JP2008303420A - 酸性金合金めっき液 - Google Patents

Abstract

【課題】コネクター表面の金皮膜としての特性を保持し、かつ、金合金めっき皮膜を所望の箇所に析出しつつ、所望でない箇所には析出することを抑制する、金合金めっき液およびめっき方法を提供する。
【解決手段】金合金めっき液およびそのめっき方法であって、シアン化金、コバルトイオン、ヘキサメチレンテトラミンおよび特定の光沢剤を含む金めっき液を用いることにより、高い析出選択性を有する金めっき液を提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、酸性金合金めっき液に関する。

近年、金めっきは、金の優れた電気特性、耐食性などの理由から、電子機器や電子部品に用いられ、電子部品などの接続端子表面を保護する用途に広く利用されている。金めっきは、半導体素子の電極端子の表面処理として、また、樹脂フィルムに形成されたリードとして、または、電子機器を接続するコネクターなどの電子部品の表面処理として用いられている。金めっきが用いられるものには、金属、プラスチック、セラミック、半導体などが含まれる。

電子機器を接続するコネクターは、その利用特性により、表面処理として用いる金めっき皮膜に対して耐食性、耐摩擦性および電気伝導性を特に要求するため、硬質金めっきが用いられている。かかる硬質金めっきとしては、例えば金コバルト合金めっき、金ニッケル合金めっきなどが古くから知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
コネクターなどの電子部品には、一般的に銅または銅合金がその素材として用いられる。しかしながら、銅表面上に金を堆積すると、金皮膜中へ銅の拡散が生じてしまう。このため、銅の表面処理として金めっきを行う場合には、通常、銅素材に対するバリア層として銅表面にニッケルめっきを施す。その後、ニッケルめっき層の表面に金めっきを行うことが一般的である。

これらコネクターなどの電子部品に部分硬質金めっきを行うための一般的な方法として、スポットめっき、液面制御によるめっき、ラックめっき、バレルめっきなどが用いられている。

しかし、従来の金めっき液では、高電流密度の電解めっきにおいて析出する金皮膜が、いわゆるヤケを起こしてしまうという問題がある。また、従来の金めっき液は、電子部品の金めっき皮膜が必要である部分に部分めっきを行うと、その周辺である部分、すなわち金めっき皮膜を必要としない部分にまで金または金合金が析出するという問題があった。

このような望まない範囲に金が析出することを防止するためにさまざまな技術が提案されている。本発明者は、ヘキサメチレンテトラミンを添加剤として酸性金コバルトめっき浴に用いることにより、不要な金の析出を制御することを見出し先に特許出願を行った（特許文献３）。かかる技術により、不要な金の析出を制御することが可能となったが、析出した金めっき皮膜の更なる光沢の向上および析出速度の向上、ならびに良好なめっきが可能な電流密度範囲の改善についての要望がある。

西独国特許第１１１１８９７号公報 特開昭６０−１５５６９６号公報 特願２００６−２２４４６５号

本発明は、コネクター表面の金めっき皮膜としての特性を保持し、高電流密度においても金めっき皮膜を比較的厚く析出し、金めっき皮膜を所望の箇所に析出しつつ所望でない箇所には析出することを抑制し、かつ金めっき皮膜の析出速度を向上し、めっき可能な電流密度範囲が広い酸性金合金めっき液および金合金めっき方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するため、金めっき液を鋭意検討した結果、金コバルト合金めっき液を弱酸性に保持し、かつヘキサメチレンテトラミンと特定の光沢剤を添加することにより、コネクター等の電気部品用途として求められる耐食性、耐摩擦性および電気伝導性を有する金合金めっき皮膜を形成しつつ、不要な部分への金合金めっき皮膜の析出が抑制され、めっき発明に到作業条件を改善し、金合金めっき皮膜の析出速度が向上することを見出し、本発明に至った。

本発明は、一つの態様として、シアン化金またはその塩、コバルトイオン、キレート化剤、ヘキサメチレンテトラミンおよび光沢剤含有する酸性金合金めっき液であって、光沢剤がカルボキシル基もしくは水酸基を有する窒素原子含有化合物またはカルボキシル基を有する硫黄原子含有化合物、および必要によりｐH調整剤を含有する酸性金合金めっき液を提供する。

