JP3455712B2 - 銅−スズ合金めっき用ピロリン酸浴 - Google Patents
銅−スズ合金めっき用ピロリン酸浴Info
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- C25D3/60—Electroplating: Baths therefor from solutions of alloys containing more than 50% by weight of tin
Description
合せずに装飾用の用途、及び鉛フリーの半田めっきの用
途に適した銅−スズ合金をめっきできる銅−スズ合金め
っき用ピロリン酸浴、及びそのピロリン酸浴を用いて得
られる銅−スズ合金めっきに関する。
ッケルめっきが広く使用されている。しかし、ニッケル
めっきには装飾品着用者の皮膚にかぶれや炎症を起こす
ニッケルアレルギーの問題があるため、これに代るもの
として、近年、銅−スズ合金めっきが見直されている。
銅−スズ合金めっきは、平滑性及び耐食性を有し、金、
銀、クロムめっきの下地めっきとしてのニッケルめっき
に代わり得る性能を有する。
鉛を含有する銅−鉛合金めっきが広く使用されている。
しかし、最近地球環境の汚染防止対策として、鉛を含有
しない半田及び半田めっきが求められている。
き浴の殆どはシアン−スズ酸浴、ピロリン酸スズ−シア
ン化銅浴などシアンイオンを含有するめっき浴を使用す
るものであり、排水処理規制が厳しいため処理にコスト
がかかり、また安全な環境で作業するという見地からも
問題がある。したがって、シアンイオンを配合しない
(以下、ノーシアンという。)銅−スズ合金めっき浴が
求められている。
ては、従来よりピロリン酸浴が知られている。ピロリン
酸めっきは、ピロリン酸銅及びピロリン酸第一スズと錯
化剤(例えば、ピロリン酸アルカリ金属塩)及び他の添
加物を含有してなる浴を使用し通電して行なわれるが、
ピロリン酸浴に適した適当な光沢剤がないため、得られ
るめっきには銀白色状の光沢がなく、色調も安定せず、
装飾用としては充分満足できるものではない。またこの
銅−スズ合金めっき用ピロリン酸めっき浴は最適電流密
度範囲が狭く、めっき層が海綿状に析出しがちであり、
工業的規模で利用可能なノーシアン浴は実用化されてい
なかった。
としての装飾用銅−スズ合金めっきを工業的にかつ安全
に行なえるノーシアンピロリン酸浴として、アミン誘導
体とエピハロヒドリンとの1:1反応生成物とアルデヒ
ド誘導体(ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒドま
たはメタホルムアルデヒド)を含有し、所望により表面
張力調整剤を使用した銅−スズ合金メッキ用ピロリン酸
浴を先に提案した(特開平10-102278号)。このノーシ
アンピロリン酸浴によれば、析出皮膜の色調を容易に銀
白色から赤銅色に変化させることができ、かつ色調及び
皮膜が安定した光沢ある美麗なめっきを得ることが出来
る。しかし、光沢補助剤として使用するアルデヒド誘導
体は作業環境の安全衛生上に問題があり、またスズの割
合を最大で60%程度としかできず、半田めっきとして
は使用し得ないという問題があった。
っきとしての上記アミン誘導体とエピハロヒドリンとの
反応生成物とアルデヒド誘導体を含有するノーシアンピ
ロリン酸浴の問題点を解消すると共に、鉛フリー半田め
っきを行なえる銅−スズ合金めっき用ノーシアンピロリ
ン酸浴を提供することにある。
果、本発明者らは特開平10−102278号に記載の
添加剤であるアルデヒド誘導体に代えてカチオン界面活
性剤を使用することにより前記の課題が解決でき、浴中
における銅イオンとスズイオンの濃度割合を調整するこ
