[スポンサーリンク]

一般的な話題

化学者のためのエレクトロニクス講座~電解ニッケルめっき編~

[スポンサーリンク]

この化学者のためのエレクトロニクス講座では半導体やその配線技術、フォトレジストやOLEDなど、エレクトロニクス産業で活躍する化学や材料のトピックスを詳しく掘り下げて紹介します。

今回は電解ニッケルめっきを取り上げます。

ニッケルは卑金属でありながら比較的耐食性に優れており、拡散しにくいという利点もあります。そのため、電子機器における銅の配線層と貴金属の間のバリア層として広く用いられています。そのほか、磁性材料や装飾用途もあります。近年では無電解めっきでの加工も主流となりつつありますが、ここでは従来の電解めっきを見ていきます。

plating

モバイル端末に欠かせないめっき(画像:Flickr

ニッケルめっき浴

代表的なニッケルめっき浴にはO.P.Wattsによって開発されたワット浴と、スルファミン酸ニッケルを主体とするスルファミン酸浴があり、これらと別に、下地層形成に用いられるストライク浴があります。

ワット浴はもっとも古典的なニッケルめっき浴です。その主成分は硫酸ニッケルで、これにニッケルアノードの溶解を促進する塩化ニッケル、カソードでのHERを抑制するホウ酸のほか、必要に応じて光沢剤が添加されています。

一方のスルファミン酸浴は主成分のスルファミン酸ニッケルのほかにホウ酸と必要に応じた光沢剤が添加されています。得られる被膜の残留応力が少なく、均一に析出しやすいことが利点です。

ニッケルストライク浴は、塩酸に少量の塩化ニッケルを溶解した希薄な浴で、HERが優先してニッケルの析出効率を低下させ、粗雑な被膜を作ることを目的としています。

光沢剤の原理

ここで、光沢剤は平滑な表面を与えることでめっき被膜に光沢をもたらす作用のある試薬で、皮膜の金属結晶を微細化する一次光沢剤と、さらに細かい凹部を埋める(レベリングする)二次光沢剤に大別されます。光沢剤を加えない浴を無光沢めっき、一次光沢剤のみの浴を半光沢めっき、一次光沢剤と二次光沢剤を加えた浴を光沢めっきと呼びます。

また、一次光沢剤、二次光沢剤と加えていくごとにめっき被膜は平滑となり、光沢が増しますが、皮膜の硬度が増大することで割れクラックなどの不良も増加します。特にスルファミン酸浴ではもとからやや光沢気味に仕上がることから注意が必要とされます。

一次光沢剤にはベンゼンスルホン酸などの芳香族スルホン酸芳香族スルホン酸アミドサッカリンなどの芳香族スルホン酸イミドが用いられています。サッカリンを例にとってみると、ニッケル表面に吸着して還元され、ニッケル被膜中に硫黄を受け渡して自身はベンズアミドとなります。

C6H4CONHSO2 + 6H+ + 6e →C6H5CONH2 + NiS + 2H2O

一方、二次光沢剤にはホルムアルデヒド(ホルマリン)などのアルデヒド、アリルスルホン酸などのアリル化合物や、2-ブチン-1,4-ジオールなどのアセチレン誘導体が用いられています。代表的な2-ブチン-1,4-ジオールはカソード上で還元されてブタンジオールとなりますが、この反応は極めて速く、拡散律速となるためにめっき皮膜は平滑になります。

HOCH2C≡CCH2OH + 4H+ + 8e →HO(CH2)4OH + 2H2O

なお、一次光沢剤中の硫黄原子はめっき被膜に共析し、その電位を卑に傾けるため腐食しやすくなる欠点もあります。

用途と今後の展望

ニッケルめっきはバリア層としての用途が極めて重要ですが、ワット浴をはじめ従来のめっき液ではピンホールなどの不良が生じやすいという本質的な問題もありました。ピンホールがあるとそこから銅原子は拡散して表面で酸化されてしまうため、腐食などの不良につながります。しかし、近年の微細化要求の高まりと金属価格の高騰はめっき膜厚の低減を求めており、ますますこれらの課題が顕在化することとなります。めっき不良を起こさずに膜厚を低減するための添加剤研究は日夜続けられており、近年では低濃度のニッケル浴を用いた省資源化・省エネルギー化も進展しています。今後の進展に期待が高まりますね。