また、本発明は、シアン化金またはその塩、コバルトイオン、キレート化剤、ヘキサメチレンテトラミン、カルボキシル基もしくは水酸基を有する窒素原子含有化合物またはカルボキシル基を有する硫黄原子含有化合物、および必要によりｐH調整剤を含有する酸性金合金めっき液を用いて電解めっき処理を行うことを特徴とする、金合金めっき方法を提供する。

さらに、本発明は、コネクターの接続部分にニッケルめっきを施し、ニッケル皮膜上に金合金めっきを施すコネクターの製造方法であって、当該金合金めっきがシアン化金またはその塩、コバルトイオン、キレート化剤、ヘキサメチレンテトラミンおよびカルボキシル基もしくは水酸基を有する窒素原子含有化合物またはカルボキシル基を有する硫黄原子含有化合物を含有する酸性金合金めっき液を用いる電解めっきである、金合金めっき皮膜が形成されたコネクターの製造方法を提供する。

本発明の酸性金合金めっき液は、広い電流密度において用いることが可能であり、特に高電流密度においても良好な光沢を有する金合金めっき皮膜を得ることができる。また、本発明の酸性金合金めっき液は、高電流密度においても比較的厚い金合金めっき皮膜を析出することができる。本発明の酸性金合金めっき液によれば、析出速度が向上され、広範なめっき作業範囲において光沢のある良好な金合金めっき皮膜を形成することが可能である。

本発明の酸性金合金めっき液により、コネクター等の電気部品に求められる耐食性、耐摩擦性および電気伝導性を有する金合金めっき皮膜を形成するにあたり、金合金めっき皮膜を所望の箇所に析出しつつ、所望でない箇所には析出することを抑制することが可能である。すなわち、本発明の金合金めっき液または方法は、優れた析出選択性を有するものである。めっき皮膜が不要な箇所に、めっき皮膜を析出させないことは、不要となる金属の消費を抑制することができ、経済的観点からも有用なものである。

本発明の酸性金合金めっき液は、シアン化金またはその塩、コバルトイオン、キレート化剤、ヘキサメチレンテトラミンおよび光沢剤を含み、必要によりｐＨ調整剤を含むことができる。本発明の酸性金合金めっき液は、酸性に保持され、特にｐＨ値が３から６の間であることが好ましい。

本発明において必須成分である金イオン源としては、例えば、シアン化金、シアン化第一金カリウム、シアン化第二金カリウム、シアン化金アンモニウムなどのシアン化金塩が挙げられる。シアン化金またはその塩は、単独でも２以上のくみあわせでも用いることができる。このほか、金イオン源として公知のものをあわせて用いることができる。公知の金イオン源としては、塩化第一金カリウム、塩化第一金ナトリウム、塩化第二金カリウム、塩化第二金ナトリウム、チオ硫酸金カリウム、チオ硫酸金ナトリウム、亜硫酸金カリウム、亜硫酸金ナトリウムなどが挙げられ、これらの２以上の組み合わせを用いることができる。本発明のめっき液に用いるものとして好ましいものは、シアン化金塩、特にシアン化第一金カリウムである。

これら金イオン源のめっき液中の添加量は、金として、一般的に１ｇ／Ｌから２０ｇ／Ｌの範囲、好ましくは３ｇ／Ｌから１６ｇ／Ｌの範囲である。

本発明で用いることができるコバルトイオン源としては、本発明のめっき液中において可溶性のコバルト化合物であればよく、例えば、硫酸コバルト、塩化コバルト、炭酸コバルト、スルファミン酸コバルト、グルコン酸コバルトおよびこれらの２以上の組み合わせを用いることができる。本発明のめっき液に用いるものとして好ましいものは、無機コバルト塩、特に塩基性炭酸コバルトである。

