説明

パルス銅めっき浴用添加剤およびこれを用いたパルス銅めっき浴

【課題】 パルス銅めっきでありながら、光沢のある銅皮膜を得ることのできる技術を開発すること。
【解決手段】 ポリエーテルポリオールもしくはポリアルキレングリコールから選ばれるポリオールに、エピハロヒドリンを反応させてエポキシ化し、次いでアミンを反応させて得られる第3級アミン化合物またはこれを更に第4級化して得られる第4級アンモニウム化合物を有効成分として含有するパルス銅めっき浴用添加剤。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、パルス銅めっき浴用の添加剤およびこれを用いるパルス銅めっき浴に関する。
【背景技術】
【0002】
一定の時間、めっきを行った後、めっきとは逆の電琉を短時間流すパルスめっきは、均一電着性の良いめっき方法として知られている。例えば、プリント基板のスルーホール内にまで付き回りよく銅を析出させるために、硫酸銅めっき浴を用い、パルスめっきを行う試みがなされている。
【0003】
しかしながら、硫酸銅めっき浴を用いるパルスめっき浴は、均一電着性が良いにもかかわらず、普及されていないのが実情であった。この理由は、パルスめっきでは、めっきと逆電流をかけ、一旦析出させためっき皮膜を剥離する時間を作るために専用の電源装置が必要であるという、設備的なコストの問題もあるが、主には、パルス銅めっきで得られる皮膜は、無光沢の外観であり、光沢のある銅めっき皮膜が得られないということが原因であった。
【0004】
すなわち、プリント基板では、めっきされた銅皮膜に、20ないし30μm程度のファインパターンをエッチングにより作成するが、無光沢外観を有する銅皮膜は、表面の凹凸が大きいため、エッチング特性が問題となる可能性があった。また、無光沢の銅皮膜のように表面粗さが大きい金属皮膜は、高周波特性が劣るという問題もあった。
【0005】
このため、パルス硫酸銅めっき等のパルス銅めっきにおいて、光沢のある銅皮膜を得るための試みもおこなわれているが、満足のいく手段がまだ見出されていないというのが実情であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従って本発明の課題は、パルス銅めっきでありながら、光沢のある銅皮膜を得ることのできる技術を開発することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、パルス銅めっきにおいて、光沢を付与する添加剤として使用可能な化合物について鋭意検索を行っていたところ、ポリアルキレングリコールまたはポリエーテルポリオールを出発物質とし、これをアミン化、更には4級アンモニウム化して得た化合物は、パルス銅めっき浴においても有効な添加剤として作用することを見出し、本発明を完成した。
【0008】
すなわち本発明は、隣接炭素原子に水酸基を有する多価アルコールにアルキレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオールもしくはポリアルキレングリコールから選ばれるポリオールに、エピハロヒドリンを反応させてエポキシ化し、次いで下記式(I)、
【化8】

で表されるアミンを反応させて得られる第3級アミン化合物を有効成分として含有するパルス銅めっき浴用添加剤である。
【0009】
また本発明は、上記工程で得られた第3級アミン化合物に、更に下記式(II)で示される化合物、
【化9】

と反応させることにより得られる第4級アンモニウム化合物を有効成分として含有するパルス銅めっき浴用添加剤である。
【0010】
更に本発明は、銅イオンを10〜75g/L、硫酸を40〜250g/Lおよび塩素を10〜250mg/L含有する硫酸銅めっき浴に、1mg/L〜10g/Lの上記いずれかに記載のパルス銅めっき用添加剤を含有してなるパルス銅めっき浴である。
【発明の効果】
【0011】
本発明のパルス銅めっき浴用添加剤を使用することにより、硫酸銅めっき浴中でパルスめっきを行っても、優れた光沢を有する銅皮膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
本発明のパルス銅めっき浴用添加剤の有効成分として利用しうる第3級アミン化合物は、隣接炭素原子に水酸基を有する多価アルコールにアルキレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオール(以下、単に「ポリエーテルポリオール」という)または後記式(III)で示されるポリアルキレングリコール(以下、単に「ポリアルキレングリコール」という)から選ばれるポリオールを出発物質として合成されるものである。
【0013】
このうち、ポリエーテルポリオールを形成させるために使用される、隣接炭素原子に水酸基を有する多価アルコール(以下、「多価アルコール」という)としては、例えば、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース等の6単糖類、アラビノース、キシロース等の5単糖類、ソルビトール、マンニトール等の糖アルコール、ショ糖、麦芽糖、乳糖、トレハロース等の2糖類、グリセリン、エリスリトール、キシリトール等が挙げられる。これらの多価アルコールの中でも、ソルビトール、マンニトール等の糖アルコールが好ましい。
【0014】
これらの多価アルコールから、ポリエーテルポリオールを製造するには、これにアルキレンオキサイドを付加させることが必要である。多価アルコールへのアルキレンオキサイドの付加は、常法に従って行うことができ、例えば、オートクレーブによる加温、加圧等により行うことができる。また、多価アルコールに付加させるアルキレンオキサイドの炭素数は特に制限されないが、炭素数2〜3のアルキレンオキサイドを付加させることが好ましい。また、多価アルコールに付加させるアルキレンオキサイドのモル数も、特に制限されないが、水酸基の数に対し0.5〜3倍のアルキレンオキサイドを付加させることが好ましい。
【0015】
一方、ポリアルキレングリコールとしては、下記式(III)、
【化10】

