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JP6569237B2 - 酸化第一錫の製造方法、Snめっき液の製造方法 - Google Patents

酸化第一錫の製造方法、Snめっき液の製造方法 Download PDF

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JP6569237B2 JP2015030553A JP2015030553A JP6569237B2 JP 6569237 B2 JP6569237 B2 JP 6569237B2 JP 2015030553 A JP2015030553 A JP 2015030553A JP 2015030553 A JP2015030553 A JP 2015030553A JP 6569237 B2 JP6569237 B2 JP 6569237B2
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Description

本発明は、はんだやめっき等のSn原料として用いられる酸化第一錫の製造方法及び、Snめっきを形成する際に用いられるSnめっき液の製造方法に関するものである。
Snは、金属材料の表面にめっき膜を形成するめっき材として広く使用されている。例えば、リードフレームやコネクタ等の電子部品材料として、銅または銅合金からなる銅基材の表面にSnめっきやはんだめっきを施しためっき付き銅材料が広く提供されている。なお、このめっき付き銅材料は、上述の半導体装置にも使用されている。
また、鋼板の上にSnめっきを形成したブリキ材は、従来から様々な用途に使用されている。
ここで、Snめっきを行う場合、Snめっき液中の不純物がSnとともに析出することによりめっき膜の特性が変化してしまうおそれがあった。また、Snめっき液中の不純物はめっき性に大きく影響を与えることになる。このため、不純物が低減されたSnめっき液が要求されている。
また、Snめっき液中の不純物は使用中に蓄積されるため、めっき性が経時変化してしまうおそれがある。そこで、使用後のSnめっき液から効率良く不純物を除去することが求められている。
なお、特許文献1−3には、無電解Snめっき液から不純物としてCuを除去する方法が提案されている。
特開2012−140649号公報 特開2012−140650号公報 特開2013−060638号公報
ところで、特許文献1−3に記載された方法では、Cuを低減する方法が開示されているものの、例えばNa,K,Pb,Fe,Ni,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdといった他の元素については考慮されていなかった。
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、Na,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdといった元素を効果的に除去することが可能な酸化第一錫の製造方法Snめっき液の製造方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の酸化第一錫の製造方法は、酸液にSnイオンを含有させてSnイオン含有酸液を得るSnイオン含有酸液形成工程と、前記Snイオン含有酸液に対して、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、アンモニア水から選択されるいずれか1種以上のアルカリ液を添加してpH3〜6に保持することにより、Sn沈殿物を得る第1中和工程と、前記Sn沈殿物を前記Snイオン含有酸液から分離するSn沈殿物分離工程と、分離された前記Sn沈殿物を、溶媒液に分散させるSn沈殿物分散工程と、前記Sn沈殿物の分散液に対してアルカリ液を添加して加熱することにより、前記Sn沈殿物からSnOを得る第2中和工程と、を備え、前記Sn沈殿物分散工程と前記第2中和工程との間に、前記Sn沈殿物の分散液に対して塩酸又はクエン酸を添加する酸添加工程を備えており、前記第1中和工程において、前記Snイオン含有酸液中にNa,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdを残存させることを特徴としている。
このような構成とされた本発明の酸化第一錫の製造方法においては、Snイオン含有酸液に対して、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、アンモニア水から選択されるいずれか1種以上のアルカリ液を添加してpH3〜6に保持することにより、Sn沈殿物を得る第1中和工程を有しているので、前記Sn沈殿物中のNa,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdの含有量を低減することが可能となる。
