CN101668883A - 铜表面处理剂及表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够满足耐热性和焊接性两者的铜表面处理剂及表面处理方法。本发明的铜表面处理剂，含有酸、苯并咪唑化合物及水，其特征在于，作为所述苯并咪唑化合物，至少含有第1苯并咪唑化合物、和熔点比该第1苯并咪唑化合物低70℃以上的第2苯并咪唑化合物。
Description
技术领域
本发明涉及铜表面处理剂及使用其的表面处理方法。
背景技术
铜的表面处理剂，以例如为了提高防锈、焊接性等在形成布线的铜表面形成皮膜为目的而使用。作为上述表面处理剂，已知包含成为所形成的皮膜的主要成分的咪唑化合物。例如，在专利文献1中公开了，并用2位烷基苯并咪唑化合物和有机酸。在专利文献2～4中，公开了含有咪唑化合物的表面活性剂。在专利文献5中，公开了含有咪唑系化合物的预涂熔剂的使用方法。在专利文献6中，公开了含有4，4-亚甲基-双-(2-十一烷基-5-甲基咪唑)和2-十一烷基-4-甲基咪唑两种咪唑化合物的铜表面处理剂。专利文献7中，公开了含有2-烷基-4-甲基苯并咪唑化合物和2-烷基-5-甲基苯并咪唑化合物的两种苯并咪唑化合物的铜表面处理剂。
利用这种铜表面处理剂形成的防锈皮膜，必须是即使在高温下反复回流(reflow)后仍旧稳定。此外，还必须维持焊接性，但是以往的铜表面处理剂却难以满足耐热性和焊接性这两方面。
专利文献1：特开平4-80375号公报
专利文献2：特开平5-25407号公报
专利文献3：特开平5-186888号公报
专利文献4：特开平7-54169号公报
专利文献5：特开平5-186880号公报
专利文献6：特开昭61-23775号公报
专利文献7：特开平4-99285号公报
发明内容
本发明为了解决上述以往的问题，提供一种能够满足耐热性和焊接性这两方面的铜表面处理剂和表面处理方法。
本发明的铜表面处理剂，含有酸、苯并咪唑化合物和水，其特征在于，上述苯并咪唑化合物至少含有第1苯并咪唑化合物、和熔点比该第1苯并咪唑化合物低70℃以上的第2苯并咪唑化合物。
需要说明的是，上述本发明中的“铜”可以由纯铜构成，也可以由铜合金构成。此外，本说明书中，“铜”是指纯铜或铜合金。
此外，本发明的表面处理方法的特征在于，使用上述本发明的铜表面处理剂对铜表面进行处理。
具体实施方式
本发明为了满足耐热性和焊接性这两方面，着眼于苯并咪唑化合物的熔点。熔点高的苯并咪唑化合物(第1苯并咪唑化合物)的熔点高，因此在焊接温度下皮膜难以软化，虽然耐热性高，但是焊接性不好。熔点低的苯并咪唑化合物(第2苯并咪唑化合物)虽然焊接性良好，但是在焊接时的高温下的耐热性低。在本发明中，通过混合上述第1苯并咪唑化合物和第2苯并咪唑化合物，可以满足耐热性和焊接性这两方面。上述第1苯并咪唑化合物优选熔点为200℃～300℃，更优选230℃～270℃。此外，上述第2苯并咪唑化合物优选熔点为95℃～130℃，更优选98℃～120℃。
(第1苯并咪唑化合物的例子)
作为第1苯并咪唑化合物的例子有如下化合物。
2-(1’-乙基丙基)苯并咪唑(EPrBI)：熔点265℃
2-(2’-羧基苯基)苯并咪唑：熔点264℃
2-(2’-羟基苯基)苯并咪唑：熔点242℃
2-(1-萘基甲基)苯并咪唑(NMBI)：熔点241℃
2-(2’-氯苯基)苯并咪唑：熔点232℃
2-(2’-甲基苯基)苯并咪唑：熔点218℃
2-(1’-氨基苯基)苯并咪唑：熔点214℃
2-(1’-乙基戊基)苯并咪唑(EPeBI)：熔点207℃
这些化合物可以单独使用，也可以混合使用。
(第2苯并咪唑化合物的例子)
作为第2苯并咪唑化合物的例子有如下化合物。
2-壬基苯并咪唑(NBI)：熔点127℃
2-(5’-甲苯基)戊烯基苯并咪唑(TPBI)：熔点121℃
1，4-双苯并咪唑丁烷(BBIB)：熔点120℃
2-癸基苯并咪唑：熔点114℃
2-(5’-二甲苯基)戊烯基苯并咪唑(XPBI)：熔点112℃
2-十一烷基苯并咪唑(UBI)：熔点109℃
2-十二烷基苯并咪唑：熔点109℃
2-十三烷基苯并咪唑：熔点105℃
5-氯-2-辛基苯并咪唑(COBI)：熔点100℃
2-十四烷基苯并咪唑：熔点99℃
这些化合物可以单独使用，也可以混合使用。
第1苯并咪唑化合物和第2苯并咪唑化合物的合计浓度优选为0.05重量％～0.4重量％的范围，更优选为0.1重量％～0.3重量％的范围。苯并咪唑化合物的合计浓度若在上述范围，则容易形成皮膜，也会满足溶解性。
第1和第2苯并咪唑化合物的优选比例，以重量比计，优选是1∶9～9∶1的范围，更优选是3∶7～7∶3的范围。各苯并咪唑化合物的配合比例在上述范围时，则满足两种成分的长处，即，满足耐热性和焊接性。
需要说明的是，本发明的铜表面处理剂中，作为第1和第2苯并咪唑化合物，可以分别含一种以上。此外，除了第1和第2苯并咪唑化合物以外，还可以含有其他的苯并咪唑化合物。例如，还可以含有熔点的值在第1和第2苯并咪唑化合物中间的第3苯并咪唑化合物。另外，苯并咪唑化合物与其他的咪唑化合物相比，耐热性优异，因此即使在焊接时的高温下，皮膜也难以软化。
(酸的例子)
本发明的铜表面处理剂中所含的酸，无论是有机酸还是无机酸都可以使用，但是从对苯并咪唑化合物的溶解性优异且防锈皮膜的附着性良好的角度出发，特别优选有机酸。有机酸可举出乙酸、甲酸、丙酸、乙醇酸、丁酸、丙烯酸、巴豆酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、己二酸、马来酸、乙炔二羧酸、单氯乙酸、三氯乙酸、单溴乙酸、三溴乙酸、乳酸、羟基丁酸、甘油酸、酒石酸、苹果酸、柠檬酸、己酸、庚酸等。上述有机酸可以并用两种以上。例如，将上述乙酸、甲酸与己酸、庚酸等混合使用的情况下，可以使苯并咪唑化合物以非常稳定的状态溶解。己酸、庚酸起到增溶剂的作用，能够使苯并咪唑化合物稳定地溶解在乙酸或甲酸与水的混合溶剂中。
本发明的铜表面处理剂，必须使有熔点差的两种以上的苯并咪唑化合物溶解，这些苯并咪唑化合物相对于酸的溶解度各不相同，因此将上述列举的酸混合使用尤为有效。
需要说明的是，作为可以在本发明的铜表面处理剂中使用的无机酸，可举出例如盐酸、硫酸、硝酸、磷酸等。
这些酸，是为了使上述苯并咪唑化合物稳定地溶解而添加的试剂，优选的含量根据苯并咪唑化合物的种类、使用量等而异不能一概而论，但是可设定在能使上述苯并咪唑化合物稳定地溶解于铜表面处理剂中的范围，通常是1重量％～40重量％的范围。
本发明的铜表面处理剂，优选进一步含有选自除了苯并咪唑化合物以外的咪唑类、三唑类及四唑类中的至少一种唑类。由于皮膜的形成速度变快，因此可以实现处理时间的缩短。
作为上述咪唑类，可以例示咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-丙基咪唑、2-丁基咪唑、2-己基咪唑、2-辛基咪唑、2-壬基咪唑、2-癸基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-十一烷基-4-甲基咪唑等。作为上述三唑类，可以例示三唑、3-氨基-1，2，4-三唑、3-氨基-5-乙基三唑、4-氨基-1，2，4-三唑、3，5-二氨基-1，2，4-三唑等。作为上述四唑类，可以例示四唑、5-氨基四唑、5-甲基四唑、5-乙基四唑、1-(β-氨基乙基)四唑等。这些唑类具有容易吸附于铜表面的性质，而且不具有分子量大的基团而溶解性良好，因此在短时间就能在铜表面形成皮膜。其中，从溶解性的观点出发，优选分子量在250以下的唑类。此外，从溶解性和皮膜的形成速度的观点出发，更优选分子量在250以下且具有选自甲基、乙基、和碳原子数3以上的直链烷基中的至少一个取代基的唑类。
在本发明的铜表面处理剂含有上述唑类的情况下，将上述唑类的浓度除以上述第1苯并咪唑化合物和第2苯并咪唑化合物的合计浓度而得的值例如是0.01～0.10，优选为0.03～0.10，更优选是0.03～0.07。若在该范围内，则在不损害耐热性和焊接性的提高效果的程度下，可以使皮膜的形成速度提高。
(其他成分)
除此之外，可以适当添加作为耐热性提高剂的锌或含锌的化合物、作为焊接性提高剂的溴化物或溴化合物、作为对铜表面的皮膜形成促进剂的铜或铜化合物等。这些成分的含量，例如是0.01重量％～2.0重量％左右。
本发明中的铜表面处理剂，通过使上述苯并咪唑化合物等溶解于酸和水的混合溶剂中，可以容易地制备。作为上述水，优选将离子性物质、杂质除去后的水，例如离子交换水、纯水、超纯水等。
[实施例]
以下，利用实施例对本发明进一步进行具体说明。
<焊接性>
(实验1)
准备在玻璃环氧树脂基材(日立化成工业制GEA-67N，厚度：1.6mm)的两面粘贴厚度18μm的铜箔而得到的两面覆铜层叠板(横：7.8cm、纵：4.8cm)，在其上形成160个0.8mm直径的通孔，制作被处理材料。
接着，将该被处理材料浸渍于MECBRITE CB-801(MEC株式会社制微蚀剂)中将铜箔表面仅蚀刻1μm而水洗后，将各自一枚分别浸渍到下表1所示组成的实施例1～26及比较例1～4的铜表面处理剂中60秒，进行水洗、干燥。需要说明的是，铜表面处理剂的温度均为30℃。
然后，分别对干燥后的被处理材料进行2次回流处理。在回流处理时使用热风循环型回流炉，对于一次回流处理，在被处理材料的表面温度达240℃～245℃的温度下加热40秒。
接着，利用喷雾对被处理材料进行了钎剂(Post flux)处理。作为钎剂，使用株式会社朝日化学研究所制AGF-880。然后，进行流焊(Flow)处理。在流焊处理中，首先作为预热处理在被处理材料的表面温度达到100℃的温度下加热80秒后，在焊料温度达到255℃的条件下进行双波(double wave)处理。此时，使用的焊料的重量比(Sn∶Ag∶Cu)为96.5∶3∶0.5。
需要说明的是，在本实验中的双波处理中，在使被处理材料和焊料接触2.5秒后，间隔2.5秒，再次进行使被处理材料和焊料接触3秒的处理。
接着，对于上述各被处理材料，确认焊接不良率。焊接不良率是160个通孔中，产生焊接不良的通孔的比例。需要说明的是，本实验中的焊接不良是指通过目视观察，可以确认焊料未完全填充到通孔内的情况。
(实验2)
准备在玻璃环氧树脂基材(日立化成工业制GEA-67N，厚度：1.6mm)的单面粘贴厚度18μm的铜箔而得到的单面覆铜层叠板，在其上形成40个0.3mm×8mm的矩形形状的导体图案，制作被处理材料。接着，将该被处理材料浸渍于MECBRITE CB-801(MEC株式会社制的微蚀剂)中，将铜箔表面仅蚀刻1μm而水洗后，将各自一枚分别浸渍到下表1所示组成的实施例1～26及比较例1～4的铜表面处理剂中60秒，进行水洗、干燥。需要说明的是，铜表面处理剂的温度均为30℃。
然后，在上述导体图案上的中央部，印刷焊料膏(Solder Coat公司制TAS650 S10/011/M9.5)。此时，印刷图案为圆形形状。此外，各印刷图案的直径为0.4mm，厚度为100μm。印刷后，使用与上述实验1同样的回流炉，在被处理材料的表面温度达225℃～230℃的温度下加热40秒。
然后，对通过该回流处理而扩大的焊料区域(40处)，用显微镜计测各自的最长径的长度，算出其平均值作为焊料扩大长度。
(焊接性判定基准)
对于在实验1中焊接不良率在3％以下，且在实验2中焊料扩大长度在2mm以上的配合，评价为焊接性A。此外，对于焊接不良率在大于3％且为7％以下，且焊料扩大长度在1mm以上的配合，评价为焊接性B。此外，将焊接不良率超过7％的情况，评价为焊接性C。结果示于表1。
<耐热性>
(实验3)
准备在玻璃环氧树脂基材(日立化成工业制GEA-67N，厚度：1.6mm)的两面粘贴厚度18μm的铜箔而得到的两面覆铜层叠板(8cm×8cm)。将该被处理材料浸渍于MECBRITE CB-801(MEC株式会社制微蚀剂)中将铜箔表面仅蚀刻1μm而水洗后，将各自一枚分别浸渍到下表1所示组成的实施例1～26及比较例1～4的铜表面处理剂中60秒，进行水洗、干燥。需要说明的是，铜表面处理剂的温度均为30℃。然后，分别对干燥后的被处理材料进行2次回流处理。在回流处理时使用与上述实验1同样的回流炉，对于一次回流处理，在被处理材料的表面温度达240℃～245℃的温度下加热40秒。
(耐热性判定基准)
目视确认实验3的结果、变色的有无，将几乎没有变色的作为A，将稍微变色的作为B，将变色显著的作为C。结果示于表1。
<皮膜量>
与上述实验1同样地，将被处理材料浸渍于实施例1～26和比较例1～4的各铜表面处理剂中，水洗、干燥后，将该被处理材料浸渍于盐酸(氯化氢为35重量％)和甲醇的混合液25mL(重量比为盐酸∶甲醇＝0.5∶99.5)中5分钟，使附着在铜箔上的皮膜成分溶解于上述混合液中。然后，将溶解有皮膜成分的上述混合液上样，用紫外可见分光光度计(岛津制作所UV-1600)，对处于278nm附近的第1和第2苯并咪唑化合物的峰的吸光度进行测定，将该值作为皮膜量。结果示于表1。
表1
(备注)
实施例1～26和比较例1～4的剩余部分均是离子交换水。此外，表1中的各成分的括弧内的数值均表示重量％浓度。需要说明的是，表1中的苯并咪唑化合物的正式名称和熔点如下。
EPrBI：2-(1’-乙基丙基)苯并咪唑，熔点265℃
NMBI：2-(1-萘基甲基)苯并咪唑，熔点241℃
EPeBI：2-(1’-乙基戊基)苯并咪唑，熔点207℃
NBI：2-壬基苯并咪唑，熔点127℃
TPBI：2-(5’-甲苯基)戊烯基苯并咪唑，熔点121℃
BBIB：1，4-双苯并咪唑丁烷，熔点120℃
XPBI：2-(5’-二甲苯基)戊烯基苯并咪唑，熔点112℃
UBI：2-十一烷基苯并咪唑，熔点109℃
COBI：5-氯-2-辛基苯并咪唑，熔点100℃
由表1可知，确认了通过并用熔点相差70℃以上的两种以上的苯并咪唑化合物作为苯并咪唑化合物，能够满足耐热性和焊接性两者。
(实验4)
除了将铜表面处理剂的浸渍处理时间设为30秒以外，其余与上述同样地对焊接性、耐热性及皮膜量进行评价。结果示于表2。
[表2]
将添加苯并咪唑化合物以外的唑类的实施例12～26与其他例子的皮膜量进行比较，可知通过添加规定量以上的上述唑类，就会加快皮膜的形成速度。其结果是，在实施例13、14、16、17、19、20、22、23、25、26中，耐热性及焊接性至少一方与其他的实施例相比得到了良好的结果。
根据本发明的铜表面处理剂和表面处理方法，通过并用熔点相差70℃以上的两种以上的苯并咪唑化合物作为苯并咪唑化合物，能够满足耐热性和焊接性两者。
Claims (7)
1、一种铜表面处理剂，含有酸、苯并咪唑化合物及水，其特征在于，作为所述苯并咪唑化合物，至少含有第1苯并咪唑化合物、和熔点比该第1苯并咪唑化合物低70℃以上的第2苯并咪唑化合物。
2、根据权利要求1所述的铜表面处理剂，其中，所述第1苯并咪唑化合物的熔点为200℃～300℃，所述第2苯并咪唑化合物的熔点为95℃～130℃。
3、根据权利要求1或2所述的铜表面处理剂，其中，所述第1苯并咪唑化合物和所述第2苯并咪唑化合物的合计浓度为0.05重量％～0.4重量％。
4、根据权利要求1～3中任一项所述的铜表面处理剂，其中，所述第1苯并咪唑化合物和所述第2苯并咪唑化合物的配合比，以重量比计为1∶9～9∶1。
5、根据权利要求1～4中任一项所述的铜表面处理剂，其中，进一步含有选自除苯并咪唑化合物以外的咪唑类、三唑类及四唑类中的至少一种唑类。
6、根据权利要求5所述的铜表面处理剂，其中，所述唑类的浓度除以所述第1苯并咪唑化合物和所述第2苯并咪唑化合物的合计浓度而得的值为0.03～0.10。
7、一种铜表面处理方法，其特征在于，采用权利要求1～6中任一项所述的铜表面处理剂对铜表面进行处理。
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