CN103620088A - 用于铜和铜合金的表面处理组合物及其利用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包含咪唑化合物的用于铜或铜合金的表面处理组合物以及在将电子部件焊接至印刷线路板时使用所述组合物的方法。

Description

用于铜和铜合金的表面处理组合物及其利用
技术领域
本发明涉及一种用于将电子部件等焊接至印刷线路板的包含铜或铜合金的电路部的表面处理组合物以及所述组合物的利用。
背景技术
近来，已广泛地采用具有增加的安装密度的表面安装作为用于制造印刷线路板的安装方法。这些表面安装方法可分为(i)利用焊膏接合芯片部件的双面表面安装方法，(ii)将利用焊膏表面安装芯片部件与通孔安装分立部件进行组合的混合安装方法等。在这些安装方法的每一种方法中，对印刷线路板进行多次焊接，因此，由于重复暴露于高温而产生严苛的热经历。
暴露于高温会由于在构成印刷线路板的电路部的铜或铜合金的表面上形成氧化涂膜而对所述铜或铜合金产生负面影响。重复暴露于高温会促进氧化涂膜的形成。随着涂膜发展，不能维持所述电路部的表面的良好焊接性。
为了保护这种印刷线路板的电路部的铜或铜合金免于发生空气氧化，广泛地采用使用表面处理组合物在电路部的表面上产生化学转化涂膜的处理。要求即使在电路部经受多次热经历后化学转化涂膜仍保持在电路部上而不改质(劣化)，从而维持良好的焊接性。
已广泛使用包含锡-铅合金的共晶焊料来将电子部件接合至印刷线路板等。然而，近年来，已认识到焊料合金中所含的铅(Pb)对人体的有害影响，并且现在需要使用不含铅的焊料。因此，已研究了各种无铅焊料。例如，已提出包含锡(Sn)作为基础金属并且在其中添加有金属如银(Ag)、锌(Zn)、铋(Bi)、铟(In)、锑(Sb)、钴(Co)、锰(Mn)、镍(Ni)或铜(Cu)的无铅焊料。
常规的Sn-Pb共晶焊料对用于接合基材的金属，尤其是铜的表面具有优异的润湿性，并且会强力地接合至铜。因此，在铜构件之间的接合性方面实现高可靠性。
相比之下，与常规的Sn-Pb共晶焊料相比，无铅焊料通常对铜表面具有不良的润湿性，并且因此具有不良的焊接性。结果，当使用无铅焊料时，常见诸如产生空隙的接合缺陷，这会导致接合强度低。
因此，当使用无铅焊料时，需要选择具有更好焊接性的焊料合金以及适用于无铅焊料的助焊剂。此外，需要可以防止铜或铜合金的表面的氧化并且具有改善无铅焊料的润湿性且使得焊接性良好的特性的表面处理组合物。
许多无铅焊料具有高熔点，因此焊接温度比常规的锡-铅共晶焊料高约20℃～50℃。因此，也会需要改良型表面处理组合物以形成具有优异耐热性的化学转化涂膜。
已提出各种咪唑化合物作为这种改良型表面处理组合物的有效成分。例如，专利文献1公开了2-烷基咪唑化合物如2-十一烷基咪唑，专利文献2公开了2-芳基咪唑化合物如2-苯基咪唑和2-苯基-4-甲基咪唑，专利文献3公开了2-烷基苯并咪唑化合物如2-壬基苯并咪唑，专利文献4公开了2-芳烷基苯并咪唑化合物如2-(4-氯苯基甲基)苯并咪唑，以及专利文献5公开了2-芳烷基咪唑化合物如2-(4-氯苯基甲基)咪唑和2-(2,4-二氯苯基甲基)-4,5-二苯基咪唑。然而，当对含有这些咪唑化合物的表面处理组合物进行试验时，发现形成在铜表面上的化学转化涂膜的耐热性不令人满意。此外，当进行焊接时，发现焊料的润湿性不足，并且未获得良好的焊接性。特别地，当在用包含一种所述咪唑化合物的表面处理组合物处理过的铜表面上进行焊接并且使用无铅焊料代替锡-铅共晶焊料时，未获得可接受的结果。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP-B46-17046(1971)
专利文献2：JP-A4-206681(1992)
专利文献3：JP-A5-25407(1993)
专利文献4：JP-A5-186888(1993)
专利文献5：JP-A7-243054(1995)
发明内容
已鉴于以上情形作出本发明，其目的为提供一种表面处理组合物，所述表面处理组合物在与铜或铜合金(下文有时仅称为“铜”)的表面反应时在化学转化时可形成具有耐热性和对表面上的焊料的润湿性的优异特性的涂膜。所述铜或铜合金可构成例如印刷线路板的电路部等。当使用焊料将电子部件等接合至印刷线路板时，使用本发明的组合物的表面处理会增强焊接性。本发明还具有提供用于处理印刷线路板的表面的方法以及改良的焊接方法的目的。
