專利名稱：電鍍方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于電鍍方法，特別是關(guān)于無鉛的電鍍而且連續(xù)地形成軟釬焊性能良好的金屬材料電鍍膜的電鍍方法。
用Sn單體或者Sn合金的電鍍層被覆Cu單體、Cu合金或者Fe-Ni合金之類的導電部件表面而形成的引線材，是高性能導體，具有Cu單體、Cu合金所具備的優(yōu)良導電性和機械強度，而且還具有Sn單體或者Sn合金所具備的耐蝕性和良好的軟釬焊性，大量用于各種端子、接頭、引線等電氣電子機器領(lǐng)域或電力電纜領(lǐng)域等。
另外，在電路基板上搭載半導體芯片時，在半導體芯片的外引線部進行使用Sn合金的熱浸鍍或電鍍，由此提高該外引線部的軟釬焊性。這樣的Sn合金的代表例，例如是軟釬料(Sn-Pb合金)，因為軟釬焊性、耐蝕性等良好，所以作為接頭或引線框架等電氣電子工業(yè)用部件的工業(yè)用電鍍被廣泛利用。
但是，在軟釬料中使用的Pb對人體造成惡劣的影響，因而已經(jīng)指出有害性，在世界上產(chǎn)生限制Pb的使用的提議。例如，廢棄在室外的電子裝置類等，如果暴露于酸性雨中，Pb就從該裝置內(nèi)部使用的軟釬料(Sn-Pb合金)或在電子部件的表面施加的軟釬料鍍層中溶解出來，造成地下水或江河污染。為了防止環(huán)境污染，最好是使用不含Pb的Sn合金。為此正在開發(fā)代替以往的Sn-Pb電鍍液的不含Pb的新電鍍液。目前已開發(fā)出不含Pb的以Sn為主成分的電鍍液，例如Sn-Bi系、Sn-Ag系、Sn-Cu系的電鍍液，并正在逐步替代原有的電鍍液。
圖3是表示引線材的基本構(gòu)成的斷面圖。例如，導電部件21由Cu、以Cu為主成分的Cu系合金或者以Fe-Ni為主成分的Fe-Ni系合金構(gòu)成。而且，在這些導電部件21的表面上鍍敷了不同金屬材料的2層電鍍膜。例如，依次地形成Sn的第1電鍍膜22和Sn-Bi的第2電鍍膜23。在此，已經(jīng)知道，設(shè)第1電鍍膜22的厚度為t1、設(shè)第2電鍍膜23的厚度為t2時，如果t1設(shè)定成約3～15μm,t2設(shè)定成約1～5μm,t2/t1設(shè)定成約0.1～0.5，無論在成本方面，軟釬焊性和耐熱性方面，還是軟釬料的焊接強度或與鋁線等的焊接部的焊接強度方面都有良好的特性，得到作為引線材的性能提高，因此是合適的。
圖4是自動電鍍裝置全體的平面布置圖。首先，在堿性電解洗凈液槽31中，去除導電部件21的表面上的妨礙軟釬料電鍍被膜的附著性或軟釬焊性的油脂等有機性的污染雜質(zhì)。接著，在水洗用液槽32中洗凈后，在化學腐蝕液槽33中進行化學腐蝕處理(基本上利用氧化一還原反應(yīng)的處理)，使由于晶界或夾雜物等的存在而成為不均勻表面的導電部件21的表面均勻化。
接著，在水洗用液槽34中洗凈后，在酸活性化液槽35中去除在水洗用液槽34中附著的氧化膜。隨后，在水洗用液槽36中洗凈后，在軟釬料電鍍裝置37中施行電鍍。軟釬料電鍍液是強酸性的，因此電鍍后的表面成為酸性。這樣的表面隨時間的經(jīng)過，被膜變色，軟釬焊性劣化。為此，在水洗用液槽38、中和處理槽39中，中和殘留在電鍍層表面的酸，去除吸附的有機物。此后，在水洗用液槽40、熱水洗用液槽41中進行洗凈，在干燥裝置42中干燥已電鍍的導電部件。