そして、このSn沈殿物を前記Snイオン含有酸液から分離するSn沈殿物分離工程と、分離したSn沈殿物を純水等の溶媒液に分散させる沈殿物分散工程と、前記Sn沈殿物の分散液に対してアルカリ液を添加して加熱することにより前記Sn沈殿物からSnOを得る第2中和工程と、を備えているので、Na,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdの含有量を低減した酸化第一錫を得ることが可能となる。
また、酸添加工程において塩酸又はクエン酸を添加することにより、前記Sn沈殿物中に第一中和工程S02以前の酸成分が含まれていても、この酸成分を除去することができ、その後の第2中和工程においてSnO(酸化第一錫)を効率的に形成することが可能となる。
本発明のSnめっき液の製造方法は、Snめっきを行う際に用いられるSnめっき液の製造方法であって、上述の酸化第一錫の製造方法によって得られた酸化第一錫を酸液中に溶解させることによりSnめっき液を製造することを特徴としている。
このような構成とされた本発明のSnめっき液の製造方法においては、上述の酸化第一錫の製造方法によって得られた酸化第一錫を用いているので、Snめっき液中のNa,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdの含有量が低減されることになり、めっき性を向上させることが可能となる。
以上のように、本発明によれば、Na,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdといった元素を効果的に除去することが可能な酸化第一錫の製造方法Snめっき液の製造方法を提供することができる。
本発明の第一の実施形態である酸化第一錫の製造方法を示すフロー図である。 本発明の第二の実施形態であるSnめっき液の製造方法を示すフロー図である。 本発明の第三の実施形態であるSnめっき液の不純物除去方法を示すフロー図である。
以下に、本発明の実施形態である酸化第一錫、酸化第一錫の製造方法、Snめっき液の製造方法、Snめっき液の不純物除去方法について説明する。
<第一の実施形態>
まず、本発明の第一の実施形態である酸化第一錫の製造方法、および、酸化第一錫について説明する。
本実施形態である酸化第一錫は、はんだ材や金属Snの原料、Snめっき液のSn供給材等、様々な用途に使用される。
本実施形態である酸化第一錫は、Na,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdの含有量が、それぞれ重量比で1ppm以下とされている。
このように、本実施形態である酸化第一錫は、上述した特定の不純物元素が低減されたものとされている。以下に、本実施形態である酸化第一錫における不純物元素の含有量を上述のように規定した理由について説明する。
(Pb:1ppm以下)
Pbは、Snと特性が近似しており、Snから分離することが困難な元素である。よって、酸化第一錫をSnめっき液のSn供給材として使用した場合、Snめっき液中に不純物元素としてPbが蓄積され、めっき性に影響を与える。
そこで、本実施形態では、酸化第一錫におけるPbの含有量を重量比で1ppm以下に規定している。
(Na,K:それぞれ1ppm以下)
Na,Kといった元素は、Sn原料の精製時に混入することがあり、酸化第一錫をSnめっき液のSn供給材として使用した場合に、Snめっき液中に不純物元素として蓄積され、めっき性に影響を与えるおそれがある。
そこで、本実施形態では、酸化第一錫におけるNa,Kの含有量を重量比でそれぞれ1ppm以下に規定している。
(Fe,Ni,Cu,Zn:それぞれ1ppm以下)
Fe,Ni,Cu,Znといった元素は、被めっき物や下地めっき等からSnめっき液内に混入し、Snめっき液中に不純物元素として蓄積され、めっき性に影響を与えるおそれがある。
そこで、本実施形態では、酸化第一錫におけるFe,Ni,Cu,Znの含有量を重量比でそれぞれ1ppm以下に規定している。
(Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cd:それぞれ1ppm以下)
Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdといった元素は、Sn原料中から混入するおそれがあり、酸化第一錫をSnめっき液のSn供給材として使用した場合に、Snめっき液中に不純物元素として蓄積され、めっき性に影響を与えるおそれがある。
そこで、本実施形態では、酸化第一錫におけるAl,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdの含有量を重量比でそれぞれ1ppm以下に規定している。
なお、Snめっき液への影響を確実に抑制するためには、上述したNa,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdの合計含有量は、重量比で15ppm未満とすることが好ましく、7.5ppm未満とすることがさらに好ましい。
次に、本実施形態である酸化第一錫の製造方法について、図1のフロー図を参照して説明する。
(Snイオン含有酸液形成工程S01)
まず、酸液にSnイオンを含有させてSnイオン含有酸液を形成する。
