电铸方法

专利名称：电铸方法
技术领域：
本发明涉及用于将金属制品成型的电铸方法。
背景技术：
作为制造用机械加工难以制作的微细金属制品的方法，公知有电铸技术(电铸 法)。这是对母模型电镀膜厚金属并通过使该电镀厚膜(金属铸件)从母模型剥离而使金 属铸件成型的带厚度的电镀工艺，通常将超过20 μ m厚度的电镀称为电铸。例如，在专利文献1公开的方法中，在金属制的母模型的表面涂敷光致抗蚀剂，将 其构图而形成具有希望的图案的开口的抗蚀膜，接着，在抗蚀膜的开口内即母模型的表面 中未被抗蚀膜覆盖的表面电解淀积金属，将金属层(厚膜电镀)成型。之后，从母模型剥离 金属层，得到希望形状的微细的金属铸件。然而，在母模型的表面电解淀积金属的工序中，被抗蚀膜阻断的电流的一部流入 抗蚀膜附近的电解淀积部分，使电解淀积量部分地增加，结果是，具有金属层的厚度不均一 的不良现象。特别是，金属层的表面(在母模型电解淀积的面的相反侧的面)中与抗蚀膜 相接的边缘部分，金属层隆起而使金属层的厚度局部增加。因此，在专利文献1公开的方法中，比抗蚀膜的厚度稍厚而形成金属层，通过研磨 金属层的表面使其平滑，使金属层的厚度均一。如上所述，在现有的电铸方法中，不能控制金属层的表面(在母模型电解淀积的 面的相反侧的面)的形状，对金属铸件可成型的形状有着较大制约。另外，为了修整金属铸 件的形状，必须在成形后进行研磨处理等，制造效率低，相应地，制造成本增加。专利文献1 (日本)特开平8-225983号公报(段落0002、图7)

发明内容
本发明是鉴于上述的问题点而作出的，其目的在于提供一种能控制在母模型电解 淀积的面的相反侧的金属层表面的形状的电铸方法。为了解决该课题，本发明第一方面的电铸方法具有母模型形成工序，在导电性基 材的上表面重叠而形成绝缘层，在所述绝缘层设有凹部，并且使所述导电性基材在所述凹 部的底面的至少一部分露出而形成母模型；电解淀积工序，将所述母模型配置在电解槽内 并施加电压，在所述凹部内的所述导电性基材的露出面电解淀积金属，其特征在于，在所述 电解淀积工序中，所述凹部的宽度为300 μ m以上的情况下，以留有高度为所述凹部的宽度 的1/2. 85倍以上的空间的方式使金属层在所述凹部内成长。另外，本发明第二方面的电铸方法具有母模型形成工序，在导电性基材的上表面 重叠而形成绝缘层，在所述绝缘层设有凹部，并且使所述导电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；电解淀积工序，将所述母模型配置在电解槽内并施加电压， 在所述凹部内的所述导电性基材的露出面电解淀积金属，其特征在于，在所述电解淀积工 序中，所述凹部的宽度为200 μ m以上且不足300 μ m的情况下，以留有高度为所述凹部的宽度的1/3. 75倍以上的空间的方式使金属层在所述凹部内成长。另外，本发明第三方面的电铸方法具有母模型形成工序，在导电性基材的上表面 重叠而形成绝缘层，在所述绝缘层设有凹部，并且使所述导电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；电解淀积工序，将所述母模型配置在电解槽内并施加电压， 在所述凹部内的所述导电性基材的露出面电解淀积金属，其特征在于，在所述电解淀积工 序中，所述凹部的宽度为100 μ m以上且不足200 μ m的情况下，以留有高度为所述凹部的宽 度的1/4倍以上的空间的方式使金属层在所述凹部内成长。另外，本发明第四方面的电铸方法具有母模型形成工序，在导电性基材的上表面 重叠而形成绝缘层，在所述绝缘层设有凹部，并且使所述导电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；电解淀积工序，将所述母模型配置在电解槽内并施加电压， 在所述凹部内的所述导电性基材的露出面电解淀积金属，其特征在于，在所述电解淀积工 序中，所述凹部的宽度不足100 μ m的情况下，以留有高度为所述凹部的宽度的1/10倍以上 的空间的方式使金属层在所述凹部内成长。在此，所述导电性基材为通过电铸使金属层析出用的基材。导电性基材表面既可 以是平坦的形状，也可以在表面具有凸凹或台阶。为了作为电铸时的电极使用，导电性基材 必须具有导电性，但不限于导电性基材的整体由导电材料形成的情况。可以在由不导电材 料形成的芯材的整个表面或其表面的一部分设有由导电材料构成的导电性膜部。另外，也 可以在由导电材料构成的芯材的表面的一部分设有由绝缘材料构成的绝缘性膜部。所述绝缘层为电铸时对导电性基材的表面进行电绝缘且抑制金属的电解淀积的 层，通常使用抗蚀剂。另外，母模型由导电性基材和绝缘层构成，是形成有成型用的一个或 多个凹部的主电极。电解淀积为在配置于电解槽内的一电极(母模型)上析出与累计通电 量成比例的金属堆积物。凹部为在导电性基材的上表面由绝缘层形成的型腔，具有制作的金属铸件的翻转 形状。凹部的宽度为在预确定宽度的位置且在凹部的宽度最窄的方向的截面中、由使金属 层的成长最终停止的高度测得的开口宽度。在凹部内残留的空间的高度为从在凹部内析出 的金属层的最上端至绝缘层的上表面(凹部的上表面开口)之间的空间的垂直距离。但是， 绝缘层的高度不均一的情况下，将从金属层的最上端至绝缘层的高度最低位置的绝缘层的 上表面的垂直距离称为在凹部剩余的空间的高度。