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JP7632375B2 - Metal film deposition equipment - Google Patents
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JP7632375B2 - Metal film deposition equipment - Google Patents

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Description

本発明は、基材の表面に金属皮膜を成膜する成膜装置に関する。 The present invention relates to a film forming device that forms a metal film on the surface of a substrate.

従来から、基材の表面に金属を析出させて金属皮膜を成膜することが行われている(例えば、特許文献1)。特許文献1には、金属製の陽極と、陽極の表面に配置された固体電解質膜(以下、電解質膜ともいう)と、基材を陰極として陽極と基材との間に電圧を印加する電源部と、を備える成膜装置が記載されている。この成膜装置では、金属イオンを含む溶液を内部に含浸した電解質膜が、基材に接触した状態で、電源部を用いて、陽極と基材との間に電圧が印加される。これにより、電解質膜に含浸された金属イオンは、電解質膜に接触した基材に移動し、この基材の表面で還元される。この結果、基材の表面に金属が析出され、金属皮膜が成膜される。 Conventionally, a metal coating has been formed by precipitating a metal on the surface of a substrate (for example, Patent Document 1). Patent Document 1 describes a film-forming device that includes a metal anode, a solid electrolyte membrane (hereinafter also referred to as electrolyte membrane) arranged on the surface of the anode, and a power supply unit that applies a voltage between the anode and the substrate, with the substrate serving as the cathode. In this film-forming device, a voltage is applied between the anode and the substrate using the power supply unit while the electrolyte membrane, which is impregnated with a solution containing metal ions, is in contact with the substrate. As a result, the metal ions impregnated in the electrolyte membrane move to the substrate in contact with the electrolyte membrane and are reduced on the surface of the substrate. As a result, the metal is precipitated on the surface of the substrate, and a metal coating is formed.

特開2014-122377号公報JP 2014-122377 A

ところで、上記電源部の正極及び負極はそれぞれ、導線を介して、陽極及び陰極としての基材に電気的に接続されている。このように、当該成膜装置では、金属皮膜を成膜するために、配線を必要とするため、成膜装置の構成が複雑になるおそれがある。 The positive and negative electrodes of the power supply unit are electrically connected to the substrate as the anode and cathode via conductors. As such, the deposition device requires wiring to deposit the metal film, which may complicate the configuration of the deposition device.

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、より簡易な構成の金属皮膜の成膜装置を提供することである。 The present invention was made in consideration of these points, and its purpose is to provide a metal film deposition device with a simpler configuration.

前記課題を鑑みて、本発明に係る金属皮膜の成膜装置は、陽極と、前記陽極と基材との間に配置された固体電解質膜と、前記基材を陰極として前記陽極と前記基材との間に電圧を印加する電源部と、前記基材の側に開口した開口部を前記固体電解質膜で覆い、前記陽極を、前記固体電解質膜から離間した位置に、前記固体電解質膜に向かう方向に摺動自在に収容し、前記固体電解質膜及び前記陽極の間に金属イオンを含む電解液を収容する絶縁性の収容体と、を備え、前記固体電解質膜を前記基材に接触させた状態で前記陽極と前記基材との間に電圧を印加し、前記固体電解質膜の内部に含有された前記金属イオンを還元することで、前記金属イオンに由来した金属皮膜を、前記基材の表面に成膜する金属皮膜の成膜装置であって、該成膜装置は、前記収容体を前記陽極側から覆う導電性のキャップと、該キャップと前記陽極との間に配置された弾性体と、を備えており、前記電源部の正極は、前記陽極に接続されており、前記電源部の負極は、キャップに接続されており、前記固体電解質膜を前記基材に接触させた状態で、前記キャップの端部は、前記基材から離間するように、形成されており、前記キャップを前記陽極側に押し込むことにより、前記キャップの端面が前記基材に接触するまで、前記弾性体が、圧縮変形自在となっている、ことを特徴とする。 In consideration of the above-mentioned problems, the metal coating deposition device according to the present invention comprises an anode, a solid electrolyte membrane disposed between the anode and a substrate, a power supply unit that applies a voltage between the anode and the substrate using the substrate as a cathode, and an insulating container that covers an opening on the substrate side with the solid electrolyte membrane, accommodates the anode at a position spaced apart from the solid electrolyte membrane so as to be freely slidable in a direction toward the solid electrolyte membrane, and accommodates an electrolytic solution containing metal ions between the solid electrolyte membrane and the anode, and applies a voltage between the anode and the substrate with the solid electrolyte membrane in contact with the substrate, thereby reducing the metal ions contained inside the solid electrolyte membrane. A metal film forming device that forms a metal film derived from the metal ions on the surface of the substrate, the film forming device is equipped with a conductive cap that covers the container from the anode side, and an elastic body arranged between the cap and the anode, the positive electrode of the power supply unit is connected to the anode, the negative electrode of the power supply unit is connected to the cap, the end of the cap is formed to be separated from the substrate when the solid electrolyte membrane is in contact with the substrate, and the elastic body is freely compressively deformed by pressing the cap toward the anode side until the end face of the cap comes into contact with the substrate.

