JP3026527B2 - 無電解めっきの前処理方法および前処理液 - Google Patents

無電解めっきの前処理方法および前処理液

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    • C23GCLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G1/00Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts
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  • Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、銅系基材(銅又は銅
合金基材)面に無電解錫めっき或いはハンダめっきを施
す際の前処理方法およびそれに使用する前処理液に関す
るものである。
【0002】
【従来技術とその課題】電気機器或いは電子機器部品等
に適用される銅系基材(銅又は銅合金基材)面の酸化や
変色を防止して良好なハンダ付け性を確保する手段の1
つに、錫イオンや、錫イオンと鉛イオンを含む処理液中
に銅系基材面を浸漬し、その際の置換反応によって錫皮
膜や錫−鉛合金(ハンダ)皮膜を析出させる「無電解め
っき」の手法により前記銅系基材面を保護する方法があ
る。
【0003】このように置換反応により銅系基材上へ錫
やハンダを析出させるための“無電解錫めっき液”や
“無電解ハンダめっき液”としては、特公昭56−24
713号公報,特開昭51−99632号公報,特開昭
52−89533号公報,特公昭56−11385号公
報,特開昭56−146872号公報,特開昭63−2
30883号公報,特開昭49−64527号公報,特
開昭50−57927号公報,特公昭62−2630号
公報,特開平1−184279号公報,特開平1−29
0774号公報,特開平2−197580号公報,特開
平3−6357号公報或いは特開平3−28360号公
報等より既に知られているように、塩酸,硫酸,硼ふっ
酸又は有機スルホン酸等をベ−スとし、これにチオ尿素
又はその誘導体を含有させた酸性の液が使用される。
【0004】ところが、これらの液から得られる錫又は
ハンダ析出物は析出結晶が粗くなりがちで“めっきム
ラ”が生じやすく、また基材との密着性が悪いとの指摘
がなされていた。この“めっきムラ”とは「析出結晶の
大きさ,析出膜厚,析出物組成等の不均一」を総称した
ものであり、色調が場所により違って見える等の外観不
良につながるばかりか、析出膜厚や析出物組成の不均一
はそれ自体が製品性能上大きな問題となるものであっ
た。
【0005】このようなことから、本発明の目的は、無
電解錫めっき又はハンダめっきにおける析出結晶を均一
化してめっきムラを無くすると共に、密着性の良好なめ
っき皮膜が得られる手段を確立することに置かれた。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、「錫又はハンダの
無電解めっきを施す直前の銅系基材面を“チオ尿素又は
その誘導体と界面活性剤とを含む酸性液”で前処理する
と、 その後の無電解めっきによる析出結晶が微細化され
てめっきムラが殆ど無くなる上、 付随的に基材との密着
性も向上する」との新しい知見を得るに至った。
【0007】本発明は、上記知見事項等を基にして完成
されたもので、「銅系基材に錫又はハンダの無電解めっ
きを施すに際し、前処理として、該銅系基材の被めっき
面を“10−7mol/L(リットル)以上のチオ尿素
又はその誘導体と0.01g/L以上の界面活性剤とを
含む酸性液”と接触させることにより、めっきムラの無
い均一で密着性の良好なめっき皮膜が得られるようにし
た点」に大きな特徴を有し、更には、「銅系基材に錫又
はハンダの無電解めっきを施すための前処理液を、“1
−7 mol/L(リットル)以上のチオ尿素又はその
誘導体と0.01g/L以上の界面活性剤とを含む酸性
液”で構成することにより、めっきムラの無い均一で密
着性の良好なめっき皮膜が得られるようにした点」にも
大きな特徴を有するものである。
【0008】