で表されるものを挙げることができる。このうち好ましいものとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等が挙げられ、これらの中でもポリエチレングリコールが好ましい。また、これらポリアルキレングリコールの重合数は特に2〜10が好ましい。
【0016】
上記、ポリアルキレングリコールまたはポリエーテルポリオール等のポリオール(以下、単に「ポリオール」ということがある)は、次に、エピハロヒドリンと反応させてエポキシ化させる。このエピハロヒドリンとしてはエピブロモヒドリン、エピクロロヒドリン等が挙げられ、これらの中でもエピクロロヒドリンが好ましい。このエピハロヒドリンを用いたポリオールのエポキシ化は、常法に従って行うことができ、例えば、エピハロヒドリンとポリオールを触媒の存在下で加熱させることにより行うことができる。前記エポキシ化に用いられる触媒としては、フッ化水素(HF)、三フッ化ホウ素(BF)、塩化スズ(IV)(SnCl)等が挙げられ、特に塩化スズ(IV)が好ましい。また、これらのエポキシ化させたポリオールのエポキシ当量は100〜500が好ましく、150〜300がより好ましく、特に150〜200が好ましい。なお、エポキシ当量はJIS
K 7236に基づき測定することができる。更に、エポキシ化させたポリオールの炭素数は10〜50が好ましく、特に20〜30が好ましい。上記のようにしてエポキシ化させたポリオールとしては、例えば、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル等のポリエチレングリコールジグリシジルエーテル等が挙げられ、これらは上記のようにして調製されたものの他に市販品を利用することができる。
【0017】
上記のようにしてエポキシ化させたポリオールは、更に下記式(I)で示される化合物を反応させて第3級アミン化合物を得ることができる。
【0018】
【化11】

【0019】
上記式(I)で示される化合物の例としては、ジエタノールアミン、ジプロパノールアミン等が挙げられる。これらの化合物の中でもジエタノールアミンが好ましい。
【0020】
これらの化合物(I)を用いたエポキシ化させたポリオールの第3級アミン化は、常法に従って行うことができ、例えば、エポキシ化させたポリオールと下記式(I)で示される化合物とを混合し、これを室温下で1日程度攪拌することにより行うことができる。
【0021】
上記第3級アミン化合物は、そのまま本発明のパルス銅めっき浴用添加剤の有効成分として使用することもできるが、更に、これを第4級化して第4級アンモニウム化合物とし、これを本発明のパルス銅めっき浴用添加剤の有効成分として使用することもできる。
【0022】
上記第3級アミン化合物を第4級化するために用いる化合物としては、下記式(II)で表される化合物を挙げることができる。
【0023】
【化12】

