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技術 金属粉末のめっき方法

出願人 住友金属鉱山株式会社
発明者 田中茂晴
出願日 2006年3月20日 (14年9ヶ月経過) 出願番号 2006-077769
公開日 2007年10月4日 (13年2ヶ月経過) 公開番号 2007-254779
状態 未査定
技術分野 化学的被覆
主要キーワード 乱流部 カソード析出 電気的中性条件 無めっき 気泡付着 硫酸タリウム 高電導度 アノード酸化
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この項目の情報は公開日時点(2007年10月4日)のものです。
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課題

被めっき物である金属微粉末めっき浴中で均一に安定して分散させ、且つ気泡を発生さ・付着させない無電解めっき方法を提供する。

解決手段

金属粉末表面無電解めっき浴を用いて導電性の高い金属をめっきするにあたり、めっき浴を層流にて高速攪拌できる泡レスタイプ超高速ミキサーを用い、1,000〜10,000rpmの条件下で撹拌しながらめっきする方法を採用する。撹拌手段としては、泡レスタイプの高速ミキサーが利用できる。

概要

背景

金属微粉末は、電気電子部品及び装置の配線の形成、コネクター接点に多用されている。その多くは電気伝導性耐食性の観点からAu、Pd、Ag等の貴金属粉末重用されている。ところが貴金属は高価なのでコスト低減を図るために、CuやNiのような安価な卑金属粉を使用する方向に移行しつつある。しかし、Cu粉酸化し易く、Ni粉導電性に劣る等の理由で充分な機能を発揮することができない。これらの欠点を改善して安価な金属粉材料を提供する試みとして、卑金属粉末表面に貴金属をコーティングすることが試みられている(例えば、特許文献1参照。)。また、セラミックス粉末合成樹脂粉末表面に導電性の高い金属をめっきした導電性粒子を使用する方法も提案されている(例えば、特許文献2参照。)。

例えば、Cu粉やNi粉の微粉末表面に導電性の高い金(Au)の無電解めっきを施す場合、めっき浴等の処理液中で微粉末が凝集したり、めっき時に発生する気泡が微粉末表面に吸着してしまう等の不具合を起こす。特に平均粒径が1μm以下の微粉末になると、処理液中で分散されずに凝集したままめっきされる。また、めっき時に凝集したり気泡が付着したりするため、無めっき部を形成する等の不具合が多くなる。これらの不具合を解決するための方法もいくつか提案されている。
その第1は処理液の攪拌分散方法によるものであるが、銅粉末表面に無電解Auめっきを行なう場合、超音波振動機械的攪拌を加えながらめっき浴中で微粉末が凝集したり、めっき時に発生する気泡が微粉末表面に吸着してしまうのを防止する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
第2の方法は、セラミック粒子や合成樹脂粉末表面に無電解ニッケルめっきを施す場合であるが、通常撹拌の他に、高速撹拌、あるいはコロイドミルまたはホモジナイザーのような剪断分散装置を用いたり、これらの方法に超音波を併用したり界面活性剤などの分散剤を使用する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
特開昭60−92402号公報
特開2000−243132号公報

概要

被めっき物である金属微粉末をめっき浴中で均一に安定して分散させ、且つ気泡を発生さ・付着させない無電解めっき方法を提供する。金属粉末表面無電解めっき浴を用いて導電性の高い金属をめっきするにあたり、めっき浴を層流にて高速攪拌できる泡レスタイプ超高速ミキサーを用い、1,000〜10,000rpmの条件下で撹拌しながらめっきする方法を採用する。撹拌手段としては、泡レスタイプの高速ミキサーが利用できる。 なし

目的

しかし、平均粒径が1μm以下の微粉末になると、前記の攪拌分散方法でも凝集や無めっきの不具合が起き、良好なめっきが出来なかった。また、界面活性剤等の分散剤を添加すると多量の気泡が発生し、めっき浴がめっき槽から溢れ出たり、無めっき部が非常に多いものとなってしまう欠点がある。
前記したように、金属微粉末に安定した無電解めっきをするためには、粉末粒子の凝集や気泡の発生及び付着を防止しなければならない。
よって本発明の目的は、被めっき物である金属微粉末をめっき浴中で均一に安定的に分散させ、且つ気泡を発生させないで気泡を付着させない無電解めっき方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

