СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПЛЕНКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПЛЕНКИ Российский патент 2019 года по МПК C25D5/02 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к способу формирования пленки для формирования металлической пленки на поверхности подложки и устройству формирования пленки того же назначения, и, в частности, относится к способу формирования пленки для формирования металлической пленки на поверхности подложки при подаче электрического напряжения между анодом и подложкой посредством мембраны из твердого электролита, и устройству формирования пленки того же назначения.

2. Раскрытие предшествующего уровня техники

[0002] Как правило, когда металлическая пленка формируется на поверхности подложки, металлическая пленка иногда формируется при помощи устройства формирования пленки, содержащего мембрану из твердого электролита. В устройстве формирования пленки такого типа, например, в японской патентной заявке №2016-169398 (JP 2016-169398 А) предложено устройство формирования пленки для формирования металлической пленки на части поверхности подложки. Данное устройство формирования пленки содержит: анод; мембрану из твердого электролита, размещенную между анодом и подложкой; хранилище раствора, в котором хранится металлический раствор, содержащий ионы металла, так, что металлический раствор контактирует с анодом и мембраной из твердого электролита; и источник электроэнергии, подающий напряжение между анодом и подложкой.

[0003] Мембрана из твердого электролита устройства формирования пленки формируется с углубленными участками, которые углублены относительно контактной поверхности, контактирующей с областью формирования пленки таким образом, что мембрана из твердого электролита контактирует с областью формирования пленки в поверхности подложки, областью, где формируется металлическая пленка, и мембрана из твердого электролита не контактирует с поверхностью, не содержащей область формирования пленки. При такой конфигурации, так как участки (в частности, выступающие участки), не содержащие углубленные участки в мембране из твердого электролита, частично контактируют с поверхностью подложки, возможно формирование металлической пленки на части поверхности подложки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Однако, когда металлическая пленка формируется при помощи устройства для формирования пленки, раскрытого в заявке JP 2016-169398 А, металлическая пленка фактически формируется в области контакта на поверхности подложки, причем область контакта соприкасается с выступающими участками мембраны из твердого электролита, но электрическое напряжение прикладывают ко всей подложке; таким образом, ионы металла могут также перемещаться вокруг этой контактной зоны. Следовательно, металлическая пленка может быть сформирована даже в областях, в значительной степени отклоненных от этой области контакта, контактирующей с выступающими участками мембраны из твердого электролита.

[0005] Настоящее изобретение предлагает способ формирования металлической пленки, посредством которого может быть сформирована металлическая пленка в рамках требуемого диапазона в подложке, а также устройство формирования пленки для того же.

[0006] Учитывая вышеуказанную проблему, авторы изобретения повторно провели исследования и в результате пришли к заключению, что посредством приведения в движение металлических ионов, проходящих через мембрану из твердого электролита, таким образом, чтобы быть собранными в заранее определенном положении, находящемся на стороне подложки, можно сформировать металлическую пленку в требуемой области на подложке.

[0007] Способ формирования пленки для металлической пленки согласно первому аспекту настоящего изобретения содержит: подачу металлического раствора, содержащего ионы металла, так что металлический раствор вступает в контакт с мембраной из твердого электролита со стороны анода мембраны из твердого электролита в положении, при котором мембрана из твердого электролита размещена между анодом и подложкой; прижатие мембраны из твердого электролита к подложке; подачу электрического напряжения между анодом и подложкой в положении, в котором мембрана из твердого электролита прижимается к подложке так, чтобы сформировать металлическую пленку, получаемую из ионов металла на поверхности подложки, при этом мембрана из твердого электролита содержит: первую фазу, образованную из ионопроницаемого материала, в который проникают ионы металла; и вторую фазу, образованную из материала, обладающего электроизолирующим свойством и имеющего более низкую проницаемостью для ионов металла, чем проницаемость ионопроницаемого материала упомянутой первой фазы, упомянутая вторая фаза встроена в первую фазу так, чтобы подвергаться воздействию от поверхности мембраны из твердого электролита, поверхности мембраны из твердого электролита, находящейся напротив подложки.

[0008] Согласно первому аспекту настоящего изобретения, когда электрическое напряжение подают между анодом и подложкой в положении, в котором мембрана из твердого электролита прижата к подложке, вторая фаза становится поляризованной. Когда ионы металла, прошедшие через первую фазу, приближаются к поляризованной второй фазе, ионы металла притягиваются ко второй фазе, а затем перемещаются вблизи границы раздела первой фазы и второй фазы в направлении подложки. Так как металлический раствор между подложкой и второй фазой функционирует, как диффузионный слой Нернста, ионы металла перемещаются по поверхности подложки, расположенной напротив второй фазы, и металл из ионов металла осаждается на ней. В результате туннельного эффекта ионы металла двигаются таким образом, чтобы собираться на поверхности подложки, расположенной напротив второй фазы, маловероятно, что металлическая пленка сформируется на поверхности подложки, расположенной напротив первой фазы. Соответственно, можно сформировать металлическую пленку, которая будет находиться в пределах требуемого диапазона на подложке. Принцип осаждения металла (принцип формирования металлической пленки) будет раскрыт в описании варианта осуществления ниже.

[0009] «Мембрана из твердого электролита, содержащая вторую фазу, сформированную таким образом, что когда приложено электрическое напряжение, ионы металла, проходящие через упомянутую первую фазу, проходят вокруг второй фазы, и металл из ионов металла осаждается на поверхности подложки, поверхности, находящейся напротив второй фазы», как указано в первом аспекте настоящего изобретения, как будет раскрыто ниже, может быть получено посредством надлежащего выбора формы и размера второй фазы, доли второй фазы, включенной в мембрану из твердого электролита, и т.д., при условиях материала второй фазы таким образом, что металл из ионов металла осаждается на поверхности подложки, поверхности, находящейся напротив второй фазы, когда подается электрическое напряжение.

[0010] В первом аспекте настоящего изобретения мембрана из твердого электролита может содержать вторую фазу, сформированную таким образом, что при подаче напряжения ионы металла, проходящие через первую фазу, проходят вокруг второй фазы, и металл из ионов металла осаждается на поверхности подложки, поверхности подложки, находящейся напротив второй фазы.

[0011] Кроме того, в первом аспекте настоящего изобретения вторая фаза может содержать участки, выпуклые в сторону расположения подложки. Согласно этому аспекту, так как вторая фаза имеет участки, выпуклые в сторону расположения подложки, ионы металла перемещаются вокруг выпуклых участков второй фазы так, что ионы металла могут легко перемещаться. Соответственно, можно сформировать металлическую пленку в более тонкой области.

[0012] В этом случае вторая фаза может содержать множество элементов, множество нитей, множество частиц или множество волокон. Например, если вторая фаза сформирована множеством волокон, ионы металла движутся вдоль поверхности подложки, поверхности, расположенной напротив соответствующих волокон из множества волокон, и металл соответственно оседает на ней; таким образом, можно сформировать на поверхности подложки металлическую пленку со структурой, соответствующей структуре волокна множества волокон.

[0013] В случае, когда вторая фаза сформирована множеством волокон, «вторая фаза, сформированная таким образом, что когда подается электрическое напряжение ионы металла, проходящие через первую фазу, проходят вокруг второй фазы, и металл из ионов металла осаждается на поверхности подложки, поверхности, находящейся напротив второй фазы», как указано в первом аспекте настоящего изобретения, что соответствует «второй фазы, сформированной множеством волокон»; и за счет использования множества волокон возможно осаждение металла из ионов металла на поверхность подложки, находящуюся напротив соответствующих волокон.

