JP2006022400A - 銅または銅合金の表面処理剤及びその利用 - Google Patents
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Abstract
Description
その結果、プリント配線板の回路部を構成する銅または銅合金の表面は、加熱されることにより酸化皮膜の形成が促進されるので、該回路部表面の半田付け性を良好に保つことができない。
そのために種々の無鉛半田が検討されているが、例えば錫をベース金属として、銀、亜鉛、ビスマス、インジウム、アンチモンや銅などの金属を添加した無鉛半田が提案されている。
これに対して、無鉛半田は従来の錫−鉛半田に比べると、銅の表面に対する濡れ性が劣っているので、半田付け性が悪く、ボイド発生などの接合不良が生じ、接合強度も低いものであった。
そのため無鉛半田を使用するに当たっては、より半田付け性の良好な半田合金および無鉛半田に適したフラックスの選定が求められているが、銅または銅合金表面の酸化防止のために使用される表面処理剤に対しても、無鉛半田の濡れ性を改善し半田付け性を良好なものとする機能が求められている。
また、無鉛半田の多くは融点が高く、半田付け温度が従来の錫−鉛系共晶半田に比べて20〜50℃程高くなるため、当該表面処理剤に対しは、優れた耐熱性を有する化成被膜を形成させることも望まれている。
また、前記の表面処理剤を銅回路部を構成する銅または銅合金の表面に接触させたプリント配線板および、銅または銅合金の表面を前記の表面処理剤で接触させた後に、共晶半田または無鉛半田を使用して半田付けを行う半田付け方法を提供することを目的とする。
また、本発明の半田付け方法は、有害金属である鉛を含まない半田の使用を可能とするので、環境保護の観点において有用なものである。
本発明の実施に適する化1の一般式で示される2−フェニル−4−ナフチルイミダゾール化合物は、
2−フェニル−4−(1−ナフチル)イミダゾール、
2−フェニル−4−(2−ナフチル)イミダゾール、
2−フェニル−4−(1−ナフチル)−5−メチルイミダゾール及び、
2−フェニル−4−(2−ナフチル)−5−メチルイミダゾールである。
2−(1−ナフチル)−4−フェニルイミダゾール、
2−(2−ナフチル)−4−フェニルイミダゾール、
2−(1−ナフチル)−4−フェニル−5−メチルイミダゾール及び、
2−(2−ナフチル)−4−フェニル−5−メチルイミダゾールである。
前記銅化合物の代表的なものとしては、酢酸銅、塩化第一銅、塩化第二銅、臭化第一銅、臭化第二銅、ヨウ化銅、水酸化銅、リン酸銅、硫酸銅、硝酸銅等であり、また前記亜鉛化合物の代表的なものとしては、酸化亜鉛、蟻酸亜鉛、酢酸亜鉛、蓚酸亜鉛、乳酸亜鉛、クエン酸亜鉛、硫酸亜鉛、硝酸亜鉛、リン酸亜鉛等が挙げられ、何れも表面処理剤に対して0.01〜10重量%の割合、好ましくは0.02〜5重量%の割合で添加すれば良い。
即ち、銅または銅合金の表面上に化成被膜を生成させた後、ロジン、ロジンエステル等のロジン誘導体、テルペン樹脂、テルペンフェノール樹脂等のテルペン樹脂誘導体、芳香族炭化水素樹脂、脂肪族炭化水素樹脂等の炭化水素樹脂やこれらの混合物からなる耐熱性に優れた熱可塑性樹脂を、トルエン、酢酸エチル、イソプロピルアルコール等の溶媒に溶解し、ロールコーター等により化成被膜上に膜厚1〜30μmの厚みになるように均一に塗布して、化成被膜と熱可塑性樹脂の二重構造を形成させれば良い。
なお、実施例及び比較例で使用したイミダゾール化合物ならびに評価試験方法は次のとおりである。
実施例に使用したイミダゾール化合物を、参考例1〜8に示す。
〔参考例1〕
<2−(1−ナフチル)−4−フェニルイミダゾール>