金属粉末表面無電解めっき浴を用いて良導電性金属をめっきするにあたり、めっき浴層流にて高速攪拌できる泡レスタイプ超高速ミキサーを用い、1,000〜10,000rpmの条件下で撹拌しながらめっきすることを特徴とする金属粉末のめっき方法。

請求項2

前記被めっき金属粉末平均粒径1μm以下の金属粉末であることを特徴とする請求項1に記載の金属粉末のめっき方法。

請求項3

前記被めっき金属粉末が銅(Cu)もしくはニッケル(Ni)であることを特徴とする請求項1または2に記載の金属粉末のめっき方法。

請求項4

前記良導電性金属が金(Au)であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の金属粉末のめっき方法。

請求項5

前記無電解めっき浴が、還元型置換型もしくは還元及び置換用型のうちいずれか1種であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の金属粉末。

請求項6

前記撹拌を泡レスタイプ・超高速ミキサーにて行うことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の金属粉末のめっき方法。

技術分野

0001

本発明は、金属粉末表面電導体をめっきする方法に関し、特にCuやNiの金属微粉末表面に貴金属電導体を無電解めっきする方法に関するものである。

背景技術

0002

金属微粉末は、電気電子部品及び装置の配線の形成、コネクター接点に多用されている。その多くは電気伝導性耐食性の観点からAu、Pd、Ag等の貴金属粉末重用されている。ところが貴金属は高価なのでコスト低減を図るために、CuやNiのような安価な卑金属粉を使用する方向に移行しつつある。しかし、Cu粉酸化し易く、Ni粉導電性に劣る等の理由で充分な機能を発揮することができない。これらの欠点を改善して安価な金属粉材料を提供する試みとして、卑金属粉末表面に貴金属をコーティングすることが試みられている(例えば、特許文献1参照。)。また、セラミックス粉末合成樹脂粉末表面に導電性の高い金属をめっきした導電性粒子を使用する方法も提案されている(例えば、特許文献2参照。)。

0003

例えば、Cu粉やNi粉の微粉末表面に導電性の高い金(Au)の無電解めっきを施す場合、めっき浴等の処理液中で微粉末が凝集したり、めっき時に発生する気泡が微粉末表面に吸着してしまう等の不具合を起こす。特に平均粒径が1μm以下の微粉末になると、処理液中で分散されずに凝集したままめっきされる。また、めっき時に凝集したり気泡が付着したりするため、無めっき部を形成する等の不具合が多くなる。これらの不具合を解決するための方法もいくつか提案されている。
その第1は処理液の攪拌分散方法によるものであるが、銅粉末表面に無電解Auめっきを行なう場合、超音波振動機械的攪拌を加えながらめっき浴中で微粉末が凝集したり、めっき時に発生する気泡が微粉末表面に吸着してしまうのを防止する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
第2の方法は、セラミック粒子や合成樹脂粉末表面に無電解ニッケルめっきを施す場合であるが、通常撹拌の他に、高速撹拌、あるいはコロイドミルまたはホモジナイザーのような剪断分散装置を用いたり、これらの方法に超音波を併用したり界面活性剤などの分散剤を使用する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
特開昭60−92402号公報
特開2000−243132号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、平均粒径が1μm以下の微粉末になると、前記の攪拌分散方法でも凝集や無めっきの不具合が起き、良好なめっきが出来なかった。また、界面活性剤等の分散剤を添加すると多量の気泡が発生し、めっき浴がめっき槽から溢れ出たり、無めっき部が非常に多いものとなってしまう欠点がある。
前記したように、金属微粉末に安定した無電解めっきをするためには、粉末粒子の凝集や気泡の発生及び付着を防止しなければならない。
よって本発明の目的は、被めっき物である金属微粉末をめっき浴中で均一に安定的に分散させ、且つ気泡を発生させないで気泡を付着させない無電解めっき方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

本発明は、金属微粉末に無電解めっきして安定した健全なめっき皮膜を形成する方法に関するものである。
本発明者らは、上記目的を達成すべく開示されている方法の詳細条件から鋭意研究開発を重ねた。その結果、層流攪拌が可能な泡レスタイプ超高速ミキサーを使用するのが有効なことが分かり本発明に至った。
すなわち、本発明の金属粉末のめっき方法は、金属粉末表面に無電解めっき浴を用いて良導電性金属をめっきするにあたり、めっき浴を層流にて高速攪拌できる泡レスタイプ・超高速ミキサーを用い、1,000〜10,000rpmなる条件下で撹拌する金属粉末のめっき方法とした。
本発明の金属粉末のめっき方法においては、被めっき金属粉末が平均粒径1μm以下の金属微粉末であると特に有効である。
本発明の金属粉末のめっき方法においては、被めっき金属粉末を銅(Cu)もしくはニッケル(Ni)とすることができる。
本発明の金属粉末のめっき方法においては、前記良導電性金属を金(Au)とすることができる。