本実施形態では、高純度の金属Sn(純度99.99mass%以上)を準備し、この金属Snの表面を酸性洗剤で洗浄する(Sn原料洗浄工程S11)。このとき、金属Sn表面の油分と酸化物を除去し、金属Snの表面に金属光沢が出るまで洗浄する。
次に、酸液に、洗浄した金属Snを電気溶解し、Snイオン含有酸液を形成する(電気溶解工程S12)。このとき、酸液としては、特に限定はなく、メタンスルホン酸、塩酸、硝酸、硫酸、ほうふっ酸、フェノールスルホン酸、アルカノースルホン酸、アルキルスルホン酸等やこれらの混酸を用いることができる。また、Snの濃度は、例えば50g/L以上150g/L以下の範囲内とすることが好ましく、本実施形態では、100〜110g/Lとしている。
(第1中和工程S02)
次に、Snイオン含有酸液に対して、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、アンモニア水から選択されるいずれか1種以上のアルカリ液を添加してpH3〜6に保持することにより、Sn沈殿物(水酸化錫等)を得る。このとき、Snは、Sn沈殿物(水酸化錫等)として回収されるとともに、Na,K,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdといった元素は、Snイオン含有酸液中に残存することになる。
なお、本実施形態では、重炭酸アンモニウム水溶液を、pHが3.5〜4の範囲となるまで添加している。
(Sn沈殿物分離工程S03)
次に、Sn沈殿物(水酸化錫等)をSnイオン含有酸液から分離する。
(Sn沈殿物分散工程S04)
次に、分離したSn沈殿物(水酸化錫等)に対して純水による分散とろ過を2〜3回繰り返し実施し、Sn沈殿物(水酸化錫等)の洗浄を行う。これにより、Sn沈殿物(水酸化錫等)の表面に付着した不純物を除去する。そして、洗浄後のSn沈殿物(水酸化錫等)を純水中に分散させる。
(酸添加工程S05)
次に、必要に応じて、Sn沈殿物(水酸化錫等)を分散させた分散液に対して、塩酸又はクエン酸を添加する。この酸添加工程S05により、Sn沈殿物(水酸化錫等)中の酸成分が分離されることになる。
(第2中和工程S06)
次に、Sn沈殿物(水酸化錫等)を分散させた分散液に対して、アルカリ液を添加して加熱することにより、Sn沈殿物(水酸化錫等)からSnO(酸化第一錫)を得る。この第2中和工程S06では、Sn沈殿物(水酸化錫等)を脱水することにより、SnO(酸化第一錫)を形成している。本実施形態では、アルカリ液として重炭酸アンモニウム水溶液をpHが6以上となるまで添加するとともに、100℃以上にまで加熱している。
(洗浄・乾燥工程S07)
次に、得られたSnO(酸化第一錫)に対して純水による分散とろ過を2〜3回繰り返し実施し、SnO(酸化第一錫)の洗浄を行う。これにより、SnO(酸化第一錫)の表面に付着した不純物を除去する。そして、洗浄後のSnO(酸化第一錫)をろ過・乾燥する。
以上の工程により、本実施形態である酸化第一錫が製造される。
以上のような構成とされた本実施形態である酸化第一錫によれば、Na,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdの含有量が、それぞれ重量比で1ppm以下とされているので、製造過程においてこれらの元素が混入した場合であっても、酸化第一錫中の不純物元素が十分に低減されており、様々な用途に利用することができる。
また、この酸化第一錫をSnめっき液のSn供給材として使用した場合であっても、Snめっき液のめっき性が低下することを抑制でき、高品質のめっき膜を効率的に形成することができる。
また、本実施形態である酸化第一錫を、メタンスルホン酸や硫酸水溶液等の酸液に溶解することにより、Snめっき液を製造することが可能となる。このSnめっき液は、Na,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdの含有量が極めて少ないため、めっき性が向上しており、高品質なめっき膜を効率良く形成することができる。
本実施形態である酸化第一錫の製造方法によれば、Snイオン含有酸液に対してアルカリ液(本実施形態では、重炭酸アンモニウム)を添加してpH3〜6に保持することによりSn沈殿物(水酸化錫等)を得る第1中和工程S02を備えているので、Sn沈殿物(水酸化錫等)中のNa,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdの含有量を低減することが可能となる。
そして、このSn沈殿物(水酸化錫等)をSnイオン含有酸液から分離するSn沈殿物分離工程S03と、分離したSn沈殿物(水酸化錫等)を純水等の溶媒液に分散させる沈殿物分散工程S04と、Sn沈殿物(水酸化錫等)の分散液に対してアルカリ液を添加して加熱することによりSn沈殿物(水酸化錫等)からSnO(酸化第一錫)を得る第2中和工程S06と、を備えているので、Na,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdの含有量を低減した酸化第一錫を効率的に得ることが可能となる。