【0024】
この化合物(II)としては、例えば、塩化アリル、臭化メチル、臭化アリル等が挙げられ、これらの中でも塩化アリルが好ましい。
【0025】
この化合物(II)を用いた第3級アミン化合物の第4級アンモニウム化は、常法に従って行うことができ、例えば、化合物(II)および第3級アミン化合物と、例えば、アセトン等の溶媒とを混合し、これを数時間程度加熱還流することによって行うことができる。
【0026】
パルス銅めっき浴用添加剤は、上記のようにして得られる第3級アミン化合物または第4級アンモニウム化合物を有効成分として配合することにより、製造することができる。すなわち、これら化合物を適当な液体あるいは固体担体と混合することにより調製することができる。
【0027】
また、本発明のパルス銅めっき浴用添加剤の調製に当たっては、従来公知の硫酸銅めっき用添加剤成分を配合することも可能である。すなわち、本発明化合物はレベラー成分として作用するので、それ以外のビス−(3−スルホプロピル)ジスルフィドジナトリウム(SPS)等の光沢化剤成分や、ポリエチレングリコール等の成分の湿潤剤成分を混合して使用することもできる。
【0028】
以上のようにして調製されたパルス銅めっき浴用添加剤は、標準的な硫酸銅めっき浴中に添加され、パルス銅めっき浴が調製される。
【0029】
すなわち、適切な濃度の硫酸銅および硫酸を含有する硫酸銅めっき浴中に、前記本発明化合物として1mg/L〜10g/L、好ましくは1mg/L〜2g/Lとなる量の添加剤を加え、パルスめっきを行なうことができる。
【0030】
上記硫酸銅めっき浴中の各成分の量は、特に制約はないが、銅イオンは10〜75g/L程度、硫酸は40〜250g/L程度、塩素は10〜250mg/L程度である。
【0031】
また、上記パルス銅めっき浴を用いて行うパルスめっきの条件は、特に制約があるわけではないが、一般には、銅めっき皮膜析出のためのフォワード電流は、0.2〜20A/dm程度、好ましくは、1〜10A/dm程度であり、析出した銅めっき皮膜を溶解するためのリバース電流は、0.4〜40A/dm程度、好ましくは、2〜30A/dm程度である。
【0032】
また、その継続時間は、フォワード電流が2〜300msec程度、好ましくは、10〜30msec程度、リバース電流が0.1〜6msec程度、好ましくは0.5〜2msec程度とすれば良い。
【0033】
以上の本発明パルス銅めっき浴を用い、パルスめっきを行うことにより得られた銅皮膜は、従来の銅パルスめっきにより得られた銅皮膜に比べ、優れた光沢を有するものである。すなわち、従来の銅パルスめっきでは、無光沢の外観しか得られないが、本発明のパルス銅めっき浴を使用した場合は、通常のパルスなしの硫酸銅めっきに近い光沢外観を得ることができる。
【0034】
また、パルス銅めっきの利点である均一電着性も優れたものであり、更に、銅皮膜の物性も優れたものであった。
【実施例】
【0035】
以下、製造例、実施例を挙げ、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に何ら制約されるものではない。
【0036】
製 造 例 1
レベリング剤の合成(1):
ケミカルアブストラクト(vol.73,57454n,(1970))に準じてポリエチレングリコール(9重合物)に、エピクロロヒドリンを反応させ、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテルを得た(エポキシ当量285)。このポリエチレングリコールジグリシジルエーテル29.1gに、水300mlを加え、更にジエタノールアミン13mlを加えて室温で24時間攪拌し、第3級アミン化合物(レベリング剤1)を得た。この化合物のNMR測定を行ったところ、エポキシ基のσ(DO)2.7、2.9ppm付近のシグナルが消えてσ2.6、3.6ppm付近にジエタノールアミンのシグナルが観測され、アミノ化を確認した。
【0037】
製 造 例 2
レベリング剤の合成(2):
上記製造例1で得たレベリング剤1を含む水溶液に、更に、アセトン300mlおよび塩化アリル20mlを加え、4時間加熱還流した後、減圧濃縮して46gの第4級アンモニウム化合物(レベリング剤2)を油状物として得た。この化合物のNMR測定を行ったところ、σ5.9、5.7、5.4ppm付近にビニルプロトンのシグナルが観測され、アリル基の導入を確認した。
【0038】
製 造 例 3
レベリング剤の合成(3):
市販のジエチレングリコールに、製造例1と同様にしてエピクロロヒドリンを反応させ、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル(エポキシ当量150)を得た。これに、製造例1と同様にしてジエタノールアミンを反応させて第3級アミン化合物を得、更に、製造例2と同様にして塩化アリルを反応させて4級アンモニウム化合物(レベリング剤3)を得た。
【0039】
製 造 例 4
レベリング剤の合成(4):
特開昭52−61187号公報の実施例1(1)に記載されているポリオキシエチレン(6重合物)ソルビトールに、製造例1と同様にしてエピクロロヒドリンを反応させ、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテルとし(エポキシ当量170)、更に、これにジエタノールアミンを反応させて第3級アミン化合物(レベリング剤4)を得た。
【0040】
製 造 例 5
レベリング剤の合成(5):
上記製造例4で得たレベリング剤4に、製造例2と同様にして塩化アリルを反応させて第4級アンモニウム化合物(レベリング剤5)を得た。
【0041】
実 施 例 1
外観および均一電着性試験(1):
下記基本浴組成の硫酸銅めっき液に、添加剤組成に示す添加剤を加え、パルスめっき浴を調製した(本発明浴(1))。この銅めっき浴を用い、スルーホール(孔径0.3mmφ、深さ1.6mm)を有するプリント基板に、フォワード電流が5A/dmで30msec、リバース電流が15A/dmで1msec、平均電流が4.4A/dmのパルス条件で膜厚25μmとなるまで硫酸銅めっきを行い、めっき後の外観および均一電着性を調べた。なお、比較としては、基本組成に他社添加剤A(標準濃度で添加)を加え、上記パルス条件でめっきを行ったもの(他社添加剤A浴)および基本組成に市販硫酸銅めっき添加剤(CU−BRITE21;5ml/L)を加え、非パルス条件(DC電源にて2A/dm)でめっきを行ったもの(CU−BRITE21浴)を用いた。この結果を表1に示す。なお、めっき外観は目視で、均一電着性は断面観察で調べた。
【0042】
基本組成:
硫酸銅 75 g/L(銅イオンとして約19g/L)
硫 酸 180 g/L
塩 素 120mg/L*
* 添加剤としてCU−BRITE 21を用いる場合には60mg/Lとした
【0043】
添加剤組成:
製造例2で得たレベリング剤2 200mg/L
SPS 8mg/L
PEG4000 1000mg/L
* ビス−(3−スルホプロピル)ジスルフィドジナトリウム
【0044】
結 果:
【表1】