本発明に係る成膜装置では、固体電解質膜を基材に接触させた状態で、キャップの端部は、基材から離間している。この状態で、キャップを陽極側に押し込むと、弾性体が圧縮変形し、陽極は、該弾性体によって、固体電解質膜に向かう方向に付勢される。これにより、陽極は、収容体内を、固体電解質膜に向かう方向に摺動する。この結果、陽極と固体電解質膜との間に収容された電解液の液圧が上昇し、固体電解質膜を基材の表面に倣わせることができる。 In the film forming device according to the present invention, the end of the cap is spaced from the substrate while the solid electrolyte membrane is in contact with the substrate. In this state, when the cap is pressed toward the anode, the elastic body is compressed and deformed, and the anode is urged by the elastic body in a direction toward the solid electrolyte membrane. This causes the anode to slide within the container in a direction toward the solid electrolyte membrane. As a result, the liquid pressure of the electrolyte solution contained between the anode and the solid electrolyte membrane increases, allowing the solid electrolyte membrane to conform to the surface of the substrate.

キャップをさらに陽極側に押し込むと、キャップの端面が基材に接触する。この結果、基材は、キャップを介して、電源部の負極に導通し、陽極と基材との間に電圧が印加される。このように、上記成膜装置では、キャップを陽極側に押し込むだけで、固体電解質膜を基材の表面に倣わせ、金属皮膜の成膜を開始することができる。 When the cap is pushed further toward the anode, the end face of the cap comes into contact with the substrate. As a result, the substrate is electrically connected to the negative pole of the power supply through the cap, and a voltage is applied between the anode and substrate. In this way, with the above-mentioned film-forming device, simply by pushing the cap toward the anode, the solid electrolyte film conforms to the surface of the substrate and the formation of the metal film can begin.

本発明によれば、金属皮膜の成膜装置の構成を簡易なものにすることができる。 According to the present invention, the configuration of a metal film deposition device can be simplified.

本発明の実施形態に係る金属皮膜の成膜装置の模式的断面図であり、キャップが基材から離間した状態を示すものである。1 is a schematic cross-sectional view of a metal film forming apparatus according to an embodiment of the present invention, showing a state in which a cap is separated from a substrate. 図1の成膜装置において、キャップが基材に接触した状態を示すものである。2 shows a state in which the cap is in contact with the substrate in the film forming apparatus of FIG. 1. 図1の成膜装置を用いた金属皮膜の成膜方法を説明するフローチャートである。2 is a flowchart illustrating a method for forming a metal film using the film forming apparatus of FIG. 1 . 本発明の別の実施形態に係る金属皮膜の成膜装置の模式的断面図であり、キャップが基材から離間した状態を示すものである。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a metal film forming apparatus according to another embodiment of the present invention, showing a state in which the cap is separated from the substrate.

以下、図面を用いて、本発明の実施形態に係る金属皮膜の成膜装置について説明する。 The following describes a metal film deposition device according to an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る金属皮膜の成膜装置1の模式的断面図であり、キャップ17が基材Bから離間した状態を示すものである。図2は、図1の成膜装置1において、キャップ17が基材Bに接触した状態を示すものである。 Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a metal film deposition apparatus 1 according to an embodiment of the present invention, showing a state in which a cap 17 is separated from a substrate B. Figure 2 shows a state in which the cap 17 is in contact with a substrate B in the deposition apparatus 1 of Figure 1.

図1及び図2に示すように、成膜装置1は、陽極11と、陽極11と基材Bとの間に配置された固体電解質膜(以下、電解質膜ともいう)13と、基材Bを陰極として陽極11と基材Bとの間に電圧を印加する電池(電源部)14と、金属イオンを含む電解液Lを収容する絶縁性の収容体15と、を備える。電池14の正極14aは、後述する陽極通電体19を介して、陽極11に接続されており、電池14の負極14bは、後述するキャップ17に接続されている。 1 and 2, the film forming apparatus 1 includes an anode 11, a solid electrolyte membrane (hereinafter also referred to as electrolyte membrane) 13 disposed between the anode 11 and the substrate B, a battery (power supply unit) 14 that applies a voltage between the anode 11 and the substrate B with the substrate B as the cathode, and an insulating container 15 that contains an electrolytic solution L containing metal ions. The positive electrode 14a of the battery 14 is connected to the anode 11 via an anode current conductor 19 described later, and the negative electrode 14b of the battery 14 is connected to a cap 17 described later.

図2に示すように、成膜装置1は、電解質膜13を基材Bに接触させた状態で陽極11と基材Bとの間に電圧を印加し、電解質膜13の内部に含有された金属イオンを還元することで、金属イオンに由来した金属皮膜を基材Bの表面B1に成膜する装置である。本実施形態では、説明の便宜上、陽極11の下方に電解質膜13を配置し、さらにその下方に基材Bを配置することを前提として、成膜装置1の構成部材の位置関係を特定する。しかしながら、基材Bの表面B1に金属皮膜(図示せず)を成膜することができるのであれば、この位置関係に限定されるものではなく、たとえば、図1の成膜装置1の上下が反転していてもよい。 As shown in FIG. 2, the film forming apparatus 1 is an apparatus that applies a voltage between the anode 11 and the substrate B while the electrolyte membrane 13 is in contact with the substrate B, and reduces the metal ions contained inside the electrolyte membrane 13 to form a metal film derived from the metal ions on the surface B1 of the substrate B. In this embodiment, for convenience of explanation, the positional relationship of the components of the film forming apparatus 1 is specified on the assumption that the electrolyte membrane 13 is placed below the anode 11, and the substrate B is placed further below that. However, as long as a metal film (not shown) can be formed on the surface B1 of the substrate B, this is not limited to this positional relationship, and for example, the film forming apparatus 1 in FIG. 1 may be upside down.

