WO2011145508A1 - 封孔処理剤および封孔処理方法 - Google Patents

封孔処理剤および封孔処理方法 Download PDF

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義則 楠
和明 高柳
真理 浅野
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    • H05K3/28Applying non-metallic protective coatings
    • H05K3/282Applying non-metallic protective coatings for inhibiting the corrosion of the circuit, e.g. for preserving the solderability

Definitions

  • the present invention relates to a sealing agent, particularly a sealing agent used for a member having gold or gold alloy plating formed on a base material having a surface made of copper or a copper alloy, and a sealing method using the same. About.
  • copper or an alloy containing copper is used as a base material or wiring material for many electronic components (connectors, switches, printed circuit boards, etc.) because of its high conductivity.
  • copper alloys used for this purpose include brass, phosphor bronze, titanium copper, and beryllium copper.
  • Such a material having a surface made of copper or a copper alloy (hereinafter referred to as a “copper-based material”) has high internal conductivity, but the surface portion may have reduced conductivity due to oxidation or the like. .
  • an electronic component made of a copper-based material is generally plated with gold or a metal (for example, Rh) having excellent corrosion resistance and conductivity as in the case of gold or an alloy of these metals (“gold plating” in the present invention).
  • gold plating in the present invention.
  • gold plating In order to perform gold plating, first, usually nickel plating is performed as a base plating, and then strike gold plating using an alkaline bath or an acidic bath is performed. On the gold plating thus formed, solder plating may be performed by spot plating (partial plating) as necessary.
  • a member having a copper-based material as a base material and having a surface plated with gold is referred to as a gold-plated member.
  • Patent Documents 1 and 2 a method is adopted in which a sealing agent is applied to the gold-plated member to cover the pinholes and suppress deterioration in corrosion resistance.
  • a sealing agent techniques for using benzotriazole and mercaptobenzothiazole in combination have been proposed (Patent Documents 1 and 2).
  • such a pore-sealing agent has a high pKa of 7 to 8 in mercaptobenzothiazole, it cannot be used unless the pH is substantially 9 or higher. Adjustment of the pH of such a sealing agent is generally performed with NaOH, KOH, alcohol amine, etc., and these components remain on the surface of the gold-plated member to form a copper base material. There is a concern that the material is corroded (for example, when NaOH remains, it reacts with the exposed metal Cu to form CuOH). If the sealing agent becomes a corrosion source, the meaning of sealing treatment is lost.
  • the present invention has an object to provide a sealing agent that functions satisfactorily even when the liquid composition is neutral to acidic, and a sealing method for a gold-plated member using the sealing agent.
  • the present invention provided to solve the above problems is a pore-sealing agent comprising an acidic or neutral aqueous liquid composition containing an inhibitor, wherein the inhibitor is benzotriazole and 2-carboxyl. It is a sealing agent containing methylthiobenzothiazole.
  • the above sealing agent preferably has a pH of 3.0 or more.
  • the above-mentioned sealing agent preferably has a benzotriazole content of 10 ppm to 1000 ppm and a 2-carboxymethylthiobenzothiazole content of 10 ppm to 1000 ppm.
  • Another aspect of the present invention is a sealing treatment method for a member in which gold or gold alloy plating is performed on a base material having a surface made of copper or a copper alloy, and the above (1) to (3)
  • a sealing treatment method comprising the step of subjecting the member to electrolytic treatment using the sealing treatment agent described in any one of the above.
  • the alkaline corrosion material remains essentially on the surface of the gold plating member, a gold plating member having excellent corrosion resistance can be obtained stably.
  • An electronic component made of such a gold-plated member does not easily increase contact resistance over a long period of time.
  • Gold-plated member The member which the sealing agent which concerns on this invention makes object is a gold-plated member.
  • Gold-plated members have inevitably have pinholes due to recent demands for reducing production costs. For this reason, the gold-plated member after the gold plating process exposes the copper-based material as the base material from this pinhole.
  • the exposed copper-based material is referred to as an exposed copper-based material.