[0014] В первом аспекте настоящего изобретения вторая фаза содержит множество волокон, простирающихся вдоль одного направления с интервалами между волокнами, при этом способ формирования пленки содержит: прижатие мембраны из твердого электролита к подложке и подачу электрического напряжения таким образом, чтобы сформировать металлическую пленку со структурой в виде полос, содержащей продольные первые металлические выступы, где осаждается металл на поверхности подложки, поверхности, находящейся напротив волокон (первый этап формирования пленки); после первого этапа формирования пленки - поворот подложки или мембраны из твердого электролита с металлической пленкой, находящейся напротив мембраны из твердого электролита; и после поворота подложки или мембраны из твердого электролита, за счет прижатия мембраны из твердого электролита к подложке и подачи электрического напряжения, формирование продольных вторых металлических выступов, где осаждается металл, вдоль направления, пересекающегося с направлением, где простираются упомянутые первые металлические выступы, чтобы сформировать металлическую пленку со структурой в виде решетки, включающую упомянутые первые металлические выступы и упомянутые вторые металлические выступы (второй этап формирования пленки).

[0015] Согласно этому аспекту посредством первого этапа формирования пленки и второго этапа формирования пленки может быть сформирована металлическая пленка со структурой в виде решетки; таким образом, можно обеспечить осаждающий эффект на поверхности подложки.

[0016] В настоящем описании изобретения раскрыто устройство формирования пленки для надлежащего осуществления вышеуказанного способа формирования пленки для металлической пленки. Данное устройство формирования пленки согласно второму аспекту настоящего изобретения относится к устройству формирования пленки для металлической пленки, содержащему: анод; мембрану из твердого электролита, размещенную между анодом и подложкой; хранилище раствора, в котором хранится металлический раствор, содержащий ионы металла, так, что металлический раствор контактирует с мембраной из твердого электролита со стороны анода мембраны из твердого электролита; прижимную часть, которая прижимает мембрану из твердого электролита к подложке; источник электроэнергии, подающий электрическое напряжение между анодом и подложкой, при этом устройство формирования пленки формирует металлическую пленку, получаемую из ионов металла на поверхности подложки посредством подачи электрического напряжения от источника электроэнергии. Мембрана из твердого электролита согласно второму аспекту настоящего изобретения содержит: первую фазу, образованную из ионопроницаемого материала, в который проникают ионы металла; и вторую фазу, образованную из материала, обладающего электроизолирующим свойством и имеющего более низкую проницаемость для ионов металла, чем проницаемость ионопроницаемого материала, вторая фаза встроена в первую фазу так, чтобы подвергаться воздействию от поверхности мембраны из твердого электролита, находящейся напротив подложки.

[0017] Согласно второму аспекту настоящего изобретения в положении, в котором мембрана из твердого электролита прижимается к подложке прижимной частью, когда напряжение от источника электроэнергии подается между анодом и подложкой, вторая фаза становится поляризованной, и ионы металла, пройдя через первую фазу, приближаются к поляризованной второй фазе. Ионы металла далее притягиваются ко второй фазе и перемещаются вблизи границы раздела между первой фазой и второй фазой в направлении подложки. Так как ионы металла осаждаются на первой фазе, металлический раствор немного вытекает так, что металлический раствор присутствует между подложкой и второй фазой и, таким образом, функционирует как диффузионный слой Нернста. Поэтому ионы металла двигаются к поверхности подложки, расположенной напротив второй фазы, и металл из ионов металла осаждается на ней. Дополнительно, в результате туннельного эффекта ионы металла перемещаются таким образом, чтобы собраться на поверхности подложки, расположенной напротив второй фазы, маловероятно, что металлическая пленка сформируется на поверхности подложки, расположенной напротив первой фазы. Соответственно, можно сформировать металлическую пленку так, чтобы она находилась в границах требуемого диапазона в подложке. Принцип осаждения металла (принцип формирования металлической пленки) подробно раскрыт в описании варианта осуществления ниже.

[0018] Во втором аспекте настоящего изобретения вторая фаза может быть сформирована таким образом, что когда подается электрическое напряжение, ионы металла, проходящие через первую фазу, проходят вокруг второй фазы, и металл из ионов металла осаждается на поверхности подложки, поверхности подложки, расположенной напротив второй фазы.

[0019] Во втором аспекте настоящего изобретения поверхность, от которой вторая фаза подвергается воздействию, может содержать участки, выпуклые в сторону расположения подложки. Согласно этому аспекту, так как вторая фаза имеет участки, выпуклые в сторону расположения подложки, ионы металла движутся вокруг выпуклых участков второй фазы так, что ионы металла могут легко перемещаться. Соответственно, можно сформировать металлическую пленку в более тонкой области.

[0020] Здесь вторая фаза может содержать, например, множество элементов, множество нитей, множество частиц или множество волокон. Например, если вторая фаза сформирована множеством волокон, ионы металла движутся к поверхности подложки, поверхности, расположенной напротив соответствующих волокон из множества волокон, и металл из ионов металла оседает на поверхности; таким образом, можно сформировать на поверхности подложки металлическую пленку со структурой, соответствующей структуре волокон множества волокон.

[0021] В случае, когда вторая фаза сформирована множеством волокон, «вторая фаза сформирована таким образом, что когда подается электрическое напряжение, ионы металла, проходящие через первую фазу, проходят вокруг второй фазы, и металл из ионов металла осаждается на поверхности подложки, поверхности, расположенной напротив второй фазы», во втором аспекте настоящего изобретения, соответствует «вторая фаза сформирована множеством волокон»; и за счет использования множества волокон возможно осаждение металла из ионов металла на поверхность подложки, расположенную напротив соответствующих волокон.

[0022] Во втором аспекте настоящего изобретения вторая фаза может содержать множество волокон, простирающихся вдоль одного направления с интервалами между волокнами. Согласно данному аспекту за счет прижатия мембраны из твердого электролита к подложке и подачи электрического напряжения на поверхности подложки может быть сформирована металлическая пленка со структурой в виде полос, сформированная продольными металлическими выступами, где осаждается металл, на поверхности, расположенной напротив волокон. Кроме того, после того как мембрана из твердого электролита удалена с подложки, в положении, в котором металлическая пленка расположена напротив мембраны из твердого электролита, подложка или мембрана из твердого электролита поворачивается на заранее определенный угол (например, 90°), а затем мембрана из твердого электролита прижимается к подложке и подается электрическое напряжение, чтобы таким образом сформировать металлическую пленку с решетчатой структурой, образованной продольными металлическими выступами и вновь образованными продольными металлическими выступами.

[0023] Дополнительно, во втором аспекте настоящего изобретения мембрана из твердого электролита может быть установлена в качестве первой мембраны из твердого электролита, и вторая мембрана из твердого электролита, изготовленная из ионопроницаемого материала, через которую проникают ионы металла, может быть уложена на первой мембране из твердого электролита на стороне, где вторая мембрана из твердого электролита контактирует с металлическим раствором в хранилище раствора. Согласно данному аспекту, когда формируется металлическая пленка с другой структурой формирования пленки, за счет удаления первой мембраны из твердого электролита из второй мембраны из твердого электролита и ее замены другой первой мембраной из твердого электролита, так как хранилище раствора закрыто второй мембраной из твердого электролита, можно предотвратить утечку металлического раствора из хранилища раствора.