在本发明的第一至第四方面的电铸方法中，不在凹部的内部空间整体电铸金属， 而以在金属层的上部留有规定的空间的方式使金属层的成长停止，由此，凹部的上表面开 口的边缘的绝缘层将从不正对对置电极的凹部的部分斜向流入已电解淀积的金属层的电 流截断，所以电解淀积的金属的厚度均勻。因此，电铸的金属层以距母模型的未形成绝缘层 的部分的距离一定而成长。另外，本发明的第一至第四方面的电铸方法中，根据凹部的宽度来确定在金属层 的上部应该剩余的空间的最小值(即，相对于绝缘层的某厚度的金属层的厚度的最大值)， 所以以由凹部的宽度和要成型的金属铸件的厚度决定的必要最小量的绝缘层厚度(即节 省部件材料)，可以高效地成型金属铸件。本发明的第一至第四方面的电铸方法的一方式中，也可以在所述母模型形成工序 中，在所述凹部的底面的周缘部的至少一部分形成所述绝缘层。金属层以距母模型的未形成绝缘层的部分的距离一定的方式成长，所以根据该方式，能够以在底面的外周部的绝缘 层的上部形成曲面的方式形成金属层。例如，由此可以对金属铸件的母模型的相反侧的边 缘进行倒角。本发明的第一至第四方面的电铸方法的另一方式中，也可以在与所述凹部的底面 重叠的区域，在所述导电性基材的上表面形成凹部。根据该方式，利用导电性基材的凹部， 可以使凹部的底面形状为各种形状，所以可以成型各种形状的金属铸件。本发明的第一至第四方面的电铸方法的又一方式中，在所述凹部的底面露出的所 述导电性基材的表面也可以是以相对于与电压施加方向垂直的面的倾斜角度为60°以下 的面为主而构成的集合。在该方式中，母模型的未形成有绝缘层的面自和对置电极之间的 电压施加方向垂直的面不比60°更大地倾斜，可以防止该倾斜的面将来自对置电极的电 流倾斜地引入并使金属层不均一地成长。但是，即使是具有自与电压施加方向垂直的面比 60°更大地倾斜角度的面，与凹部的底面整体的面积相比，只要为小的面积，则在金属层难 以产生不均一。 本发明的第一至第四方面的电铸方法的再一方式中，也可以在所述母模型形成工 序，在所述凹部的侧壁面形成将所述凹部的开口面积扩大的台阶部。根据该方式，能够使金 属铸件的一部分向与电压施加方向不同的方向突出。本发明的第一至第四方面的电铸方法的其他方式中，也可以在所述电解淀积工序 中，在所述电解槽内流动的电流的累计通电量达到规定值时，停止所述电压。电解淀积的金 属的总量与供给的电流的累计通电量成比例，所以即使不直接测定，也可以控制成长的金
属层的厚度。另外，用于解决本发明的所述课题的方式具有适当地组合上述说明的构成要素的 特征，本发明可以将上述构成要素组合而实现多种变化。根据本发明，因在金属层之上留有与凹部的宽度对应的高度的空间，停止金属层 的成长，所以电流从侧方流入金属层，成型的金属层的成长方向的厚度变得均一，不需要对 母模型的相反侧的表面进行精加工。


图1是表示本发明实施方式1的电铸方法所使用的母模型的剖面图；图2(a) (j)是表示通过实施方式1的电铸法使金属铸件成型的工序的概略剖 面图；图3是表示在电解槽内配置的母模型的剖面图；图4(a)是表示施加在电解槽的电极间的电压的变化的图，图4(b)是表示在电解 槽内流动的电流的变化的图；图5(a)是表示为了确定型腔的宽度与顶端空间的高度的关系而使用的样品的形 状的平面图，图5(b)是放大表示图5(a)的A部截面的图；图6是表示使在金属层之上剩余的顶端空间的高度H变化，使金属在型腔内电解 淀积而制作各种样品，调查顶端空间的高度H与样品的细线部的厚度不均的关系的结果的 图；图7是横轴取型腔宽度W，纵轴取H/W之比表示细线部的厚度不均为1. 01时的条件的图；图8是表示使金属层之上剩余的顶端空间的高度H变化，在型腔内使金属电解淀 积来制作各种样品，调查顶端空间的高度H与样品的细线部的厚度不均的关系的结果的 图；图9是表示比较例的剖面图；图10(a) (d)是说明使用有电解淀积抗蚀剂的绝缘覆膜的形成方法的图；图11是使用比较例的母模型制作的金属铸件的平面图；图12是表示使用喷涂器及光刻技术在导电性基材之上形成的绝缘层的截面的 图；图13(a)是表示本发明实施方式2的母模型的剖面图，图13(b)是表示实施方式 2的另一母模型的剖面图；图14是表示实施方式2的又一母模型的剖面图；图15是表示本发明实施方式3的母模型和沿金属铸件的长度方向的截面的剖面 图；图16是表示改变倾斜面部的倾斜角度θ，测定金属层的厚度不均的结果的图；图17是表示在导电性基材的上表面设有具有倾斜角度为60°以上的倾斜面的凹 部的情况下金属层成长的状态的图；图18是用于说明在导电性基材的凹部的一部分，即使倾斜角度为60°以上，也几 乎对金属层的成长不产生影响的剖面图；图19是表示实施方式3的不同例子的剖面图；图20是表示根据本发明形成的电子零件用的触点部件的形状的立体图；图21是表示本发明实施方式4的母模型的型腔和金属层的成长过程的图；图22是表示实施方式4的另一例子的剖面图；图23(a)、(b)分别是表示本发明的不同实施方式的母模型的剖面图；图24(a) (d)分别是表示本发明的不同实施方式的母模型的剖面图；图25(a) (d)分别是表示本发明的不同实施方式的母模型的剖面图；图26(a) (d)分别是表示本发明的不同实施方式的母模型的剖面图；图27(a)、(b)分别是表示本发明的不同实施方式的母模型的剖面图；图28(a)、(b)分别是表示本发明的不同实施方式的母模型的剖面图。标记说明11、31、41、51、61、71 88 母模型12 金属铸件13:导电性基材14、14a:绝缘层15 型腔18 金属层19 电解槽21 对置电极32:凹部