【作用】上述のように、本発明は無電解錫めっき又は無
電解ハンダめっきを施すに当って実施する“めっきの前
処理”に関するものであるが、本発明に係わる上記前処
理を施すと無電解めっき時の置換反応により析出する析
出結晶(めっき皮膜となる)が部分的に大きくなること
が妨げられ、析出速度は幾分低下するものの、全体的に
析出結晶粒径が小さくかつ均一となってめっきムラ(析
出結晶寸法の不均一,膜厚や組成の不均一)が無くなる
ことに加え、析出結晶粒径が小さくて均一であることか
らめっき皮膜の密着性も向上する。
【0009】ここで、前処理液の必須成分であるチオ尿
素又はその誘導体は、めっきされる基材の銅表面に吸着
し、この直後に実施される無電解めっきでの析出結晶の
大きさや形状を制御してその均一化に大きく寄与する。
ただ、チオ尿素又はその誘導体は、液中濃度が10−7
mol/L未満であると十分な効果を発揮しない。ま
た、濃度の上限は格別に限定されないが、経済的な意味
からは1mol/L以下、実際上は10−1mol/L
までで十分であると言える。なお、チオ尿素の誘導体と
しては、ジメチルチオ尿素,ジエチルチオ尿素,アリ
チオ尿素等を挙げることができる。
【0010】界面活性剤は、基材表面の水濡れ性を改善
するために必要な成分であるが、その液中濃度が 0.01g
/L未満であると基材表面の水濡れ性を改善する効果が不
足するので前処理効果も不十分となる。なお、界面活性
剤も濃度の上限を特に定める必要はないが、濃度が高く
てもその効果が著しく向上する訳ではないので 10g/L程
度までに止めるのが適当であると言える。そして、この
界面活性剤としては“非イオン界面活性剤”がより好ま
しく、例えば 「ノニポ−ル(商品名:三洋化成工業株式
会社)」, 「ノイゲン(商品名:第一工業製薬株式会
社)」, 「エマルゲン(商品名:花王石鹸株式会社)」,
「ノニオン(商品名:日本油脂株式会社)」 等が使用で
きる。
【0011】本発明に係る前処理液は酸によって酸性液
とされるが、この酸としては塩酸,硫酸,硝酸,硼フッ
酸,有機スルホン酸,有機酸等、種々のものが使用でき
る。ただ、前処理の直後に実施される無電解めっきの
“めっき液”への持込みを考慮すると、この無電解めっ
き液におけるのと同じ種類の酸を用いるのが良い。処理
液中の酸濃度は、低すぎると銅表面を活性化する効果が
不十分であり、高すぎると経済的に不利となることか
ら、実用的には0.01〜1mol/L の範囲に調整するのが望
ましい。
【0012】ところで、本発明の前処理は10〜80℃
の処理液温度範囲で実施するのが良い。なぜなら、液成
分の溶解度の関係から液温が低すぎるのは好ましくな
く、一方、液の蒸発等による消耗を少なく抑えるために
は高すぎる液温は望ましくないからである。
【0013】被処理材たる銅系基材の被めっき面を“本
発明に係る前処理液”と接触させる手段としては、銅系
基材面をこの前処理液に浸漬する方法が最も一般的であ
る。前処理液での処理時間は、液中の有効成分が銅材表
面に吸着できる時間であれば良く特に定めなくても良い
が、通常は1秒〜10分程度の処理で十分であると考え
られる。
【0014】前処理液で処理した基材は、引き続いて水
洗される。ただ、前処理液の成分がその後に行う無電解
めっきの“めっき液”と同じものであるならば、水洗の
工程は省くことができる。
【0015】なお、このめっき前処理に先立って、通常
は後述する実施例で示すように酸性脱脂,銅表面のマイ
クロエッチングの処理が行われる場合が多い。また、前
処理の直後に実施する“無電解錫めっき”や“無電解ハ
ンダめっき”では、前述した公知のめっき液を使用する
ことができる。
【0016】続いて、本発明を実施例により更に具体的
に説明する。
【実施例】
〈実施例1〉まず、下記組成の酸性液(水溶液)を調整
した。 ジメチルチオ尿素: 10-3 mol/L, メタンスルホン酸: 0.1 mol/L , 界面活性剤{ノニポ−ル(商品名; 三洋化成工業株式会
社)}: 0.5g/L 。 そして、酸性脱脂剤「CP−140(商品名:日本鉱業
株式会社)」を用いて脱脂した後、エッチング剤「CP
−2038(商品名:日本鉱業株式会社)」でソフトエ
ッチングを行い、続いて10%硫酸に浸漬した銅基板