圖5是在以往的電鍍裝置37中施行電鍍的部分的詳細平面布置圖。在該電鍍方法中，導電部件21浸漬在預(yù)浸漬槽371中，去除表面的氫氧化物膜，浸漬在第1電鍍液槽372的電鍍液中，施加第1電鍍膜22后，將導電部件21浸漬在設(shè)置在第1電鍍液槽372的電鍍液和第2電鍍液槽374的電鍍液之間的水洗用液槽373的純水中，除去第1電鍍液，接著將導電部件21浸漬在第2電鍍液槽374的電鍍液中，施加第2電鍍膜23。最后在水洗用液槽375中洗凈電鍍面。
在上述的電鍍方法中，施加第1電鍍膜22的第1電鍍液槽372的電鍍液和施加第2電鍍膜的第2電鍍液槽374的電鍍液，除了構(gòu)成各自的電鍍液的金屬材料及溶解這些金屬材料的酸性溶劑之外，就不是相同的液構(gòu)成。例如，在第1電鍍膜22由Sn單體構(gòu)成，第2電鍍膜23由Sn-Bi合金構(gòu)成時，在第1電鍍液槽372和第2電鍍液槽374的電鍍液的構(gòu)成中，關(guān)于有機酸、溶劑和純水，使用是相同液構(gòu)成的材料。但是，關(guān)于添加劑，前者一般使用軟釬料電鍍液用的添加劑，后者一般使用Sn-Bi電鍍液用的添加劑。
另外，第1電鍍液槽372和第2電鍍液槽374往往使用相同形狀的電鍍液槽。
這樣的電鍍方法在特開平10-229152號公報中已有說明。
首先，施加上述的第1電鍍膜22的第1電鍍液槽372的電鍍液和施加第2電鍍膜23的第2電鍍液槽374的電鍍液，如果除了構(gòu)成各自的電鍍液的金屬材料及溶解這些金屬材料的酸性溶劑之外，就不是相同的液構(gòu)成。因此，第1電鍍液槽372的電鍍液附著在導電部件21上，在第1電鍍液槽372的電鍍液和第2電鍍液槽374的電鍍液之間設(shè)置水洗用液槽373，以使第1電鍍液槽372的電鍍液不會直接帶進第2電鍍液槽374的電鍍液內(nèi)。而且必須使用該水洗用液槽373的純水，去除第1電鍍液槽372的電鍍液。因此，以往的電鍍方法使用水洗用液槽373是必不可少的，這就存在需要多余的工序的問題。
另外，在施加第2電鍍膜23的第2電鍍液槽374的電鍍液中，已施加第1電鍍膜22的導電部件21在水洗用液槽373中洗凈后，浸漬在第2電鍍液槽374的電鍍液中。此時，水洗用液槽373的純水混入第2電鍍液槽374的電鍍液內(nèi)，因而第2電鍍液槽374的電鍍液被稀釋。因此，需要對第2電鍍液槽374的電鍍液的構(gòu)成和濃度進行控制，導致工藝過程的管理復(fù)雜化。
進而，在第1電鍍液槽372的電鍍液和第2電鍍液槽374的電鍍液內(nèi)包含的金屬材料，除了電鍍在導電部件21上以外，還在陽極上置換析出。但是，構(gòu)成第2電鍍液的Bi、Ag和Cu在陽極上顯著地置換析出，因而補充上述金屬的量也大幅度地變多。另一方面，金屬材料(特別Bi、Ag和Cu)十分昂貴，因而導致生產(chǎn)成本增大。
本發(fā)明是鑒于上述的以往問題而完成的，目的在于，在導電部件的表面上施加不同的金屬材料或者是相同的金屬材料，但金屬材料的組成比不同的2層電鍍膜的第1電鍍膜和第2電鍍膜的電鍍方法中，提供能夠縮短作業(yè)過程、能夠簡化濃度控制的電鍍方法。
為了達到上述的目的，在本發(fā)明中，如果除了包含在第1電鍍液和第2電鍍液中的金屬材料構(gòu)成及溶解該金屬材料的酸性溶劑以外，電鍍液的構(gòu)成基本上是相同的。具體地說，除了在第1電鍍液和第2電鍍液中包含的金屬材料及溶解該金屬材料的酸性溶劑以外的有機酸、溶劑、添加劑和純水基本上是相同的液構(gòu)成。