42a、42b、42c 平面部43a,43b 倾斜面部52:台阶部
具体实施例方式以下，参照

本发明的优选实施方式。(第一实施方式)图1是用于说明本发明实施方式1的电铸方法(以下，称为电铸法)的剖面图，表 示母模型11和使用该母模型11进行电铸的金属铸件12。在实施方式1中使用的母模型11在导电性基材13的平坦的上表面层叠有厚膜的 绝缘层14，在绝缘层14上形成有成为金属铸件12的翻转模型的形状的型腔15 (凹部)。在 型腔15的底面不残留绝缘层14，在型腔15的整个底面使导电性基材13的上表面露出。利 用电铸法在母模型11的型腔15内使金属铸件12成形。另外，图1是与型腔15的长度方 向(longitudinal direction)正交的方向(宽度方向transverse direction)的截面。接着，说明使用如上所述的母模型11制作金属铸件12的工序。图2是表示利用电 铸法使金属铸件12成型的工序，图2(a) (f)表示用于形成母模型11的工序(母模型形 成工序)，图2(g)及(h)表示在型腔15内使金属电解淀积来制作金属铸件12的工序(电 解淀积工序)，图2(i)及(j)表示将金属铸件12从母模型11剥离的工序(剥离工序)。另 外，实际上在母模型11形成有多个型腔15，一次制作多个金属铸件12，为了方便，对制作一 个金属铸件12的情况进行说明。图2(a)是上表面平坦的金属制的导电性基材13，至少在上表面实施用于使电解 淀积的金属铸件12容易剥离的处理。在母模型形成工序中，首先，如图2(b)所示，在导电 性基材13的上表面利用喷涂器及旋涂器涂敷阴型光致抗蚀剂16而形成均一厚度的厚膜。 接着，如图2 (c)，预烘焙光致抗蚀剂16后，如图2 (d)所示，用掩模17覆盖形成型腔15的区 域，对光致抗蚀剂16进行曝光。由于光致抗蚀剂16被曝光的区域不溶化，所以显像时不溶 解，只有被掩模17覆盖的区域通过显像而溶解去除，如图2 (e)所示，在光致抗蚀剂16上形 成型腔15。最后，通过后烘焙光致抗蚀剂16，由光致抗蚀剂16在导电性基材13的上表面 形成规定厚度的绝缘层14。图2(f)表示这样得到的母模型11。另外，在图1及图2中绝缘层14仅覆盖导电性基材13的上表面，但实际上，在型 腔15的内部以外不电解淀积金属而用绝缘层覆盖导电性基材13的下表面及侧面等。在电解淀积工序中，如图3所示，将母模型11配置在电解槽19内，利用直流电源 20在母模型11与对置电极21之间施加电压，使电解液α中流有电流。开始通电时，电解 液α中的金属离子电解淀积在导电性基材13的表面，金属层18析出。另一方面，由于绝 缘层14截断电流，所以即使在母模型11与对置电极21之间施加电压，在绝缘层14上也不 会直接电解淀积金属。因此，如图2(g)所示，在型腔15的内部金属层18从其底面向电压 施加方向成长。这时，电解淀积的金属层18 (金属铸件12)的厚度由电流的累计通电量(即，通电 电流的时间累计量，相当于图4(b)的画斜线的区域的面积)控制。因为每单位时间析出的 金属量与电流值成比例，所以金属层18的体积由电流的累计通电量决定，金属层18的厚度由电流的累计通电量可知。例如，直流电源20的电压如图4(a)所示，随着从通电开始经过的时间而逐渐且阶 梯地增加时，则在对置电极21与母模型11之间流动的电流如图4(b)所示，也随着从通电 开始经过的时间而逐渐且阶梯地增加。而且，通过监视通电电流的累计通电量，检测出金属 层18达到目标厚度，断开直流电源20而停止通电。其结果，如图2 (h)所示，由希望厚度的 金属层18在型腔15内使金属铸件12成型。另外，在型腔15内使金属层18(金属铸件12)成长的电解淀积工序中，型腔15的 宽度为300 μ m以上的情况下，以留有高度为型腔15的宽度的1/2. 85倍以上的空间(以 下，称为顶端空间)的方式使金属层18成长。另外，在型腔15的宽度为200 μ m以上且不 足300 μ m的情况下，以留有高度为型腔15的宽度的1/3. 75倍以上的顶端空间的方式使金 属层18成长。另外，型腔15的宽度为100 μ m以上且不足200 μ m的情况下，以留有高度为 型腔15的宽度的1/4倍以上的顶端空间的方式使金属层18成长。另外，型腔15的宽度不 足100 μ m的情况下，以留有高度为所述凹部的宽度的1/10倍以上的顶端空间的方式使金 属层18成长。即，在本发明中，设型腔15的宽度为W、设型腔15的上表面开口(S卩，绝缘层 14的上表面)与金属层18的上表面之间的顶端空间的垂直高度为H时，以在金属层18之 上剩余的顶端空间的高度H满足若W 彡 300 μ m，则 H 彡 W/2. 85若200 μ m 彡 W < 300 μ m，则 H 彡 W/3. 75若100 μ m 彡 W < 200 μ m，则 H 彡 W/4若W < 100 μ m，则H彡W/10的方式，使金属层18的成长停止。