Ni価格は不安定です(画像:Wikipedia

関連書籍

gaming voltammetry

berg

投稿者の記事一覧

化学メーカー勤務。学生時代は有機をかじってました⌬
電気化学、表面処理、エレクトロニクスなど、勉強しながら執筆していく予定です

関連記事

  1. シリカゲルはメタノールに溶けるのか?
  2. アルコールをアルキル化剤に!ヘテロ芳香環のC-Hアルキル化
  3. 単一分子を検出可能な5色の高光度化学発光タンパク質の開発
  4. 化学研究で役に立つデータ解析入門:回帰分析の活用を広げる編
  5. シリコンバレーへようこそ! ~JBCシリコンバレーバイオ合宿~
  6. 電場を利用する効率的なアンモニア合成
  7. ベンゼン環をつないで 8 員環をつくる! 【夢の三次元ナノカーボ…
  8. ヒバリマイシノンの全合成

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 水素製造に太陽光エネルギーを活用 -エタノールから水素を獲得し水素ガスを発生する有機化合物を開発-
  2. Principles and Applications of Aggregation-Induced Emission
  3. 女子の強い味方、美味しいチョコレート作りを助ける化合物が見出される
  4. 堀場雅夫 Masao Horiba  
  5. MNBA脱水縮合剤
  6. 5分でできる!Excelでグラフを綺麗に書くコツ
  7. 研究者目線からの論文読解を促す抄録フォーマット
  8. 狙いを定めて、炭素-フッ素結合の変換!~光触媒とスズの協働作用~
  9. キラルアニオン相間移動-パラジウム触媒系による触媒的不斉1,1-ジアリール化反応
  10. 第130回―「無機薄膜成長法を指向した有機金属化学」Lisa McElwee-White教授

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2021年11月
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930  

注目情報

注目情報

最新記事

金属アルコキシドに新たなファミリー!Naでも切れない絆

アルカリ金属と1-アダマンタノール (HOAd1)の混合により、平面三角形構造かつ未還元のヒドロキシ…

理工系のAI英作文術

概要英語が苦手な人でもAI自動翻訳を使えば、短時間で英語が得意な人に匹敵する英文が書…

Ni(0)/SPoxIm錯体を利用した室温におけるCOの可逆的化学吸着反応

第395回のスポットライトリサーチは、大阪大学大学院 工学研究科 (生越研究室)・山内泰宏さんにお願…

第27回ケムステVシンポ『有機光反応の化学』を開催します!

7月に入り、いよいよ日差しが強まって夏本格化という時期になりました。光のエネルギーを肌で感じられます…

国内最大級の研究者向けDeepTech Company Creation Program「BRAVE FRONTIER」 2022年度の受付開始 (7/15 〆切)

Beyond Next Ventures株式会社(本社:東京都中央区、代表取締役社⻑:伊藤毅、以下「…

イミンアニオン型Smiles転位によるオルトヒドロキシフェニルケチミン合成法の開発

第394回のスポットライトリサーチは、東京農工大学 大学院工学府 応用化学専攻 森研究室の神野 峻輝…

マテリアルズ・インフォマティクスで用いられる統計[超入門]-研究者が0から始めるデータの見方・考え方-

開催日:2022/07/06 申込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足の影…

表面酸化した銅ナノ粒子による低温焼結に成功~銀が主流のプリンテッドエレクトロニクスに、銅という選択肢を提示~

第393回のスポットライトリサーチは、北海道大学 大学院工学院 材料科学専攻 マテリアル設計講座 先…

高分子材料におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用とは?

 申込みはこちら■セミナー概要本動画は、20022年5月18日に開催されたセミナー「高分…

元素のふるさと図鑑

2022年も折り返しに差し掛かりました。2022年は皆さんにとってどんな年になり…

Chem-Station Twitter

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP