JP2005179765A - 銅及び銅合金の表面処理剤 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐熱性が高く、はんだ濡れ性に優れ、選択吸着性に優れた銅及び銅合
金の表面処理剤を提供する。
【解決手段】 下記の一般式で表される、Ａ）イミダゾール誘導体、Ｂ）亜鉛、錫、鉄、ニッケル、およびコバルト化合物から成る金属化合物、Ｃ）炭素数が３個以下のカルボン酸、Ｄ）炭素数が５〜１２個までのカルボン酸、及びＥ）ヨウ素化合物を含有する銅及び銅合金の表面処理剤。
【化１】

（式中、Ｒ１〜Ｒ３の少なくとも１個が炭素数６以上のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アラルキル基、または、これらにハロゲン原子が付加した基であり、残りの部分が水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ハロゲン原子である。）
【選択図】 なし

Description

本発明は、主にプリント配線板の回路部分を形成する銅及び銅合金の表面処理剤に関する。

電気製品や電子部品実装に用いるプリント配線板は、大部分が回路に銅又は銅合金を用いている。そのため、その配線部分が表面酸化等で劣化するのを防止し、かつ、良好なはんだ付け性を保つために様々な方法が開発されている。代表的な方法としては、回路部分を他の金属で覆う方法と有機被膜で覆う方法が知られている。

有機被膜を形成する方法では、銅を含む回路部分と化学反応を起こさせ、この部分に被膜を形成するイミダゾール系表面処理剤でプリント配線板を表面処理する方法が有用である。現在、このような表面処理剤として、アルキル基やアリール基の結合した２位変性ベンズイミダゾールを主成分とした水溶性表面処理剤が提案されている。それらは、例えば、特許文献１（特許第２９１３４１０号公報）、特許文献２（特許第２６８６１６８号公報）、特許文献３（特許第２５７５２４２号公報）、特許文献４（特許第２９２３５９６号公報）に開示されている。また、表面処理剤の主成分としてイミダゾール誘導体を用いる従来技術としては、特許文献５（特開平７−１６６３８号公報）、特許文献６（特開平７−２４３０５３号公報）、特許文献７（特開平９−２９１３７２号公報）がある。
特許第２９１３４１０号公報 特許第２６８６１６８号公報 特許第２５７５２４２号公報 特許第２９２３５９６号公報 特開平７−１６６３８号公報 特開平７−２４３０５３号公報 特開平９−２９１３７２号公報

しかしながら上記の従来技術では、耐熱性、並びに、銅及び銅合金面への選択的吸着性に関して実使用上十分に満足のできる性質を示す表面処理剤はいまだ見出されていない。特に耐熱性に関して、最近の鉛フリーはんだを用いた実装技術においては、従来よりも高温の実装温度で製品が製造されるようになってきているが、この実装温度の上昇にこれまでの表面処理剤の耐熱性が追随できていないのが現状である。具体的には、プリント配線板が高温高湿に曝されると、はんだ濡れ性が低下したり、銅又は銅合金表面が酸化して劣化したりといった問題が生じていた。

そこで、本発明では、耐熱性に優れ、銅及び銅合金への選択的吸着性に優れた水溶性表面処理剤、その表面処理剤で表面処理した銅、銅合金及びプリント配線板を提供することを目的とする。また、本発明の今ひとつの目的は、銅及び銅合金の表面が高温高湿に曝された後でも表面酸化被膜が形成しにくく、はんだ濡れ性が低下しない水溶性表面処理剤、その表面処理剤で表面処理した銅、銅合金及びプリント配線板を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討の結果、特定のイミダゾール誘導体と金属化合物と特定のカルボン酸とヨウ素化合物の組み合わせが有効であることを見出した。すなわち、本発明は以下の（１）〜（３）である。

（１）下記の一般式で表されるような、Ａ）イミダゾール誘導体の１種または２種以上、Ｂ）鉄、ニッケル、およびコバルト化合物から成る金属化合物の１種または２種以上、Ｃ）炭素数が３個以下のカルボン酸の１種または２種以上、Ｄ）炭素数が５〜１２個までのカルボン酸の１種または２種以上、及びＥ）ヨウ素化合物１種または２種以上を含有する銅及び銅合金の表面処理剤、

（式中、Ｒ１〜Ｒ３の少なくとも１個が炭素数６以上のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アラルキル基、または、これらにハロゲン原子が付加した基であり、残りの部分が水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ハロゲン原子である。）
（２）前記（１）記載の表面処理剤を用いて表面処理した銅及び銅合金、
（３）前記（１）記載の表面処理剤を用いて表面処理したプリント配線板、
に関する。