将金属铸件12成型后，如图2(i)所示，利用蚀刻法等使绝缘层14剥离，另外，如 图2(j)所示，得到将金属铸件12从导电性基材13剥离并讲母模型11的形状翻转复制的 金属铸件12。本发明的电铸方法中，如上所述在导电性基材13的上表面重叠而形成厚膜的绝 缘层14，通过使绝缘层14开口，在母模型11内形成型腔15，所以可以使用光刻技术等，精 密地制作微细的型腔15，因此，利用电铸法，可以制作微细且精密的金属铸件12。(关于顶端空间)另外，在本发明的电铸方法中，如上所述，由于在型腔15的上部剩余规定高度的 顶端空间而使金属层18的成长停止，所以可以确保处于金属层18的上表面与型腔15的上 表面开口之间的距离H，流入型腔15内并析出的金属离子中、在型腔15的上表面开口周缘 部向型腔15内倾斜流入的金属离子被型腔15的上表面开口的边缘的绝缘层14截断，在金 属层18的整个上表面流过均一的电流，使金属层18均一地成长。因此，使金属层18成长 而成的金属铸件12与导电性基材13的相反侧的对置电极相对的面具有距导电性基材13 的上表面一定的距离，成为仿照型腔15的形状。以下，说明使金属铸件12成型时，将在金属铸件12之上剩余的顶端空间的高度H 确定为若W 彡 300 μ m，则 H 彡 W/2. 85若200 μ m 彡 W < 300 μ m，则 H 彡 W/3. 75若100 μ m 彡 W < 200 μ m，则 H 彡 W/4
若W < 100 μ m，则H彡W/10的依据(以下，将这些条件称为成长停止条件)。另外，金属铸件12可以是形成圆形板状及矩形板状等板状，还可以形成在一方向 上伸长的形状(例如，参照图20)，特别是根据本发明制作的金属铸件12的形状没有限定。 因此，制作板状的金属铸件12的情况下，只要在截面的最窄方向上的截面中满足上述成长 停止条件即可。特别是，在形成于一方向上伸长的形状的金属铸件12中，只要以在宽度方 向(短方向transverse direction)的截面中满足上述成长停止条件而管理电解淀积工 序即可。以下，举例说明制作形成在一方向上伸长的形状的金属铸件12的情况。图5(a)是表示为了确定型腔15的宽度W与顶端空间的高度H的关系而使用的 样品22的形状的平面图。另外，图5(b)是图5(a)的A部的剖面图。该样品22在形成带 状的窄带部23a、23b、23c间每隔一定间距排列细线部M (长度4. 5mm)，其厚度为20 μ m 300 μ m0该细线部M如图20所示的成形件，在一方向上伸长且具有三维形状。样品22使 用具有形成样品22的翻转形状的型腔15的母模型11，在该型腔15内使金属电解淀积。而 且，制作使型腔15的宽度W(宽度方向的宽度)及顶端空间的高度H、绝缘层14的宽度L等 变化的样品，为了分析而讲图5(a)中用虚线表示的区域切开，调查该细线部M的厚度均一 程度。根据测定的结果可知，若使顶端空间的高度H与型腔15的宽度W相等或形成比型 腔15的宽度W大的高度(H/W彡1)，则与型腔15的宽度W(S卩，细线部M的宽度)无关， 在细线部M都不产生厚度不均。另外，型腔15的宽度W越小，细线部M的厚度不均越小 (该状态由图6可知)。图6表示使在金属层18上剩余的顶端空间的高度H变化，在型腔15内使金属电 解淀积，制作各种样品22，通过实测调查顶端空间的高度H与细线部M的厚度不均的关系 的结果。作为母模型11，使用型腔宽度1为10(^111、20(^111、30(^111、40(^111的模型。细线 部24(金属铸件)的厚度不均是指，讲沿细线部M的宽度方向最薄的部位的厚度设为Tl、 讲最厚部位的厚度设为T2时，由T2/T1表示的情况。根据近年的零件的精密化，希望电铸产生的金属成形件的厚度不均为以下。因 此，在图6中确定用于使细线部M的厚度不均为1. 01以下的条件时，型腔宽度W为400 μ m 的情况下，需要使顶端空间的高度H为140 μ m以上，在型腔宽度W为300 μ m的情况下，需 要使顶端空间的高度H为80 μ m以上，型腔宽度W为200 μ m的情况下，需要使顶端空间的 高度H为50 μ m以上，型腔宽度W为100 μ m的情况下，需要使顶端空间的高度H为10 μ m 以上。在细线部M的厚度不均和顶端空间高度H与型腔宽度W之比H/W之间相关联，所 以基于图6，图7为横轴取型腔宽度W，纵轴取H/W之比来表示厚度不均为1. 01时的条件。根据图6或图7，为了将厚度不均一抑制在1. 01以下，在型腔宽度W为300 μ m以 上的情况下，需要使顶端空间高度H与型腔宽度W之比为H/W彡140/400 = 1/2.85。另外， 型腔宽度W为200 μ m以上且不足300 μ m的情况下，需要使顶端空间高度H与型腔宽度W 之比设定为H/W彡80/300 = 1/3.75。另外，在型腔宽度W为100 μ m以上且不足200 μ m的 情况下，需要使顶端空间高度H与型腔宽度W之比设定为H/W彡50/200 = 1/4。另外，在 型腔宽度W为不足100 μ m的情况下，需要将顶端空间高度H与型腔宽度W之比设定为H/ W 彡 10/100 = 1/10。