【0045】
この結果から明らかなように、第4級アンモニウム化合物であるレベリング剤2を使用した場合には、優れた外観および均一電着性が得られた。これに対し、他社添加剤Aを用いた場合は、均一電着性は良いが、外観は無光沢のものとなってしまった。一方、通常の硫酸銅めっきでは、良好な光沢が得られはするものの、均一電着性がパルスめっきには及ばなかった。
【0046】
実 施 例 2
ホットオイル試験(1):
実施例1で硫酸銅めっきを行った各プリント基板について、260℃のグリセリンに5秒浸漬後、25℃のトリクレンに15秒浸漬する工程を所定回数繰り返した。その後、スルホール内を断面カットし、クラックの有無を観察した。スルホール10穴を観察し、各コーナー計40箇所および各穴中心部計20箇所に計60箇所に生じたクラックの数を数え、評価した。この結果を表2に示す。
【0047】
結 果:
【表2】

【0048】
この結果から明らかなように、本発明浴(1)では、一般の硫酸銅めっきと同一の結果が得られた。これに対し、他社添加剤Aを用いた場合は、クラックの発生が多く、熱ショックに弱いことが示された。
【0049】
実 施 例 3
外観および均一電着性試験(2):
実施例1と同じ基本浴組成の硫酸銅めっき液に、添加剤組成に示す添加剤を加え、パルスめっき浴(本発明浴(2))を調製した。この銅めっき浴を用い、種々の孔径のスルーホール(深さ1.6mm)を有するプリント基板に、パルス硫酸銅めっきを行い、めっき後の外観および均一電着性を調べた。この結果を表3に示す。
【0050】
添加剤組成:
製造例5で得たレベリング剤5 100mg/L
SPS 10mg/L
PEG4000 500mg/L
* ビス−(3−スルホプロピル)ジスルフィドジナトリウム
【0051】
結 果:
【表3】

【0052】
この結果から明らかなように、第4級アンモニウム化合物であるレベリング剤5を使用した場合でも、優れた外観および均一電着性が得られた。
【0053】
実 施 例 4
ホットオイル試験(2):
実施例3で硫酸銅めっきを行ったプリント基板について、実施例2と同様にホットオイル試験を行った。この結果を表4に示す。
【0054】
結 果:
【表4】

【0055】
実 施 例 5
物性試験:
実施例3で用いためっき液、めっき条件により、ステンレス板に40μmの膜厚で硫酸銅めっきを行った。次いで、得られた銅皮膜を引き剥がし、その伸び率および抗張力を測定した。この結果を表5に示す。
【0056】
結 果:
【表5】

【0057】
実 施 例 6
外観および均一電着性試験(3):
実施例1と同じ基本浴組成の硫酸銅めっき液に、添加剤組成に示す添加剤を加え、パルスめっき浴(本発明浴(3))を調製した。この銅めっき浴を用い、種々の孔径のスルーホール(深さ1.6mm)を有するプリント基板に、パルス硫酸銅めっきを行い、めっき後の外観および均一電着性を調べた。この結果を表6に示す。
【0058】
添加剤組成:
製造例4で得たレベリング剤4 100mg/L
SPS 10mg/L
PEG4000 500mg/L
* ビス−(3−スルホプロピル)ジスルフィドジナトリウム
【0059】
結 果:
【表6】