本発明の表面処理剤を用いれば、耐熱性が高く、はんだ濡れ性に優れ、さらに高い選択性で銅及び銅合金の表面を被覆し、保護することができる。さらに、銅及び銅合金を表面処理した後に高温高湿の環境下で保管した場合にも、銅及び銅合金の表面を酸化させることはなく、本発明による表面被覆は優れた保護機能を示す。それゆえに、プリント配線板の主として銅及び銅合金で形成される回路部分を選択的に被覆するために、本発明の表面処理剤は好適に用いることができる。

以下、本発明について詳しく説明する。
本発明の表面処理剤は、上記化学式のイミダゾール誘導体を主成分として含有する。このイミダゾール誘導体の置換基Ｒ１〜Ｒ３の少なくとも一つは、炭素数６以上のものを用いる。本発明者らの研究により、Ｒ１〜Ｒ３の少なくとも一つが炭素数６以上の基であると、表面処理剤は特に耐熱性及びはんだ濡れ性に優れることが分かった。また、上記一般式で表されるイミダゾール誘導体の含有量は、水溶液として０．０１〜５０、好ましくは０．１〜１０ｇ／Ｌである。本発明に用いるイミダゾール誘導体の具体例は、以下のとおりである。

イミダゾール誘導体としては、例えば、２−ヘキシルイミダゾール、４−ヘキシルイミダゾール、５−ヘキシルイミダゾール、２，４−ジヘキシルイミダゾール、２，５−ジヘキシルイミダゾール、４，５−ジヘキシルイミダゾール、２，４−ジヘキシル−５−メチルイミダゾール、２，４−ジヘキシル−５−プロピルイミダゾール、２，４−ジヘキシル−５−フェニルイミダゾール、２，４−ジヘキシル−５−ブロモイミダゾール、２，５−ジヘキシル−４−メチルイミダゾール、２，５−ジヘキシル−４−プロピルイミダゾール、２，５−ジヘキシル−４−フェニルイミダゾール、２，４，５−トリヘキシルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、４−フェニルイミダゾール、５−フェニルイミダゾール、２，４−ジフェニルイミダゾール、４，５−ジフェニルイミダゾール、２，５−ジフェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−エチルイミダゾール、２−フェニル−４−プロピルイミダゾール、２−フェニル−４−ブチルイミダゾール、２−フェニル−４−ペンチルイミダゾール、２−フェニル−４−ヘキシルイミダゾール、２，４−ジフェニル−５−メチルイミダゾール、２，４−ジフェニル−５−プロピルイミダゾール、２，４−ジフェニル−５−ヘキシルイミダゾール、２，４−ジフェニル−５−ブロモイミダゾール、２，５−ジフェニル−４−メチルイミダゾール、２，５−ジフェニル−４−プロピルイミダゾール、２，５−ジフェニル−４−ヘキシルイミダゾール、２，５−ジフェニル−４−クロロイミダゾール、２，４−ジ（フェニルメチル）イミダゾール、２，４−ジ（フェニルエチル）イミダゾール、２，４，５−トリフェニルイミダゾール、２−ヘキシル−４−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−ヘキシルイミダゾール、２−フェニル−４−ヘキシル−５−プロピルイミダゾール、２−フェニル−４−ヘキシル−５−ヨードイミダゾール、２−ナフチルイミダゾール、４−ナフチルイミダゾール、２−フェニル−４−ナフチルイミダゾール、２−フェニル−４−デシルイミダゾール、２−デシル−４−フェニルイミダゾール等である。

本発明の表面処理剤は、上記のイミダゾール誘導体に加えて被膜の選択吸着性、形成性、耐熱性を向上させるために金属化合物を含有する。これらの金属化合物は、鉄、ニッケル及びコバルトのうち少なくとも１種の塩、酸化物、水酸化物、ハロゲン化物であることが好ましい。金属化合物は、水溶液としたときに１ｍｇ／Ｌ〜１０ｇ／Ｌ、好ましくは１０ｍｇ／Ｌ〜１ｇ／Ｌとなるように添加するとよい。

本発明に用いる金属化合物の具体例としては、水酸化鉄、酸化鉄、塩化鉄、臭化鉄、蟻酸鉄、酢酸鉄、水酸化ニッケル、酸化ニッケル、塩化ニッケル、臭化ニッケル、蟻酸ニッケル、酢酸ニッケル、水酸化コバルト、酸化コバルト、塩化コバルト、臭化コバルト、蟻酸コバルト、酢酸コバルト等が挙げられる。