图8表示使金属层18之上剩余的顶端空间的高度H变化，在型腔15内使金属电 解淀积，制作各种样品22，通过实测调查顶端空间的高度H与细线部M的厚度不均一的关 系的结果。母模型11使用型腔宽度W为300 μ m的母模型，使绝缘层14的宽度L变化为 100μπι、200μπι、300μπιο根据该测定结果可知，绝缘层宽度L比型腔宽度W的1/3倍窄时，细线部M的厚 度不均减小。另外，根据理论计算，绝缘层宽度L为零时，不产生细线部M的厚度不均。另外，绝缘层宽度L与型腔宽度W之比L/W为2/3以上的情况下，只要顶端空间高 度H满足上述条件，则细线部M的厚度不均和型腔宽度W为300 μ m的情况几乎没变化。 即，与型腔宽度W为300 μ m的情况一样，只要比H/W彡1，细线部M不产生厚度不均，型腔 宽度W越小，细线部M的厚度不均越小。另外，若W 彡 300 μ m 时，H/W 彡 1/2. 85200μπι彡 W< 300μπι时，H/W 彡 1/3.75ΙΟΟμπι彡 W< 200μπι时H/W 彡 1/4W< IOOym时，H/W彡1/10，则可以使细线部对的厚度不均减小到左右。特 别是，绝缘层宽度L即使极端地增大，只要顶端空间高度H与型腔宽度W之比H/W为1/2. 85 以上，则可以减小细线部M的厚度不均。(关于绝缘层的形成方法)在本发明中，以在导电性基材13的上表面重叠的方式形成绝缘层14，因此，利用 喷涂器及旋涂器(更优选喷涂器)，可以使绝缘层14形成为均一的厚度，另外，由于可以形 成尖细形状的型腔15，所以可以制作尖细形状的金属铸件12。特别是，利用喷涂器，如后述 的实施方式，在导电性基材13的上表面具有凹凸的情况下，也可以以均一厚度形成度绝缘 层14。将该点与比较例对比并进行说明。图9是表示比较例的剖面图。该比较例的母模型101在金属制的导电性基材103 上直接形成型腔105，除了型腔105的底面，在导电性基材103的表面形成绝缘覆膜104。而 且，将该母模型101设置在电解槽内，在型腔105的底面使金属离子电解淀积，使金属铸件 12成长。在使用这种母模型101的情况下，利用电解淀积抗蚀剂在导电性基材103的表面 形成绝缘覆膜104。图10(a) (d)是说明使用电解淀积抗蚀剂的绝缘覆膜104的形成 方法。在形成绝缘覆膜104的工序中，如图10(a)所示，形成型腔105的导电性基材103 与对置电极106对置，配置于电解槽107的电解淀积抗蚀液β中。直流电源109通电时， 水被电解，在对置电极106上吸附氢离子108a(H+)，在导电性基材103的表面吸附氧离子 108b(02_)。另外，如图10(b)所示，电解淀积抗蚀液β中的成分即感光剂110(树脂)与导 电性基材103的表面的氧离子反应，在导电性基材103的表面固化。这样，导电性基材103 的表面由形成粒状的感光剂110的固化物覆盖。该导电性基材103从电解槽107取出后，如 图10(c)所示，预烘烤。在80°C 100°C左右的温度预烘焙时，感光剂110的溶剂挥发的同 时，感光剂110流动，充填感光剂110的孔等缺陷部分。接着，如图10(d)所示，在120°C 140°C左右的温度后烘焙，促进感光剂110的热聚合反应时，感光剂110再次流动而成为平 滑的覆膜，在导电性基材103的表面烧制固定感光剂110而形成绝缘覆膜104。而且，在型 腔105的底面除去绝缘覆膜104使导电性基材103露出，形成母模型101。
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但是，这样利用电解淀积抗蚀剂形成绝缘覆膜104的情况下，后烘烤后的感光剂 110流动的结果，如图10(d)所示，在导电性基材103的外缘部分(角部分)导电性基材103 变薄，在型腔105内的内缘部分(内拐角部分)导电性基材103易变厚。其结果，与由导电 性基材103形成的型腔105(绝缘覆膜形成前的型腔)相比，在由绝缘覆膜104覆盖的型腔 中，在宽度方向的截面，内缘部分及外缘部分易带圆，难以得到尖细形状的金属铸件12。图11是拍摄使用如上所述制作的母模型101制作的金属铸件12的显微镜照片的 平面图，并放大表示其一部分。如图10中说明，利用电解淀积抗蚀法，在宽度方向的截面 中，内缘部分和外缘部分形成圆弧，实际上三维形状的型腔105的角(边)为圆弧，在平面 观察时，型腔105的内缘部分也形成圆弧。因此，在该型腔105内成型的金属铸件12也如 图11，平面看角形成圆弧。由图11可知，使用该母模型101制作金属铸件12的情况下，型 腔105的内缘部分及外缘部分因绝缘覆膜104而形成圆弧，所以在导电性基材103上即使 形成有尖细形状的型腔105，也难以使金属铸件12反转成尖细的形状，特别是使角及拐角 形成圆弧。对此，在形成于导电性基材13之上的绝缘层14上将型腔15开口的方法中，由于 在导电性基材13的表面使用喷涂器及旋涂器涂敷抗蚀剂，利用光刻技术使型腔15开口，所 以可以精密且尖细地形成型腔15。图12是表示使用喷涂器及光刻技术在导电性基材13之 上形成的绝缘层14的截面照片的图。另外，在图12的样品中切割母模型11时，为了防止 绝缘层14的形状不完整，用树脂111固定绝缘层14的上表面和型腔15内部。在本发明的母模型11中，因可以形成图12所示的尖细形状的型腔15，所以通过在 该型腔15内使金属铸件12成型，可以制作尖细形状的金属铸件12。