[0024] Согласно настоящему изобретению можно сформировать металлическую пленку, расположенную в границах требуемого диапазона подложки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0025] Отличительные признаки, преимущества, техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления настоящего изобретения раскрыты ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи, в которых одинаковые обозначения относятся к одинаковым элементам:

ФИГ. 1 представляет собой схематический покомпонентный вид в разрезе устройства формирования пленки для металлической пленки согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

ФИГ. 2А представляет собой вид, отображающий положение волокон, входящих в мембрану из твердого электролита, показанную на ФИГ. 1;

ФИГ. 2В представляет собой вид, отображающий вариант волокон, показанных на ФИГ. 2А;

ФИГ. 2С представляет собой вид, отображающий другой вариант волокон, показанных на ФИГ. 2А;

На ФИГ. 3 показан вариант устройства формирования пленки, показанный на ФИГ. 1;

ФИГ. 4 представляет собой блок-схему, объясняющую первый способ формирования пленки при помощи устройства формирования пленки, показанного на ФИГ. 1;

ФИГ. 5 представляет собой схематический вид в разрезе, объясняющий состояние формирования пленки на поверхности подложки;

ФИГ. 6 представляет собой вид, объясняющий принцип формирования пленки согласно настоящему варианту осуществления;

ФИГ. 7 представляет собой увеличенный вид в разрезе основной части на ФИГ. 6;

ФИГ. 8 представляет собой вид, объясняющий состояние наращивания металлического выступа во время формирования пленки;

ФИГ. 9 представляет собой блок-схему, объясняющую второй способ формирования пленки при помощи устройства формирования пленки, показанного на ФИГ. 3;

ФИГ. 10 представляет собой схематический вид контура, объясняющий формирование металлической пленки во втором способе формирования пленки, показанном на ФИГ. 9;

ФИГ. 11 представляет собой вид, отображающий фотографию поверхности металлической пленки, сформированной при подтверждающем испытании; и

ФИГ. 12 представляет собой график, отображающий результаты измерений шероховатости поверхности металлической пленки, сформированной при подтверждающих испытаниях.

ДЕТАЛЬНОЕ РАСКРЫТИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0026] Далее устройство формирования пленки, которое может надлежащим образом осуществлять формирование металлической пленки согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, будет раскрыто со ссылкой на ФИГ. 1-3.

[0027] ФИГ. 1 представляет собой схематический покомпонентный вид в разрезе устройства 1 формирования пленки для металлической пленки согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. ФИГ. 2А представляет собой вид, отображающий положение волокон, содержащихся в мембране 13 из твердого электролита, показанной на ФИГ. 1, а ФИГ. 2В и ФИГ. 2С показывают различные варианты волокон, показанных на ФИГ. 2А. Устройство 1 формирования пленки согласно настоящему варианту осуществления является устройством, формирующим металлическую пленку на поверхности подложки W.

[0028] Подложка W может быть сформирована из материала на основе алюминия (алюминия или алюминиевого сплава), материала на основе меди (меди или медного сплава), материала на основе никеля (никеля или никелевого сплава); и в качестве альтернативы подложка W может быть подложкой, содержащей поверхностный слой из одного из вышеуказанных металлов, сформированный на поверхности непроводящей подложки, например, кремниевой подложки и полимерной подложки.

[0029] Устройство 1 формирования пленки содержит анод 11, мембрану 13 из твердого электролита, размещенную между анодом 11 и подложкой W, служащей катодом, и хранилище 15 раствора, в которой хранится металлический раствор L, содержащий ионы металла, таким образом, что металлический раствор L контактирует с мембраной 13 из твердого электролита со стороны анода 11. Кроме того, устройство 1 формирования пленки содержит прижимную часть 17, прижимающую мембрану 13 из твердого электролита к подложке W, источник 18 электроэнергии, подающий напряжение между анодом 11 и подложкой W, а также стол 19 для размещения, на котором размещают подложку W.

[0030] Стол 19 для размещения изготовлен из металлического материала и электрически соединяет подложку W и источник 18 электроэнергии. В данном варианте осуществления, несмотря на то, что устройство 1 формирования пленки содержит упомянутый стол 19 для размещения, столом 19 для размещения можно пренебречь, так как подложка W может быть устойчиво прижата мембраной 13 из твердого электролита, и подложка W может иметь электрическое соединение с источником 18 электроэнергии.

[0031] В качестве примера анода 11 могут быть перечислены оксид рутения, платина или оксид иридия, которые не растворяются в металлическом растворе L; и анод 11 может быть анодом, сформированным из медной пластины, покрытой одним из этих металлов. В данном варианте осуществления анод 11 может быть растворимым анодом, сформированным из того же металла (металл из ионов металла в металлическом растворе L), что и металл металлической пленки, и, например, если металлическая пленка является никелевой пленкой, анод 11 формируется из никеля.

[0032] В данном варианте осуществления анод 11 изготовлен из пористого материала, в который металлический раствор L проникает и поставляет ионы металла на мембрану из твердого электролита. Пористый материал не ограничен конкретным материалом, и может быть использован любой материал, поскольку пористый материал (1) обладает коррозионной устойчивостью относительно металлического раствора L, (2) обладает достаточной электропроводностью, чтобы выполнять функцию анода, (3) позволяет металлическому раствору L проникать в пористый материал, и (4) может выдерживать давление прижимной части 17, раскрытой ниже; и, например, примером вышеуказанного пористого материала может быть металлическое вспененное тело, например, титановая пена, имеющая меньшую склонность к ионизации (или имеющая более высокий электродный потенциал), чем электролитически осажденные ионы металла, и металлическое вспененное тело сформировано сплошным вспененным телом с открытыми порами.

[0033] В данном варианте осуществления пористое тело используют для анода 11, но анод 11 может быть изготовлен из не пористого тела, так как между мембраной 13 из твердого электролита и анодом 11 может быть предусмотрено пространство, и металлический раствор L может помещаться в это пространство.

[0034] В процессе мембрана 13 из твердого электролита может поглощать ионы металла при контакте с металлическим раствором L, как раскрыто выше, и может осаждать металл, извлеченный из ионов металла на поверхности подложки W, когда от источника 18 электроэнергии подается электрическое напряжение. Подробное раскрытие конфигурации мембраны 13 из твердого электролита будет представлено ниже.

[0035] В хранилище 15 раствора металлический раствор L хранится таким образом, что металлический раствор L контактирует с мембраной 13 из твердого электролита со стороны анода 11. Хранилище 15 раствора изолировано мембраной 13 из твердого электролита со стороны, где размещена подложка W. В данном варианте осуществления анод 11 является пористым телом; поэтому, если хранилище 15 раствора на стороне анода 11 заполнено металлическим раствором L, в то время как анод 11 и мембрана 13 из твердого электролита уложены друг на друга, металлический раствор L проникает в анод 11, и металлический раствор L, проникнув в анод 11, входит в контакт с мембраной 13 из твердого электролита со стороны анода 11.

