度通常慢，且需要真空单元。因此很难说使用此方法的系统为经济的、高速生产系统。

另一方面，作为另外一种不需要掩模的方法，一种用墨涂覆衬底，其中导电的微细粉末和粘合剂被混合，使用诸如丝网印刷或喷墨的“印刷方法”，然后通过烧将粘合剂去除的方法也被使用。然而，用此“印刷方法”，难以形成具有低体积电阻率的回路，即使是使用挥发性、可升华的粘合剂。

然而，最近，作为一种尝试，以在电镀过程中阻止在不是目标部分的部分处的电沉积，并且不需掩模而形成回路，凝胶电解质(日本专利申请公开号2005-248319(JP 2005-248319 A))及阳离子交换膜(日本专利申请公开号2012-219362(JP 2012-219362 A)及国际公开WO 2013/125643)被提出。

当使用这样的隔膜，例如，在从水溶液中相对容易电沉积的铜镀敷中，室温下获得的电流密度约为10mA/cm²。然而为了以比铜镀敷更高的速度进行成膜过程(高电流密度电沉积)，有必要采取操作如，以增加金属离子浓度或提高温度。因此，需要较高成本。特别地，难以使用隔膜从有高氢离子浓度的酸性的或弱酸性的水溶液中电沉积金属(如，镍离子、锌离子、锡离子等等的沉积电位低的金属)，其中电沉积反应(还原沉积反应)与氢离子放电反应(析氢反应)竞争。

此现象的理由详情不清楚，但认为此现象是由以下(1)至(3)原因引起。

(1)在电沉积部分生成氢，缺陷(空隙)形成。

(2)由于沉积过电压太低，金属被以微细粉末或团块形式而电镀，当隔膜和阴极互相紧密接触的状态进行电沉积时，电沉积物渗入到隔膜中。

(3)由于氢产生在阴极界面处引起pH升高，在电沉积部分氢氧化物生成，并且钝化(浴电压升高)进行。

在电沉积期间使用不溶性阳极及隔膜，由于隔膜的存在，从阳极室溶液生成的氢离子被阻挡，从而阴极界面处的pH很可能升高。因此上述问题特别严重。尤其，在隔膜和阴极互相紧密接触的电镀电池中(不含阴极室溶液)，或在阴极室溶液的量特别少的电镀电池中，即使析氢反应生成的氢量非常少，由于以上描述的(1)和(2)的影响难以进行正常的电沉积。

发明内容

本发明是为了提供一种可以容易地形成金属涂层的电镀电池；及一种使用所述电镀电池形成金属涂层的方法。本发明是为了提供一种这样的电池，其使用含有易于发生制氢的金属离子的镀液，能够不需掩盖而电沉积图案；及一种使用所述电镀电池形成金属涂层的方法。

根据本发明的第一个方面，提供有一种电镀电池包括：阳极室，在所述阳极室中储存有阳极室溶液；以及隔膜，所述隔膜将所述阳极室和所述阴极隔开。所述电镀电池经受将羧酸基或其衍生物引入到所述隔膜的基材中的改性处理。所述隔膜选择性地允许所述阳极室溶液中含有的金属离子的透过。

根据本发明的第二个方面，提供有一种形成金属涂层的方法，包括：使用根据所述第一个方面的所述电镀电池，在所述阴极的表面上形成金属涂层。

所述隔膜经受将羧酸基或其衍生物引入到基材中的改性处理。因此，即使使用的镀液含有易于发生制氢的金属离子时，不需要掩盖就可以电沉积图案。此外，为了阻止氢氧化物的沉积，无需降低所述镀液中金属离子的浓度。因而金属涂层可以高速形成。

考虑的理由如下：

(1)金属氢氧化物的沉淀被阻止(由于羧酸基而获得了络合稳定化作用及酸化作用)。

(2)金属离子迁移数被增加(隔膜中的中性空隙部分被阻挡，并且酸基被引入)。

(3)阴极反应被阻止(由于表面上的金属吸附，发生制氢，并且获得抑制粗晶生长的作用)。

附图说明

下面将参考附图描述本发明示例性实施例的特征、优点及技术和工业上的意义，其中相同标号表示相同元素，并且其中：

图1为示出按照本发明的第一实施例的电镀电池的示意图。