JP2020037743A - 金属めっき浴中の硫黄含有化合物の合計量のモニタリング方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属めっき浴または金属合金めっき浴中の、+6未満の酸化状態を有する少なくとも1個の硫黄原子を有する硫黄含有化合物の合計量のモニタリング方法に関し、本方法は、工程(a)、(b)、任意で(c)および(d)を含む。前記方法は、金属析出方法を制御する手段である。したがって、本発明はさらに、前記硫黄含有化合物の合計量をモニタリングするための本発明の方法を用いた、基材上に金属を制御して析出するための方法に関する。
通常、金属めっき処理において、めっきおよび浴の特性は、例えば硫黄含有化合物を含有する添加剤をめっき浴中で用いることにより制御および調整される(本文書を通して、「析出」、「析出する」および「めっき」という用語は、交換可能なものとして使用される)。各金属めっき浴における硫黄含有化合物のこのような調整機能は、無電解および電解金属めっき処理において利用される。一般的に、このような調整用の硫黄含有化合物は、比較的低い酸化状態(少なくとも+6未満)を有する少なくとも1個の硫黄原子を有し、したがって、6の酸化状態を有する硫黄原子だけを有する化合物(例えば硫酸イオン)とは異なる。
−前記化合物の濃度が非常に低く、したがって一般的な分析ツールを利用することができない点、
−金属めっき処理を操作する化学作用において急激な変化が起こり得る点、および
−幾つかの場合において、比較的低い酸化状態を有する少なくとも1個の硫黄原子を有する硫黄含有化合物の合計量を、6の酸化状態を有する硫黄原子だけを有する硫黄含有化合物(例えば硫酸イオン)とは独立してモニタリングする必要がある点。
本発明の第一の対象は、前記安定剤(+6未満の酸化状態の少なくとも1個の硫黄原子を有する)の合計量をモニタリングするための信頼できる方法を提供することであった。このような方法は、6の酸化状態を有する硫黄原子だけを有するその他の硫黄含有化合物(例えば硫酸イオン)の存在下でさえ、信頼できる結果をもたらすものとする。
第一の対象は、金属めっき浴または金属合金めっき浴中の、+6未満の酸化状態を有する少なくとも1個の硫黄原子を有する硫黄含有化合物の合計量のモニタリング方法により解決され、このモニタリング方法は、
(a)以下のもの:
−1種以上の前記硫黄含有化合物
および
−1種以上の還元剤
を含有する測定試料を用意する工程、
(b)作用電極を有する測定ユニット内で、電極を測定試料と接触させ、
一定の電位を電極にもたらし、還元剤を1種以上の前記硫黄含有化合物の存在下で電極にてアノード酸化させ、これによりアノード酸化電流を発生させる工程、
および
同時に、アノード酸化電流を測定して、電流データを得る工程、
(c)任意で、工程(b)で得られたアノード酸化電流を測定した電流データを処理して、電流処理データを得る工程、
(d)工程(b)で得られた電流データまたは工程(c)で得られた電流処理データを、
参照合計量の前記硫黄含有化合物を含有する参照試料から得られる少なくとも1つの参照アノード酸化電流のデータまたは処理データ
とそれぞれ比較する工程、
を含む。
(A)基材および金属めっき浴を用意する工程、ここで金属めっき浴は、析出する金属の金属イオンおよび硫黄含有化合物を含有し、ここで硫黄含有化合物は、+6未満の酸化状態を有する少なくとも1個の硫黄原子を有する、
(B)基材上に金属を析出する工程、
(C)析出させながら、上記のモニタリング方法(好ましくは、本文書において以下で好適であると記載されているもの)を利用して、金属めっき浴中の前記硫黄含有化合物の合計量をモニタリングおよび/または決定する工程、
(D)工程(C)で行われるモニタリングおよび/または決定に基づき、析出方法を制御する工程
を含む。
以下の本文書を通して、「モニタリング方法」という用語は、金属めっき浴または金属合金めっき浴中の、+6未満の酸化状態を有する少なくとも1個の硫黄原子を有する硫黄含有化合物の合計量のモニタリング方法を指す(本文書において先に記載かつさらに以下に記載されるモニタリング方法)。「制御された析出方法」という用語は、基材上に金属を制御して析出するための方法を指す(本文書において先に記載かつさらに以下に記載される析出方法)。