圖1是說明在本發(fā)明的電鍍方法中使用的軟釬料電鍍裝置的圖。
圖2是說明在本發(fā)明的電鍍方法中使用的第1電鍍液槽和第2電鍍液槽的圖。
圖3是說明本發(fā)明和以往的施加了2層電鍍的導電部件的圖。
圖4是說明本發(fā)明和以往的自動電鍍裝置全體的平面布置圖。
圖5是說明以往的軟釬料電鍍裝置部分的平面布置圖。
圖1是表示用于實施是本發(fā)明電鍍方法的自動電鍍裝置中的電鍍部分平面布置圖，相當于圖4表示的全體電鍍裝置的軟釬料電鍍裝置37。
在圖1中，自動電鍍裝置由預(yù)浸漬液槽1、第1電鍍液槽2、第2電鍍液槽3和水洗用液槽4構(gòu)成。在預(yù)浸漬液槽1中去除在前面的水洗用液槽36(參照圖4)中洗凈時附著在導電部件21(參照圖3)上的氧化膜，使導電部件21的表面處于活性狀態(tài)。在第1電鍍液槽2中，在導電部件21上施加第1電鍍膜22，然后在第2電鍍液槽3中在導電部件21上施加第2電鍍膜23。在此，關(guān)于電鍍膜厚，按照以往，設(shè)第1電鍍膜22的厚度為t1，設(shè)上述第2電鍍膜23的厚度為t2時，t1成為約3～15μm、t2成為約1～5μm、t2/t1成為約0.1～0.5地施行電鍍。引線材的結(jié)構(gòu)和圖3相同，因此符號相同。
在本發(fā)明中，使除了第1電鍍液槽2的電鍍液和第2電鍍液槽3的電鍍液中包含的第1和第2金屬材料及溶解這些金屬材料的酸性溶劑以外的溶液形成相同的液構(gòu)成。由此，具有以下的特征，即，在第1電鍍液槽2的電鍍液中浸漬導電部件21，施加第1電鍍膜22后，可以接著浸漬在第2電鍍液槽3的電鍍液中，施加第2電鍍膜23。
即，作為第1電鍍液槽2的電鍍液的構(gòu)成，以Sn作為全部或者幾乎全部的第1金屬材料，除了該金屬材料及溶解該金屬材料的酸性溶劑的溶液，以有機酸、溶劑、添加劑和純水構(gòu)成。例如，有機酸包括甲磺酸或者丙醇磺酸(プロパノ-ルスルホン酸)，溶劑包括異丙醇。而且，作為第2電鍍液槽3的電鍍液的構(gòu)成，以選自Bi、Ag和Cu中的至少一種的第2金屬材料及包括是第1金屬材料的Sn的金屬材料作為金屬材料，除了這些金屬材料及溶解這些金屬材料的酸性溶劑的溶液，以有機酸、溶劑和純水構(gòu)成。例如，和第1電鍍液槽2相同，有機酸包括甲磺酸或者丙醇磺酸，溶劑包括異丙醇。
因此，在該電鍍方法中，在導電部件21上附著第1電鍍液槽2的電鍍液，帶進第2電鍍液槽3的電鍍液內(nèi)，即使混入2種電鍍液，除了第1和第2金屬材料及溶解這些金屬材料的酸性溶劑以外，由于形成相同的液構(gòu)成，所以第2電鍍液槽3的電鍍液的構(gòu)成也不會打亂。
一般當構(gòu)成電鍍液時，金屬材料溶解于酸性溶劑中而使用。但是，該酸性溶劑與電鍍液的量相比，是極少量的，因此無論含有多少，對該電鍍液的構(gòu)成都不產(chǎn)生任何影響。
因此，在第1電鍍液槽2的電鍍液中浸漬導電部件21，施加第1電鍍膜22后，可以連續(xù)地將導電部件21浸漬在第2電鍍液槽3的電鍍液中，施加第2電鍍膜23。因此，能夠省略以往的施加第1電鍍膜22后利用水洗用液槽的洗凈，達到作業(yè)過程和作業(yè)時間的縮短。