[0036] Хранилище 15 раствора сформировано с подающим каналом 15а, подающим металлический раствор L, и выпускным каналом 15b, выпускающим данный металлический раствор. Хранилище 15 раствора изготовлено из нерастворимого материала по отношению к металлическому раствору L и может быть сформировано из металла или полимера.

[0037] Пример металлического раствора L может включать электролит, содержащий ионы меди, никеля, серебра и т.п., состав металлического раствора L не ограничен конкретным составом, так как металл, чтобы стать металлической пленкой, может оставаться в ионном состоянии. Пример растворителя металлического раствора L может включать воду, спирт и т.п. Например, в случае ионов никеля пример растворителя металлического раствора L может содержать сульфат никеля, нитрат никеля, ацетат никеля и т.п.

[0038] Хранилище 15 раствора соединено с источником подачи (не показан), подающим металлический раствор L, и металлический раствор L, подаваемый от источника подачи, подается по подающему каналу 15а внутрь хранилища 15 раствора, а затем выпускается из выпускающего канала 15b за пределы хранилища 15 раствора.

[0039] Прижимная часть 17 является устройством, выполненным с возможностью присоединения к хранилищу 15 раствора и прижатия мембраны 13 из твердого электролита к подложке W. Механизм прижимной части 17 не ограничен конкретным механизмом, так как мембрана 13 из твердого электролита может быть прижата к подложке W за счет перемещения хранилища 15 раствора в направлении подложки W. Например, в качестве примера прижимной части 17 представлен электропривод прямого действия, выполненный с возможностью перемещать хранилище 15 раствора в направлении подложки W, но также может быть использован цилиндр гидравлического типа или пневматического типа, перемещающий хранилище 15 раствора в направлении подложки W.

[0040] Дополнительно, в данном варианте осуществления устройство 1 формирования пленки может при необходимости дополнительно содержать блок 17а измерения давления, например, динамометрический датчик, выполненный с возможностью измерения давления, оказываемого прижимной частью 17, и контроллер 17b, выполненный с возможностью регулирования давления прижимной части 17 таким образом, чтобы давление, измеренное блоком 17а измерения давления, становилось постоянным. Хотя подробно не показано на ФИГ. 1, если прижимная часть 17 является электроприводом прямого действия, контроллер 17b управляет током, который должен быть подан на привод прямого действия. Если прижимная часть 17 является цилиндром гидравлического типа или пневматического типа, контроллер 17b управляет давлением рабочей жидкости, которая должна быть подана на прижимную часть 17.

[0041] В данном варианте осуществления источник 18 электроэнергии является источником электроэнергии постоянного тока, предназначенным для подачи напряжения между анодом 11 и подложкой W, но источник 18 электроэнергии может быть источником электроэнергии переменного тока, по мере того, как источник электроэнергии может подавать напряжение между анодом 11 и подложкой W. Положительный электрод источника 18 электроэнергии соединен с анодом 11, и отрицательный электрод источника 18 электроэнергии соединен со столом 19 для размещения. Стол 19 для размещения электрически соединен с подложкой W, как будет раскрыто ниже. Таким образом, подложка W служит катодом.

[0042] В данном варианте осуществления мембрана 13 из твердого электролита содержит: первую фазу 13а, формируемую ионопроницаемым материалом, в который проникают ионы металла; и вторую фазу 13b, формируемую материалом, обладающим электроизолирующим свойством и меньшей проницаемостью для ионов металла, чем ионопроницаемый материал первой фазы 13а. «Материал, обладающий меньшей проницаемостью для ионов металла», упоминаемый в данном описании изобретения, также включает «материал, в который не проникают ионы металла».

[0043] Материал первой фазы 13а не ограничен конкретным материалом, так как материал является ионопроницаемым материалом, в который проникает металлический раствор, и, например, в качестве материала первой фазы 13а могут быть указаны фтористые полимеры, например, Нафион (R), производимый DuPont, Inc., полимеры на основе углеводов, полимеры на основе полиамидной кислоты, и твердый электролит (полимер) с функцией катионного обмена, например, Selemion (серия CMV, CMD, CMF), произведенный Asahi Glass Co., Ltd., и проч. Толщина пленки мембраны 13 из твердого электролита может составлять 100-300 μм.

[0044] Материал второй фазы 13b не ограничен конкретным материалом, так как материал обладает свойством электропроводности, а также обладает меньшей проницаемостью для ионов металла, чем ионопроницаемый материал первой фазы 13а; и данный материал формируется диэлектрическим веществом, которое должно быть поляризовано, когда электрическое напряжение подается от источника 18 электроэнергии, таким как, нейлон 66, МС нейлон, политетрафторэтилен (ПТФЭ), винил хлорид и проч.

[0045] Автор настоящего изобретения исследовал механические характеристики материалов первой фазы 13а, представленных в качестве примера выше, и материалов второй фазы 13b, представленных в качестве примера выше; они оба были изготовлены из полимерных материалов и, таким образом, обладали практически одинаковыми механическими характеристиками. Соответственно, во время формирования пленки, как будет раскрыто ниже, когда мембрана 13 из твердого электролита была прижата к подложке W, вторая фаза не была отделена от первой фазы 13а. В частности, если первая фаза 13а сформирована из полимера на основе фтора, и вторая фаза 13b сформирована из полимера на основе фтора, например, политетрафторэтилена (ПТФЭ), можно обеспечить усиление тесного контакта между ними.

[0046] В этом случае вторая фаза 13b будет внедрена в первую фазу 13а таким образом, что вторая фаза 13b подвергается воздействию от поверхности мембраны 13 из твердого электролита, а именно, поверхности находящейся напротив подложки W. В данном варианте осуществления вторая фаза 13b внедрена в мембрану 13 из твердого электролита только со стороны подложки W. Вторая фаза 13b сформирована таким образом, что при подаче напряжения между анодом 11 и подложкой W от источника 18 электроэнергии, ионы металла, проходящие через первую фазу 13а, проходят вокруг второй фазы 13b, и металл из ионов металла затем осаждается на поверхности подложки W, поверхности находящейся напротив второй фазы 13b.

[0047] Сконфигурированная выше вторая фаза 13b может быть получена посредством соответствующего выбора формы и размера второй фазы 13b и доли второй фазы 13b, содержащейся в мембране 13 из твердого электролита, и прочего при условиях, описанных выше, для материала второй фазы 13b, таким образом, чтобы при подаче электрического напряжения металл из ионов металла затем осаждался на поверхности подложки W, а именно, поверхности находящейся напротив второй фазы 13b.

[0048] Такая вторая фаза 13b может быть сконфигурирована множеством элементов, множеством нитей, множеством частиц или множеством волокон; и множество волокон может состоять из длинных волокон или коротких волокон. В данном варианте осуществления вторая фаза 13b сформирована волокнами 13с, простирающимися в одном направлении (т.е. выровненными в одном направлении) с интервалами между волокнами, как показано на ФИГ. 2А. На ФИГ. 1 и ФИГ. 3 размер и количество волокон 13с показаны схематически, и, например, предпочтительно выровнять приблизительно от 1,6 до 16 волокон 13с на 1 см.

[0049] В качестве другого аспекта вторая фаза 13b может быть сформирована гладкой тканью, сплетенной из множественных нитей основы (волокон) 13d и множественных уточных нитей (волокон) 13е, как показано на ФИГ. 2В; а также может быть использована другая ткань, например, ткань саржевого плетения и атласного плетения.