本発明に用いる炭素数３個以下のカルボン酸は、主成分のイミダゾール誘導体を溶解するために使用するが、その添加量は１〜４００ｇ／Ｌ、好ましくは５〜２００ｇ／Ｌである。具体的には蟻酸、酢酸、プロパン酸（異性体を含む）等を使用することができる。

また、本発明に用いる炭素数５〜１３このカルボン酸は、被膜の成膜性を上げ、耐熱性を向上させるために使用するが、その添加量は０．０１〜２０ｇ／Ｌ、好ましくは０．１〜１０ｇ／Ｌである。このカルボン酸としては、例えばペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、安息香酸、フェニル酢酸、フェニル酢酸、フェニルプロパン酸、フェニルブタン酸、フェニルペンタン酸、フェニルヘキサン酸（それらの異性体を含む）が上げられる。

本発明に用いられるヨウ素化合物は、被膜の耐熱性を向上させるために使用されるが、ヨウ素化合物としては、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化アンモニウム等をあげることができる。

本発明の表面処理剤は、銅および銅合金への選択吸着性に優れた性質を示す。プリント配線板を表面処理するには、その銅及び銅合金の表面に被覆を形成する方法であれば、浸漬に限らず用いることができる。

本発明の表面処理剤は、必要に応じてその他の添加剤を使用してもよい。また、本発明の表面処理剤を銅及び銅合金に適用するには、上記のように浴中に対象物を浸漬するのが一般的であるが、このとき、表面処理の前処理として予め脱脂やソフトエッチング処理を施しておいてもよい。

以下、本発明を実施例を用いて具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されない。

実施例１〜４
本実施例では、表面処理剤の主成分として後掲の表１に示すイミダゾール誘導体を２ｇ／Ｌを用いた。その他に、表面処理剤の浴組成として、金属化合物、カルボン酸、およびヨウ素化合物を表１に示した濃度の水溶液になるように加えた。銅回路幅０．８ｍｍのプリント配線板を浴に浸漬し、浴のｐＨ４．０、処理温度４０℃、処理時間６０秒の条件で表面処理を施した。処理条件は浴組成とともに表１に示した。

はんだ濡れ性の評価
上述のように表面処理したプリント配線板に対して以下のはんだ濡れ性試験を行った。
すなわち、室温４０℃、湿度９０％の環境下に９６時間放置後、さらに１７５℃で６時間加熱したプリント配線板（銅回路幅０．８ｍｍ）をポストフラックス（Ｒタイプ）処理し、銅回路側に０．６ｍｍφの錫鉛共晶はんだボールを搭載し、リフローさせた後、はんだ濡れ長さが２ｍｍ以上であれば○、２ｍｍ以下であれば×とした。

選択吸着性の評価
表面処理浴はそのままに、試験片として、銅めっき回路と金めっき端子が混在するプリント配線板を用いた。表面処理後に、銅めっき面が選択的に被覆される選択吸着性があるかどうかをオージェ分析によって確認した。結果は後掲の表１に示す。

比較例１〜４
比較例１〜４では、下記表２に示すように炭素数５〜１３個のカルボン酸およびヨウ素化合物を含まない浴組成を用いた以外は、実施例１と同様にして試験片を表面処理し、同様の評価を実施した。評価結果は、同じ表２に示す。

表１および表２とを対比すれば明らかなように、本発明の表面処理剤を使用することにより、銅および銅合金に対して高い選択性で被覆することができ、しかも耐熱性、はんだ濡れ性に優れた被膜で保護することができる。

Claims (3)

1. 下記の一般式で表される、Ａ）イミダゾール誘導体の１種または２種以上、Ｂ）鉄、ニッケル、およびコバルト化合物から成る金属化合物の１種または２種以上、Ｃ）炭素数が３個以下のカルボン酸の１種または２種以上、Ｄ）炭素数が５〜１２個までのカルボン酸の１種または２種以上、及びＥ）ヨウ素化合物１種または２種以上を含有する銅及び銅合金の表面処理剤。
   

   

   （式中、Ｒ１〜Ｒ３の少なくとも１個が炭素数６以上のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アラルキル基、または、これらにハロゲン原子が付加した基であり、残りの部分が水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ハロゲン原子である。）
2. 請求項１記載の表面処理剤を用いて表面処理した銅及び銅合金。
3. 請求項１記載の表面処理剤を用いて表面処理したプリント配線板。