0006

本発明の金属粉末のめっき方法においては、前記無電解めっき浴として、還元型置換型もしくは還元及び置換用型のうちいずれも使用することができる。
本発明の金属粉末のめっき方法においては、前記撹拌を泡レスタイプ・超高速ミキサーにて行うことができる。
このようなめっき方法を採用すれば、めっき浴中に乱流が発生しないので気泡が発生することはない。また、微粉末同士が集まることもない。さらに、めっき時に発生した気泡は一方向へ離散被めっき粉末表面に再付着することがないので、凝集のない均一なめっき皮膜を形成することが出来る。

発明の効果

0007

本発明のめっき方法によれば、金属微粉末表面に無電解めっきによりめっき皮膜を形成するのに際し、泡レスタイプの超高速ミキサーにて攪拌しながらめっきする方法を採用するので、金属微粉末がめっき浴中で凝集することはなく、気泡に邪魔されて無めっき部を発生させることもなく、健全で良好なめっき皮膜を形成することが出来る。

発明を実施するための最良の形態

0008

本発明は、乱流やキャビテーションが発生しない泡レスタイプの超高速ミキサーにて攪拌することで、安定した無電解めっきを可能とした。
一般的なプロペラ攪拌超音波攪拌では、乱流やキャビテーションが発生して、めっき浴中で微粉末が均一に分散せずに凝集する。また、気泡も発生するので気泡が微粉末表面に付着する等が原因となって、安定的に健全なめっき皮膜を得るのは困難である。

0009

本発明で対象とする金属粉末は銅(Cu)またはニッケル(Ni)が適する。これらの金属粉は比較的安価で真球に近い微粉末が得られ、適度に大きな比重を有し印刷インクとして使用する溶媒中に均一に分散するので、印刷法による電子部品の実装工程に使用した場合には、健全な配線パターンを形成することができるからである。さらに、無電解めっきを施すに当たり、表面の活性触媒作用により金属錯イオンの金属への還元反応を促進させるので、良好なめっき被膜が得られ易い利点もある。
また、金属粉末表面に形成する導電性金属としては、金(Au)が最適である。金は電気伝導度が極めて高く、極めて安定であるから腐食も起こらず、接点材料として最適であるばかりでなく、無電解めっきにより健全なめっき被膜が容易に得られる利点もある。
従って、銅(Cu)またはニッケル(Ni)微粉末表面に金(Au)めっきを施した導電性粒子とすれば、微細高電導度を有する理想的な導電性粒子を安価に得ることができるようになる。

0010

本発明のめっき方法では、無電解めっきを採用する。無電解めっきは設備・操作が簡単で複雑な形状の物体にも均一なめっき被膜が得られ、触媒化処理により非電導体表面にもめっきが可能である等の利点を有しているので、電子部品工業でも盛んに重用されている。無電解めっき反応は、触媒活性をもつ被めっき体表面で、還元剤により金属錯イオンが金属として還元析出する反応で、電気的中性条件の下で金属のカソード析出と還元剤のアノード酸化の二つの電気化学反応が進行する並列反応によるものである。
使用する無電解めっき浴の主成分は、金属塩錯化剤及び還元剤であるが、そのほかに少量の添加剤や安定剤加えることもできる。

0011

還元型無電解金めっき浴組成の一例を示せば、亜硫酸金ナトリウム4.0グラムリットル(金として)、亜硫酸ナトリウム50.0グラム/リットル、チオ硫酸ナトリウム20.0グラム/リットル、アスコルビン酸10グラム/リットル、硫酸タリウム5mg/リットル、pH7、液温50〜70℃が挙げられる。
置換型無電解金めっき浴の組成の一例を示せば、亜硫酸金ナトリウム1グラム/リットル(金として)、亜硫酸ナトリウム30グラム/リットル、エチレンジアミン5グラム/リットル、リン酸ナトリウム1グラム/リットル、pH7、液温70〜80℃が挙げられる。
また、還元及び置換併用型無電解金めっき浴の組成の一例を示せば、亜硫酸金ナトリウム1グラム/リットル、亜硫酸ナトリウム50グラム/リットル、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム10グラム/リットル、ヒドロキノン4グラム/リットル、pH7、液温70〜80℃が挙げられる。