(a0)1種以上の前記硫黄含有化合物を含有する金属めっき浴の試料と調整剤とを混合して、測定試料(工程(a)に記載されているもの)を調製する工程
をさらに含むモニタリング方法(上記のモニタリング方法、好ましくは、好適であると記載されているモニタリング方法)が好ましい。
−アノード酸化電流を工程(b)で測定しながら、作用電極を回転させ、
かつ/または
−別個の撹拌機により測定試料を撹拌する
本発明によるモニタリング方法(上記のモニタリング方法、好ましくは、好適であると記載されているモニタリング方法)が好ましい。
−1種以上の無機酸または1種以上の塩基を含有する溶液中で作用電極を洗浄する工程、ここで洗浄は、好ましくは電気化学的な洗浄である
をさらに含む本発明によるモニタリング方法(上記のモニタリング方法、好ましくは、好適であると記載されているモニタリング方法)が好ましい。
(e)工程(d)における比較に基づき、測定試料中の前記硫黄含有化合物の合計量を決定する工程
をさらに含む本発明によるモニタリング方法(上記のモニタリング方法、好ましくは、好適であると記載されているモニタリング方法)が好ましい。
(a)以下のもの:
−1種以上の前記硫黄含有化合物、
−任意で銅イオンまたはニッケルイオン、
および
−ホルムアルデヒド
を含有する測定試料を用意する工程
(b)金作用電極および白金作用電極から成る群より選択される作用電極、好ましくは金作用電極を有する測定ユニット内で、電極を測定試料と接触させ、
一定の電位を電極にもたらし、ホルムアルデヒドを1種以上の前記硫黄含有化合物の存在下で電極にてアノード酸化させ、これによりアノード酸化電流を発生させる工程、
および
同時に、アノード酸化電流を測定して、電流データを得る工程
(c)任意で、工程(b)で得られたアノード酸化電流を測定した電流データを処理して、電流処理データを得る工程、
(d)工程(b)で得られた電流データまたは工程(c)で得られた電流処理データを、
ホルムアルデヒドを含有する参照試料および参照合計量の前記硫黄含有化合物から得られる少なくとも1つの参照アノード酸化電流のデータまたは処理データ
とそれぞれ比較する工程、
および好ましくは、
(e)測定試料中の前記硫黄含有化合物の合計量を決定する工程
を含む。
(A)基材および金属めっき浴(好ましくは、本文書における上記の金属めっき浴、好ましくは、好適であると記載されている金属めっき浴)を用意する工程、ここで金属めっき浴は、析出する金属の金属イオンおよび硫黄含有化合物を含有し、ここで硫黄含有化合物は、+6未満の酸化状態を有する少なくとも1個の硫黄原子を有する、
(B)基材上に金属を析出する工程、
(C)析出させながら、本発明によるモニタリング方法(上記のモニタリング方法、好ましくは、好適であると記載されているモニタリング方法)を利用して、金属めっき浴中の前記硫黄含有化合物の合計量をモニタリングおよび/または決定する工程、
(D)工程(C)で行われるモニタリングおよび/または決定に基づき、析出方法を制御する工程
を含む。
(D1)金属めっき浴中の前記硫黄含有化合物の濃度を、好ましくは前記硫黄含有化合物を金属めっき浴に添加することにより上昇させる工程、
または
(D2)金属めっき浴中の前記硫黄含有化合物の濃度を、好ましくは先に記載のように低下させる工程
を含む、制御された方法(上記の方法、好ましくは、好適であると記載されている方法)が好ましい。
例1(本発明による例):
図1および2は、例1を指す。
本発明のモニタリング方法の工程(a)に従って、6個の測定試料を調製した(測定試料は「a」〜「f」であり、試料「a」および「f」は同じであった)。
測定試料「a」および「f」については、「調合」溶液だけをホルムアルデヒドと混合した(測定試料「a」および「f」は、同じである)。測定試料「b」〜「e」は、PB−1〜PB−4をそれぞれ、「調合」溶液およびホルムアルデヒドと混合することにより得られた(さらなる詳細については、以下の表1参照)。測定試料「b」〜「e」の25体積%未満がプレメタルめっき浴である。各測定試料のpHは、12超であった(20℃で測定)。