とにより、色調及び皮膜が安定し、光沢ある美麗な銀白
色から赤銅色、さらに淡黒色に変化させることができる
皮膜が得られるだけでなく、合金めっきのスズ組成を大
幅に増すことができるため鉛フリー半田めっきとして用
い得ることを見出し、本発明を完成した。
っき用ピロリン酸浴、及び銅−スズ合金めっきを提供す
るものである。 1) 添加剤として、アミン誘導体とエピハロヒドリン
との1:1反応生成物(A)とカチオン界面活性剤
(B)とを含有することを特徴とする銅−スズ合金めっ
き用ピロリン酸浴。 2) 添加剤として、さらに表面張力調整剤(C)を含
有する前記1に記載の銅−スズ合金めっき用ピロリン酸
浴。 3) 添加剤として、さらに浴安定剤(D)を含有する
前記1または2に記載の銅−スズ合金めっき用ピロリン
酸浴。 4) さらに、N−ベンジルピリジニウム誘導体(E)
を含有する前記1乃至3のいずれかに記載の銅−スズ合
金めっき用ピロリン酸浴。
の1:1反応生成物(A)が、アンモニア、エチレンジ
アミン、ジエチレントリアミン、ジエチレンジアミン
(ピペラジン)、n−プロピルアミン、1,2−プロパ
ンジアミン、1,3−プロパンジアミン、1−(2−ア
ミノエチル)ピペラジン、3−ジエチルアミノプロピル
アミン、ジメチルアミン、ヘキサメチレンテトラミン、
テトラエチレンペンタミン、トリエタノールアミン、ヘ
キサメチレンジアミン及びイソプロパノールアミンから
選択される1種または2種以上のアミン誘導体とエピク
ロロヒドリンとの1:1反応生成物である前記1に記載
の銅−スズ合金めっき用ピロリン酸浴。 6) カチオン界面活性剤(B)が、ベタイン型及び第
四級アンモニウム塩型界面活性剤より選択される前記1
に記載の銅−スズ合金めっき用ピロリン酸浴。7) カチオン界面活性剤(B)が、含フッ素化合物で
ある前記6に記載の銅−スズ合金めっき用ピロリン酸
浴。 8 ) 表面張力調整剤(C)が、ゼラチン、アラビアゴ
ム、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、
ポリプロピレングリコール及びアセチレングリコールか
ら選択される前記2に記載の銅−スズ合金めっき用ピロ
リン酸浴。
及びその塩類から選択される前記3に記載の銅−スズ合
金めっき用ピロリン酸浴。10) 有機スルホン酸がメタンスルホン酸である前記
9に記載の銅−スズ合金めっき用ピロリン酸浴。 11 ) N−ベンジルピリジニウム誘導体(E)が、ピ
リジン誘導体と塩化ベンジルとの1:1反応生成物であ
る前記4に記載のピロリン酸浴。12) めっき浴中におけるアミン誘導体とエピハロヒ
ドリンとの1:1反応生成物(A)の含有量が0.13〜1.
5g/Lである前記1に記載の銅−スズ合金めっき用ピ
ロリン酸浴。 13) めっき浴のpHが7〜10の範囲である前記1
に記載の銅−スズ合金めっき用ピロリン酸浴。 14 ) 前記1乃至13のいずれかに記載の銅−スズ合
金めっき用ピロリン酸浴を用いて得られる銅−スズ合金
めっき。
本発明のピロリン酸浴は、従来知られている銅−スズ合
金めっき用ピロリン酸浴の基本浴組成に、添加剤として
前記成分(A)、成分(B)及び所望により成分
(C)、成分(D)、成分(E)を配合してなる。
スズイオンと、水溶性錯塩を形成するためのピロリン酸
アルカリ金属塩(カリウム塩、ナトリウム塩)とを含有
するものである。銅イオン源としてはピロリン酸銅が好
ましく利用でき、またスズイオン源としてはピロリン酸
第1スズ、塩化第1スズ、硫酸第1スズなどが挙げら
れ、ピロリン酸第1スズが好ましい。
0.8 〜80g/リットル(L)、好ましくは1〜30g
/Lであり、スズイオンの配合量はピロリン酸第1スズ
として2〜60g/L、好ましくは10〜45g/Lで