コバルトイオンのめっき液中の添加量は、コバルトとして、一般的に、０．０５ｇ／Ｌから３ｇ／Ｌの範囲、好ましくは０．１ｇ／Ｌから１ｇ／Ｌの範囲である。

本発明で用いることができるキレート化剤としては、金めっき液にキレート化剤として一般的に用いられている公知の化合物を用いることができる。クエン酸、クエン酸カリウム、クエン酸ナトリウム、酒石酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、リンゴ酸、乳酸、安息香酸などのカルボン酸およびその塩などのカルボキシル基含有化合物、ホスホン酸基またはその塩を分子内に有するホスホン酸基含有化合物などが挙げられる。ホスホン酸基含有化合物としては、例えば、アミノトリメチレンホスホン酸、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸、ジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸など分子内に複数のホスホン酸基を有する化合物またはそれらのアルカリ金属塩若しくはアンモニウム塩が含まれる。また、アンモニア、エチレンジアミンなどの窒素化合物を補助キレート化剤としてカルボキシル基含有化合物と共に用いることもできる。キレート化剤は、２種以上の化合物を組み合わせて用いることもできる。本発明において後述の光沢剤として用いられるカルボキシル基もしくは水酸基を有する窒素原子含有化合物またはカルボキシル基を有する硫黄原子含有化合物の中には、錯化能力を有する化合物が存在する。しかしながら、本明細書におけるキレート化剤には、カルボキシル基もしくは水酸基を有する窒素原子含有化合物またはカルボキシル基を有する硫黄原子含有化合物を含まない。

キレート化剤のめっき液中への添加量は、一般的に、０．１ｇ／Ｌから３００ｇ／Ｌの範囲、好ましくは１ｇ／Ｌから２００ｇ／Ｌの範囲である。

本発明で用いるヘキサメチレンテトラミンは、一般的に、０．０５ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌの範囲、好ましくは０．１ｇ／Ｌから５ｇ／Ｌの範囲でめっき液へ添加される。

本発明で用いることができる光沢剤は、カルボキシル基もしくは水酸基を有する窒素原子含有化合物またはカルボキシル基を有する硫黄原子含有化合物である。カルボキシル基を有する窒素原子含有化合物としては、アミノ酸、例えば中性アミノ酸、酸性アミノ酸または塩基性アミノ酸；ピリジンカルボン酸（例えば２−ピリジンカルボン酸、３−ピリジンカルボン酸、４−ピリジンカルボン酸）およびその塩などのカルボキシル基含有ピリジン化合物；イミノ二酢酸；ニトリロ三酢酸；ジエチレントリアミン五酢酸；並びにエチレンジアミン四酢酸などが挙げられる。中性アミノ酸としては、例えばアラニン、グリシンや、バリン、ロイシンなどの分枝アミノ酸、システインなどの含硫アミノ酸、アスパラギン、グルタミンなどの酸アミドアミノ酸、セリンなどのヒドロキシアミノ酸などの脂肪族アミノ酸、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファンなどの芳香族アミノ酸、および；イミノ酸が挙げられる。塩基性アミノ酸としては、リシンやアルギニンなどが挙げられる。酸性アミノ酸としては、アスパラギン酸やグルタミン酸などが挙げられる。水酸基を有する窒素原子含有化合物としては、メタノールアミン、エタノールアミン、プロパノールアミン、イソプロパノールアミンなどのアルカノールアミン、ジメタノールアミン、ジエタノールアミン、ジプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジブタノールアミンなどのジアルカノールアミン、トリメタノールアミン、トリエタノールアミンなどのトリアルカノールアミン、アミノメタンジオール、アミノエタンジオールなどのアミノジオール化合物などが挙げられる。カルボキシル基を有する硫黄原子含有化合物としては、チオ乳酸、チオ二酢酸、チオりんご酸などが挙げられる。光沢剤は、単独でも、２種以上の化合物を組み合わせて用いることができる。

光沢剤の金合金めっき液中への添加量は、一般的に、０．０１ｇ／Ｌから５０ｇ／Ｌの範囲、好ましくは、０．１ｇ／Ｌ〜１０ｇ／Ｌの範囲である。

本発明の酸性金合金めっき液のｐＨ値は、酸性域に調整される。好ましいｐＨ値は３から６の範囲である。より好ましくは、ｐＨ値が３．５から５の範囲に調整される。めっき液のｐＨは、アルカリ金属水酸化物、例えば水酸化カリウムなど、または酸性物質、例えばクエン酸、燐酸などを添加することにより調整することができる。特に、本発明の金合金めっき液にはｐＨ緩衝作用を有する化合物を添加することが好ましい。クエン酸、酒石酸、シュウ酸、コハク酸、リン酸、亜硫酸またはこれらの塩などがｐＨ緩衝作用を有する化合物として用いられる。これらｐＨ緩衝作用を有する化合物を添加することにより、めっき液のｐＨを一定に維持することが可能となり、長時間のめっき作業が可能となる。

本発明の金合金めっき液は、上記の成分を公知の方法に従って調製し、また使用することができる。例えば、上記の添加量のシアン化金またはその塩、コバルトイオン源、キレート化剤、ヘキサメチレンテトラミンおよび光沢剤を、同時または別々に、水に添加して攪拌し、ｐＨ調整剤および必要な場合にはｐＨ緩衝剤を添加することによりｐＨを調整し、本発明のめっき液を得ることができる。