**+6未満の酸化状態を有する少なくとも1個の硫黄原子を有する硫黄含有化合物の相対合計濃度(パーセント)。
#+6未満の酸化状態を有する少なくとも1個の硫黄原子を有する硫黄含有化合物の合計量(ppm)(測定試料の合計重量を基準とする)。
測定ユニットには、金作用電極(金回転円盤電極、d=2mm)、参照電極(Hg/Hg2SO4/K2SO4)および対電極(Pt棒、d=1mm、長さ50mm、0.5MのH2SO4中、セラミック隔膜により分離)が備えられていた。
測定された各測定試料について、500秒後に得られる特定の電流をプロット化して、電流対濃度(安定剤濃度)の図にした(図2参照)。
測定試料「e」(PB−4を指す)は、めっき処理を開始する前に金属めっき浴中に存在する目標合計量(100%)の前記硫黄含有化合物を含有する金属めっき浴試料(新たに調製した金属めっき浴)を表す。
第一の工程では、5個の参照試料を例1(0%、25%、50%、75%および100%)と同じように調製し、各参照アノード酸化電流を得た(特に500秒の測定時間後の酸化電流値)。
例3を例1と同様に調製した。しかしながら、各測定試料は、銅イオンの代わりに、0.01mol/L〜0.2mol/Lの範囲にある同じニッケルイオン濃度を有していた。
Claims (15)
- 金属めっき浴または金属合金めっき浴中の、+6未満の酸化状態を有する少なくとも1個の硫黄原子を有する硫黄含有化合物の合計量のモニタリング方法であって、
(a)以下のもの:
−1種以上の前記硫黄含有化合物
および
−1種以上の還元剤
を含有する測定試料を用意する工程、
(b)作用電極を有する測定ユニット内で、電極を前記測定試料と接触させ、
一定の電位を前記電極にもたらし、前記還元剤を1種以上の前記硫黄含有化合物の存在下で前記電極にてアノード酸化させ、これによりアノード酸化電流を発生させる工程、
および
同時に、前記アノード酸化電流を測定して、電流データを得る工程、
(c)任意で、工程(b)で得られたアノード酸化電流を測定した前記電流データを処理して、電流処理データを得る工程、
(d)工程(b)で得られた電流データまたは工程(c)で得られた電流処理データを、
参照合計量の前記硫黄含有化合物を含有する参照試料から得られる少なくとも1つの参照アノード酸化電流のデータまたは処理データ
とそれぞれ比較する工程、
を含む、前記モニタリング方法。 - 前記測定試料の合計体積を基準として、前記測定試料の50体積%以下、好ましくは35体積%以下、より好ましくは25体積%以下、最も好ましくは11体積%以下が、金属めっき浴または金属合金めっき浴である、請求項1記載のモニタリング方法。
- 工程(b)で測定して得られるアノード酸化電流が、少なくとも1mA/cm2、好ましくは少なくとも2mA/cm2、より好ましくは少なくとも3mA/cm2であるように、前記測定試料中の前記還元剤の合計量を選択する、請求項1または2記載のモニタリング方法。
- 1種以上の前記還元剤が、少なくとも1つのアルデヒド基を有する化合物、被酸化性のリン原子を有するリン含有還元剤および被酸化性の窒素原子を有する窒素含有還元剤から成る群より選択され、好ましくは1種以上の前記還元剤が、ホルムアルデヒド、グリオキシル酸、グリオキシレート、ハイポホスファイト、ジメチルアミンボラン、ホウ化水素およびヒドラジンから成る群より選択される1種以上の化合物を含み、より好ましくは1種の前記還元剤がホルムアルデヒドであるか、または1種より多くの前記還元剤が少なくともホルムアルデヒドを含む、請求項1から3までのいずれか1項記載のモニタリング方法。
- 前記測定試料における、+6未満の酸化状態を有する少なくとも1個の硫黄原子を有する前記硫黄含有化合物の合計量が、前記測定試料の合計重量を基準として、2.0ppm以下、好ましくは0.5ppm以下、より好ましくは0.2ppm以下、最も好ましくは0.01ppm〜0.001ppmの範囲にある、請求項1から4までのいずれか1項記載のモニタリング方法。