ある。ピロリン酸第1スズ及びピロリン酸銅の濃度が上
記範囲を外れると、析出合金の組成が変動し、色調をコ
ントロールできなくなる。
u」に対する「P2O7」の割合(p比という。)が8〜
20、好ましくは 8.5〜18.5となるように配合する。具
体的な量としてはピロリン酸カリウムとして50〜50
0g/L、好ましくは150〜450g/L程度であ
る。p比が上記範囲より小さいと(ピロリン酸アルカリ
金属塩の量が少ないと)、銅やスズと不溶性錯塩を形成
し正常なめっきが得られなくなる。またp比が上記範囲
を超えると(ピロリン酸アルカリ金属塩の量が多い
と)、電流効率が低下し実用的ではない。ピロリン酸浴
の基本組成を以下に示す。
(A)(アミン誘導体とエピハロヒドリンとの1:1反
応生成物)は光沢剤としての役割を果たす。アミン誘導
体としては、例えばアンモニア、エチレンジアミン、ジ
エチレントリアミン、ジエチレンジアミン(ピペラジ
ン)、n−プロピルアミン、1,2−プロパンジアミ
ン、1,3−プロパンジアミン、1−(2−アミノエチ
ル)ピペラジン、3−ジエチルアミノプロピルアミン、
ジメチルアミン、ヘキサメチレンテトラミン、テトラエ
チレンペンタミン、トリエタノールアミン、ヘキサメチ
レンジアミン、イソプロパノールアミンなどが挙げられ
る。これらは、単独で使用してもよいし、また2種以上
を同時に使用してもよい。エピハロヒドリンとしては例
えばエピクロロヒドリンが挙げられる。好ましいアミン
誘導体とエピハロヒドリンとの1:1反応生成物として
は、ジエチレンジアミン(ピペラジン)あるいは1−
(2−アミノエチル)ピペラジンとエピクロロヒドリン
との反応生成物である。
溶液にエピハロヒドリンの等モル量を添加し、撹拌する
ことにより得られる。この反応は発熱反応であり、液温
が高くなり過ぎないようにエピハロヒドリンを複数回に
分けて添加する。得られた反応液は溶媒等を除去し精製
することもできるが、反応液自体を浴に添加して用いて
もよい。
1.5 g/L、好ましくは0.35〜0.72g/Lである。成分
(A)の量が少ないと海綿状に析出し易くなり、また多
すぎるとつきまわり不良となり、さらに光沢は良好とな
るも、耐変色性が悪化する。
面活性剤は、ベタイン型及び第四級アンモニウム塩型界
面活性剤である。カチオン界面活性剤のベタイン型の具
体例としては、パーフルオロアルキルベタイン、ラウリ
ルベタインが挙げられ、第四級アンモニウム塩の具体例
としてはパーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム
塩、アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライド
が挙げられる。
L、好ましくは 0.05 〜0.08g/Lである。成分(B)
の量が少ないと光沢が不均一となり、また多すぎるとめ
っき皮膜に割れが発生する。
を添加することにより光沢のある美麗なめっきを得るこ
とできるが、さらに添加剤(C)(表面張力調整剤)を
用いることにより、めっきのガス離れが良好となり、耐
久性や耐食性が向上する。表面張力調整剤(C)として
は各種の高分子質、コロイド質類が使用でき、例えばゼ
ラチン、アラビアゴム、ポリビニルアルコール、ポリエ
チレングリコール、ポリプロピレングリコール、アセチ
レングリコールが挙げられる。中でもアセチレングリコ
ールが好ましい。
で示す銅イオンの汲出しを防ぎ、銅−スズ合金めっき用
ピロリン酸浴における一番の欠点であるスズイオンの安
定化に寄与する。
げられる。例えば、アルカノールスルホン酸、クレゾー
ルスルホン酸、フェノールスルホン酸、スルホサリチル
酸、メタンスルホン酸等が挙げられるが、中でもメタン
スルホン酸が好ましい。