また、本発明の金合金めっき液には、本発明の目的および効果を逸脱しない範囲において、電導改良剤、防カビ剤、界面活性剤などを添加しても良い。

本発明の金合金めっきを行う場合には、めっき液の液温は２０〜８０℃の範囲、好ましくは３０〜６０℃の範囲とされる。電流密度は、０．１〜８０Ａ／ｄｍ^２の範囲で用いることができる。特に、本発明のめっき液は、１０〜７０Ａ／ｄｍ^２、より好ましくは３０〜５０Ａ／ｄｍ^２の電流密度で用いることが好ましい。陽極としては、不溶性陽極を用いることが好ましい。電解金合金めっきを行う間、金合金めっき液を攪拌することが好ましい。

本発明の金合金めっき液を用いてコネクターを製造する方法としては、公知の方法を用いることができる。コネクターなどの電子部品に部分硬質金合金めっきを行うための一般的な方法として、スポットめっき、液面制御によるめっき、ラックめっき、バレルめっきなどが用いられている。
コネクターの最終表面として金合金めっき処理を行う場合には、好ましくはコネクター部品の表面に、ニッケルめっきによるニッケル皮膜などの中間金属層を形成する。ニッケル皮膜などの導電層上に、スポット電解めっき法により本発明の金合金めっき液を用いて金合金皮膜を形成することができる。

次に示す物質からなる金コバルトめっき液を基本浴として調製した。
シアン化第一金カリウム １５ｇ／Ｌ（金として１０ｇ／Ｌ）
塩基性炭酸コバルト １．１６ｇ／Ｌ（コバルトとして０．５ｇ／Ｌ）
クエン酸三カリウム一水和物 １１６ｇ／Ｌ
無水クエン酸 ６６．１１ｇ／Ｌ
ヘキサメチレンテトラミン ０．５ｇ／Ｌ
水（脱イオン水） 残部
上記めっき液のｐＨ値を水酸化カリウムでｐＨ４．３となるように調整した。

実施例１
上記基本浴のｐＨ値調整前に光沢剤としてニコチン酸（３−ピリジンカルボン酸）を０．５ｇ／Ｌ添加し、その後ｐＨ値を４．３となるように調整した金コバルトめっき液を実施例１として準備した。

実施例２〜８
ニコチン酸に代えて下記の表１に記載した化合物を記載した濃度で添加したことを除き、実施例１と同様にして金コバルトめっき液を準備した。

比較例１
従来の硬質めっき液の例として、上記基本浴においてヘキサメチレンテトラミンを含まないことを除き、基本浴と同一の金コバルトめっき液を準備した。

比較例２〜４
ニコチン酸に代えてイミダゾールを下記の表１に記載した量を添加したことを除き、実施例１と同様にして金コバルトめっき液を準備した。

比較例５〜７
比較例１の金コバルトめっき液に、表１に記載した化合物を記載した濃度で添加し、その後ｐＨ値を４．３となるように調整した金コバルトめっき液を準備した。

実施例９〜１１
実施例１の金コバルトめっき液に、さらにグリシンを１、３または５ｇ／Ｌ添加し、その後ｐＨ値を４．３となるように調整したものを準備した。

ハルセルテスト
基本浴、実施例１〜１１および比較例１〜７について、次のような条件でハルセルテストを行った。
白金張りチタンの不溶性陽極とニッケルめっき済み銅ハルセルパネル（ニッケルめっき膜厚０．１μｍ）を陰極として用い、６０℃の浴温でカソードロッカーにより４ｍ／分の速度で撹拌を行いながら１分間、陽極と陰極の間に２アンペア（２Ａ）の電流を流すことによりハルセルテストを行った。

ハルセルパネル上の外観についての観察結果を表１に示す。ハルセルパネルの下から１ｃｍの位置の、左端（高電流密度側）から１ｃｍの箇所から右（低電流密度側）に１ｃｍ間隔で計９点の箇所（左から順に１〜９）のめっき皮膜を蛍光Ｘ線微小膜厚計（ＳＩＩ製ＳＦＴ−９４００）により測定した結果を表２に示す。単位は、マイクロメートル（μｍ）である。