作为认真研究以实现以上目的的结果，本发明人已开发了含有由化学式(I)表示的咪唑化合物的表面处理组合物。已发现通过利用所述表面处理组合物对具有电路部的印刷线路板、特别是其中电路部由铜或铜合金构成的印刷线路板进行处理，在所述电路部的表面上形成具有可耐受无铅焊料的焊接温度的优异耐热性的化学转化涂膜。此外，本发明人还发现，通过形成所述化学转化涂膜，在使用无铅焊料进行焊接时，可以改善焊料对铜或铜合金的表面的润湿性，具体地说焊料对形成在铜或铜合金的表面上的化学转化涂膜的润湿性，并且实现良好焊接性。根据这些发现，实现了本发明。
也就是说，在第一方面，本发明涉及用于铜或铜合金的表面处理组合物，其包含由化学式(I)表示的咪唑化合物。
Figure BDA0000442709290000041
在化学式(I)中，R表示氢原子或甲基，且Y表示苯基、由下式(II)表示的基团或由下式(III)表示的基团，
Figure BDA0000442709290000042
其中n为0、1或2。
在第二方面，本发明涉及用于处理铜或铜合金的表面的方法，其包括使铜或铜合金的表面与本发明的第一方面的表面处理组合物接触。
在第三方面，本发明涉及包含至少一个电路部的印刷线路板，其中，所述电路部包含铜或铜合金以及在所述铜或所述铜合金的表面上的化学转化涂膜，其中，所述涂膜是通过铜或铜合金的表面与本发明第一方面的表面处理组合物接触而形成的。
在第四方面，本发明涉及用于在印刷线路板的至少一个电路部上形成化学转化涂膜的方法，其包括使印刷线路板的至少一个电路部与本发明第一方面的表面处理组合物接触，从而在印刷线路板的至少一个电路部上形成化学转化涂膜，其中，所述电路部包含铜或铜合金。
在第五方面，本发明涉及一种焊接方法，其包括使铜或铜合金的表面与本发明第一方面的表面处理组合物接触以及对所述铜或铜合金进行焊接。
在第六方面，本发明涉及用于将电子部件焊接至印刷线路板的电路部的方法，其包括(a)使印刷线路板的电路部与本发明第一方面的表面处理组合物接触，其中，所述电路部包含铜或铜合金；以及(b)将电子部件焊接至(a)的电路部，从而将电子部件焊接至印刷线路板的电路部。
本发明的表面处理组合物和表面处理方法在铜或铜合金如包含铜或铜合金的印刷线路板的电路部等的表面上形成具有优异耐热特性的化学转化涂膜。此外，所述涂膜显著地提高无铅焊料对经涂布表面的润湿性，从而增强对铜或铜合金的焊接性。
此外，本发明的印刷线路板和焊接方法使得能够使用不含有害金属铅的焊料，并且因此从环保观点来看是有用的。
具体实施方式
下文详细地描述本发明。
在本发明的表面处理组合物中使用的咪唑化合物由上述化学式(I)表示。所述咪唑化合物具有如下结构：在所述结构中苯基、噻吩基或者其中苯环的氢原子可以被氯原子取代的苄基键合至咪唑环的2-位，噻吩基键合至其4(5)-位，且氢原子或甲基键合至其5(4)-位。
咪唑化合物可以通过例如采用以下反应式中所示的合成方法来合成。作为脒化合物，可以优选使用脒盐酸盐化合物。
在式中，R和Y与上文定义相同，且X表示氯原子、溴原子或碘原子。
该咪唑化合物包括：
(A)在化学式(I)中R为氢原子且2-噻吩基键合至4(5)-位的咪唑化合物，诸如
2-苯基-4-(2-噻吩基)咪唑、
2,4-二(2-噻吩基)咪唑、
2-(3-噻吩基)-4-(2-噻吩基)咪唑、
2-苄基-4-(2-噻吩基)咪唑、
2-(2-氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑、
2-(3-氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑、
2-(4-氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑、
2-(2,3-二氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑、