【0060】
この結果から明らかなように、第3級アミン化化合物であるレベリング剤4を使用した場合でも、優れた外観および均一電着性が得られた。
【0061】
実 施 例 7
外観および均一電着性試験(4):
実施例1と同じ基本浴組成の硫酸銅めっき液に、添加剤組成に示す添加剤を加え、パルスめっき浴(本発明浴(4))を調製した。この銅めっき浴を用い、種々の孔径のスルーホール(深さ1.6mm)を有するプリント基板に、パルス硫酸銅めっきを行い、めっき後の外観および均一電着性を調べた。この結果を表7に示す。
【0062】
添加剤組成:
製造例5で得たレベリング剤5 150mg/L
SPS 20mg/L
* ビス−(3−スルホプロピル)ジスルフィドジナトリウム
【0063】
結 果:
【表7】

【0064】
この結果から明らかなように、湿潤剤(PEG4000)がない場合でも、優れた外観および均一電着性が得られた。
【産業上の利用可能性】
【0065】
本発明のパルス銅めっき浴用添加剤を用い、パルスめっきで得られた銅皮膜は、優れた光沢外観と、優れた物性を有するものであり、更に、めっき浴自体の均一電着性も良いものである。
【0066】
従って、本発明のパルス銅めっき浴用添加剤は、例えば、スルーホールを有するプリント基板上の銅めっきなどで優れた効果を有するものであり、電子部品製造などの分野で広く利用することができるものである。

以 上


【特許請求の範囲】
【請求項1】
隣接炭素原子に水酸基を有する多価アルコールにアルキレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオールもしくはポリアルキレングリコールから選ばれるポリオールに、エピハロヒドリンを反応させてエポキシ化し、次いで下記式(I)、
【化1】

で表されるアミンを反応させて得られる第3級アミン化合物を有効成分として含有するパルス銅めっき浴用添加剤。
【請求項2】
隣接炭素原子に水酸基を有する多価アルコールにアルキレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオールもしくはポリアルキレングリコールから選ばれるポリオールに、エピハロヒドリンを反応させてエポキシ化し、次いで下記式(I)、
【化2】

で表されるアミンを反応させて得られる第3級アミン化合物に、更に下記式(II)で示される化合物、
【化3】

と反応させることにより得られる第4級アンモニウム化合物を有効成分として含有するパルス銅めっき浴用添加剤。
【請求項3】
隣接炭素原子に水酸基を有する多価アルコールが、糖アルコールである請求項第1項または第2項記載のパルス銅めっき浴用添加剤。
【請求項4】
ポリアルキレングリコールが、次の式(III)
【化4】

で表されるものである請求項第1項または第2項記載のパルス銅めっき浴用添加剤。
【請求項5】
硫酸銅および硫酸を含有する硫酸銅めっき浴中に、1mg/L〜10g/Lの量で配合、使用するものである請求項第1項ないし第4項の何れかの項記載のパルス銅めっき浴用添加剤。
【請求項6】
パルスめっきを、被めっき物に対し、フォワード電流が0.2〜20A/dmで、2〜300msec、リバース電流が0.4〜40A/dmで、0.1〜6msecの条件で行うパルス銅めっきに使用するものである請求項第1項ないし第5項の何れかの項記載のパルス銅めっき浴用添加剤。
【請求項7】
銅イオンを10〜75g/L、硫酸を40〜250g/Lおよび塩素を10〜250mg/L含有する硫酸銅めっき浴に、1mg/L〜10g/Lの請求項第1項ないし第6項の何れかの項記載のパルス銅めっき用添加剤を含有してなるパルス銅めっき浴。
【請求項8】
隣接炭素原子に水酸基を有する多価アルコールにアルキレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオールもしくはポリアルキレングリコールから選ばれるポリオールに、エピハロヒドリンを反応させてエポキシ化し、次いで下記式(I)、
【化5】

で表されるアミンを反応させることを特徴とする第3級アミン化合物の製造法。
【請求項9】
隣接炭素原子に水酸基を有する多価アルコールにアルキレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオールもしくはポリアルキレングリコールから選ばれるポリオールに、エピハロヒドリンを反応させてエポキシ化し、次いで下記式(I)、
【化6】

で表されるアミンを反応させて第3級アミン化合物とし、更にこれに下記式(II)で示される化合物、
【化7】

と反応させることを特徴とする第4級アンモニウム化合物の製造法。