- 1種以上の前記硫黄含有化合物が、+4以下の酸化状態を有する少なくとも1個の硫黄原子、好ましくは−2〜+2の範囲にある酸化状態を有する少なくとも1個の硫黄原子を有し、より好ましくは、1種以上の前記硫黄含有化合物が、チオ硫酸塩、チオシアネート、ジチオトレイトール、2−メルカプトエタノール、3−メルカプト−1−プロパノール、1−メルカプト−2−プロパノール、2,2’−チオジエタノール、3,3’−チオジプロパノール、チオ尿素、N,N’−ジエチルチオ尿素、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−(ヒドロキシメチル)ベンゾチアゾール、チアベンダゾール、2−メルカプトフェノール、4−メルカプトフェノール、ビス(スルホプロピル)ジスルフィド、3−メルカプトプロパンスルホネート、4−(メチルチオ)アニリン、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−(メチルチオ)ベンゾイミダゾール、1−メチル−1H−ベンゾイミダゾール−2−チオール、D−ビオチン、2−(メチルチオ)エチルアミン、システアミン、シスタミン二塩酸塩、N−アセチルシステイン、2−(メチルチオ)安息香酸、4,4’−チオジフェノール、4−フェニルチアゾール−2−チオール、5−チオ−D−グルコース、3,6−ジチア−1,8−オクタンジオール、チオ酢酸、チオグリコール酸、2−(メチルチオ)−1−エタノール、3−(メチルチオ)−1−プロパノールおよびチオサリチル酸から成る群より選択される1つ、2つまたはそれより多くの化合物を含む、請求項1から5までのいずれか1項記載のモニタリング方法。
- 前記作用電極が、金作用電極、白金作用電極、銅作用電極、ホウ素ドープダイヤモンド作用電極およびガラス状炭素作用電極から成る群より選択され、好ましくは、前記作用電極が、金作用電極、白金作用電極および銅作用電極から成る群より選択され、より好ましくは、前記作用電極が、金作用電極および白金作用電極から成る群より選択され、最も好ましくは、前記作用電極が金作用電極である、請求項1から6までのいずれか1項記載のモニタリング方法。
- Hg/Hg2SO4に対する前記一定の電位が、−2.0〜1Vの範囲、好ましくは−1.0〜0.0Vの範囲から選択される、請求項1から7までのいずれか1項記載のモニタリング方法。
- 前記アノード酸化電流が、1mA/cm2〜300mA/cm2の範囲、好ましくは1mA/cm2〜100mA/cm2の範囲、より好ましくは3mA/cm2〜50mA/cm2の範囲にある、請求項1から8までのいずれか1項記載のモニタリング方法。
- 工程(b)が、少なくとも100秒、好ましくは少なくとも300秒、より好ましくは少なくとも450秒にわたり実施される、請求項1から9までのいずれか1項記載のモニタリング方法。
- 工程(b)が、6時間まで、好ましくは1時間まで、より好ましくは30分まで、さらにより好ましくは1000秒まで、より好ましくは800秒まで、より好ましくは500秒までにわたり実施される、請求項1から10までのいずれか1項記載のモニタリング方法。
- 工程(d)の後に、以下の工程:
(e)工程(d)における比較に基づき、前記測定試料中の前記硫黄含有化合物の合計量を決定する工程
をさらに含む、請求項1から11までのいずれか1項記載のモニタリング方法。 - 基材上に金属を制御して析出するための方法であって、
(A)基材および金属めっき浴を用意する工程、ここで前記金属めっき浴は、析出する金属の金属イオンおよび硫黄含有化合物を含有し、ここで前記硫黄含有化合物は、+6未満の酸化状態を有する少なくとも1個の硫黄原子を有する、
(B)前記金属を前記基材上に析出する工程、
(C)析出させながら、請求項1から12までのいずれか1項記載のモニタリング方法を利用して、前記金属めっき浴中の前記硫黄含有化合物の合計量をモニタリングおよび/または決定する工程、
(D)工程(C)で行われるモニタリングおよび/または決定に基づき、析出方法を制御する工程
を含む、前記方法。 - (D1)前記金属めっき浴中の前記硫黄含有化合物の濃度を上昇させる工程、
または
(D2)前記金属めっき浴中の前記硫黄含有化合物の濃度を低下させる工程
を含む、請求項13記載の方法。 - +6未満の酸化状態を有する少なくとも1個の硫黄原子を有する前記硫黄含有化合物を含有する前記金属めっき浴における金属析出方法を制御するための、請求項1から12までのいずれか1項記載のモニタリング方法の使用。
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