色調は、浴中のスズイオンと銅イオンの組成比率を変え
ることにより、銀白色、黄金色、赤銅色の光沢ある色調
に調整することができる。すなわち、スズと銅の浴組成
イオン濃度比をSn:Cu=3〜5:1とすると、めっ
き皮膜の合金組成比はスズが50%を超えるものとなっ
て、色調は銀白色となる。銅の割合を増やし浴組成イオ
ン濃度比をSn:Cu=2:1程度にすると、めっき皮
膜の合金組成比はスズが50%程度となり、色調は黄金
色となる。さらに銅の割合を増やし浴組成イオン濃度比
をSn:Cu=1:1程度にすると、めっき皮膜の合金
組成比はスズが20%程度となり、色調は赤銅色とな
る。またスズの割合を増やし浴組成イオン濃度比をS
n:Cu=15:1程度にすると、めっき皮膜の合金組
成比はスズが99%に達し、鉛フリー半田めっきとして
用いることができる。
ウム誘導体(E)を使用することにより色調を光沢のあ
る淡黒色に調整することができる。ここで、N−ベンジ
ルピリジニウム誘導体とは、ピリジン、ピコリン、ニコ
チン酸などピリジン誘導体と塩化ベンジルとの1:1反
応生成物である。添加剤(E)を配合する場合、その配
合量は 0.1〜 0.2g/L程度が好ましい。その他、本発
明のメッキ浴は、本発明の特徴を損なわない範囲内で通
常メッキの分野で用いられている各種の薬品が使用され
る。
カリ性域の7〜10、好ましくは7.5 〜9の範囲に調整
する。pHが7未満だとピロリン酸塩がオルソリン酸塩
に変化して均一電着性を低下させるなどの悪影響を与
え、また得られるめっきは表面の粗いものとなり、正常
なめっきとはならない。pHが10を超えると電流密度
範囲が狭くなり、均一電着性、電流効率が低下する。さ
らに浴の安定性に悪影響を及ぼす。
めっきにより行なわれる。めっき浴の浴温は20〜50
℃、好ましくは25〜30℃である。浴温が50℃を超
えるとピロリン酸塩がオルソリン酸塩に変化し上記同様
正常なめっきが得られず、20℃未満では電流効率が低
下する。また、電流密度としては0.1 〜10A/d
m 2、好ましくは0.1 〜0.8 A/dm2程度である。めっ
きはバレルめっきなど従来公知のめっき法により行なう
ことができる。
するが、本発明は下記の例に限定されるものではない。
なお、添加剤として下記に示すものを使用した。 (A)光沢剤(アミン誘導体とエピハロヒドリンとの
1:1反応生成物):温度計、蛇管冷却器及び撹拌機を
セットした密閉式容器に水300mlとピペラジン1m
ol(86g)を投入し、撹拌溶解して液温を40℃に
した。撹拌状態でエピクロロヒドリン1mol(92
g)を10回に分けて投入した。この際、反応熱で液温
が上昇したが上限を80℃としてエピクロロヒドリンの投
入間隔を調節した。エピクロロヒドリンの全量投入後、
液温を80℃に保ち、1時間撹拌を続けた。その後、室
温まで自然冷却し、全量を1Lに調整した。
名:サーフロンS−121,旭硝子社製)。 (C)表面張力調整剤: アセチレングリコール(商品名:Surfynol 465,日信化
学工業社製)。 (D)浴安定剤: メタンスルホン酸。
カリ脱脂、水洗、酸洗浄、水洗の前処理をした真鍮製ボ
タン30個(3dm3)について、ミニバレル中、浴温
25〜30℃、電流密度0.5 A/dm2の条件下、15
〜20分間通電しめっきを行なった。
った。めっき層の合金組成を化学分析したところ、重量
比でCu/Sn=37/63であった。
を行なった。
った。めっき層の合金組成を化学分析したところ、重量
比でCu/Sn=77/23であった。
を行なった。
った。めっき層の合金組成を化学分析したところ、重量
比でCu/Sn=51/49であった。
を行なった。
な皮膜であった。めっき層の合金組成を化学分析したと