ハルセルテストの結果より、表１に示されるように本願発明のめっき液は光沢範囲が広く高電流密度においても良好なめっき皮膜を形成することが確認された。また、表２に示されるように、低電流密度部分におけるめっき析出が悪いことが確認された。低電流密度部分におけるめっき析出性が悪いことから、析出を望まない箇所においてめっき皮膜の析出が起きないことを示し、めっき析出選択性の優れていることを意味する。

スポットめっき試験
被めっき物として、銅板上に下地皮膜としてニッケルめっきを析出した銅板を準備した。金コバルト合金めっき皮膜の析出選択性を確認するために、かかる銅板の表面全体にシリコンゴムによるマスクを形成し、そのマスク中央部を円形（直径１０ｍｍ）にとり除き、ニッケル皮膜を露出した。ただし、円形開放部分の近傍（縁から１．５ｍｍ）においてニッケルめっき層とマスク層の間に０．５ｍｍの厚さのエポキシ樹脂製の板を挿むことにより、円形開放部分の縁に沿ってマスク層とニッケルめっき層の間に隙間が形成した。従って、被めっき物をめっき液に浸漬した際、マスク層とニッケルめっき層の間の隙間部分にめっき液が侵入することが可能であった。かかる隙間部分は、マスク層がその上部に存在するため、マスクのない開放部分に比較し、電解時に低電流密度部分となった。

上記被めっき物を、上記実施例７および１０ならびに比較例１で準備しためっき液にそれぞれ浸漬し、浴温度６０℃、白金張りチタンの不溶性陽極を用いて、ポンプによる攪拌を行いながら、表３に示す各電流密度において金合金めっきを行った。めっき時間は、それぞれ２秒間であった。析出しためっき外観を目視により確認し、その結果を表３に示す。このときの金コバルト合金めっき皮膜は、被めっき物円形開放部分上に０．３〜０．５μｍの膜厚を形成した。めっき皮膜の析出選択性として、被めっき物のマスクのない開放部分から外れた部分の析出を測定した。円形開放部分の縁からエポキシ樹脂板方向に０．５ｍｍ離れた位置（隙間が形成された部分）に析出しためっきの厚さを蛍光Ｘ線微小膜厚計（ＳＩＩ製ＳＦＴ−９４００）により測定した。結果を表４に記載する。単位は、マイクロメートル（μｍ）である。

上記実施例に示されるように、本発明の酸性金合金めっき液により、電解めっきを行うにあたり、電流密度の広い範囲において、特に高電流密度帯において、光沢のある硬質金合金めっき皮膜を、所望の箇所に析出し、かつ、所望しない箇所への金合金めっき皮膜の析出を抑制することができる、析出選択性の向上した硬質金合金めっき皮膜を提供することができた。

Claims (7)

1. シアン化金またはその塩、コバルトイオン、キレート化剤、ヘキサメチレンテトラミンおよび光沢剤を含有する酸性金合金めっき液であって、光沢剤がカルボキシル基もしくは水酸基を有する窒素原子含有化合物またはカルボキシル基を有する硫黄原子含有化合物である前記めっき液。
2. 光沢剤が、アルカノールアミン、ジアルカノールアミン、トリアルカノールアミン、アミノ酸、ピリジンカルボン酸、チオカルボン酸からなる群から選ばれる１以上の化合物である請求項１に記載の酸性金合金めっき液。
3. めっき液のｐＨ値が３から６の範囲である、請求項１に記載の酸性金合金めっき液。
4. キレート化剤が、カルボキシル基含有化合物である請求項１に記載の酸性金合金めっき液。
5. シアン化金またはその塩、コバルトイオン、キレート化剤、ヘキサメチレンテトラミンおよびカルボキシル基もしくは水酸基を有する窒素原子含有化合物またはカルボキシル基を有する硫黄原子含有化合物を含有する酸性金合金めっき液を用い、電解めっきすることにより金合金めっき皮膜を形成する方法。
6. めっき液のｐＨ値が３から６の範囲である、請求項５に記載の方法。
7. コネクターの接続部分にニッケルめっきを施し、ニッケル皮膜上に金合金めっきを施すコネクターの製造方法であって、当該金合金めっきがシアン化金またはその塩、コバルトイオン、キレート化剤、ヘキサメチレンテトラミンおよびカルボキシル基もしくは水酸基を有する窒素原子含有化合物またはカルボキシル基を有する硫黄原子含有化合物を含有する酸性金合金めっき液を用いる電解めっきである、金合金めっき皮膜が形成されたコネクターの製造方法。