[0050] Кроме вышеуказанной ткани, как показано на ФИГ. 2С, вторая фаза 13b может быть сформирована тканью с барежевым переплетением (перевивочным плетением), образованной закручивающимися нитями (волокнами) 13f и расходуемыми нитями (волокнами) 13g вокруг уточных нитей (волокон) 13h. В нитях (волокнах) 13f основы и уточных нитях (волокнах) 13h предпочтительно расположить в ряд от 1,6 до 16 волокон на 1 см. Как показано на ФИГ. 2В и ФИГ. 2С, если вторая фаза 13b является тканью, сформированной множеством волокон, можно увеличить прочность мембраны 13 из твердого электролита.

[0051] Каждое из множества волокон, показанных на ФИГ. 2А-2С, имеет в поперечном сечении овальную форму, и, как показано на ФИГ. 1, в связи с такой формой каждое из этих волокон, включенных во вторую фазу 13b, имеет участок, выпуклый в сторону расположения подложки W.

[0052] При такой конфигурации, как показано на ФИГ. 6, описанной ниже, во время формирования пленки ионы металла перемещаются вокруг выпуклых участков волокон второй фазы 13b так, что ионы металла могут легко двигаться. Соответственно, можно сформировать металлическую пленку в более тонкой области. Так как каждое волокно имеет такую выпуклую часть, форма в сечении каждого волокна может быть любой, например, круглой или многоугольной формой, и соответственно, форма в сечении не ограничена конкретной формой.

[0053] Диаметр каждого волокна может быть в пределах диапазона от 12 до 70 μм. Коэффициент формы каждого волокна может быть в пределах диапазона от 1 до 10 или от 1 до 3. Коэффициент формы является соотношением между размером длинной оси сечения (максимальным размером сечения) и размером короткой оси перпендикулярной относительно длинной оси; и коэффициент формы окружности составляет 1. За счет соблюдения этих диапазонов ионы металла, проходящие через первую фазу 13а мембраны 13 из твердого электролита, вероятно, будут проходить вокруг волокон и будут легко собираться на выпуклых частях соответствующих волокон.

[0054] На ФИГ. 3 показан вариант устройства формирования пленки, показанного на ФИГ. 1. Данное устройство формирования пленки отличается от устройства формирования пленки, изображенного на ФИГ. 1 тем, что мембраны из твердого электролита уложены друг на друга. Другие конфигурации аналогичны, и поэтому их подробное раскрытие будет опущено.

[0055] Как показано на ФИГ. 3, в данном варианте осуществления мембрана 13 из твердого электролита устройства 1 формирования пленки, показанного на ФИГ. 1, будет определяться, как первая мембрана 13А из твердого электролита, а вторая мембрана 13В из твердого электролита, сформированная тем же ионопроницаемым материалом, что и первая фаза 13 а, уложена на первую мембрану 13А из твердого электролита со стороны, где вторая мембрана 13В из твердого электролита контактирует с металлическим раствором L хранилища 15 раствора. В частности, вторая мембрана 13В из твердого электролита закрывает хранилище 15 раствора.

[0056] В соответствии с данным устройством 1 формирования пленки возможна такая конфигурация, что когда сформирована металлическая пленка с другой структурой пленки, первую мембрану 13А из твердого электролита удаляют со второй мембраны 13В из твердого электролита, а затем устанавливают другую первую мембрану 13А из твердого электролита для формирования металлической пленки с другой структурой на вторую мембрану 13В из твердого электролита. В данном варианте осуществления, так как хранилище 15 раствора закрыто второй мембраной 13В из твердого электролита, можно предотвратить утечку металлического раствора L из хранилища 15 раствора.

[0057] Первый способ формирования пленки для металлической пленки согласно вариантам осуществления будет раскрыт далее. ФИГ. 4 представляет собой блок-схему, поясняющую первый способ формирования пленки при помощи устройства 1 формирования пленки, показанного на ФИГ. 1. Сначала на шаге S11, как показано на ФИГ. 1, подложку W помещают в положение напротив мембраны 13 из твердого электролита. При этом мембрана 13 из твердого электролита размещена между анодом 11 и подложкой W. В устройстве 1 формирования пленки, показанном на ФИГ. 1, с раскрытой выше конструкцией металлический раствор L размещен в хранилище 15 раствора так, что металлический раствор L, содержащий ионы металла, контактирует с мембраной 13 из твердого электролита со стороны анода 11.

[0058] Затем на шаге S12 мембрану 13 из твердого электролита прижимают к подложке W прижимной частью 17. Во время прижимания возможно давление прижимной части 17 измерить блоком 17а измерения давления, и давление прижимной части 17 регулируется контроллером 17b так, чтобы установить давление, измеренное блоком 17а измерения давления, постоянным. Посредством такого регулирования можно прижимать мембрану 13 из твердого электролита к подложке W постоянным образом, чтобы сформировать однородную металлическую пленку F.

[0059] Следовательно, на шаге S13 за счет подачи напряжения источником 18 электроэнергии между анодом 11 и подложкой W с поддержанием состояния прижатия на подложке W формируется металлическая пленка F, получаемая из ионов металла. При формировании пленки таким образом, как показано на ФИГ. 5, часть мембраны 13 из твердого электролита, та часть, которая располагается напротив второй фазы 13b, становится областью осаждения, где осаждается металл, а часть мембраны 13 из твердого электролита, та часть, которая располагается напротив первой фазы 13 а, становится областью не осаждения, где мала вероятность осаждения металла. Так как вторая фаза 13b сформирована множеством волокон 13с, простирается в одном направлении, возможно формирование металлической пленки F со структурой в виде полос, сформированной продольными металлическими выступами f, где осаждается металл.

[0060] Например, как показано на ФИГ. 2С, если для второй фазы 13b используют ткань с перевивочным переплетением согласно экспериментам, проведенным авторами изобретения, раскрытым ниже, уточные нити (волокна) 13h имеют более толстые отдельные волокна, чем нити основы (волокна) 13f, и более велика вероятность того, что расходуемые волокна 13g будут с усилием прижаты к подложке W, чтобы таким образом сформировать металлическую пленку F со структурой в виде полос.

[0061] Дополнительно сечение каждого продольного металлического выступа f (сечение, перпендикулярное направлению в котором простираются металлические выступы f) имеет треугольную форму поперечного сечения, которое остро выступает в направлении в сторону от подложки W. Такая форма усиливает осаждающий эффект поверхности подложки W, на которой формируется металлическая пленка F.

[0062] Таким образом, будет раскрыт принцип формирования вышеуказанной металлической пленки F со ссылкой на ФИГ. 6-8. ФИГ. 6 представляет собой вид, объясняющий принцип формирования пленки согласно настоящему варианту осуществления. ФИГ. 7 представляет собой увеличенный вид в разрезе основной части на ФИГ. 6. ФИГ. 8 представляет собой вид, объясняющий состояние наращивания металлического выступа во время формирования пленки.

[0063] Обычно минимальный канал для ионов металла, которые проходят через мембрану 13 из твердого электролита за счет подачи электрического напряжения между анодом 11 и подложкой W, это прямой канал, проходящий перпендикулярно от одной поверхности к другой поверхности мембраны 13 из твердого электролита (например, канал, проходящий вдоль направления, перпендикулярного мембране 13 из твердого электролита).