接著，關(guān)于第2電鍍液槽3的電鍍液，如上所述，在該電鍍作業(yè)過程中，導電部件21上附著了第1電鍍液槽2的電鍍液，混入第2電鍍液槽3的電鍍液中。此時，在第2電鍍液槽3的電鍍液中，帶進了附著在導電部件21上的是第1金屬材料的Sn。但是，不帶進使用Bi、Ag和Cu中的第2金屬材料。并且，使用Bi、Ag和Cu中的第2金屬材料在導電部件21上作為與Sn的合金析出，除此以外，在陽極上置換析出。另外，除此之外，使用這些Bi、Ag和Cu中的第2金屬材料附著在導電部件21上而帶走，因而與第1金屬材料Sn相比，特別顯著地減少。
另一方面，一般在電鍍中，通過電流密度、電鍍時間和電鍍液濃度控制電鍍膜的厚度和電鍍膜組成，因此通過使電流密度、電鍍時間和電鍍液濃度保持一定，來實行電鍍膜厚和電鍍膜組成的管理。借此，對析出在電鍍膜上的金屬材料量或者電鍍液濃度進行管理，在看到由析出而引起金屬材料減少的情況下，可以進行補充。如上所述，第1電鍍液槽2和第2電鍍液槽3的電鍍液的金屬材料也存在由于在陽極上置換析出以及被導電部件21帶走而引起的減少。但是，第1電鍍液槽2和第2電鍍液槽3的陽極以純度例如99.9％以上的Sn形成，因而電鍍液的第1金屬材料Sn，除了主要通過陽極的溶解進行補充以外，通過定期的分析，根據(jù)需要進行溶液補充。
例如，進行Sn為100(重量％)的電鍍液的濃度管理時，作為各種的液濃度，電鍍液的濃度保持在Sn2+濃度為30～60(g/L)、游離酸濃度為120～160(g/L)、添加劑濃度為20～50(ml/L)之間地進行Sn的管理。但是，如上所述，在第1電鍍液槽2的管理中，Sn存在陽極溶解，因此不需要像第2電鍍液槽3的管理那樣頻繁。
在第2電鍍液槽3的電鍍液中，如上所述，第1金屬材料Sn，通過陽極的溶解得到補充，因此，主要控制與Sn相比顯著減少的選自Bi、Ag和Cu中的第2金屬材料的濃度。
例如，在進行Sn∶Bi=97(重量％)∶3(重量％)的電鍍液的濃度管理時，作為各自的液濃度，電鍍液的濃度保持在Sn2+濃度為50～60(g/L)、Bi3+濃度為3.0～4.2(g/L)、游離酸濃度為120～160(g/L)、添加劑濃度為20～40(ml/L)之間地進行Bi的管理。
如上所述，利用生產(chǎn)線作業(yè)產(chǎn)生的作業(yè)速度的一定化，而且能夠使第1電鍍液槽2和第2電鍍液槽3中的電流密度保持一定，因此第2電鍍液槽3的第2金屬材料Bi、Ag和Cu的濃度管理也變得容易。也就是說，在第2電鍍液槽3中，通過定期地補充Bi、Ag和Cu等第2金屬材料，可以簡單地進行濃度管理。其結(jié)果，能夠使第2電鍍液槽3的電鍍液的金屬材料濃度保持一定，能夠使第2電鍍膜23的膜厚和鍍膜組成均勻。
也就是說，在該電鍍方法中，通過將第1電鍍液槽2和第2電鍍液槽3中的電流密度設(shè)定在最佳電流密度，能夠抑制金屬析出粒徑的均勻化和2層的膜厚比率的波動。由此，在利用生產(chǎn)線作業(yè)產(chǎn)生的作業(yè)速度一定化而且在一定電流密度下的電鍍方法中，在電鍍膜厚t1、t2滿足t1＞t2時，設(shè)導電部件21在第1電鍍液內(nèi)移動的距離為D1，設(shè)導電部件21在第2電鍍液內(nèi)移動的距離為D2時，D1、D2明顯地成立D1＞D2的關(guān)系。
圖2表示第1電鍍液槽2和第2電鍍液槽3的關(guān)系。如上所述，電鍍膜厚t1、t2滿足t1＞t2時，設(shè)第1電鍍液槽的作業(yè)方向的長度為Z1，第2電鍍液槽的作業(yè)方向的長度為Z2時，如果是相同的斷面積(X1×Y1=X2×Y2)，則Z1、Z2成立Z1＞Z2的關(guān)系。因此，正如圖2所清楚地表明，設(shè)第1電鍍液的液量為V1(=X1×Y1×Z1)、設(shè)第2電鍍液的液量為V2(=X2×Y2×Z2)時，V1和V2明顯地成立V1＞V2的關(guān)系。