  • the sealing treatment agent according to the present invention comprises benzotriazole as a component that suppresses corrosion by adsorbing to an exposed copper-based material in an inhibitor, that is, a gold-plated member.
  • the content is not particularly limited as long as it functions as an inhibitor. If it is less than 10 ppm, depending on the area of the pin hole of the gold plating, it may be difficult to cover all of the exposed copper-based material. If it exceeds 1000 ppm, although it depends on the treatment conditions (particularly temperature) of the sealing agent and the content of other components, undissolved components are produced and there is a concern that the appearance of the product may be deteriorated. Considering productivity and the like, it is preferably 50 ppm or more and 500 ppm or less, and more preferably 70 ppm or more and 300 ppm or less.
  • the sealing agent according to the present invention includes 2-carboxymethylthiobenzothiazole (hereinafter abbreviated as “ABT”) as an inhibitor. Since the pKa of ABT is as low as 4.62, it can be stably dissolved even if the sealing agent is neutral to acidic.
  • ABT 2-carboxymethylthiobenzothiazole
  • the content of ABT is not particularly limited as long as it functions as an inhibitor. If it is less than 10 ppm, depending on the area of the pin hole of the gold plating, it may be difficult to cover all of the exposed copper-based material. If it exceeds 1000 ppm, although it depends on the treatment conditions (particularly temperature) of the sealing agent and the content of other components, undissolved components are produced and there is a concern that the appearance of the product may be deteriorated. Considering productivity and the like, it is preferably 50 ppm or more and 500 ppm or less, and more preferably 70 ppm or more and 300 ppm or less. If it is 100 ppm or more, the function can be performed stably.
  • the sealing agent according to the present invention contains the above-described inhibitor, the liquidity is neutral or acidic, that is, the pH is 7 or less.
  • the preferred pH is 3 to 7. Within this range, the inhibitor can be stably adsorbed on the exposed copper-based material. A more preferred pH is 5-7.
  • pH may be less than 3, when it is too low, there is a concern that the gold-plated member itself is affected by acid.
  • the sealing agent according to the present invention may contain any other components as long as the inhibitor comprises the above components and the liquidity satisfies the above requirements.
  • a surfactant and / or an amine compound may be contained.
  • the surfactant contained in the emulsion component remaining on the surface of the gold-plated member will penetrate the corrosion-causing substance to the bottom of the pinhole unless sufficient cleaning is performed after the sealing treatment. There is. In this case, the causative substance reaches the exposed copper material and corrodes it. On the other hand, excessive cleaning may be a hindrance to the coating of the exposed copper-based material with benzotriazole and ABT. Therefore, when the sealing component according to the present invention contains an emulsion component, it is necessary to optimize the cleaning process after the sealing treatment.
  • Sealing treatment method By bringing the above-mentioned sealing treatment agent into contact with the gold-plated member, the inhibitor is adsorbed on the exposed copper-based material in the gold-plated member, and the sealing treatment is performed.
  • the contact method of this sealing agent is not particularly limited.
  • a typical example is a dipping treatment in which a gold plating member is immersed in a bath of a sealing treatment agent.
  • a spray treatment in which a fluid containing a sealing treatment agent is brought into contact with the gold plating member, and impregnation with a sealing treatment agent are impregnated. The process etc. which contact sponge etc. with a gold plating member are illustrated.
  • Electrolytic treatment may be performed in which the sealing agent is an electrolytic solution and is brought into electrical contact with the gold plating member.
  • the electrolytic pattern is arbitrary and may be direct current or alternating current, but direct current electrolysis is preferred. In the case of direct current electrolysis, anodic electrolysis using a gold-plated member as an anode is preferable from the viewpoint of increasing the inhibitor adsorption efficiency.
  • the electrolysis conditions are not particularly limited, but the voltage is preferably 0.001 to 5.0 V, and more preferably 0.05 to 3.0 V.
  • the current density is preferably 10 to 40 mA / dm 2 , more preferably 15 to 30 mA / dm 2, and particularly preferably 25 to 30 mA / dm 2 .