0012

本発明で使用する泡レスタイプ・超高速ミキサーとは、整流板を複数設置した攪拌機高速回転させ、層流に整流し攪拌する装置にて、従来の高速ミキサーのような局所的な乱流部が発生しないため、気泡発生や粉同士の衝突がない。よって、泡レスタイプと称する。即ち液体を複数の整流板を通し層流状態する原理に基づき超高速で液体を撹拌するミキサーである。
この超高速ミキサーを使用する場合には、攪拌機は通常ステンレスが使用されているが、ステンレス等の金属材にめっきされる場合が多く、テフロン登録商標)等の樹脂コーティングすることが好ましい。また、めっき液量、粉体量にて回転数を変化させることが望ましく、1,000〜10,000rpmであれば十分である。

0013

めっき浴を上記のような方法で撹拌しながらめっきを施せば、金属微粉末がめっき浴中で凝集することはなく、気泡に邪魔されて無めっき部を発生させることもなく、健全で良好なめっき皮膜が形成出来る。

0014

湿式法で製造された平均粒径0.2μmのニッケル粉を50g準備するとともに、ビーカに置換型無電解金めっき浴、亜硫酸金ナトリウム1グラム/リットル(金として)、亜硫酸ナトリウム50グラム/リットルを主成分とするスーパーメックス#250(エヌ・イーケムキャット(株)製)1リットルを入れ、所定の液温80℃になるように加温した。また、泡レスタイプの高速ミキサーDPM−0.5TB(日本ビーイーイー(株)製)の攪拌機をビーカにセットして5,000rpmにてめっき浴を攪拌した。所定の液温になっためっき浴にニッケル粉を添加し、攪拌しながら20分間めっきした後、水洗、ろ過、乾燥して金めっきニッケル粉を得た。当然、水洗工程でも高速ミキサーDMP−0.5TBを用い5,000rpmにて水洗した。尚、金めっきは化学的に安定で且つ導電性の良いので選定した。
また、還元型無電解金めっきでは厚くめっきされる傾向があり、コストアップになるため、還元型無電解金めっきではなく、置換型無電解金めっきを選んだ。
以上により得られた金めっきニッケル粉末を、光学顕微鏡及び電子顕微鏡にて観察したところ凝集は認められなかった。また、FIB(収束イオンビーム)加工後SIMS(イオン像)観察したところ、ニッケル粉はほぼ均一に金めっきされていた。

0015

乾式法で作製された平均粒径0.2μmのニッケル粉を、実施例1と同様に置換金めっきしたところ、同様な結果が得られた。よって、異なる特性をもつニッケル粉末にも安定してめっきができることがわかる。

0016

湿式法で作製された平均粒径0.2μmのニッケル粉を、置換型無電解金めっき浴、亜硫酸金ナトリウム1グラム/リットル(金として)、エチレンジアミン30g/リットルを主成分とするCF−500SS(日鉱マテリアルズ(株)製)で実施例1と同様に金めっきしてみた。結果は実施例1と同様に良好なめっきであった。よって本発明によれば、組成の異なる他のめっき浴メーカのめっき浴でも安定してめっきできることである。

0017

乾式法で作製された平均粒径0.2μmのニッケル粉を、実施例1と同様の置換型無電解金めっき浴(スーパーメックス#250(エヌ・イーケムキャット(株)製)に分散剤としてママレモンライオン(株)製)を1ミリリットル/リットル添加しためっき浴を使用して、実施例1と同様の条件でめっきを施した。得られた金めっきニッケル粉をFIB加工後SIMS観察したところ、ニッケル粉はほぼ均一にAuめっきされているのが確認された。

0018

(比較例1)
実施例4と同じニッケル粉とめっき浴を使用して、泡レスタイプではない従来の高速ミキサーを用いて撹拌しながらめっきを施したところ、めっき中に泡が大量に発生し、ビーカから溢れ出るとともに、凝集ダマになっためっき粉が得られた。それらをFIB加工後SIMS観察したところ、ニッケル粉がダマになっている周辺に金めっきされているものと、めっきが接着剤となってダマになっているものが確認された。また、気泡付着による無めっき部分が多かった。

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