(关于绝缘层的厚度)另外，在本发明的电铸方法中，根据型腔15的宽度，确定在金属层18的上部剩余 的顶端空间的最小高度(即，金属层相对于绝缘层的某厚度的厚度的最大值)，所以能够以 由凹部的宽度和要成型的金属铸件的厚度决定的必要最小量的绝缘层厚度(即节省部件 材料)，高效地使金属铸件成型。另外，若可以减薄绝缘膜14的厚度，在在光刻工序中易使绝缘层14的边缘形状高 精度化，因此，金属铸件12的电铸精度也随之增高。另外，若可以减薄绝缘层14的厚度，则 光致抗蚀剂的成膜时间及剥离时间缩短，金属铸件12的生产效率提高。其结果，可以实现 金属铸件12的高品质化和低成本化。(本发明的第二实施方式)图13(a)是表示本发明第二实施方式的母模型31的剖面图。在该母模型31中， 在型腔15内在导电性基材13的上表面形成希望形状的凹部32，该凹部32构成型腔15的 一部分。因此，通过在该型腔15内使金属电解淀积，可以使精度更高的形状的金属铸件12 成型。另外，在图13(a)所示的实施方式中，在型腔15的底面的一部分形成凹部32，但如 图13(b)所示的另一实施方式，也可以在型腔15的整个底面形成凹部32。另外，在图14所示的另一其它实施方式中，在比型腔15的底面更宽的范围内，在 导电性基材13的上表面形成凹部32，利用绝缘层14填补凹部32的一部分。另外，如图13(a)、(b)、图14，金属铸件12的上表面不平坦的情况下，顶端空间高度H为从金属铸件12的最高位置测定的距离。另外，如图13(a)、(b)，绝缘层14的高度不 均一的情况下，顶端空间高度H为测量至绝缘层14最低部位的上表面的高度的距离。因此， 如图13(a)、(b)的情况下，顶端空间高度H为从金属铸件12的最高位置至绝缘层14的最 低部位的上表面的垂直距离。另外，如图13(a)、(b)、图14，在宽幅方向的截面中，导电性基 材13的上表面(凹部32)由倾斜面形成的情况下，厚度不均由在该倾斜面垂直的法线方向 的厚度进行评价。(本发明的第三实施方式)图15是沿本发明第三实施方式的母模型41和金属铸件12的长度方向 (longitudinal direction)的剖面图。在本实施方式中，关于型腔15的底面形状，以长度 方向为例进行说明，这在宽度方向的底面也一样，长度及宽度两方均倾斜的情况也成立。但 是，无论是哪种情况，始终是宽度方向在实施方式1说明的范围内进行电解淀积。在本实施 方式中，宽度方向的截面中，以实施方式1中说明的条件进行电解淀积，另外，在长度方向， 也根据在实施方式1中说明的条件进行电铸，由此如实施方式1，由上段的平面部4 和下 段的平面部42c进行比较的情况下，不包含1 %以内的厚度不均在内，至少能够以相当高的 精度减小厚度不均。形成于该母模型41的型腔15其底面的深度不同，分别由与对置电极 正对的(与电压施加方向垂直)的三个平面部42a、42b、42c和连接各平面部42a、42b、42c 并相对于电压施加方向垂直的面倾斜的倾斜面部43a、4!3b组成。在此，顶端空间的高度H为在型腔15最浅的部分剩余的空间的高度。如该图15 所示，在型腔15的长度方向，与顶端空间的高度H相比，即使型腔15的长度长，顶端空间的 高度H相对于型腔15的宽度(纸面的进深方向的长度=凹部的宽度)W只要满足前述的任 一条件，就可以减小金属铸件12的厚度不均。另外，对于具有倾斜面部43a、43b的底面，金属层18在平面部42a、42b、42c及倾 斜面部43a、4!3b上以各自厚度相等(距底面的距离一定)的方式层叠并电解淀积。在平面 部4 和倾斜面部43a形成的角部、及平面部42b和倾斜面部4 形成的角部，金属层18 也以其厚度大致相等(距型腔15的底面的距离一定)的方式层叠并电解淀积。图15所示 的箭头是表示金属层18的成长方向的向量。另外，图15表示长度方向的截面，暂且假定为宽度方向的截面的情况下，当算出 厚度不均时，不考虑倾斜面部的金属层18的厚度，测定底面水平的各面的金属层18的厚 度，最厚部位的厚度T2相对于最薄部位的厚度Tl的比T2/T1为厚度不均。即，在宽度方向 的截面中，如实施方式1在型腔15的底面为水平面的情况及如实施方式2在型腔15的底 面为倾斜面的情况下，评价水平面或倾斜面的法线方向的厚度，但在水平面和倾斜面混杂 的情况下，只评价水平面的厚度。图16表示改变倾斜面部43a、43b的倾斜角度θ (和与电压施加方向垂直的面之 间形成的角度)，测定金属层18的厚度不均的结果。如图所示，倾斜面部43a、43b的倾斜 角度θ只要在60°以下，金属层18的厚度不均为以下，完全没问题。然而，倾斜面部 43a、43b的倾斜角度θ超过60°时，产生金属层18的厚度不均。另外，与中段的平面部 42b相比，该金属层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 倾向。因此，在型腔15的底面露出的导电性基材13的凹部32的表面相对于与电压施加方向垂直的面的倾斜角度优选为大致60°以下。图17是表示在导电性基材13的上表面设 置具有倾斜角度为60°以上的倾斜面的凹部32的情况下，金属层18成长的状态的图。这 样，倾斜角度超过60°时，电流不均，难以控制金属层18的厚度。