ころ、重量比でCu/Sn=1/99であり、この皮膜
は半田濡れ性が良好であった。
金めっきが行なえるノーシアン銅−スズ合金めっき用ピ
ロリン酸浴を提供したものである。本発明によれば、浴
中の銅及びスズの浴組成を変更することにより、さらに
は特殊な添加剤を使用することによって、銀白色、黄金
色、赤銅色、淡黒色の安定した多くの色調の皮膜が得ら
れる。また、浴中のスズ濃度を増すことにより、鉛フリ
ー半田めっきとして用いることができる。本発明のピロ
リン酸浴では、シアン化合物及びホルムアルデヒド誘導
体を使用しないので安全衛生的であり、排水処理や環境
上の問題がない。
Claims (14)
- 【請求項1】 添加剤として、アミン誘導体とエピハロ
ヒドリンとの1:1反応生成物(A)とカチオン界面活
性剤(B)とを含有することを特徴とする銅−スズ合金
めっき用ピロリン酸浴。 - 【請求項2】 添加剤として、さらに表面張力調整剤
(C)を含有する請求項1に記載の銅−スズ合金めっき
用ピロリン酸浴。 - 【請求項3】 添加剤として、さらに浴安定剤(D)を
含有する請求項1または2に記載の銅−スズ合金めっき
用ピロリン酸浴。 - 【請求項4】 さらに、N−ベンジルピリジニウム誘導
体(E)を含有する請求項1乃至3のいずれかに記載の
銅−スズ合金めっき用ピロリン酸浴。 - 【請求項5】 アミン誘導体とエピハロヒドリンとの
1:1反応生成物(A)が、アンモニア、エチレンジア
ミン、ジエチレントリアミン、ジエチレンジアミン(ピ
ペラジン)、n−プロピルアミン、1,2−プロパンジ
アミン、1,3−プロパンジアミン、1−(2−アミノ
エチル)ピペラジン、3−ジエチルアミノプロピルアミ
ン、ジメチルアミン、ヘキサメチレンテトラミン、テト
ラエチレンペンタミン、トリエタノールアミン、ヘキサ
メチレンジアミン及びイソプロパノールアミンから選択
される1種または2種以上のアミン誘導体とエピクロロ
ヒドリンとの1:1反応生成物である請求項1に記載の
銅−スズ合金めっき用ピロリン酸浴。 - 【請求項6】 カチオン界面活性剤(B)が、ベタイン
型及び第四級アンモニウム塩型界面活性剤より選択され
る請求項1に記載の銅−スズ合金めっき用ピロリン酸
浴。 - 【請求項7】 カチオン界面活性剤(B)が、含フッ素
化合物である請求項6に記載の銅−スズ合金めっき用ピ
ロリン酸浴。 - 【請求項8】 表面張力調整剤(C)が、ゼラチン、ア
ラビアゴム、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリ
コール、ポリプロピレングリコール及びアセチレングリ
コールから選択される請求項2に記載の銅−スズ合金め
っき用ピロリン酸浴。 - 【請求項9】 浴安定剤(D)が、有機スルホン酸及び
その塩類から選択される請求項3に記載の銅−スズ合金
めっき用ピロリン酸浴。 - 【請求項10】 有機スルホン酸がメタンスルホン酸で
ある請求項9に記載の銅−スズ合金めっき用ピロリン酸
浴。 - 【請求項11】 N−ベンジルピリジニウム誘導体
(E)が、ピリジン誘導体と塩化ベンジルとの1:1反
応生成物である請求項4に記載のピロリン酸浴。 - 【請求項12】 めっき浴中におけるアミン誘導体とエ
ピハロヒドリンとの1:1反応生成物(A)の含有量が
0.13〜1.5g/Lである請求項1に記載の銅−スズ合金
めっき用ピロリン酸浴。 - 【請求項13】 めっき浴のpHが7〜10の範囲であ
る請求項1に記載の銅−スズ合金めっき用ピロリン酸
浴。 - 【請求項14】 請求項1乃至13のいずれかに記載の
銅−スズ合金めっき用ピロリン酸浴を用いて得られる銅
−スズ合金めっき。
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