に、上記酸性液に3分間浸漬するという“本発明に係る
前処理”を施した。この前処理の際の液温は70℃とし
た。
【0017】次いで、この銅基板を水洗した後、直ちに
下記組成の無電解ハンダめっき液に浸漬した。 メタンスルホン酸 0.1 mol/L , 塩化錫(2価) 0.1 mol/L , 塩化鉛(2価) 0.05 mol/L , チオ尿素 1.0 mol/L , 次亜リン酸ナトリウム 0.2 mol/L 。 この際、めっき液の液温は70℃に保持し、マグネチッ
クスタ−ラでゆるやかに攪拌した。そして、15分の浸
漬後、銅基板を液より引き上げ、水洗して乾燥した。
【0018】このように処理された銅基板上には鈍い光
沢を有する灰白色の皮膜が析出しており、この膜厚を測
定したところ1.83μmであった。また、皮膜の組成を調
査したところ「錫/鉛=97.6/2.4(重量比)」のハンダ
組成となっていることが確認された。なお、めっき皮膜
は均一で、色ムラ,光沢ムラ等は無く、電子顕微鏡によ
る観察では析出結晶の粒子径は2〜3μmであった。更
に、セロハンテ−プを用いて基材と皮膜の密着性を評価
したところ、剥離を生じることもなく良好であることが
確認された。
【0019】〈比較例1〉実施例1におけると同様の銅
基板を用い、実施例1に示した工程から“本発明に係る
前処理”を省いた以外は全く同じ一連の処理を施した。
【0020】処理後の銅基板上には全体的に光沢の無い
灰色の皮膜が析出しており、この膜厚を測定したところ
6.3μmであった。更に、皮膜の組成を調査したところ
「錫/鉛=76.5/23.5(重量比)」となっていた。ま
た、めっき皮膜には色ムラがあり、析出結晶が大きいた
め部分的に光の乱反射が認められた。そして、電子顕微
鏡による観察では、析出結晶の粒子径は10〜20μm
であることが分かった。なお、セロハンテ−プによる基
材との密着性テストでは、一部にめっき皮膜の剥離が生
じた。
【0021】〈実施例2〉下記組成の酸性液(水溶液)
を調整した。 チオ尿素: 10-2 mol/L, 塩酸: 0.1 mol/L , 界面活性剤{ノニポ−ル(商品名;三洋化成工業株式会
社)}: 0.5g/L 。 そして、酸性脱脂剤「CP−140(商品名:日本鉱業
株式会社)」を用いて脱脂した後、エッチング剤「CP
−2038(商品名:日本鉱業株式会社)」でソフトエ
ッチングを行い、続いて10%硫酸に浸漬した銅基板
に、上記酸性液に3分間浸漬するという“本発明に係る
前処理”を施した。この前処理の際の液温は70℃とし
た。
【0022】次いで、この銅基板を水洗した後、直ちに
下記組成の無電解ハンダめっき液に浸漬した。 塩酸 0.3 mol/L , 塩化錫(2価) 0.05 mol/L , 塩化鉛(2価) 0.025 mol/L , チオ尿素 1.0 mol/L , 次亜リン酸ナトリウム 0.2 mol/L 。 この際、めっき液の液温は70℃に保持し、マグネチッ
クスタ−ラでゆるやかに攪拌した。そして、15分の浸
漬後、銅基板を液より引き上げ、水洗して乾燥した。
【0023】このように処理された銅基板上には鈍い光
沢を有する灰白色の皮膜が析出しており、この膜厚を測
定したところ2.43μmであった。また、皮膜の組成を調
査したところ「錫/鉛=98.1/1.9(重量比)」のハンダ
組成となっていることが確認された。なお、めっき皮膜
は均一で、色ムラ,光沢ムラ等は無く、電子顕微鏡によ
る観察では析出結晶の粒子径は2〜3μmであった。更
に、セロハンテ−プを用いて基材と皮膜の密着性を評価
したところ、剥離を生じることもなく良好であることが
確認された。
【0024】〈比較例2〉実施例2におけると同様の銅
基板を用い、実施例2に示した工程から“本発明に係る
前処理”を省いた以外は全く同じ一連の処理を施した。
【0025】処理後の銅基板上には全体的に光沢の無い
灰色の皮膜が析出しており、この膜厚を測定したところ
6.3μmであった。更に、皮膜の組成を調査したところ
「錫/鉛=55.6/44.4(重量比)」となっていた。ま
た、めっき皮膜には色ムラがあり、析出結晶が大きいた
め部分的に光の乱反射が認められた。そして、電子顕微
鏡による観察では、析出結晶の粒子径は10〜20μm
であることが分かった。なお、セロハンテ−プによる基