但是，如图18所示，如凹 部32的周缘部分的倾斜角度为60°以上的情况，即使存在倾斜角度为60°以上的区域，只 要是一部分就几乎没有影响。另外，如该图18所示，在导电性基材13的上表面存在尖细的 回折点部分的情况中，如图18中箭头标记所示，在该回折点部分，金属层18以回折点为中 心，以成为均等厚度的方式成长，所以与导电性基材13的回折点部分对应的金属层18的上 表面的回折点部分平缓地形成圆弧形状。在图13、图14、图23(b)等图示例中，金属层18 的上表面也与导电性基材13的上表面同样地弯曲，但在实际的金属铸件12中弯曲部分进 行倒角而形成圆弧形状。这样，在本发明中，以将倾斜面部43a、43b的倾斜角度θ形成大致60°以下的方 式在底面设计深度的变化，由此可以将金属铸件12的图案形成为使厚度保持一定并向电 压施加方向弯曲的形状。换句话说，型腔15的底面不必与对置电极正对。另外，绝缘层14的高度也可以不均一，所以如图19所示，在长度方向的绝缘层14 的高度低的部位，比金属层18的上表面的最高位置低也没关系。但是，即使在图19的情况 下，在宽度方向的截面观察的绝缘层14相对于金属铸件12，实施方式1的条件成立。作为实施方式3的一例，图20表示利用本发明形成的电子零件用的触点部件的形 状。根据本发明，没必要对这种形状的金属零件进行任何精加工，只利用电铸就可以形成。(本发明的第四实施方式)图21表示本发明的实施方式4的母模型51的型腔15和金属层18的成长过程。 图21的箭头是表示金属层18成长的方向和成长量的向量。该型腔15通过在型腔15的侧 壁面的中部形成台阶部52，在中途扩大型腔15的截面面积，使型腔15的开口面积比底面 大。另外，绝缘层14以覆盖型腔15的底面上的周缘部的一部分的方式延伸。用绝缘层1 表示底面的绝缘层14的延伸部分。使用该型腔15进行电铸时，首先，在型腔15的底面中没有被绝缘层1 覆盖的区 域电解淀积金属，形成金属层18。另外，持续施加电压时，金属层18距底面未被绝缘层1 覆盖的部分的距离一定，且以在绝缘层Ha之上覆盖重叠的方式成长。另外，通电流而使金属层18成长时，在台阶部52之上金属层18突出成长。这时， 从未被绝缘层Ha覆盖的底面观察，金属层18在台阶部52的背阴(陰)的部分以距台阶 部52的边缘的距离一定的方式成长。这样，通过在型腔15设置台阶部52，金属铸件12铸造为向台阶部52的上部突出 的形状。另外，通过用绝缘层Ha覆盖型腔15的底面的周缘部，在其上部可以形成对金属 铸件12倒角的形状。即，通过使用本变形例，在反转复制母模型11的形状的表面可以形成 追加有圆弧状倒角的金属部件。图22是表示在型腔15的底面设有绝缘层1 的另外例子的剖面图。该母模型61 中，沿型腔15的底面的两侧部或外周缘，以绝缘层14覆盖底面的一部分的方式延伸而形成 底面的绝缘层14a。使用该母模型61的情况下，金属层18以距底面的未被绝缘层1 覆盖 的部分的距离一定且在绝缘层Ha之上覆盖重叠的方式成长，由此，金属铸件12的上表面 外周部弯曲成圆弧状而形成。
另外，如该实施方式，被型腔15的底面的一部分绝缘层Ha覆盖而使金属层18上 表面的一部分弯曲的情况下，金属层18的厚度不均由导电性基材13露出的区域之上的金 属层18的垂直方向的厚度大致均一的区域进行评价。(其它实施方式)以下，表示各种形状的母模型71 88。图23(a)是使用具有上方宽度窄而在两侧面带锥面的绝缘层14的母模型71的 图。图23(b)所示的母模型72为在导电性基材13的上表面具有凹部32，一侧壁面的 绝缘层14处于凹部32之外，另一绝缘层14进入凹部32内的母模型。图M (a)所示的母模型73将绝缘层14形成绝缘层91a、91b的双层构成，在开口 宽度窄的绝缘层91a之上重叠有开口宽度宽的绝缘层91b。图M(b)所示的母模型74是在上方窄的截面锥形的绝缘层91a之上重叠比其开 口宽度宽的绝缘层91b而形成双层构成的绝缘层14的母模型。图M(C)所示的母模型75是在型腔15的底面形成V槽状的凹部32，并且在开口 宽度窄的绝缘层91a之上重叠开口宽度宽的绝缘层91b而将绝缘层14形成双层构成的母 模型。图对⑷所示的母模型76是以图23(b)的母模型72为基础，将其绝缘层14形成 开口宽度窄的绝缘层91a和开口宽度宽的绝缘层91b的双层构成的母模型。图25(a)所示的母模型77是使用由导电材料构成的导电性膜部92b覆盖由不导 电材料(绝缘材料)构成的芯材92a的表面的导电性基材13的母模型。图25(b) (d)所示的母模型78 80也是使用由导电材料构成的导电性膜部 92b覆盖由不导电材料(绝缘材料)构成的芯材92a的表面的导电性基材13的母模型，另 外，在图25(b)的母模型78中，使用锥形的绝缘层14，在图25(c)、(d)的母模型79、80中 使用具有凹部32的导电性基材13。图沈(a) (d)所示的母模型81 84都使绝缘层14形成绝缘层91a、91b的双 层构成，在开口宽度窄的绝缘层91a之上重叠开口宽度宽的绝缘层91b并使用用由导电材 料构成的导电性膜部92b覆盖由不导电材料(绝缘材料)构成的芯材92a的表面的导电性 基材13的母模型。