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2014年10月20日 (月曜日)

やらかした記憶・・・第58呟【無電解ニッケルめっき・銅及び銅合金素材編】

【無電解ニッケルめっき・銅及び銅合金素材編】

 無酸素銅、砲金、青銅、リン青銅、ペリリウム銅、真鍮、洋白等の銅合金素材へ無電解ニッケルめっきを施す試作を幾つも経験してきた。小さなパーツが多くて何に使う部品か判らないことも多かったので、今回は敢えて歴史を明かさないことにする。銅合金素材への無電解ニッケルめっきも前処理が肝心で、色々と工夫を凝らさねばならない。

[脱脂]

 キレート剤を含む強アルカリには僅かに銅も溶けてしまうし、合金成分の選択的溶出も起こるから弱アルカリ系の脱脂剤を使う。

[エッチング]

 キズやバリなどを除去したい場合、硫酸過酸化水素系や過硫酸ソーダとそのアンモニウム塩などを使う。鏡面処理したい場合は硫酸過酸化水素系の化学研磨剤を選択。基板の銅箔を溶かすのに使う塩化鉄は表面が荒れるだけなので普通は用いない。無酸素銅以外では、エッチング処理後に合金成分のスマットが表出してくる。
 厄介なのは、真鍮材における快削成分としての鉛やビスマス。これらは無電解ニッケルめっきで触媒毒として作用し、めっき未析出を起こすからスマット除去処理が重要になってくる。また、半導体リードフレームに用いるベリリウム銅ではスマット成分としてベリリウムが表出し、めっき外観にクモリを与えるので取り除かねばならない。

[スマット除去]

 いくつかの合金成分は酸に通せば溶解するけれど、快削成分である鉛やビスマスはフッ化物が無いと苦しい。しつこいスマットにはアルカリ過マンガン酸カリ系のスマット除去剤に頼ることもある。ベリリウムスマットは化学的に除去するのが難しく、半導体工場では圧力ジェット水洗や超音波水洗による機械的除去を行っている。

[ストライクニッケルまたはパラジウム触媒付与]

 銅および銅合金素材は何もしないで無電解ニッケルめっきに浸漬しても析出反応は起こらない。通電可能な品物の場合、予め銅表面をニッケルでカバーリングしておくこともある。ニッケルストライクめっきが難しい場合は塩化パラジウム溶液に浸漬し、触媒としてのパラジウムを置換析出しておく方法もある。しかしながら実際の現場ではこれらの方法を使わずとも、もっと簡易的な方法で凌いでいるのが現状で、それは次の項で述べる。

[無電解ニッケルめっき]

 予めストライクニッケルやパラジウムを載せた銅素材はそのままめっき浴に浸漬すれば析出反応がスタートする。しかしこれらの手段をとらなくてもめっき析出反応は開始可能で、専ら現場では通電法や接触法と呼ぶ方法を多用している。
 通電法とは、ステンレスめっき槽への析出防止用電源を一時的に借用し、品物を浸漬した直後に2V前後のマイナスを数秒間印加する方法。銅素材の一部分でも電気的にニッケルが析出すればよくて、以後はそこをキッカケに電位が変化して銅素材全面へ一気にニッケルめっきが析出する様になる。
 接触法とは、めっき槽で先に処理している品物がある場合など、連続的にめっき作業をこなしているような状況下で用いる手段。銅素材をめっき浴に浸漬したら、既にめっき析出中の別の素材と接触することで簡易的に通電をとって、初期の着き回り性を確保するもの。先の通電法とともに自動機ラインでは無理な方法なので、手動ラインにおける職人的技法である。

[失敗した時]

 銅素材系で無電解ニッケルめっきを失敗すると、リカバリー出来るかどうかは難しい判断。硝酸に浸漬すれば、銅素材もろとも溶けてしまい元も子もなくなってしまうから使えない。一応、素材を侵さない様にしながらニッケルだけを溶かせる強アルカリ系剥離剤があるけれども、剥離に時間が掛かるし多少の素地荒れを覚悟せねばならない。ただしパラジウム触媒を付与した場合などはパラジウムが残差として残ってしまい、これはほとんどリカバリー不可能。現場職人がパラジウム法をあまり使いたがらないのは、失敗した時に再処理が可能かどうかを考慮した結果なのだ。
 なお、同じ銅素材でもプリント配線板などの銅パターンへ無電解ニッケルめっきを施す仕事では、通電法や接触法が全く役に立たない独立配線パターンの存在により、パラジウム法を用いている。だからめっきに失敗したら再処理できず即廃棄となる。めっきの調子が悪くてスキップしたりムラになったりして不良となった携帯電話用基板が、廃棄BOXに山と積んであるのを見た時は本当に心が痛んだナ。

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