也就是說，在第2電鍍液槽3的電鍍液的液量中，能夠使第2電鍍液槽3的電鍍液的液量大幅度地減少。即在第2電鍍液槽3的電鍍液內(nèi)，價格高于第1金屬材料Sn的Bi、Ag和Cu等第2金屬材料的使用量也能夠大幅度地減少，因而能夠降低成本。
下面敘述本發(fā)明的其他實施方式。
在本發(fā)明中，第1電鍍液槽2的電鍍液和第2電鍍液槽3的電鍍液，雖然各自的金屬材料的組成比不同，但液構(gòu)成是相同的。因此，具有以下的特征，即，將導電部件21浸漬在第1電鍍液槽2的電鍍液中，施加第1電鍍膜22后，可以連續(xù)地浸漬在第2電鍍液槽3的電鍍液中，施加第2電鍍膜23。而且，實施方式與上述的方法相同。
例如，在本發(fā)明中有Sn-Bi液。在此，在第1電鍍液槽2的電鍍液中，含有百分之幾的Bi。由此，顯著地抑制第1電鍍膜22表面的晶須(針狀結(jié)晶)。另外，作為該電鍍液的濃度管理方法，與上述的方法相同地進行Bi的管理。
即，在第1電鍍液槽2的電鍍液中，除了在第2電鍍液槽3的電鍍液中使用的Sn以外的金屬材料，含有百分之幾的選自Bi、Ag和Cu中的至少一種金屬材料。由此，能夠顯著地抑制第1電鍍膜22表面的晶須(針狀結(jié)晶)。
如在以上的說明中所表明，本發(fā)明的電鍍方法可以達到以下的效果。
第一，第1電鍍液和第2電鍍液的構(gòu)成，除了構(gòu)成各自的電鍍液的第1和第2金屬材料及溶解這些金屬材料的酸性溶劑以外，實質(zhì)上是相同的液構(gòu)成。因此，即使第1電鍍液混入到第2電鍍液內(nèi)，液構(gòu)成也不發(fā)生混亂，在導電部件上能夠連續(xù)地施加不同的金屬材料或者是同一金屬材料但金屬材料的組成比不同的2層電鍍膜。結(jié)果，可以省略在第1電鍍膜和第2電鍍膜之間進行的、利用水洗用液槽的洗凈，達到作業(yè)過程和作業(yè)時間的縮短。
第二，在第1電鍍液和第2電鍍液內(nèi)含有的第1和第2金屬材料的管理中，首先，第1電鍍液和第2電鍍液的構(gòu)成，除了構(gòu)成各自的電鍍液的第1和第2金屬材料及溶解這些金屬材料的酸性溶劑以外，是相同的液構(gòu)成。各自電鍍液的第1金屬材料Sn，可以主要通過陽極的溶解來調(diào)整濃度。因此，在第2電鍍液中可以定期地進行使用Bi、Ag和Cu中的第2金屬材料的濃度管理，電鍍液的濃度管理變得容易。
第三，使用自動電鍍裝置而產(chǎn)生的作業(yè)速度的一定化，電流密度的一定化以及使除了第1電鍍液和第2電鍍液的第1和第2金屬材料及溶解這些金屬材料的酸性溶劑的溶液形成相同的液構(gòu)成。因此，第2電鍍膜的厚度比第1電鍍膜大幅度地薄，因而能夠使導電部件浸漬在第2電鍍液中的時間變短。其結(jié)果，能夠大幅度地減少第2電鍍液槽的液量。由此，在第2電鍍液中使用的第2金屬材料Bi、Ag和Cu的使用量也能夠大幅度地減少，其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)成本降低。
第四，在第1電鍍液槽的電鍍液中，除了在第2電鍍液槽的電鍍液中使用的第1金屬材料Sn以外，含有百分之幾的選自Bi、Ag和Cu中的至少一種第2金屬材料。由此，能夠顯著地抑制第1電鍍膜表面的晶須(針狀結(jié)晶)。