  • the temperature of the sealing treatment liquid in the sealing treatment and the contact time between the gold plating member and the sealing treatment solution are determined according to the contact method, the presence / absence of electrolysis, the pinhole level of the gold plating member, the material / shape of the gold plating member, etc. It is set as appropriate in consideration. As an example, it is 5 seconds at 50 ° C.
  • the gold-plated member after being brought into contact with the sealing treatment liquid is washed as necessary, usually with water.
  • the content of the inhibitor is 1000 ppm or less, cleaning is not necessary because it does not become a contamination source of the gold-plated member without cleaning.
  • the inhibitor on the surface of the gold-plated member is preferable because it can sufficiently interact with the exposed copper-based material.
  • a substrate having the following material and shape was prepared.
  • the above-mentioned base material was subjected to base plating and top plating in the following process to obtain a gold-plated member.
  • Nickel base plating Plating bath Sulfamine bath Film thickness: 1 ⁇ m
  • Gold top plating Plating bath Acid bath Film thickness: 0.1 ⁇ m
  • Ni—Pd base plating Plating bath Ammonia bath Film thickness: 1 ⁇ m
  • Au—Co top plating Plating bath Acid bath Film thickness: 0.1 ⁇ m
  • Rh top plating Plating bath Acid bath Film thickness: 0.1 ⁇ m
  • a sealing agent having the composition shown in Table 1 was prepared.
  • composition of the emulsion in Table 1 was liquid paraffin: 0.04 mass% and nonionic surfactant: a trace amount.
  • pH of each sealing agent was adjusted with KOH.
  • Sealing treatment was performed under the conditions shown in Table 1 using the above gold-plated member and sealing agent.
  • subjected before the numerical value in the column which shows the electrolysis condition of Table 1 means having performed the electrolysis process (all process time is 5 second) by making a gold plating member into an anode.
  • the gold-plated member after the treatment is washed with water (submerged in a 25 ° C. water-washing bath for 10 seconds) if necessary and dried (air-dried at 60 ° C.-30% RH). Drying was performed.

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Abstract

 本発明は、液組成が中性~酸性であっても十分に機能する金めっき部材の封孔処理剤として、インヒビターを含有する水系液状組成物からなる封孔処理剤であって、インヒビターがベンゾトリアゾールおよび2-カルボキシメチルチオベンゾチアゾールを含む封孔処理剤を提供する。pHが3.0以上であることが好ましく、ベンゾトリアゾールの含有量が10ppm以上1000ppm以下、かつ2-カルボキシメチルチオベンゾチアゾールの含有量が10ppm以上1000ppm以下であることが好ましい。本発明は、この封孔処理剤を用いた封孔処理方法も提供する。

Description

封孔処理剤および封孔処理方法
 本発明は、封孔処理剤、特に銅または銅合金からなる表面を有する基材上に金または金合金めっきが形成された部材に使用される封孔処理剤およびこれを用いた封孔処理方法に関する。
 電子部品業界では、多くの電子部品(コネクター、スイッチ、プリント基板等)の基材または配線材料として、その導電性の高さゆえに、銅または銅を含有する合金(銅合金)が使用されている。この用途に使用される銅合金を例示すれば、真鍮、リン青銅、チタン銅、ベリリウム銅が挙げられる。
 このような銅または銅合金からなる表面を有する材料(以下、「銅系材料」という。)は、内部の導電性が高いものの、表面部分は酸化などの理由により導電性が低下する場合がある。
 このため、銅系材料からなる電子部品は、一般にその表面に金もしくは金と同様に耐食性および導電性に優れた金属(例えばRh)またはこれらの金属の合金によるめっき(本発明において「金めっき」と総称する。)が施されている。
 金めっきを行うには、まず、下地めっきとして通常ニッケルめっきを行ってから、アルカリ浴または酸性浴を用いたストライク金めっきを行う。こうして形成された金めっき上に、必要に応じ、はんだめっきがスポットめっき(部分めっき)で行われる場合もある。本発明において、銅系材料を基材としその表面に金めっきが施された部材を金めっき部材という。
 近年の電子機器の小形化、高密度化、そして高信頼性が要求される状況下では上述のような部品への金めっきにも高い信頼性が求められている。
 その一方で、近年、電子機器にはコストダウンの要請が強く、上述のような金めっきおよび下地めっきにおいても、コストダウンのためにめっきの膜厚を薄くする対応が取られてきている。その結果、下地めっきや金めっきの膜厚が薄くなるにつれて、めっき皮膜上に指数関数的にピンホールが増えるという現象が生じてきている。
 こうした現象は、これらのピンホールを通じて腐食性物質(水分、塩化物、硫化物、シアン化物、アンモニア塩類等)が金めっき部材の基材である銅系材料に到達してこれを腐食させ、この腐食反応物が表面に析出して、接触抵抗が上昇するという問題を起こしている。
 そこで、金めっき部材に封孔処理剤を塗布して、ピンホールを覆い、耐食性の低下を抑制するという方法が採られている。
 そのような封孔処理剤として、ベンゾトリアゾールとメルカプトベンゾチアゾールとを併用する技術が提案されている(特許文献1,2)。
特開平8-260193号公報 特開2003-129257号公報
 ところが、このような封孔処理剤は、メルカプトベンゾチアゾールにおけるpKaが7~8と高いため、実質的にはpHを9以上にしなければ使用できない。このような封孔処理剤のpHの調整は、一般的には、NaOH、KOH、アルコールアミンなどにより行われるところ、これらの成分が金めっき部材の表面に残留して、基材をなす銅系材料を腐食する(例えば、NaOHが残留すると露出する金属Cuと反応してCuOHが形成される。)ことが懸念される。封孔処理剤が腐食源となるようでは、封孔処理することの意味が喪失されてしまう。
 本発明はかかる現状を鑑み、液組成が中性~酸性であっても十分に機能する封孔処理剤およびその封孔処理剤を用いた金めっき部材の封孔処理方法を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するために提供される本発明は、その一態様において、インヒビターを含有する酸性または中性の水系液状組成物からなる封孔処理剤であって、インヒビターがベンゾトリアゾールおよび2-カルボキシメチルチオベンゾチアゾールを含む封孔処理剤である。
 上記の封孔処理剤は、pHが3.0以上であることが好ましい。
 上記の封孔処理剤は、ベンゾトリアゾールの含有量が10ppm以上1000ppm以下、かつ2-カルボキシメチルチオベンゾチアゾールの含有量が10ppm以上1000ppm以下であることが好ましい。
 本発明は、別の一態様として、銅または銅合金からなる表面を有する基材上に金または金合金めっきが施された部材の封孔処理方法であって、上記(1)から(3)のいずれかに記載される封孔処理剤を用いて前記部材を電解処理するステップを備える封孔処理方法を提供する。
 上記の発明によれば、金めっき部材の表面にアルカリ性の腐食材料が残留することが本質的に回避されるため、耐食性に優れた金めっき部材を安定的に得ることができる。このような金めっき部材からなる電子部品は、長期間にわたって接触抵抗が上昇しにくい。
 1.金めっき部材
 本発明に係る封孔処理剤が対象とする部材は、金めっき部材である。金めっき部材は、昨今の生産コストの低減の要請により、不可避的にピンホールを有するようになってきている。このため、金めっき処理後の金めっき部材は、このピンホールから基材である銅系材料が露出している。以下、この露出部分の銅系材料を露出銅系材料という。
 2.封孔処理剤
 (1)ベンゾトリアゾール
 本発明に係る封孔処理剤は、インヒビター、すなわち金めっき部材における露出銅系材料に対して吸着することによりその腐食を抑制する成分として、ベンゾトリアゾールを備える。
 その含有量はインヒビターとしての機能を果たせば特に限定されない。10ppm未満では、金めっきのピンホールの面積にも依存するが、露出銅系材料の全てを覆うことが困難となる場合がある。1000ppm超では、封孔処理剤の処理条件(特に温度)や他の成分の含有量にも依存するが、未溶解成分が生じ、製品外観を劣化させることが懸念される。生産性なども考慮すると、50ppm以上500ppm以下とすることが好ましく、70ppm以上300ppm以下とすることがさらに好ましい。
 (2)2-カルボキシメチルチオベンゾチアゾール
 本発明に係る封孔処理剤は、インヒビターとして2-カルボキシメチルチオベンゾチアゾール(以下、「ABT」と略記する。)を備える。ABTのpKaは4.62と低いため、封孔処理剤が中性から酸性であっても、安定的に溶解する。
 ABTの含有量はインヒビターとしての機能を果たせば特に限定されない。10ppm未満では、金めっきのピンホールの面積にも依存するが、露出銅系材料の全てを覆うことが困難となる場合がある。1000ppm超では、封孔処理剤の処理条件(特に温度)や他の成分の含有量にも依存するが、未溶解成分が生じ、製品外観を劣化させることが懸念される。生産性なども考慮すると、50ppm以上500ppm以下とすることが好ましく、70ppm以上300ppm以下とすることがさらに好ましい。100ppm以上であれば、その機能を安定的に果たすことができる。
 (3)pH
 本発明に係る封孔処理剤は、上記のインヒビターを含有するため、液性は中性または酸性、すなわちpHは7以下である。好ましいpHは3~7であり、この範囲であれば安定的にインヒビターを露出銅系材料に吸着させることができる。さらに好ましいpHは5~7である。なお、pHは3未満でもよいが、過度に低い場合には金めっき部材そのものが酸により冒されることが懸念される。
 (4)他の成分
 本発明に係る封孔処理剤は、インヒビターが上記の成分からなり、液性が上記の要件を満たす限り、他のいかなる成分を含有していてもよい。特許文献2に記載されるように、界面活性剤および/またはアミン化合物を含有していてもよい。
 ただし、2-メルカプトベンゾチアゾールのような中性や酸性において溶解しにくい物質をさらに含有している場合には、その成分が製品表面に残留して外観不良の原因となることが懸念されるため、好ましくない。また、塩素やフッ素などのハロゲン元素を含む物質(ハロゲン系物質)や高濃度でアルコールなどの有機材料を含有することも、作業環境を低下させたり排水処理の負荷を高めたりするため、好ましくない。
 また、エマルジョン成分を含有させる場合には、封孔処理後に十分な洗浄を行わないと金めっき部材の表面に残留したエマルジョン成分に含まれる界面活性剤が腐食原因物質をピンホール底部まで浸透させる場合がある。この場合には腐食原因物質が露出銅系材料に到達し、これを腐食させてしまう。その一方で、過度の洗浄は上記のベンゾトリアゾールおよびABTによる露出銅系材料の被覆の阻害要因となる可能性がある。したがって、本発明に係る封孔処理剤にエマルジョン成分を含有させる場合には、封孔処理後の洗浄工程の最適化が必要とされる。
 3.封孔処理方法
 上記の封孔処理剤を金めっき部材に接触させることにより、金めっき部材における露出銅系材料にインヒビターが吸着し、封孔処理が行われる。
 この封孔処理剤の接触方法は特に限定されない。封孔処理剤の浴に金めっき部材を浸漬させる浸漬処理が典型例として挙げられ、このほか、封孔処理剤を含む流体を金めっき部材に接触させるスプレー処理、封孔処理剤を含浸させたスポンジなどを金めっき部材に接触させる処理などが例示される。