材との密着性テストでは、一部にめっき皮膜の剥離が生
じた。
【0026】〈実施例3〉下記組成の酸性液(水溶液)
を調整した。 ジメチルチオ尿素: 10-3 mol/L, メタンスルホン酸: 0.1 mol/L , 界面活性剤{ノニポ−ル(商品名;三洋化成工業株式会
社)}: 0.5g/L 。 そして、酸性脱脂剤「CP−140(商品名:日本鉱業
株式会社)」を用いて脱脂した後、エッチング剤「CP
−2038(商品名:日本鉱業株式会社)」でソフトエ
ッチングを行い、続いて10%硫酸に浸漬した銅基板
に、上記酸性液に3分間浸漬するという“本発明に係る
前処理”を施した。この前処理の際の液温は70℃とし
た。
【0027】次いで、この銅基板を水洗した後、直ちに
下記組成の無電解錫めっき液に浸漬した。 メタンスルホン酸 0.1 mol/L, 塩化錫(2価) 0.1 mol/L, ジメチルチオ尿素 0.7 mol/L, 次亜リン酸ナトリウム 0.2 mol/L。 この際、めっき液の液温は75℃に保持し、マグネチッ
クスタ−ラでゆるやかに攪拌した。そして、15分の浸
漬後、銅基板を液より引き上げ、水洗して乾燥した。
【0028】このように処理された銅基板上にはやや鈍
い光沢を有する灰白色の皮膜が析出しており、この膜厚
を測定したところ1.5μmであった。なお、めっき皮
膜は均一で、色村,光沢ムラ等は無く、電子顕微鏡によ
る観察では析出結晶の粒子径は2〜3μmであった。更
に、セロハンテープを用いて基材と皮膜の密着性を評価
したところ、剥離を生じることもなく良好であることが
確認された。
【0029】〈比較例3〉実施例3におけると同様の銅
基板を用い、実施例2に示した工程から“本発明に係る
前処理”を省いた以外は全く同じ一連の処理を施した。
【0030】処理後の銅基板上には全体的に光沢の無い
灰色の皮膜が析出しており、この膜厚を測定したところ
9.6μmであった。めっき皮膜には色ムラがあり、析出
結晶が大きいため部分的に光の乱反射が認められた。そ
して、電子顕微鏡による観察では、析出結晶の粒子径は
10〜20μmであることが分かった。なお、セロハン
テ−プによる基材との密着性テストでは、一部にめっき
皮膜の剥離が生じた。
【0031】
【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、銅系基材への錫又はハンダの無電解めっきにおけ
る、めっき析出物の析出結晶を制御して均一化し、ムラ
が無く密着性の優れためっき皮膜を安定して形成させる
ことのできる前処理法が提供されるなど、産業上非常に
有用な効果がもたらされる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−197580(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 18/00 - 18/54

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅系基材に錫又はハンダの無電解めっき
    を施すに際して、該銅系基材の被めっき面を、 チオ尿素又はその誘導体: 10−7mol/L以上, 界面活性剤: 0.01g/L以上 を含む酸性液と接触させることを特徴とする無電解めっ
    きの前処理方法。
  2. 【請求項2】 銅系基材に錫又はハンダの無電解めっき
    を施すための前処理液であって、 チオ尿素又はその誘導体: 10 −7 mol/L以上, 界面活性剤: 0.01g/L以上 を含む酸性液であることを特徴とする無電解めっきの前
    処理液。
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DE10003582A1 (de) * 2000-01-28 2001-08-02 Km Europa Metal Ag Verfahren zur Erzeugung einer Zinnschicht auf der inneren Oberfläche von Hohlbauteilen aus Kupferlegierungen
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