また、本実施形態では、Sn沈殿物分散工程S04と第2中和工程S06との間に、Sn沈殿物(水酸化錫等)の分散液に対して塩酸又はクエン酸を添加する酸添加工程S05を備えているので、Sn沈殿物(水酸化錫等)中に第1中和工程S02以前の酸成分が含まれていても、この酸成分を除去することができ、その後の第2中和工程S06においてSnO(酸化第一錫)を効率的に形成することが可能となる。具体的には、第2中和工程S06におけるpH値、加熱温度を厳密に制御することなく、SnO(酸化第一錫)を効率的に形成することができるのである。
<第二の実施形態>
次に、本発明の第二の実施形態であるSnめっき液の製造方法について図2のフロー図を用いて説明する。なお、第一の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
(Snイオン含有酸液形成工程S01)
まず、第一の実施形態と同様に、酸液にSnイオンを含有させてSnイオン含有酸液を形成する。このSnイオン含有酸液形成工程S01においては、Sn原料洗浄工程S11及び電気溶解工程S12を実施することにより、Snイオン含有酸液を形成している。
(第1中和工程S02)
次に、Snイオン含有酸液に対して、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、アンモニア水から選択されるいずれか1種以上のアルカリ液を添加してpH3〜6に保持することにより、Sn沈殿物(水酸化錫等)を得る。このとき、Snは、Sn沈殿物(水酸化錫等)として回収されるとともに、Na,K,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdといった元素は、Snイオン含有酸液中に残存することになる。
(Sn沈殿物分離工程S03)
次に、Sn沈殿物(水酸化錫等)をSnイオン含有酸液から分離する。
(Sn沈殿物溶解工程S104)
次に、分離したSn沈殿物(水酸化錫等)に対して純水による分散とろ過を2〜3回繰り返し実施し、Sn沈殿物(水酸化錫等)の洗浄を行う。これにより、Sn沈殿物(水酸化錫等)の表面に付着した不純物を除去する。
そして、洗浄後のSn沈殿物(水酸化錫等)を、Snめっき液として使用される酸液中に溶解する。
これにより、Snめっき液を形成することができる。
本実施形態であるSnめっき液の製造方法によれば、Snイオン含有酸液に対して、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、アンモニア水から選択されるいずれか1種以上のアルカリ液を添加してpH3〜6に保持することにより、Sn沈殿物を得る第1中和工程S02を有しているので、Sn沈殿物におけるNa,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdの含有量が低減されることになる。
そして、Sn沈殿物をSnイオン含有酸液から分離するSn沈殿物分離工程S03と、分離された前記Sn沈殿物を酸液に溶解するSn沈殿物溶解工程S104と、を備えているので、Na,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdの含有量が低減されたSnめっき液を得ることができる。
<第三の実施形態>
次に、本発明の第三の実施形態であるSnめっき液の不純物除去方法について図3のフロー図を用いて説明する。なお、第一、第二の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
使用済のSnめっき液には、Sn中に含まれている不純物元素や、被めっき物や下地めっきから混入した不純物元素が蓄積しており、めっき性が劣化することになる。
そこで、本実施形態のSnめっき液の不純物除去方法は、使用済のSnめっき液から不純物元素を効率的に除去するものである。
(第1中和工程S02)
まず、使用済のSnめっき液に対して、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、アンモニア水から選択されるいずれか1種以上のアルカリ液を添加してpH3〜6に保持することにより、Sn沈殿物(水酸化錫等)を得る。このとき、Snは、Sn沈殿物(水酸化錫等)として回収されるとともに、Na,K,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdといった元素は、Snめっき液中に残存することになる。
(Sn沈殿物分離工程S03)
次に、Sn沈殿物(水酸化錫等)をSnイオン含有酸液から分離する。
(Sn沈殿物溶解工程S104)
次に、分離したSn沈殿物(水酸化錫等)に対して純水による分散とろ過を2〜3回繰り返し実施し、Sn沈殿物(水酸化錫等)の洗浄を行う。これにより、Sn沈殿物(水酸化錫等)の表面に付着した不純物を除去する。
そして、洗浄後のSn沈殿物(水酸化錫等)を、Snめっき液として使用される酸液中に溶解する。
これにより、Snめっき液を形成することができる。