[0064] Однако, во второй фазе 13b мембраны 13 из твердого электролита, использованной в данном варианте осуществления, ионы М металла не могут двигаться через мембрану 13 из твердого электролита по прямой перпендикулярной линии, и, таким образом, ионы металла неизбежно двигаются через каналы, избегая волокон 13с второй фазы 13b.

[0065] Этот эффект называют затенением, и часть мембраны 13 из твердого электролита, в которой ионы М металла неизбежно двигаются через каналы, уклоняясь от волокон 13с, называют теневым участком S. Введение теневого участка S в мембрану 13 из твердого электролита посредством использования волокон 13с второй фазы 13b способствует снижению количества ионов М металла, проходящих через часть мембраны 13 из твердого электролита, часть, активно перемещающую ионы М металла, чтобы таким образом увеличить рабочее электрическое напряжение мембраны 13 из твердого электролита.

[0066] Здесь часть подложки W, а именно, часть, расположенная напротив теневого участка S в мембране 13 из твердого электролита, прилегающая к подложке W в направлении, в котором потоки ионов металла проходят через первую фазу 13а, называют слепым участком В. В мембране 13 из твердого электролита настоящего варианта осуществления волокна 13с во второй фазе 13b локально расположены в поверхности, расположенной на стороне подложки W мембраны 13 из твердого электролита так, чтобы уменьшить теневой участок S в направлении толщины мембраны 13 из твердого электролита. Таким образом, можно сдержать увеличение рабочего электрического напряжения мембраны 13 из твердого электролита.

[0067] Во время формирования пленки за счет подачи электрического напряжения между анодом 11 и подложкой W ионы М металла погружаются внутрь мембраны 13 из твердого электролита, и металл из ионов М металла осаждается на поверхности подложки W.

[0068] В это время на участке, где подложка W и волокна 13с второй фазы 13b находятся в контакте друг с другом (например, на слепом участке В), а также вблизи данной области, небольшое количество металлического раствора L, осевшего на мембране 13 из твердого электролита, формируется как диффузионный слой R Нернста (см. ФИГ. 7). Предельный диффузионный ток I в диффузионном слое R Нернста является обратно пропорциональным толщине диффузионного слоя R Нернста, как показано в следующей формуле.

[0069]

I=Z×F×D×C/δ,

где I: предельный диффузионный ток, Z: валентность ионов металла, F: постоянная Фарадея, D: постоянная диффузии, С: концентрация металлического раствора (электролита), δ: диффузионный слой R Нернста.

[0070] В частности, в связи с затенением ионы М металла, двигающиеся вдоль границы раздела между волокнами 13с второй фазы 13b и первой фазой, вероятно, будут перемещены на участок, где подложка W и волокна 13с находятся в контакте друг с другом (слепой участок В), так как толщина диффузионного слоя R Нернста на участке, где подложка W и волокна 13с находятся в контакте друг с другом, меньше толщины диффузионного слоя R Нернста в других частях.

[0071] В частности, в связи с прижатием к подложке W посредством мембраны 13 из твердого электролита диффузионный слой R Нернста, имеющий толщину на слепом участке В с волокнами 13с в контакте, уменьшается, чтобы таким образом увеличить указанный выше предельный диффузионный ток; таким образом, ионы М металла собираются на границе раздела между подложкой W и волокнами 13с, и, таким образом, металл оседает на этой части.

[0072] Дополнительно, когда металлическая пленка формируется при условии сформировать гладкую металлическую пленку с заранее заданной толщиной, металлические выступы f, имеющие большую толщину, чем заранее заданная толщина, формируются на металлической пленке F, сформированной устройством 1 формирования пленки. Причина этого будет раскрыта ниже.

[0073] Полевая эмиссия электронов является эффектом, при котором электроны испускаются твердой поверхностью при внешнем приложении электрического поля для увеличения вероятности проникновения (например, см. O.UjsaghyPhys.rev.Lett.85,12,2558,2000). Чтобы происходило испускание электронов твердой поверхностью наружу, должна быть приложена энергия, равная работе выхода электронов от электронного уровня до вакуумного уровня твердого тела, и если энергия не больше этого, электроны отражаются от барьера потенциала поля зеркального изображения заряда. Когда электрическое напряжение подают снаружи для формирования потенциала внешнего электрического поля, генерируется барьер синтетического потенциала, потенциала внешнего электрического поля и потенциала поля зеркального изображения заряда. Затем электроны испускаются твердой поверхностью в вакуум с энергией, не превышающей работу выхода; и данное явление называют эффектом Шоттки.

[0074] С постепенным увеличением приложенного извне электрического напряжения увеличивается градиент потенциала внешнего электрического поля, и генерируется барьер синтетического потенциала с шириной с учетом уровня Ферми. Так как электроны обладают корпускулярно-волновым дуализмом, существуют электроны, проходящие через барьер упомянутой ширины благодаря туннельному эффекту.

[0075] Электроны, прошедшие через потенциальный барьер, испускаются и ускоряются наружу за счет потенциала внешнего электрического поля. В это время за счет постепенного увеличения электрического напряжения, подаваемого извне, ширина потенциала становится меньше, и, таким образом, увеличивается вероятность проникновения. За счет формирования твердого тела в форме углубления-выступа можно сгенерировать неоднородное электрическое поле, чтобы увеличить вероятность проникновения от поверхности.

[0076] При вышеуказанном туннельном эффекте металлические выступы f на поверхности подложки W, показанные на ФИГ. 8, снаружи обеспечены электрическим полем за счет дальнейшего формирования пленки; таким образом, полевая эмиссия электронов становится легче, так как расстояние между металлическими выступами f, сформированными на поверхности подложки W, и мембраной 13 из твердого электролита становится меньше. Таким образом, можно считать, что в связи с затенением ионы М металла, движущиеся вдоль границы раздела между волокнами 13с второй фазы 13b и мембраной 13 из твердого электролита, чаще захватываются электронами, испускаемыми от металлических выступов f; таким образом, толщина металлических выступов f становится больше заранее заданной толщины.

[0077] Таким образом, если осуществляется формирование пленки согласно настоящему варианту осуществления, вероятность проникновения (вероятность туннелирования) Т электронов изменяется экспоненциально, в зависимости от расстояния между волокнами 13с и металлическими выступами f, как показано в формуле ниже.

[0078]

где Т: вероятность проникновения электронов, z: расстояние между волокнами 13с и металлическими выступами f, m: масса электрона е, h: постоянная Планка / 2π, φ: работа выхода, V: электрическое напряжение, Е: энергия электронов.

[0079] При формировании пленки вследствие прижатия прижимной частью 17 расстояние z между волокнами 13с и металлическими выступами f во время формирования пленки становится меньше; таким образом, вероятность проникновения электронов становится выше, что способствует росту металлических выступов f.

[0080] Второй способ формирования пленки для металлической пленки согласно варианту осуществления будет раскрыт далее. ФИГ. 9 представляет собой блок-схему, объясняющую второй способ формирования пленки при помощи устройства 1 формирования пленки, показанного на ФИГ. 3. ФИГ. 10 представляет собой схематическое изображение контура, объясняющее формирование металлической пленки F во втором способе формирования пленки, показанном на ФИГ. 9.

[0081] Первоначально этапы с S21 по S23 совпадают с соответствующими этапами в первом способе формирования пленки. В частности, как показано на ФИГ. 9, на шаге S21 подложку W помещают в положение напротив первой мембраны 13А из твердого электролита. При этом первая мембрана 13А из твердого электролита размещена между анодом 11 и подложкой W. В устройстве 1 формирования пленки, показанном на ФИГ. 3, с раскрытой выше конструкцией металлический раствор L находится в хранилище 15 раствора так, что металлический раствор L, содержащий ионы металла контактирует с первой мембраной 13А из твердого электролита со стороны анода 11.

[0082] Затем на шаге S22 первую мембрану 13А из твердого электролита прижимают к подложке W прижимной частью 17. Затем на шаге S23, поддерживая такое состояние прижатия, источником 18 электроэнергии подается электрическое напряжение между анодом 11 и подложкой W, чтобы сформировать металлическую пленку F, полученную из ионов металла, на поверхности подложки. Вторая фаза 13b сформирована множеством волокон 13с, простирающихся в одном направлении; поэтому, как показано на чертеже слева на ФИГ. 10, можно сформировать металлическую пленку F со структурой в виде полос, сформированную продольными первыми металлическими выступами f1, на которых осажден металл (первый этап формирования пленки).

[0083] Затем на шаге S24, после шага формирования первой пленки, первую мембрану 13А из твердого электролита вместе с хранилищем 15 раствора поднимают, чтобы удалить первую мембрану 13А из твердого электролита с подложки W. Затем на шаге S25, при подложке W (металлической пленке F), расположенной напротив первой мембраны 13А из твердого электролита, в то время как положение подложки W сохраняется, первая мембрана 13А из твердого электролита поворачивается на 90° и устанавливается на хранилище 15 раствора. Во время этой операции первая мембрана 13А из твердого электролита размещена между анодом 11 и подложкой W.

[0084] Как раскрыто выше, даже если первая мембрана 13А из твердого электролита удалена, металлический раствор L, хранящийся в хранилище 15 раствора, предохраняется второй мембраной 13В из твердого электролита от вытекания из хранилища 15 раствора. В данном варианте осуществления первая мембрана 13А из твердого электролита поворачивается на 90°, но, например, первая мембрана 13А из твердого электролита может не быть повернута, а может быть повернута на 90° только подложка W.

[0085] Затем, переходя на шаг S26, мембрану 13 из твердого электролита прижимают к подложке W, и между ними подается электрическое напряжение от источника 18 электроэнергии. При этой операции, как показано на правом чертеже на ФИГ. 10, вторые продольные металлические выступы f2, на которых осаждается металл, формируются вдоль направления, пересекающего направление, в котором простираются первые металлические выступы f1; и металлическая пленка F с решетчатой структурой формируется вторыми металлическими выступами f2 и первыми металлическими выступами f1 (второй шаг формирования пленки). В данном варианте осуществления на шаге S25, так как первая мембрана 13А из твердого электролита повернута на 90°, первые продольные металлические выступы f1 и вторые продольные металлические выступы f2 пересекаются друг с другом под углом 90°. Если первые продольные металлические выступы f1 и вторые продольные металлические выступы f2 стремятся пересечься под требуемым углом, на шаге S25 формирование пленки может быть выполнено, после того, как мембрана 13 из твердого электролита или подложка W будут повернуты на требуемый угол.

[0086] За счет последовательного выполнения шагов с S21 по S26 может быть сформирована металлическая пленка F с решетчатой структурой, таким образом, можно усилить осаждающий эффект поверхности подложки W. При таком формировании пленки, если опорный элемент электрода (положительного электрода), сформированный никелем, для аккумуляторной батареи (например, никель-водородной батареи), используется как подложка, и раствор, содержащий ионы никеля, используется в качестве металлического раствора, можно сформировать металлическую пленку с решетчатой структурой на поверхности опорного элемента электрода. При этом можно усилить осаждающий эффект применительно к активному материалу положительного электрода или активному веществу опорного материала, сцепленного с опорным элементом электрода, образующему электрод.

[0087] Кроме того, если электрод (эмиттер или коллектор) полупроводника, поверхность которого покрыта слоем никеля, или никелевый электрод используется как подложка, и раствор, содержащий ионы никеля, используют как металлический раствор, можно сформировать металлическую пленку с решетчатой структурой на поверхности электрода. При этом, можно усилить осаждающий эффект в отношении полимера или припоя, контактирующего с этим электродом.

Подтверждающие испытания

[0088] Формирование металлической пленки осуществлялось согласно следующему способу. В частности, пленки формировались устройством формирования пленки, имеющим базовую конфигурацию устройства формирования пленки, показанного на ФИГ. 3. Это устройство формирования пленки отличается от устройства формирования пленки на ФИГ. 3 тем, что анод является непористым анодом и используется металлический раствор жидкой структуры, протекающий между анодом и мембраной из твердого электролита.

[0089] Сначала в качестве анода была подготовлена никелевая пластина (NI-313551, размеры: 2t × 40 × 50 мм, производитель: The Nilaco corporation). В качестве металлического раствора был подготовлен раствор (рН 3.0), содержащий 1 М хлорида никеля и 0,5 М буферного раствора уксусной кислоты-ацетата никеля. Затем в качестве второй мембраны из твердого электролита были подготовлены ионообменная мембрана (мембрана электролита: N117, производитель: Sigma-Aldrich) и первая мембрана из твердого электролита (мембрана а электролита: N424 и мембрана b электролита: N324, производитель: Sigma-Aldrich).

[0090] В каждой из мембран, мембране а электролита и мембране b электролита вторая фаза, сформированная тканью с перевивочным переплетением, показанной на ФИГ. 2С, и другими, была встроена в первую фазу. Коэффициент формы секции каждой нити, являющейся волокном, входящим в мембрану а электролита, находилось в диапазоне от 1 до 3, и коэффициент формы секции каждой нити, являющейся волокном, входящим в мембрану b электролита, находилось в диапазоне от 1,5 до 3. Коэффициент формы является соотношением между размером длинной оси сечения (максимальным размером сечения) и размером короткой оси перпендикулярной относительно длинной оси.

[0091] Далее в качестве подложки (катода) использовали никелевую фольгу (толщина пленки: 15 μм, размер: 1260×350 мм, производитель: Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd.). Условия формирования пленки были следующими: температура подложки составляла 80°С, давление прижатия составляло 0,1 МПа, скорость формирования пленки составляла 0,20 μм/мин., и область формирования никелевой пленки составляла 2,5 см × 2,5 см.

[0092] Формирование пленки осуществлялось в соответствии со вторым способом формирования пленки, показанным на ФИГ. 9. На первом шаге формирования пленки была сформирована металлическая пленка со структурой в виде полос. Это может рассматриваться, что металлические выступы были сформированы на поверхности, располагающейся напротив уточных нитей ткани с перевивочным переплетением. Затем на втором шаге формирования пленки первая мембрана из твердого электролита была удалена из устройства формирования пленки, а затем первая мембрана из твердого электролита была снова установлена в устройство формирования пленки, при этом первая мембрана из твердого электролита была повернута на 90°, для того чтобы выполнить формирование металлической пленки.

[0093] За металлической пленкой, полученной посредством такого формирования, осуществлялось наблюдение. На ФИГ. 11 показана фотография поверхности металлической пленки, сформированной во время подтверждающих испытаний с использованием электролитной мембраны а. Кроме того, чтобы подтвердить высоту металлических выступов металлической пленки, кривая профиля (шероховатость поверхности) измерялась профилометром (SURFCOM1400G25, производитель: Tosei Systems Co., Ltd.). ФИГ. 12 представляет собой график, отображающий результаты измерений шероховатости поверхности металлической пленки, сформированной при подтверждающих испытаниях с использованием электролитной мембраны а.

[0094] Как показано на ФИГ. 11 и ФИГ. 12, в случае использования электролитной мембраны а было подтверждено, что была сформирована металлическая пленка с решетчатой структурой; и высота металлических выступов составила 5 μм. Аналогично, в случае использования электролитной мембраны b также подтвердилось, что была сформирована металлическая пленка с решетчатой структурой; и высота металлических выступов составила 20 μм.

[0095] Как раскрыто выше, несмотря на то, что один вариант осуществления настоящего изобретения был подробно раскрыт, настоящее изобретение не ограничено этим вариантом осуществления, и различные изменения конструкции могут быть выполнены без отступления от объема и сущности настоящего изобретения, раскрытых в формуле изобретения.

[0096] В вышеуказанном варианте осуществления на участок, находящийся напротив первой фазы, металл не осаждается; однако, при установке более широких интервалов между волокнами может быть сформирована металлическая пленка с меньшей толщиной, чем у второй фазы, на поверхности подложки, находящейся напротив первой фазы. В этом случае металлическая пленка, находящаяся напротив второй фазы, также сформирована с металлическими выступами, имеющими форму, показанную на ФИГ. 11.

Изобретение относится к области гальванотехники. Мембрана из твердого электролита размещена между анодом и подложкой, и между анодом и подложкой подают электрическое напряжение, в то время как мембрана из твердого электролита прижата к подложке, чтобы сформировать металлическую пленку на подложке. В этом способе формирования пленки используют мембрану из твердого электролита, содержащую первую фазу из ионопроницаемого материала и вторую фазу из материала, обладающего электроизолирующим свойством и малой проницаемостью для ионов металла, вторая фаза встроена в первую фазу таким образом, чтобы подвергаться воздействию от поверхности мембраны из твердого электролита, находящейся напротив подложки. Технический результат: формирование металлической пленки в рамках требуемого диапазона размеров на поверхности подложки. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ формирования металлической пленки, содержащий

подачу металлического раствора, содержащего ионы металла, так что металлический раствор вступает в контакт с мембраной из твердого электролита со стороны анода мембраны из твердого электролита в положении, при котором мембрана из твердого электролита размещена между анодом и подложкой,

прижатие мембраны из твердого электролита к подложке и

подачу электрического напряжения между анодом и подложкой в положении, в котором мембрану из твердого электролита прижимают к подложке так, чтобы сформировать металлическую пленку, получаемую из ионов металла на поверхности подложки,

при этом мембрана из твердого электролита содержит первую фазу, образованную из ионопроницаемого материала, в который проникают ионы металла, и

вторую фазу, образованную из материала, обладающего электроизолирующим свойством и имеющего более низкую проницаемость для ионов металла, чем проницаемость ионопроницаемого материала первой фазы, вторая фаза встроена в первую фазу так, чтобы подвергаться воздействию от поверхности мембраны из твердого электролита, а именно поверхности мембраны из твердого электролита, находящейся напротив подложки.

2. Способ по п. 1, в котором мембрана из твердого электролита содержит упомянутую вторую фазу, сформированную таким образом, что, когда приложено электрическое напряжение, ионы металла, проходящие через упомянутую первую фазу, проходят вокруг второй фазы и металл из ионов металла осаждается на поверхности подложки, а именно поверхности подложки, расположенной напротив упомянутой второй фазы.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором упомянутая вторая фаза содержит участки, выпуклые в сторону расположения подложки.

4. Способ по п. 1 или 2, в котором упомянутая вторая фаза содержит множество волокон.

5. Способ по п. 4, в котором упомянутая вторая фаза содержит множество волокон, простирающихся вдоль одного направления с интервалами между волокнами,

при этом осуществляют

прижатие мембраны из твердого электролита к подложке и подачу электрического напряжения таким образом, чтобы сформировать металлическую пленку со структурой в виде полос, содержащей на поверхности подложки продольные первые металлические выступы, на которых осаждают металл, а именно на поверхности подложки, расположенной напротив волокон,

поворот подложки или мембраны из твердого электролита с металлической пленкой, расположенной напротив мембраны из твердого электролита, и

после поворота подложки или мембраны из твердого электролита, за счет прижатия мембраны из твердого электролита к подложке и подачи электрического напряжения, формирование продольных вторых металлических выступов, на которых осаждают металл, вдоль направления, пересекающегося с направлением, в котором простираются упомянутые первые металлические выступы, чтобы сформировать металлическую пленку со структурой в виде решетки, включающую упомянутые первые металлические выступы и упомянутые вторые металлические выступы.

6. Устройство для формирования металлической пленки, содержащее

анод,

мембрану из твердого электролита, размещенную между анодом и подложкой,

хранилище раствора, в котором хранится металлический раствор, содержащий ионы металла, так, что металлический раствор контактирует с мембраной из твердого электролита со стороны анода мембраны из твердого электролита,

прижимную часть, которая прижимает мембрану из твердого электролита к подложке, и

источник электроэнергии, подающий электрическое напряжение между анодом и подложкой,

при этом устройство выполнено с возможностью формирования металлической пленки, получаемой из ионов металла на поверхности подложки посредством подачи электрического напряжения от источника электроэнергии,

причем мембрана из твердого электролита содержит

первую фазу, образованную из ионопроницаемого материала, в который проникают ионы металла, и

вторую фазу, образованную из материала, обладающего электроизолирующим свойством и имеющего более низкую проницаемость для ионов металла, чем проницаемость ионопроницаемого материала упомянутой первой фазы, вторая фаза встроена в упомянутую первую фазу так, чтобы подвергаться воздействию от поверхности мембраны из твердого электролита, а именно поверхности мембраны из твердого электролита, расположенной напротив подложки.

7. Устройство по п. 6, в котором упомянутая вторая фаза сформирована таким образом, что, когда подается электрическое напряжение, ионы металла, проходящие через упомянутую первую фазу, проходят вокруг упомянутой второй фазы и металл из ионов металла осаждается на поверхности подложки, а именно на поверхности подложки, расположенной напротив второй фазы.

8. Устройство по п. 6 или 7, в котором поверхность, от которой вторая фаза подвергается воздействию, содержит участки, выпуклые в сторону расположения подложки.

9. Устройство по п. 6 или 7, в котором упомянутая вторая фаза содержит множество волокон.

10. Устройство по п. 9, в котором упомянутая вторая фаза содержит множество волокон, простирающихся вдоль одного направления с интервалами между волокнами.

11. Устройство по п. 6 или 7, в котором мембрана из твердого электролита установлена в качестве первой мембраны из твердого электролита и вторая мембрана из твердого электролита, изготовленная из ионопроницаемого материала, через которую проникают ионы металла, уложена на первую мембрану из твердого электролита со стороны, где вторая мембрана из твердого электролита контактирует с металлическим раствором в хранилище раствора.