2-(2,4-二氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑、
2-(2,5-二氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑、
2-(2,6-二氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑、
2-(3,4-二氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑、和
2-(3,5-二氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑；
(B)在化学式(I)中R为甲基且2-噻吩基键合至4(5)-位的咪唑化合物，诸如
5-甲基-2-苯基-4-(2-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2,4-二(2-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(3-噻吩基)-4-(2-噻吩基)咪唑、
2-苄基-5-甲基-4-(2-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(2-氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(3-氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(4-氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(2,3-二氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(2,4-二氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(2,5-二氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(2,6-二氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(3,4-二氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑、和
5-甲基-2-(3,5-二氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑；
(C)在化学式(I)中R为氢原子且3-噻吩基键合至4(5)-位的咪唑化合物，诸如
2-苯基-4-(3-噻吩基)咪唑、
2-(2-噻吩基)-4-(3-噻吩基)咪唑、
2,4-二(3-噻吩基)咪唑、
2-苄基-4-(3-噻吩基)咪唑、
2-(2-氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑、
2-(3-氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑、
2-(4-氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑、
2-(2,3-二氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑、
2-(2,4-二氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑、
2-(2,5-二氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑、
2-(2,6-二氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑、
2-(3,4-二氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑、和
2-(3,5-二氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑；
(D)在化学式(I)中R为甲基且3-噻吩基键合至4(5)-位的咪唑化合物，诸如：
5-甲基-2-苯基-4-(3-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(2-噻吩基)-4-(3-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2,4-二(3-噻吩基)咪唑、
2-苄基-5-甲基-4-(3-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(2-氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(3-氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(4-氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(2,3-二氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(2,4-二氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(2,5-二氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(2,6-二氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑、
5-甲基-2-(3,4-二氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑、和
5-甲基-2-(3,5-二氯苄基)-4-(3-噻吩基)咪唑。
本发明的表面处理组合物通过将一种或多种式(I)的咪唑化合物溶解于水中而制备。
在本发明中，可以将一种由以上化学式(I)表示的咪唑化合物单独用于组合物，或可以使用两种以上所述咪唑化合物的组合形成表面处理组合物。因此，本发明的表面处理组合物可包含一种、两种、三种、四种、五种或更多种化学式(I)的咪唑化合物。类似地，也可以将与本发明相同技术领域中的常规咪唑化合物与一种或多种本发明的咪唑化合物、即化学式(I)的那些咪唑化合物组合。
存在于表面处理组合物中的咪唑化合物的总量优选为0.01重量%～10重量%，更优选为0.1重量%～5重量%。如果表面处理组合物中所含的咪唑化合物的量小于0.01重量%，则形成在铜或铜合金的表面上的化学转化涂膜的厚度会下降，结果，可能不能充分防止表面氧化。如果咪唑化合物的量大于10重量%，则咪唑化合物会保持未溶解在表面处理组合物中，或者即使在完全溶解的情况下，咪唑化合物也可能再次析出。如果咪唑化合物未充分溶解在表面处理组合物中，则咪唑化合物的粒子可能附着至铜或铜合金的表面，并且可能损害表面的焊接性。
除了所述咪唑化合物之外，本发明的表面处理组合物可还包含下列的一种或多种作为助剂：(a)增溶剂、(b)有机溶剂、(c)金属盐、(d)卤素化合物、(e)金属化合物、(f)配位化合物、(g)铁化合物以及(h)络合化合物。
如上所述，可将增溶剂包含在本发明的表面处理组合物中。当包含时，使用有机酸和/或无机酸(下文有时仅称为“酸”)作为增溶剂。
有机酸的代表性实例包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、月桂酸、异丁酸、2-乙基丁酸、油酸、羟乙酸、乳酸、2-羟基丁酸、3-羟基丁酸、葡萄糖酸、甘油酸、酒石酸、苹果酸、柠檬酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、溴乙酸、碘乙酸、甲氧基乙酸、乙氧基乙酸、丙氧基乙酸、丁氧基乙酸、2-(2-甲氧基乙氧基)乙酸、2-[2-(2-乙氧基乙氧基)乙氧基]乙酸、2-{2-[2-(2-乙氧基乙氧基)乙氧基]乙氧基}乙酸、3-甲氧基丙酸、3-乙氧基丙酸、3-丙氧基丙酸、3-丁氧基丙酸、乙酰丙酸、乙醛酸、丙酮酸、乙酰乙酸、丙烯酸、巴豆酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、马来酸、富马酸、苯甲酸、对硝基苯甲酸、苦味酸、水杨酸、对甲苯磺酸、甲磺酸以及氨基磺酸。无机酸的实例包括盐酸、磷酸、硫酸以及硝酸。
所述酸可单独使用或以其两种以上的组合使用。因此，可使用两种以上有机酸作为增溶剂，可使用两种以上无机酸作为增溶剂，并且可使用一种或多种有机酸与一种或多种无机酸的组合作为增溶剂。
当使用时，存在于表面处理组合物中的增溶剂的总量优选为0.1重量%～50重量%，且更优选为1重量%～30重量%。
在本发明中，可以将有机溶剂与所述增溶剂一起使用，或代替所述增溶剂使用。
作为有机溶剂，可与水自由混溶的化合物为优选的。其实例包括醇类如甲醇、乙醇、正丙醇、2-丙醇、正丁醇或乙二醇；溶纤剂如乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚或乙二醇单丁醚；丙酮；以及N,N-二甲基甲酰胺。这些有机溶剂可单独使用或以其两种以上的组合使用。
当使用时，存在于表面处理组合物中的有机溶剂的总量优选为0.1重量%～50重量%，且更优选为1重量%～40重量%。
可将诸如铜化合物或锌化合物的金属盐作为助剂添加到本发明的表面处理组合物中。例如，在表面处理组合物中包含铜化合物作为助剂可提高化学转化涂膜在铜或铜合金的表面上的形成速率。在表面处理组合物中包含锌化合物作为助剂可提高在铜或铜合金的表面上形成的化学转化涂膜的耐热性。
铜化合物的实例包括甲酸铜、乙酸铜、草酸铜、氯化铜(I)、氯化铜(II)、溴化铜(I)、溴化铜(II)、碘化铜、氢氧化铜、磷酸铜、硫酸铜以及硝酸铜。可使用单一铜化合物或两种以上铜化合物的组合作为助剂。
锌化合物的实例包括氧化锌、甲酸锌、乙酸锌、草酸锌、乳酸锌、柠檬酸锌、硫酸锌、硝酸锌、磷酸锌、氯化锌、溴化锌以及碘化锌。可使用单一锌化合物或两种以上锌化合物的组合作为助剂。
当作为助剂包含在表面处理组合物中时，所述铜化合物可以以优选0.01重量%～10重量%且更优选0.02重量%～5重量%的量存在。
当作为助剂包含在表面处理组合物中时，所述锌化合物可以以优选0.01重量%～10重量%且更优选0.02重量%～5重量%的量存在。
为了进一步提高化学转化涂膜的成膜性以及涂膜的耐热性，可以将卤素化合物作为助剂添加到本发明的表面处理组合物中。
卤素化合物的实例包括氟化钠、氟化钾、氟化铵、氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯丙酸、溴化钠、溴化钾、溴化铵、溴丙酸、碘化钠、碘化钾、碘化铵以及碘丙酸。可使用单一卤素化合物或两种以上卤素化合物的组合作为助剂。
当作为助剂包含在表面处理组合物中时，卤素化合物可以以优选0.001重量%～1重量%且更优选0.01重量%～0.1重量%的量存在。
除了上述金属盐(即铜化合物和锌化合物)以及卤素化合物之外，还可以将金属化合物作为其他助剂添加到本发明的表面处理组合物中。合适的金属化合物的实例包括锰化合物、钴化合物以及镍化合物。锰化合物的实例包括甲酸锰、氯化锰、草酸锰、硫酸锰以及碳酸锰。钴化合物的实例包括乙酸钴、硫酸钴以及硝酸钴。镍化合物的实例包括氯化镍、乙酸镍、硝酸镍、碳酸镍以及硫酸镍。可使用单一金属化合物或两种以上金属化合物的组合作为助剂。
当包含时，存在于表面处理组合物中的金属化合物的总量优选为0.01重量%～10重量%，且更优选为0.02重量%～5重量%。
还可以将配位化合物如冠醚、联吡啶、卟啉或菲咯啉作为助剂添加到表面处理组合物中。配位化合物用于使化学转化涂膜改性。可使用单一配位化合物或两种以上配位化合物的组合作为助剂。
当包含时，存在于表面处理组合物中的配位化合物的总量优选为0.001重量%～10重量%，且更优选为0.01重量%～5重量%。
可以将铁化合物和络合化合物(例如，乙二胺四乙酸等)作为其他助剂添加到本发明的表面处理组合物中以提高化学转化涂膜在铜表面上的成膜特性，同时抑制化学转化涂膜在金(Au)表面上的形成(参见JP-A9-291372，其公开内容以引用的方式并入本文中)。
可在处理铜或铜合金的表面之前设定表面处理组合物的pH。组合物的特定pH将取决于表面处理组合物的组成(成分的种类和含量)以及进行处理的时间和温度的量。
在降低pH的情况下，可以使用上述的有机酸或无机酸(增溶剂)，而在增加pH的情况下，可以优选使用例如氢氧化钠、氢氧化钾以及具有缓冲作用的物质，其包括氨以及胺如单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。
使用本发明的表面处理组合物处理铜或铜合金的表面的条件优选为将表面处理组合物的液体温度设定为10℃～70℃的范围的条件。其他条件包括利用所述表面处理组合物处理铜或铜合金的表面的时间量。接触时间在1秒～10分钟的范围内。
用于使铜或铜合金的表面与表面处理组合物接触的适当方法对于本发明的方法不是特别关键的，并且包括浸渍、喷雾和涂布。其他手段对于本领域技术人员会是显而易见的。
可用于本发明的方法中的焊料的实例包括常规的Sn-Pb共晶焊料，以及无铅焊料如Sn-Ag-Cu基焊料、Sn-Ag-Bi基焊料、Sn-Bi基焊料、Sn-Ag-Bi-In基焊料、Sn-Zn基焊料以及Sn-Cu基焊料。
本发明的焊接方法可以适于使安装有电子部件的印刷线路板在含有热熔融液体焊料的焊料槽上移动，使得所述印刷线路板与熔融焊料的液面接触，并对电子部件与印刷线路板之间的接合部进行焊接的流动法；或者预先将焊膏根据铜电路图案印刷到印刷线路板上，将电子部件安装于其上，对印刷线路板进行加热以熔融焊料并进行焊接的回流焊法。
实施例
下面通过参考实施例和比较例对本发明进行具体说明，但不应理解为本发明受限于此。
在实施例和比较例中采用的咪唑化合物和评价试验方法如下。
咪唑化合物
在实施例中采用的咪唑化合物如下。
2-苯基-4-(2-噻吩基)咪唑(在下文中缩写为“A-1”)
2,4-二(2-噻吩基)咪唑(在下文中缩写为“A-2”)
2-(2,4-二氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑(在下文中缩写为“A-3”)
5-甲基-2-苯基-4-(2-噻吩基)咪唑(在下文中缩写为“A-4”)
5-甲基-2,4-二(2-噻吩基)咪唑(在下文中缩写为“A-5”)
2-苯基-4-(3-噻吩基)咪唑(在下文中缩写为“A-6”)。
在参考例1～6中显示制造例示性化合物的方法。
参考例1
合成A-1
将由31.3g(0.20摩尔)苯甲脒盐酸盐、91g(0.66摩尔)碳酸钾和67g N,N-二甲基乙酰胺组成的悬浮液在55℃～60℃下搅拌40分钟，且在65℃～70℃下用50分钟向该悬浮液中滴加由41.0g(0.20摩尔)2-(溴乙酰基)噻吩和80g甲苯组成的溶液，接着在70℃下搅拌3小时。
将所得反应悬浮液冷却，随后用500ml水洗涤一次且用550ml氯化钠溶液洗涤两次。此后，将甲苯层冷却且通过过滤回收析出的固体成分。随后将该固体成分用甲苯和乙腈洗涤，在加热下溶解于甲醇中，且通过活性炭脱色。在减压下将甲醇蒸出，且将残留固体从乙腈中重结晶，由此获得15.6g(0.069摩尔，产率：34.5%)淡黄白色结晶状态的2-苯基-4-(2-噻吩基)咪唑。
参考例2
合成A-2
除了采用2-噻吩甲脒盐酸盐代替苯甲脒盐酸盐之外，根据参考例1的方法合成A-2(2,4-二(2-噻吩基)咪唑)。
参考例3
合成A-3
除了采用2,4-二氯苯基乙脒盐酸盐代替苯甲脒盐酸盐之外，根据参考例1的方法合成A-3(2-(2,4-二氯苄基)-4-(2-噻吩基)咪唑)。
参考例4
合成A-4
除了采用2-(2-溴丙酰基)噻吩代替2-(溴乙酰基)噻吩之外，根据参考例1的方法合成A-4(5-甲基-2-苯基-4-(2-噻吩基)咪唑)。
参考例5
合成A-5
除了采用2-噻吩甲脒盐酸盐代替苯甲脒盐酸盐且采用2-(2-溴丙酰基)噻吩代替2-(溴乙酰基)噻吩之外，根据参考例1的方法合成A-5(5-甲基-2,4-二(2-噻吩基)咪唑)。
参考例6
合成A-6
除了采用3-(溴乙酰基)噻吩代替2-(溴乙酰基)噻吩之外，根据参考例1的方法合成A-6(2-苯基-4-(3-噻吩基)咪唑)。
咪唑化合物A-1～A-6的化学式显示如下。
在比较例中采用的咪唑化合物如下。
2-十一烷基咪唑(商品名：C11Z，由四国化成工业株式会社(ShikokuChemicals Corporation)制造，在下文缩写为“Z-1”)
2-苄基-4-苯基咪唑(根据JP-A2010-150651中描述的方法合成，在下文缩写为“Z-2”)
2-苯基咪唑(商品名：2PZ，由四国化成工业株式会社制造，在下文缩写为“Z-3”)
2-苯基-4-甲基咪唑(商品名：2P4MZ，由四国化成工业株式会社制造，在下文缩写为“Z-4”)
2-壬基苯并咪唑(由西格玛奥德里奇公司(SIGMA-ALDRICH)制造，在下文缩写为“Z-5”)
2-苄基苯并咪唑(根据合成科学(Science of Synthesis)，12，529(2002)中描述的方法合成，在下文缩写为“Z-6”)。
咪唑化合物Z-1～Z-6的化学式显示如下。
Figure BDA0000442709290000161
在实施例和比较例中采用的评价试验方法如下。
焊料向上流动特性的评价试验
使用具有120mm(长度)×150mm(宽度)×1.6mm(厚度)的尺寸并具有300个各自具有0.80mm内径的铜通孔的玻璃-环氧树脂制的印刷线路板作为试验片。对试验片进行脱脂、微蚀刻以及水洗。其后，将试验片于维持在给定液体温度下的表面处理组合物中浸渍给定时间段，然后进行水洗和干燥，从而在铜表面上形成厚度为约0.10μm～约0.50μm的化学转化涂膜。
使用红外回流焊装置(产品名：MULTI-PRO-306，由Vitronics制造)对进行了表面处理的试验片进行峰值温度为240℃的回流加热三次，然后使用流动焊接装置(输送速度：1.0m/分钟)进行焊接。
所使用的焊料是具有63Sn-37Pb(重量%)的组成的Sn-Pb共晶焊料(商品名：H63A，由千住金属工业株式会社(Senju Metal Industry Co.,Ltd.)制造)，并且用于焊接的助焊剂是JS-64MSS(由弘辉株式会社(Koki CompanyLimited)制造)。焊接温度是240℃。
也以与Sn-Pb共晶焊料的情况中相同的方式使用无铅焊料对进行了表面处理的试验片进行焊接。无铅焊料(商品名：H705ECO SOLDER，由千住金属工业株式会社制造)具有96.5Sn-3.0Ag-0.5Cu(重量%)的组成，并且用于焊接的助焊剂是JS-E-09(由弘辉株式会社制造)。回流加热的峰值温度是245℃，且焊接温度是245℃。
关于已进行焊接的试验片，计数其中焊料填充所述孔直至铜通孔的上部接合部(land)部分的通孔(经焊接的通孔)的数目，并且计算相对于总通孔数目(300个孔)的比例(%)。
随着焊料对铜表面的润湿性增加，熔融焊料容易地渗透铜通孔并且填充所述孔至通孔的上部接合部部分。即判定出，随着其中焊料填充所述孔至上部接合部部分的通孔数目相对于总通孔数目的比例增加，焊料对铜的润湿性更优异并且焊接性更好。
焊料铺展性的评价试验
使用具有50mm(长度)×50mm(宽度)×1.2mm(厚度)的尺寸的玻璃环氧树脂制的印刷线路板作为试验片。在试验片上，已经在宽度方向上以1.0mm的间隔预先形成10个各自包含铜箔并具有0.80mm导体宽度和20mm长度的电路部作为电路图案。对试验片进行脱脂、微蚀刻以及水洗。其后，将试验片在维持在给定液体温度下的表面处理组合物中浸渍给定时间段，然后进行水洗和干燥，从而在铜表面上形成厚度为约0.10μm～约0.50μm的化学转化涂膜。
使用红外回流焊装置(产品名：MULTI-PRO-306，由Vitronics制造)对进行了表面处理的试验片进行峰值温度为240℃的回流加热一次。其后，使用1.2mm孔径和150μm厚度的金属掩模将Sn-Pb焊膏印刷在铜电路部的中心上，并且在上述条件下进行回流加热，从而进行焊接。所使用的Sn-Pb焊膏是具有63Sn-37Pb(重量%)的组成的共晶焊料(商品名：OZ-63-330F-40-10，由千住金属工业株式会社制造)。
也以与Sn-Pb焊膏的情况中相同的方式使用无铅焊膏对进行了表面处理的试验片进行焊接。无铅焊膏(商品名：M705-221BM5-42-11，由千住金属工业株式会社制造)具有96.5Sn-3.0Ag-0.5Cu(重量%)的组成。以使得峰值温度为245℃的方式设定在印刷焊膏之前和之后进行的回流加热。
关于获得的试验片，测量在铜电路部上湿润铺展的焊料的长度(mm)。
判定出，随着长度的增加，焊料的润湿性更优异并且焊接性更好。
实施例1
将作为咪唑化合物的2-苯基-4-(2-噻吩基)咪唑、作为酸(和增溶剂)的乙酸、作为金属盐的乙酸锌以及作为卤素化合物的氯化铵和碘化钾溶解于离子交换水中以获得表1中所示的组成(重量%)，且将所得溶液用氨水调节至pH3.5以制备表面处理组合物。
将印刷线路板的试验片在控制至30℃的表面处理组合物中浸渍180秒，用水洗涤并干燥。随后，测量焊料向上流动特性和焊料铺展性，将试验结果显示在表1中。
实施例2～6
以与实施例1中相同的方式使用表1中所示的咪唑化合物、酸、金属盐和卤素化合物制备具有表1中所示的组成(重量%)的表面处理组合物，且在表1中所示的处理条件下进行表面处理。测量所得试验片的焊料向上流动特性和焊料铺展性。将试验结果显示在表1中。
比较例1～6
以与实施例1中相同的方式使用表1中所示的咪唑化合物、酸、金属盐和卤素化合物制备具有表1中所示的组成(重量%)的表面处理组合物，且在表1中所示的处理条件下进行表面处理。测量所得试验片的焊料向上流动特性和焊料铺展性。将试验结果显示在表1中。
Figure BDA0000442709290000201
Figure BDA0000442709290000211
本发明的表面处理组合物可以无任何问题地用于使用Sn-Pb共晶焊料的焊接中，且可以进一步优选用于使用与共晶焊料相比具有更差焊接性的无铅焊料的焊接中。
虽然已经详细地并参考本发明的具体实施方式描述了本发明，但是对于本领域的技术人员显而易见的是，可以在不脱离本发明的主旨和范围的情况下在其中进行各种改变和改进。
本申请基于2011年6月20日提交的日本专利申请2011-135860号，其全部内容以引用的方式并入本文中。将本文中引用的所有参考文献整体并入。
工业实用性
根据本发明，公开了通过形成具有良好的耐热性以及对构成印刷线路板的电路部等的铜或铜合金的表面上的焊料的润湿性的化学转化涂膜而具有良好焊接性的表面处理组合物。所述表面处理组合物容许使用焊料将电子部件等接合至印刷线路板。本发明还提供表面处理方法、印刷线路板以及焊接方法。

Claims (10)

1.一种用于铜或铜合金的表面处理组合物，包含由化学式(I)表示的咪唑化合物：
Figure FDA0000442709280000011
其中R表示氢原子或甲基，且Y表示苯基、由下式(II)表示的基团或由下式(III)表示的基团：
Figure FDA0000442709280000012
其中n为0、1或2。
2.根据权利要求1所述的表面处理组合物，其中所述咪唑化合物以0.01重量%～10重量%的量存在于所述组合物中。
3.根据权利要求2所述的表面处理组合物，进一步包含以0.1重量%～50重量%的量存在于所述组合物中的有机酸或无机酸。
4.根据权利要求2所述的表面处理组合物，进一步包含以0.01重量%～10重量%的量存在于所述组合物中的金属盐。
5.根据权利要求2所述的表面处理组合物，进一步包含以0.001重量%～1重量%的量存在于所述组合物中的卤素化合物。
6.一种用于铜或铜合金的表面处理方法，包括使铜或铜合金的表面与根据权利要求1所述的表面处理组合物接触。
7.一种包含至少一个电路部的印刷线路板，其中所述电路部包含铜或铜合金以及在所述铜或所述铜合金的表面上的化学转化涂膜，其中所述涂膜是通过使所述铜或所述铜合金的表面与根据权利要求1所述的表面处理组合物接触而形成的。
8.一种焊接方法，包括使铜或铜合金的表面与根据权利要求1所述的表面处理组合物接触以及对所述铜或铜合金进行焊接。
9.一种用于在印刷线路板的至少一个电路部上形成化学转化涂膜的方法，包括使印刷线路板的至少一个电路部与根据权利要求1所述的表面处理组合物接触，从而在印刷线路板的至少一个电路部上形成化学转化涂膜，其中所述电路部包含铜或铜合金。
10.一种用于将电子部件焊接至印刷线路板的电路部的方法，包括：
(a)使印刷线路板的电路部与根据权利要求1所述的表面处理组合物接触，其中所述电路部包含铜或铜合金；以及
(b)将电子部件焊接至(a)的电路部，从而将电子部件焊接至印刷线路板的电路部。
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