图27(a)所示的母模型85是在导电性基材13的上表面形成凹部32，以使绝缘层 14进入凹部32的一部分的方式形成，并且在型腔15的底面使绝缘层1 延伸的母模型。 另外，图27 (b)的母模型86是进而将绝缘层14形成绝缘层91a、91b的双层构成的母模型。 另外，图观仏)、(b)的母模型87、88是进而使用由导电材料构成的导电性膜部92b覆盖由 不导电材料(绝缘材料)构成的芯材92a的表面的导电性基材13的母模型。用于本发明的母模型如上所述，可以使用各种形状、构造的母模型，无论是哪一种 母模型，顶端空间高度H和型腔宽度W都如下定义。顶端空间高度例如如图23、图M等所 示，从制作的金属铸件12的最高位置至型腔15的上表面开口的高度(即，绝缘层14的上表 面所在位置的高度的平面)的垂直距离。但是，绝缘层14的上表面的高度不均的情况下， 如图13(a)、(b)所示，视为至最低位置的绝缘层14的上表面的垂直距离。另外，型腔宽度 W为金属铸件12的上表面所在位置的高度处的型腔15的宽度。
权利要求
1.一种电铸方法，其具有母模型形成工序，在导电性基材的上表面重叠而形成绝缘层，在所述绝缘层设有凹部， 并且使所述导电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；电解淀积工序，将所述母模型配置在电解槽内并施加电压，在所述凹部内的所述导电 性基材的露出面电解淀积金属，其特征在于，在所述电解淀积工序中，所述凹部的宽度为300 μ m以上的情况下，以留有高度为所述 凹部的宽度的1/2. 85倍以上的空间的方式使金属层在所述凹部内成长。
2.一种电铸方法，其具有母模型形成工序，在导电性基材的上表面重叠而形成绝缘层，在所述绝缘层设有凹部， 并且使所述导电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；电解淀积工序，将所述母模型配置在电解槽内并施加电压，在所述凹部内的所述导电 性基材的露出面电解淀积金属，其特征在于，在所述电解淀积工序中，所述凹部的宽度为200 μ m以上且不足300 μ m的情况下，以留 有高度为所述凹部的宽度的1/3. 75倍以上的空间的方式使金属层在所述凹部内成长。
3.一种电铸方法，其具有母模型形成工序，在导电性基材的上表面重叠而形成绝缘层，在所述绝缘层设有凹部， 并且使所述导电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；电解淀积工序，将所述母模型配置在电解槽内并施加电压，在所述凹部内的所述导电 性基材的露出面电解淀积金属，其特征在于，在所述电解淀积工序中，所述凹部的宽度为100 μ m以上且不足200 μ m的情况下，以留 有高度为所述凹部的宽度的1/4倍以上的空间的方式使金属层在所述凹部内成长。
4.一种电铸方法，其具有母模型形成工序，在导电性基材的上表面重叠而形成绝缘层，在所述绝缘层设有凹部， 并且使所述导电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；电解淀积工序，将所述母模型配置在电解槽内并施加电压，在所述凹部内的所述导电 性基材的露出面电解淀积金属，其特征在于，在所述电解淀积工序中，所述凹部的宽度不足100 μ m的情况下，以留有高度为所述凹 部的宽度的1/10倍以上的空间的方式使金属层在所述凹部内成长。
5.如权利要求1 4中任一项所述的电铸方法，其特征在于，在所述母模型形成工序 中，在所述凹部的底面的周缘部的至少一部分形成所述绝缘层。
6.如权利要求1 4中任一项所述的电铸方法，其特征在于，在与所述凹部的底面重叠 的区域，在所述导电性基材的上表面形成有凹部。
7.如权利要求1 4中任一项所述的电铸方法，其特征在于，在所述凹部的底面露出的 所述导电性基材的表面是以相对于与电压施加方向垂直的面的倾斜角度为60°以下的面 为主而构成的集合。
8.如权利要求1 4中任一项所述的电铸方法，其特征在于，在所述母模型形成工序 中，在所述凹部的侧壁面形成有将所述凹部的开口面积扩大的台阶部。
9.如权利要求1 4中任一项所述的电铸方法，其特征在于，在所述电解淀积工序中， 在所述电解槽内流动的电流的累计通电量达到规定值时，停止施加所述电压。
全文摘要
一种电铸方法，在重叠于导电性基材(13)的上表面而形成的绝缘层(14)上开设型腔(15)而制作母模型(11)。将该母模型(11)配置在电解槽内并施加电压，在型腔(15)的底面电解淀积金属，在型腔(15)内电铸金属铸件(12)。在该电解淀积工序中，将型腔(15)的宽度设为W、型腔(15)的上表面开口与金属层(18)的上表面之间的顶端空间的垂直高度设为H时，残留在金属层(18)之上的顶端空间的高度H，若为W≥300μm，则满足H≥W/2.85；若为200μm≤W＜300μm，则满足H≥W/3.75；若为100μm≤W＜200μm，则满足H≥W/4；若为W＜100μm，则满足H≥W/10，使金属层(18)停止成长。
文档编号C25D1/00GK102149855SQ20098013543
公开日2011年8月10日 申请日期2009年9月11日 优先权日2008年9月29日
发明者三浦康弘, 关寿昌, 吉田仁, 山下利夫, 畑村章彦 申请人:欧姆龙株式会社