 封孔処理剤を電解液とし、金めっき部材と通電接触させる電解処理を行ってもよい。電解パターンは任意であり直流でも交流でもよいが、直流電解の方が好ましい。直流電解の場合には、インヒビターの吸着効率を高める観点から金めっき部材をアノードとする陽極電解が好ましい。このとき、電解条件は特に限定されないが、電圧は0.001~5.0Vとすることが好ましく、0.05~3.0Vとすればさらに好ましい。また、電流密度は10~40mA/dmとすることが好ましく、15~30mA/dmとすればさらに好ましく、25~30mA/dmとすれば特に好ましい。
 封孔処理における封孔処理液の温度や金めっき部材と封孔処理液との接触時間は、接触方法、電解の有無、金めっき部材のピンホールの程度、金めっき部材の材質・形状などを考慮して適宜設定される。一例を挙げれば、50℃で5秒である。
 封孔処理液と接触させた後の金めっき部材は、必要に応じ洗浄、通常は水洗を行う。インヒビターの含有量が1000ppm以下の場合には、洗浄を行わなくとも金めっき部材の汚染源となることはないため、洗浄は不要である。この場合には、金めっき部材の表面におけるインヒビターが十分に露出銅系材料と相互作用を行うことができるため、好ましい。
 次に示される材質および形状の基材を準備した。
  材質:リン青銅(C5210)
  形状:幅20mm×長さ25mm×厚さ0.25mm
 上記の基材に次の工程で下地めっきおよび上地めっきを施し、金めっき部材とした。
 (1)ニッケル下地めっき
  めっき浴:スルファミン浴
  膜厚:1μm
 (2)金上地めっき
  めっき浴:酸性浴
  膜厚:0.1μm
 (3)Ni-Pd下地めっき
  めっき浴:アンモニア浴
  膜厚:1μm
 (4)Au-Co上地めっき
  めっき浴:酸性浴
  膜厚:0.1μm
 (5)Rh上地めっき
  めっき浴:酸性浴
  膜厚:0.1μm
 表1に示される組成の封孔処理剤を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 なお、表1におけるエマルジョンの組成は、流動パラフィン:0.04質量%およびノニオン系界面活性剤:微量であった。また、各封孔処理剤のpHはKOHで調整した。
 上記の金めっき部材および封孔処理剤を用い、表1に示される条件で封孔処理を行った。なお、表1の電解条件を示す欄における数値の前に付された「+」とは、金めっき部材をアノードとして電解処理(処理時間はいずれも5秒間)を行ったことを意味する。処理後の金めっき部材は必要に応じ水洗(25℃水洗浴に10秒間浸漬)を行い乾燥(60℃-30%RHにて風乾)させ、その他は封孔処理後、水洗することなく同様の乾燥を行った。
 封孔処理剤および乾燥後の金めっき部材に対して、次の評価を行った。
 (1)溶解性
 調製した封孔処理剤を目視で観察し、濁りや沈殿の有無について、次の基準で評価した。1と判定された封孔処理剤を合格とした。
  1:透明であり、濁りも白濁もない、および
  2:濁りまたは沈殿が確認される。
 (2)耐食性
 JIS C5444-01に準拠し、40℃-85%RH-SO10ppmの雰囲気に金めっき部材を96時間放置した。暴露試験後の金めっき部材を目視で観察し、次の判定基準で評価した。1および2と判定された金めっき部材を合格とした。
  1:評価対象面のいずれにも腐食生成物は認められない、
  2:評価対象面に腐食生成物の痕跡が認められる、
  3:評価対象面に腐食生成物が点在する、
  4:点状の腐食生成物が評価対象面の半分以上の領域において認められる、および
  5:点状の腐食生成物が評価対象面の全領域において認められる。
 なお、試験No.1の封孔処理を実施しなかった金めっき部材では、暴露試験前後における接触抵抗値の変化が10mΩ以上であった。

Claims (4)

  1.  インヒビターを含有する酸性または中性の水系液状組成物からなる封孔処理剤であって、
     インヒビターがベンゾトリアゾールおよび2-カルボキシメチルチオベンゾチアゾールを含む封孔処理剤。
  2.  pHが3.0以上である、請求項1記載の封孔処理剤。
  3.  ベンゾトリアゾールの含有量が10ppm以上1000ppm以下、かつ2-カルボキシメチルチオベンゾチアゾールの含有量が10ppm以上1000ppm以下である、請求項1記載の封孔処理剤。
  4.  銅または銅合金からなる表面を有する基材上に金または金合金めっきが施された部材の封孔処理方法であって、請求項1から3のいずれかに記載される封孔処理剤を用いて前記部材を電解処理するステップを備える封孔処理方法。
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