本実施形態であるSnめっき液の不純物除去方法によれば、Snめっき液に対して、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、アンモニア水から選択されるいずれか1種以上のアルカリ液を添加してpH3〜6に保持することにより、Sn沈殿物を得る第1中和工程S02を有しているので、使用によって不純物元素が蓄積されたSnめっき液中のNa,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,CdをSnめっき液中に残存させたまま、Sn沈殿物を得ることができる。
そして、このSn沈殿物をSnめっき液から分離するSn沈殿物分離工程S03と、分離されたSn沈殿物を酸液に溶解するSn沈殿物溶解工程S104と、を備えていることから、Na,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdの含有量が低減されたSnめっき液を得ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、Snイオン含有酸液形成工程S01において、金属Snを電気溶解するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の方法によって得られたSnイオン含有酸液を用いてもよい。
また、本発明の第一の実施形態では、Sn沈殿物分散工程S04と第2中和工程S06との間に、塩酸又はクエン酸を添加する酸添加工程S05を備えたものとして説明したが、これに限定されることはなく、初めから塩酸又はクエン酸を使用している場合には、酸添加工程S05を省略してもよい。
以下に、本発明の有効性を確認するために行った確認実験の結果について説明する。
本発明例1〜4においては、第1中和工程として、塩酸錫水溶液に重炭酸アンモニウムを添加して表1に示すpHまで中和した。得られたケーキを洗浄してSn沈殿物を得て、このSn沈殿物を純水で再分散させた。次に、第2中和工程として、Sn沈殿物の分散液に重炭酸アンモニウムを添加してpH8まで中和するとともに加熱し、得られたケーキを洗浄して乾燥することにより、酸化第一錫を得た。
本発明例5においては、第1中和工程として、塩酸錫水溶液に炭酸アンモニウムを添加して表1に示すpHまで中和した。得られたケーキを洗浄してSn沈殿物を得て、このSn沈殿物を純水で再分散させた。次に、第2中和工程として、Sn沈殿物の分散液に炭酸アンモニウムを添加してpH8まで中和するとともに加熱し、得られたケーキを洗浄して乾燥することにより、酸化第一錫を得た。
比較例においては、中和工程として、塩酸錫水溶液に炭酸水素ナトリウムを添加してpH8にまで加熱しながら中和し、得られたケーキを洗浄し、乾燥することにより、酸化第一錫粉末を得た。すなわち、比較例では、1回の中和工程によって酸化第一錫を得た。
上述のようにして得られた酸化第一錫について、ICP−MSを用いて、不純物元素であるNa,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Co,In,Cdの濃度(重量比)を測定した。結果を表1に示す。
Figure 0006569237
比較例においては、各不純物元素の濃度が多くなっていた。特に、Naが重量比で1000ppmと非常に多くなっていた。
これに対して、本発明例においては、不純物元素の濃度がいずれも低くなっていた。
以上の実験結果から、本発明例によれば、Na,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdといった元素を効果的に除去することができ、これらの不純物元素が低減された高品質な酸化第一錫が得られることが確認された。
S01 Snイオン含有酸液形成工程
S02 第1中和工程
S03 Sn沈殿物分離工程
S04 Sn沈殿物分散工程
S06 第2中和工程

Claims (2)

  1. 酸液にSnイオンを含有させてSnイオン含有酸液を得るSnイオン含有酸液形成工程と、
    前記Snイオン含有酸液に対して、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、アンモニア水から選択されるいずれか1種以上のアルカリ液を添加してpH3〜6に保持することにより、Sn沈殿物を得る第1中和工程と、
    前記Sn沈殿物を前記Snイオン含有酸液から分離するSn沈殿物分離工程と、
    分離された前記Sn沈殿物を、溶媒液に分散させるSn沈殿物分散工程と、
    前記Sn沈殿物の分散液に対してアルカリ液を添加して加熱することにより、前記Sn沈殿物からSnOを得る第2中和工程と、を備え、
    前記Sn沈殿物分散工程と前記第2中和工程との間に、前記Sn沈殿物の分散液に対して塩酸又はクエン酸を添加する酸添加工程を備えており、
    前記第1中和工程において、前記Snイオン含有酸液中にNa,K,Pb,Fe,Ni,Cu,Zn,Al,Mg,Ca,Cr,Mn,Co,In,Cdを残存させることを特徴とする酸化第一錫の製造方法。
  2. Snめっきを行う際に用いられるSnめっき液の製造方法であって、
    請求項1に記載された酸化第一錫の製造方法によって得られた酸化第一錫を酸液中に溶解させることによりSnめっき液を製造することを特徴とするSnめっき液の製造方法。
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