基材Bは、陰極(すなわち導電性を有した表面)として機能するものであればよい。基材Bは、電解質膜13と対向する表面B1を有する。基材Bの材料は、陰極(すなわち導電性を有した表面)として機能するものであれば特に限定されるものではなく、アルミニウム、鉄等の金属材料からなってもよく、樹脂、セラミックス等の表面に、銅、ニッケル、銀、または鉄などの金属層が被覆されていてもよい。 The substrate B may be any material that functions as a cathode (i.e., a surface having electrical conductivity). The substrate B has a surface B1 that faces the electrolyte membrane 13. The material of the substrate B is not particularly limited as long as it functions as a cathode (i.e., a surface having electrical conductivity), and may be made of a metal material such as aluminum or iron, or may have a surface of a resin, ceramic, or the like coated with a metal layer such as copper, nickel, silver, or iron.

陽極11は、基材Bの成膜領域に応じた形状となっている。基材Bの成膜領域とは、陽極11と対向する基材Bの表面B1の部分を意味する。陽極11は、金属皮膜と同じ金属からなる。陽極11は、非多孔質(たとえば無孔質)でもよいし、多孔質でもよい。無孔質の陽極11を用いた場合、基材Bに成膜される金属皮膜は、陽極11の表面の状態を受け難くなる。陽極11は、ブロック状または平板状であってもよい。陽極11は、電解液Lに対して可溶性を有し、電池14を用いて電圧を印加することにより、陽極11が溶解する。陽極11の材料としては、例えば、銅、ニッケル、または、銀などを挙げることができる。 The anode 11 has a shape corresponding to the film-forming region of the substrate B. The film-forming region of the substrate B means the portion of the surface B1 of the substrate B facing the anode 11. The anode 11 is made of the same metal as the metal film. The anode 11 may be non-porous (for example, non-porous) or porous. When a non-porous anode 11 is used, the metal film formed on the substrate B is less susceptible to the surface condition of the anode 11. The anode 11 may be block-shaped or flat. The anode 11 is soluble in the electrolyte L, and the anode 11 dissolves when a voltage is applied using the battery 14. Examples of materials for the anode 11 include copper, nickel, and silver.

成膜装置1は、陽極11と電池14との間に配置された、陽極通電体19を備える。陽極通電体19は、陽極11に直接接触するように配置されており、陽極11と電池14の正極14aとを電気的に接続する。陽極通電体19は、ブロック状または平板状であってよく、その材料としては、例えば、チタン、ステンレスを挙げることができる。陽極通電体19の表面に形成された不働態皮膜により、陽極11に発生する錆を抑制することができる。 The film forming apparatus 1 includes an anode conductor 19 disposed between the anode 11 and the battery 14. The anode conductor 19 is disposed so as to be in direct contact with the anode 11, and electrically connects the anode 11 to the positive electrode 14a of the battery 14. The anode conductor 19 may be in the shape of a block or a plate, and examples of the material include titanium and stainless steel. The passive film formed on the surface of the anode conductor 19 can suppress rust from occurring on the anode 11.

電解液Lは、成膜すべき金属皮膜の金属をイオンの状態で含有している液であり、その金属としては、銅、ニッケル、または、銀などを挙げることができる。電解液Lは、これらの金属を、硝酸、リン酸、コハク酸、硫酸、またはピロリン酸などの酸で溶解(イオン化)した水溶液である。たとえば金属が銅の場合には、電解液Lとしては、硫酸銅、ピロリン酸銅などを含む水溶液を挙げることができる。 The electrolyte L is a liquid that contains the metal of the metal film to be formed in an ionic state, and examples of such metals include copper, nickel, and silver. The electrolyte L is an aqueous solution in which such metals are dissolved (ionized) with an acid such as nitric acid, phosphoric acid, succinic acid, sulfuric acid, or pyrophosphoric acid. For example, when the metal is copper, examples of the electrolyte L include an aqueous solution containing copper sulfate, copper pyrophosphate, and the like.

電解質膜13は、電解液Lに接触させることにより、金属イオンを内部に含浸(含有)することが可能となる膜であり、可撓性を有する膜である。電解質膜13は、電池14により電圧を印加したときに基材Bにおいて金属イオンが還元され、金属イオン由来の金属が析出することができるのであれば、特に限定されるものではない。電解質膜13の材質としては、たとえばデュポン社製のナフィオン(登録商標)などのフッ素系樹脂、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)などのイオン交換機能を有した樹脂を挙げることができる。 The electrolyte membrane 13 is a flexible membrane that can be impregnated (contained) with metal ions by contacting it with the electrolytic solution L. The electrolyte membrane 13 is not particularly limited as long as the metal ions can be reduced in the substrate B when a voltage is applied from the battery 14, and a metal derived from the metal ions can be precipitated. Examples of the material of the electrolyte membrane 13 include fluorine-based resins such as Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont, hydrocarbon-based resins, polyamic acid resins, and resins with ion exchange functions such as Selemion (CMV, CMD, CMF series) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.

収容体15は、筒状の形状であり、絶縁性の材料から形成される。収容体15は、基材Bに向かって(即ち下方に向かって)開口した下側開口部(開口部)15aと、基材Bとは反対側に向かって(即ち上方に向かって)開口した上側開口部15bと、を含む。収容体15は、基材Bの側に開口した下側開口部15aを電解質膜13で覆い、陽極11及び陽極通電体19を、電解質膜13から離間した位置に収容する。陽極11及び陽極通電体19は、収容体15に、電解質膜13に向かう方向に摺動自在に収容される。収容体15の内壁面、陽極11、及び電解質膜13によって、収容空間15cが形成され、この収容空間15cに電解液Lが収容される。図1に示すように、収容体15は、収容空間15cに収容された電解液Lが陽極11および電解質膜13に直接接触する構造となっている。収容体15は、電解液Lに対して不溶性の材料からなる。 The container 15 has a cylindrical shape and is made of an insulating material. The container 15 includes a lower opening (opening) 15a that opens toward the substrate B (i.e., downward) and an upper opening 15b that opens toward the opposite side of the substrate B (i.e., upward). The container 15 covers the lower opening 15a that opens toward the substrate B with the electrolyte membrane 13, and accommodates the anode 11 and the anode current conductor 19 at a position spaced apart from the electrolyte membrane 13. The anode 11 and the anode current conductor 19 are accommodated in the container 15 so as to be slidable in the direction toward the electrolyte membrane 13. The inner wall surface of the container 15, the anode 11, and the electrolyte membrane 13 form a storage space 15c, and the electrolyte solution L is accommodated in the storage space 15c. As shown in FIG. 1, the container 15 is structured so that the electrolyte solution L accommodated in the storage space 15c directly contacts the anode 11 and the electrolyte membrane 13. The container 15 is made of a material that is insoluble in the electrolyte L.

図1及び図2に示すように、成膜装置1は、キャップ17と、ばね(弾性体)18と、取付部材24と、絶縁カバー20と、をさらに備える。 As shown in Figures 1 and 2, the film forming apparatus 1 further includes a cap 17, a spring (elastic body) 18, an attachment member 24, and an insulating cover 20.

キャップ17は、有底筒状の形状であり、導電性の材料から形成されている。キャップ17は、基材Bに向かって開口する基材側開口部17cと、基材側開口部17cの反対側で、収容体15を陽極11側から覆う閉塞部17dと、閉塞部17dから基材Bに向かって延在する側壁部17eと、を含む。キャップ17には、閉塞部17d及び側壁部17eの内壁面によって区画された内部空間17fが形成される。キャップ17は、側壁部17eにおける基材B側の端部17aに、基材Bと対向する端面17bを有する。図1に示すように、キャップ17の端部17aは、電解質膜13を基材Bに接触させた状態で、基材Bから離間するように、形成されている。キャップ17は、内部空間17fに、収容体15、後述する弾性体18、及び、電池14を収容する。キャップ17の内部空間17fには、電池14の負極14bがキャップ17の閉塞部17dと接触するように、電池14が収容される。また、キャップ17の内部空間17fには、収容体15の基材側開口部17cが基材B側に位置するように、収容体15が収容される。 The cap 17 has a bottomed cylindrical shape and is made of a conductive material. The cap 17 includes a substrate side opening 17c that opens toward the substrate B, a blocking portion 17d that covers the container 15 from the anode 11 side on the opposite side of the substrate side opening 17c, and a side wall portion 17e that extends from the blocking portion 17d toward the substrate B. The cap 17 has an internal space 17f partitioned by the inner wall surfaces of the blocking portion 17d and the side wall portion 17e. The cap 17 has an end surface 17b facing the substrate B at the end portion 17a on the substrate B side of the side wall portion 17e. As shown in FIG. 1, the end portion 17a of the cap 17 is formed so as to be separated from the substrate B with the electrolyte membrane 13 in contact with the substrate B. The cap 17 accommodates the container 15, an elastic body 18 described later, and a battery 14 in the internal space 17f. The battery 14 is housed in the internal space 17f of the cap 17 so that the negative electrode 14b of the battery 14 is in contact with the closing portion 17d of the cap 17. The housing 15 is housed in the internal space 17f of the cap 17 so that the substrate side opening 17c of the housing 15 is located on the substrate B side.

弾性体18は、キャップ17と陽極11との間に配置されている。具体的には、弾性体18は、電池14の正極14aと陽極通電体19との間に配置されている。弾性体18は、例えば圧縮ばねであり、電池14を介して、キャップ17を下側から弾性支持している。弾性体18は、キャップ17を陽極11側に押し込むことにより、キャップ17の端面17bが基材Bに接触するまで、圧縮変形自在となっている。弾性体18の材料は、導電性材料であり、陽極11及び陽極通電体19は、弾性体18を介して、電池14の正極14aと導通する。 The elastic body 18 is disposed between the cap 17 and the anode 11. Specifically, the elastic body 18 is disposed between the positive electrode 14a of the battery 14 and the anode current conductor 19. The elastic body 18 is, for example, a compression spring, and elastically supports the cap 17 from below via the battery 14. The elastic body 18 is freely compressively deformed by pressing the cap 17 toward the anode 11 until the end surface 17b of the cap 17 comes into contact with the substrate B. The material of the elastic body 18 is a conductive material, and the anode 11 and the anode current conductor 19 are electrically connected to the positive electrode 14a of the battery 14 via the elastic body 18.

取付部材24は、中空形状の、絶縁性材料からなり、その内壁面に電解質膜13が取付けられる。取付部材24は、収容体15に着脱自在であり、例えば、ねじにより収容体15に螺合する。取付部材24が収容体15に取付けられた状態で、電解質膜13は、収容体15の下側開口部15aを、下方から覆う。 The mounting member 24 is made of a hollow insulating material, and the electrolyte membrane 13 is attached to its inner wall surface. The mounting member 24 is detachable from the housing 15, and is screwed into the housing 15, for example, with a screw. When the mounting member 24 is attached to the housing 15, the electrolyte membrane 13 covers the lower opening 15a of the housing 15 from below.

絶縁カバー20は、キャップ17の外側を覆うものであり、絶縁性の材料からなる。図2に示すように、キャップ17の端面17bが、基材Bの表面B1に接触した状態で、絶縁カバー20は、基材Bの表面B1から離間するように、形成されている。 The insulating cover 20 covers the outside of the cap 17 and is made of an insulating material. As shown in FIG. 2, the insulating cover 20 is formed so that when the end face 17b of the cap 17 is in contact with the surface B1 of the substrate B, the insulating cover 20 is spaced apart from the surface B1 of the substrate B.

上述したように、本実施形態に係る成膜装置1によれば、電解質膜13を基材Bに接触させた状態で、キャップ17を下方に押し込むと、弾性体18が圧縮変形し、陽極11及び陽極通電体19は、該弾性体18によって、下方向に付勢される。これにより、陽極11及び陽極通電体19は、収容体15内を、電解質膜13に向かって下方向に摺動する。この結果、陽極11と電解質膜13との間に収容された電解液Lの液圧が上昇し、電解質膜13を基材Bの表面B1に倣わせることができる。キャップ17をさらに下方向に押し込むと、キャップ17の端面17bが基材Bの表面B1に接触する。この結果、基材Bは、キャップ17を介して、電池14の負極14bに導通し、陽極11と基材Bとの間に電圧が印加される。このように、キャップ17を下方向に押し込むだけで、電解質膜13を基材Bの表面B1に倣わせ、金属皮膜の成膜を開始することができる。 As described above, according to the film forming apparatus 1 of this embodiment, when the cap 17 is pressed downward with the electrolyte membrane 13 in contact with the substrate B, the elastic body 18 is compressed and deformed, and the anode 11 and the anode current conductor 19 are urged downward by the elastic body 18. As a result, the anode 11 and the anode current conductor 19 slide downward toward the electrolyte membrane 13 within the container 15. As a result, the liquid pressure of the electrolyte solution L contained between the anode 11 and the electrolyte membrane 13 increases, and the electrolyte membrane 13 can be made to conform to the surface B1 of the substrate B. When the cap 17 is further pressed downward, the end surface 17b of the cap 17 comes into contact with the surface B1 of the substrate B. As a result, the substrate B is conducted to the negative electrode 14b of the battery 14 via the cap 17, and a voltage is applied between the anode 11 and the substrate B. In this way, simply by pushing the cap 17 downward, the electrolyte membrane 13 conforms to the surface B1 of the substrate B, and deposition of the metal film can begin.

上記実施形態では、収容体15の収容空間15cに、直接、電解液Lを収容する場合を説明したが、収容体15の収容空間15cには、電解液Lを含浸した多孔質体(図示せず)が収容されてもよい。多孔質体の材料は、例えば、吸水機能を有したポリマーやイオン交換機能を有した樹脂であってよい。また、多孔質体は、いわゆるスポンジ(プラスチックの発泡体)であってもよい。多孔質体は、圧縮変形性、可撓性(フレキシブル性)を有する材料から形成されてよいが、電解液Lに対する耐食性を持たせた金属材料から形成されてもよい。 In the above embodiment, the electrolyte L is directly stored in the storage space 15c of the storage body 15. However, a porous body (not shown) impregnated with the electrolyte L may be stored in the storage space 15c of the storage body 15. The material of the porous body may be, for example, a polymer with water absorption function or a resin with ion exchange function. The porous body may also be a so-called sponge (plastic foam). The porous body may be made of a material that has compressive deformation and flexibility, but may also be made of a metal material that is corrosion-resistant to the electrolyte L.

圧縮変形性及び可撓性を有する材料から形成された多孔質体を、収容体15に収容した状態で、キャップ17を下方に押し込むと、弾性体18が圧縮変形し、陽極11は、多孔質体に、電解質膜13へ向かう力を加える。これにより、多孔質体は、圧縮しながら、電解質膜13に倣うように変形するため、多孔質体によって、電解質膜13を均一に加圧することができる。この結果、電解質膜13を基材Bの表面B1に、均一に倣わせることができる。また、収容体15の収容空間15cに収容された多孔質体に電解液Lを含浸させることにより、電解液Lの漏洩を低減することができる。 When the cap 17 is pressed downward while the porous body made of a material having compressive deformation and flexibility is housed in the housing 15, the elastic body 18 is compressed and deformed, and the anode 11 applies a force to the porous body toward the electrolyte membrane 13. As a result, the porous body is compressed and deformed to conform to the electrolyte membrane 13, so that the electrolyte membrane 13 can be uniformly pressurized by the porous body. As a result, the electrolyte membrane 13 can be made to conform uniformly to the surface B1 of the substrate B. In addition, leakage of the electrolyte solution L can be reduced by impregnating the porous body housed in the housing space 15c of the housing 15 with the electrolyte solution L.

多孔質体は、収容体15に収容された状態で、収容体15に拘束されてもよいし、拘束されていなくてもよい。多孔質体が収容体15に拘束されている場合、成膜装置1を基材Bから離間させたとき、電解液Lの自重が電解質膜13に加わることが回避されるため、電解質膜13の変形を抑制することができる。 The porous body may or may not be constrained by the container 15 while contained in the container 15. If the porous body is constrained by the container 15, the weight of the electrolyte solution L is prevented from being applied to the electrolyte membrane 13 when the film forming device 1 is separated from the substrate B, thereby suppressing deformation of the electrolyte membrane 13.

次いで、本実施形態に係る成膜装置1を用いた成膜方法を説明する。図3は、図1の成膜装置1を用いた金属皮膜の成膜方法を説明するフローチャートである。本成膜方法は、全工程を手動により実施される。このフローチャートでは、収容体15の収容空間15cに、直接(即ち、多孔質体を用いずに)、電解液Lが収容される場合を説明する。 Next, a film forming method using the film forming apparatus 1 according to this embodiment will be described. FIG. 3 is a flow chart explaining a method for forming a metal film using the film forming apparatus 1 of FIG. 1. All steps of this film forming method are performed manually. This flow chart explains the case where the electrolyte L is directly (i.e., without using a porous body) contained in the storage space 15c of the storage body 15.

まず、S100では、成膜装置1を構成する各部材の取付けを行う。一例として、キャップ17に絶縁カバー20を取付け、収容体15に、陽極11及び陽極通電体19を収容する。その後、キャップ17の内部空間17fに、電池14、弾性体18、及び、収容体15を、配置する。具体的には、電池14の負極14bを、キャップ17の閉塞部17dに取付け、電池14の正極14aを、弾性体18の一端に取付け、弾性体18の他端に、陽極通電体19を取付ける。 First, in S100, the various components constituting the film forming apparatus 1 are attached. As an example, an insulating cover 20 is attached to the cap 17, and the anode 11 and anode current conductor 19 are housed in the housing 15. Then, the battery 14, the elastic body 18, and the housing 15 are placed in the internal space 17f of the cap 17. Specifically, the negative electrode 14b of the battery 14 is attached to the closing portion 17d of the cap 17, the positive electrode 14a of the battery 14 is attached to one end of the elastic body 18, and the anode current conductor 19 is attached to the other end of the elastic body 18.

次いで、S200では、収容体15の下側開口部15aが上方を向くように配置した状態で、収容体15の下側開口部15aの側から、収容体15の収容空間15cに、電解液Lを補充する。 Next, in S200, with the lower opening 15a of the container 15 facing upward, the electrolyte L is replenished into the storage space 15c of the container 15 from the side of the lower opening 15a of the container 15.

その後、S300では、電解質膜13が取付けられた取付部材24を、収容体15に、螺合する。これにより、収容体15の下側開口部15aは、電解質膜13により覆われる。 Then, in S300, the mounting member 24 to which the electrolyte membrane 13 is attached is screwed into the housing 15. As a result, the lower opening 15a of the housing 15 is covered by the electrolyte membrane 13.

次いで、S400では、基材Bの表面B1の前処理を行う。この工程では、基材Bの表面B1の導電性を確保するために、基材Bの表面B1に付着した異物や、不働態皮膜の除去を行う。 Next, in S400, surface B1 of substrate B is pretreated. In this process, foreign matter and passive film adhering to surface B1 of substrate B are removed in order to ensure the electrical conductivity of surface B1 of substrate B.

S500では、成膜装置1に基材Bを設置する。具体的には、図1に示すように、基材Bの表面B1を電解質膜13に接触させる。 In S500, the substrate B is placed in the film forming apparatus 1. Specifically, as shown in FIG. 1, the surface B1 of the substrate B is brought into contact with the electrolyte membrane 13.

S600では、図2に示すように、成膜装置1に所定の力Fを加えることにより、成膜装置1を基材Bに押付ける。具体的には、電解質膜13を基材Bに接触させた状態で、所定の力Fで、キャップ17を下方に押し込む。これにより、弾性体18が圧縮変形し、陽極11は、該弾性体18によって、下方向に付勢され、陽極11は、収容体15内を、電解質膜13に向かって下方向に摺動する。この結果、陽極11と電解質膜13との間に収容された電解液Lの液圧が上昇し、電解質膜13を基材Bの表面B1に倣わせることができる。キャップ17を、さらに下方向に押し込むと、キャップ17の端面17bが基材Bの表面B1に接触し、基材Bは、キャップ17を介して、電池14の負極14bに導通する。この結果、陽極11と基材Bとの間に電圧が印加され、金属皮膜の成膜が開始される。 In S600, as shown in FIG. 2, a predetermined force F is applied to the film forming device 1 to press the film forming device 1 against the substrate B. Specifically, with the electrolyte membrane 13 in contact with the substrate B, the cap 17 is pressed downward with a predetermined force F. This compresses and deforms the elastic body 18, and the anode 11 is urged downward by the elastic body 18, and the anode 11 slides downward toward the electrolyte membrane 13 within the container 15. As a result, the liquid pressure of the electrolyte solution L contained between the anode 11 and the electrolyte membrane 13 increases, and the electrolyte membrane 13 can be made to conform to the surface B1 of the substrate B. When the cap 17 is further pressed downward, the end surface 17b of the cap 17 comes into contact with the surface B1 of the substrate B, and the substrate B is conductive to the negative electrode 14b of the battery 14 through the cap 17. As a result, a voltage is applied between the anode 11 and the substrate B, and the formation of the metal film is started.

S700では、成膜装置1に力Fを加え続けることにより、キャップ17の端面17bが基材Bの表面B1に接触した状態を保持し、金属皮膜の成膜を行う。 In S700, a force F is continuously applied to the film forming device 1 to keep the end surface 17b of the cap 17 in contact with the surface B1 of the substrate B, and a metal film is formed.

S800では、成膜装置1に加えた力Fを除去し、弾性体18の復元力により、キャップ17の端面17bを基材Bの表面B1から離間させる。 In S800, the force F applied to the film forming apparatus 1 is removed, and the end surface 17b of the cap 17 is separated from the surface B1 of the substrate B by the restoring force of the elastic body 18.

S900では、基材Bの表面B1の残渣を、例えば拭き取りにより除去し、金属皮膜の成膜が終了する。 In S900, the residue on the surface B1 of the substrate B is removed, for example by wiping, and the deposition of the metal coating is completed.

次いで、別の実施形態に係る成膜装置1Aについて説明する。図4は、本発明の別の実施形態に係る金属皮膜の成膜装置1Aの模式的断面図であり、キャップ17が基材Bから離間した状態を示すものである。別の実施形態に係る成膜装置1Aは、上記実施形態に係る成膜装置1に対して、電源部の構成、陽極通電体19の構成、キャップ17の構成、及び絶縁カバー20の構成が異なる。以下、上記実施形態に係る成膜装置1と同じ又は類似する機能を有する構成については、同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分について説明する。 Next, a film forming apparatus 1A according to another embodiment will be described. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a metal film forming apparatus 1A according to another embodiment of the present invention, showing a state in which the cap 17 is separated from the substrate B. The film forming apparatus 1A according to the other embodiment differs from the film forming apparatus 1 according to the above embodiment in the configuration of the power supply unit, the configuration of the anode current conductor 19, the configuration of the cap 17, and the configuration of the insulating cover 20. Below, configurations having the same or similar functions as the film forming apparatus 1 according to the above embodiment will be given the same reference numerals and their description will be omitted, and the different parts will be described.

本実施形態に係る成膜装置1Aは、図示しない外部電源(電源部)を用いて、陽極11と基材Bとの間に電圧を印加する。一例として、外部電源の正極は、正極側導線14cを介して、陽極通電体19の柄部19bに接続される。陽極通電体19の柄部19bは、陽極11と直接接触する陽極接触部19aから、上方に向かって延びる棒状の部分である。一例として、外部電源の負極は、負極側導線14dを介して、後述するキャップ17の鞘部17gに接続される。 The film forming apparatus 1A according to this embodiment applies a voltage between the anode 11 and the substrate B using an external power supply (power supply unit) not shown. As an example, the positive electrode of the external power supply is connected to the handle 19b of the anode current conductor 19 via the positive electrode side conductor 14c. The handle 19b of the anode current conductor 19 is a rod-shaped portion that extends upward from the anode contact portion 19a that is in direct contact with the anode 11. As an example, the negative electrode of the external power supply is connected to the sheath portion 17g of the cap 17 described below via the negative electrode side conductor 14d.

キャップ17は、閉塞部17dから、上方に向かって延びる中空筒状の鞘部17gを有する。鞘部17gの内部とキャップ17の内部空間17fとは、キャップ17の閉塞部17dを上下方向に貫通する貫通空間を介して、連通する。鞘部17gの内部と閉塞部17dの貫通空間とを区画する内壁面には、中空筒状の絶縁スリーブ22が取付けられており、陽極通電体19の柄部19bは、絶縁スリーブ22内を摺動自在である。 The cap 17 has a hollow cylindrical sheath 17g that extends upward from the closing portion 17d. The inside of the sheath 17g and the internal space 17f of the cap 17 are in communication with each other via a through space that passes vertically through the closing portion 17d of the cap 17. A hollow cylindrical insulating sleeve 22 is attached to the inner wall surface that separates the inside of the sheath 17g from the through space of the closing portion 17d, and the handle 19b of the anode current conductor 19 can slide freely within the insulating sleeve 22.