第五，在使用以上的電鍍方法的引線和半導體器件中，因為所使用的電鍍液不含鉛，所以對人體或環(huán)境不造成惡劣影響。此外，，使除了第1電鍍液和第2電鍍液的金屬材料及溶解這些金屬材料的酸性溶劑以外的溶液形成相同的液構(gòu)成，或者使第1電鍍液和第2電鍍液的金屬材料組成比不同但金屬材料相同，從而實現(xiàn)電鍍品質(zhì)的提高。
權(quán)利要求
1．一種電鍍方法，將導電部件依次浸漬在第1電鍍液、第2電鍍液中，在上述導電部件的全部或者幾乎全部表面上重疊形成由第1金屬材料構(gòu)成的第1電鍍膜和由上述第1金屬材料與第2金屬材料的合金構(gòu)成的第2電鍍膜，其特征在于，上述的第1電鍍液和上述的第2電鍍液，除了上述第1和第2金屬材料及溶解這些金屬材料的溶劑以外，實質(zhì)上是相同的液構(gòu)成。
2．權(quán)利要求1所述的電鍍方法，其特征在于，構(gòu)成上述第1電鍍液的上述第1金屬材料是Sn，構(gòu)成上述第2電鍍液的上述第1金屬材料是Sn，上述第2金屬材料是選自Bi、Ag和Cu中的至少—種。
3．權(quán)利要求1或2所述的電鍍方法，其特征在于，上述第1電鍍液和上述第2電鍍液除了上述第1和第2金屬材料及溶解這些金屬材料的溶劑以外，由有機酸、溶劑、添加劑和純水構(gòu)成。
4．權(quán)利要求3所述的電鍍方法，其特征在于，在構(gòu)成上述第1電鍍液和上述第2電鍍液的上述有機酸中，包括甲磺酸或者丙醇磺酸，在上述溶劑中，包括異丙醇。
5．權(quán)利要求1～4中的任一項所述的電鍍方法，其特征在于，在上述第2電鍍液中，對使用Bi、Ag和Cu中的上述第2金屬材料進行濃度管理。
6．權(quán)利要求1～5中的任一項所述的電鍍方法，其特征在于，將上述導電部件浸漬在上述第1電鍍液中，形成上述第1電鍍膜，然后，不用將該導電部件浸漬在其他的水溶液中，而將其浸漬在上述第2電鍍液中，施加上述第2電鍍膜。
7．權(quán)利要求1～6中的任一項所述的電鍍方法，其特征在于，設(shè)利用上述第1電鍍液施加在上述導電部件上的電鍍膜厚為t1，設(shè)利用上述第2電鍍液施加在上述導電部件上的電鍍膜厚為t2時，t1和t2滿足t1＞t2的關(guān)系，而且設(shè)上述導電部件在上述第1電鍍液內(nèi)移動的距離為D1，設(shè)上述導電部件在上述第2電鍍液內(nèi)移動的距離為D2時，D1和D2滿足D1＞D2的關(guān)系。
全文摘要
由于環(huán)境保護的要求,需要無鉛的軟釬料電鍍。為了適應(yīng)這種需求,提供了簡便的無鉛的軟釬料電鍍方法。將導電部件21依次浸漬在第1電鍍液和第2電鍍液中,施加不同金屬材料的2層電鍍膜22和23,所述的第1電鍍液和第2電鍍液,除了金屬材料及溶解這些金屬材料的酸性溶劑以外,形成相同的液構(gòu)成。由此實現(xiàn)不需要水洗用液槽而且容易進行電鍍液的濃度管理的電鍍方法。
文檔編號C25D3/60GK1318655SQ0111237
公開日2001年10月24日 申請日期2001年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月28日
發(fā)明者龜山工次郎 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社, 三洋電機株式會社