また、閉塞部17dには、キャップ17の内部空間17fの側に、絶縁シート23が取付けられており、弾性体18は、陽極通電体19の柄部19bを囲繞し、絶縁シート23と陽極接触部19aとの間に配置される。 An insulating sheet 23 is attached to the blocking portion 17d on the side of the internal space 17f of the cap 17, and the elastic body 18 surrounds the handle portion 19b of the anode current conductor 19 and is positioned between the insulating sheet 23 and the anode contact portion 19a.

絶縁カバー20は、一例として、キャップ17の側壁部17e、閉塞部17d、及び、鞘部17gに直接接触するように、キャップ17の外側に取付けられている。絶縁カバー20は、キャップ17の鞘部17g及び閉塞部17dが外部に露出しないように、鞘部17g及び閉塞部17dを覆う。絶縁カバー20は、キャップ17と共に上下方向に移動自在である。 As an example, the insulating cover 20 is attached to the outside of the cap 17 so as to be in direct contact with the side wall portion 17e, the closing portion 17d, and the sheath portion 17g of the cap 17. The insulating cover 20 covers the sheath portion 17g and the closing portion 17d of the cap 17 so that the sheath portion 17g and the closing portion 17d of the cap 17 are not exposed to the outside. The insulating cover 20 is freely movable in the vertical direction together with the cap 17.

本実施形態に係る成膜装置1Aでは、外部電源を用いて、陽極11及び基材Bに電圧が印加されるため、上記実施形態に係る成膜装置1と比較して、より高出力で、長時間に亘って、成膜を行うことができる。 In the film forming apparatus 1A according to this embodiment, a voltage is applied to the anode 11 and the substrate B using an external power source, so film formation can be performed at a higher output and for a longer period of time compared to the film forming apparatus 1 according to the above embodiment.

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に係る成膜装置1,1Aに限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせても良い。例えば、上記実施の形態における各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的態様によって適宜変更され得る。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the film forming apparatus 1, 1A according to the above-mentioned embodiments, and includes all aspects included in the concept of the present invention and the scope of the claims. In addition, each configuration may be appropriately and selectively combined to achieve the above-mentioned problems and effects. For example, the shape, material, arrangement, size, etc. of each component in the above-mentioned embodiments may be appropriately changed depending on the specific embodiment of the present invention.

1,1A:成膜装置、11:陽極、13:固体電解質膜、14:電池(電源部)、15:収容体、15a:下側開口部(開口部)、17:キャップ、17a:端部、17b:端面、18:弾性体、B:基材、B1:表面、L:電解液 1, 1A: Film forming device, 11: Anode, 13: Solid electrolyte membrane, 14: Battery (power supply), 15: Container, 15a: Lower opening (opening), 17: Cap, 17a: End, 17b: End face, 18: Elastic body, B: Substrate, B1: Surface, L: Electrolyte

Claims (1)

陽極と、
前記陽極と基材との間に配置された固体電解質膜と、
前記基材を陰極として前記陽極と前記基材との間に電圧を印加する電源部と、
前記基材の側に開口した開口部を前記固体電解質膜で覆い、前記陽極を、前記固体電解質膜から離間した位置に、前記固体電解質膜に向かう方向に摺動自在に収容し、前記固体電解質膜及び前記陽極の間に金属イオンを含む電解液を収容する絶縁性の収容体と、を備え、
前記固体電解質膜を前記基材に接触させた状態で前記陽極と前記基材との間に電圧を印加し、前記固体電解質膜の内部に含有された前記金属イオンを還元することで、前記金属イオンに由来した金属皮膜を、前記基材の表面に成膜する金属皮膜の成膜装置であって、
該成膜装置は、前記収容体を前記陽極側から覆う導電性のキャップと、該キャップと前記陽極との間に配置された弾性体と、を備えており、
前記電源部の正極は、前記陽極に接続されており、
前記電源部の負極は、前記キャップに接続されており、
前記固体電解質膜を前記基材に接触させた状態で、前記キャップの端部は、前記基材から離間するように、形成されており、前記キャップを前記陽極側に押し込むことにより、前記キャップの端面が前記基材に接触するまで、前記弾性体が、圧縮変形自在となっている、ことを特徴とする金属皮膜の成膜装置。
An anode;
a solid electrolyte membrane disposed between the anode and a substrate;
a power supply unit that applies a voltage between the anode and the substrate, the substrate being a cathode;
an insulating container that covers an opening on the side of the base material with the solid electrolyte membrane, accommodates the anode at a position spaced from the solid electrolyte membrane so as to be slidable in a direction toward the solid electrolyte membrane, and accommodates an electrolytic solution containing metal ions between the solid electrolyte membrane and the anode,
a voltage is applied between the anode and the substrate in a state in which the solid electrolyte membrane is in contact with the substrate, and the metal ions contained inside the solid electrolyte membrane are reduced to form a metal coating derived from the metal ions on a surface of the substrate,
the film forming apparatus includes a conductive cap that covers the container from the anode side, and an elastic body that is disposed between the cap and the anode;
The positive electrode of the power supply unit is connected to the anode,
The negative electrode of the power supply unit is connected to the cap,
an end of the cap is formed to be spaced from the substrate when the solid electrolyte membrane is in contact with the substrate, and the elastic body is freely compressively deformed by pressing the cap toward the anode until the end face of the cap comes into contact with the substrate.
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