2−アセトキシアセトフェノンと等モルの1−ナフトアルデヒドをイソプロピルアルコールに溶解させた溶液に、2.2倍モルの酢酸銅(II)一水和物を20倍モルの25%アンモニア水に溶解させた溶液を水冷下で少量ずつ加え、次いで60℃まで1時間、更に78℃まで3時間かけて昇温した。冷却後、析出物を濾取して水洗後乾燥して得られた暗緑色粉末状物をメタノールに懸濁させ、0.6倍モルの70%水硫化ナトリウムを加え1時間加熱還流後、冷却、黒色不溶物を濾去した。濾液を減圧乾固し、乾固物をクロロホルムに溶解し、水で洗浄後、クロロホルムを減圧留去し、得られた乾固物をアセトニトリルから再結晶して、乳白色粉末状の2−(1−ナフチル)−4−フェニルイミダゾールを得た。
<2−(2−ナフチル)−4−フェニルイミダゾール>
参考例1の1−ナフトアルデヒドを2−ナフトアルデヒドに代えて、参考例1の方法に準拠して合成した。
<2−フェニル−4−(1−ナフチル)イミダゾール>
ベンズアミジン塩酸塩と等モルのソジウムメチラートをテトラヒドロフラン中で1時間加熱還流し、冷却後、等モルのω−ブロモ−1−アセトナフトンのテトラヒドロフラン溶液を30℃を超えないように滴下し、さらに等モルのソジウムメチラートを加えて1時間加熱還流した。溶媒を減圧留去後、残渣を水洗後、アセトニトリルより再結晶して、灰青色結晶の2−フェニル−4−(1−ナフチル)イミダゾールを得た。
<2−フェニル−4−(2−ナフチル)イミダゾール>
参考例3のω−ブロモ−1−アセトナフトンをω−ブロモ−2−アセトナフトンに代えて、参考例3の方法に準拠して合成した。
<2−(1−ナフチル)−4−フェニル−5−メチルイミダゾール>
1−フェニル−1,2−プロパンジオン、等モルの1−ナフトアルデヒド及び6倍モルの酢酸アンモニウムを、酢酸中で3時間加熱還流した。反応終了後、減圧濃縮物を大量の希アンモニア水に注ぎ、析出した固形物を濾取し水洗後乾燥して、褐色固形物を得た。この固体をメタノール次いでヘキサンで洗浄し、淡黄色粉末状の2−(1−ナフチル)−4−フェニル−5−メチルイミダゾールを得た。
<2−(2−ナフチル)−4−フェニル−5−メチルイミダゾール>
参考例5の1−ナフトアルデヒドを2−ナフトアルデヒドに代えて、参考例5の方法に準拠して合成した。
<2−フェニル−4−(1−ナフチル)−5−メチルイミダゾール>
参考例3のω−ブロモ−1−アセトナフトンを2−ブロモ−1’−プロピオナフトンに代えて、参考例3の方法に準拠して合成した。
<2−フェニル−4−(2−ナフチル)−5−メチルイミダゾール>
参考例3のω−ブロモ−1−アセトナフトンを2−ブロモ−2’−プロピオナフトンに代えて、参考例3の方法に準拠して合成した。
・2−ウンデシルイミダゾール(四国化成工業社製、商品名「C11Z」)
・2−フェニルイミダゾール(四国化成工業社製、商品名「2PZ」)
・2−フェニル−4−メチルイミダゾール(四国化成工業社製、商品名「2P4MZ」)
・2−ノニルベンズイミダゾール(SIGMA-ALDRICH社製、試薬)
・2−(4−クロロフェニルメチル)ベンズイミダゾール(「Science of Synthesis,12,529(2002)」に記載の方法に準拠して合成した。)
試験片として、内径0.80mmの銅スルホールを300穴有する120mm(縦)×150mm(横)×1.6mm(厚み)のガラスエポキシ樹脂製のプリント配線板を使用した。この試験片を脱脂、ソフトエッチング及び水洗を行った後、所定の液温に保持した表面処理剤に所定時間浸漬し、次いで水洗、乾燥して銅表面上に厚さ約0.10〜0.50μmの化成被膜を形成させた。
この表面処理を行った試験片について、赤外線リフロー装置(製品名:MULTI−PRO−306、ヴィトロニクス社製)を用いて、ピーク温度が240℃であるリフロー加熱を3回行い、次いで、フロー半田付け装置(コンベア速度:1.0m/分)を用いて半田付けを行った。
なお、使用した半田は、63錫-37鉛(重量%)の組成を有する錫−鉛系共晶半田(商品名:H63A、千住金属工業製)であり、半田付けに際して使用したフラックスはJS−64MSS(弘輝製)である。また、半田温度は240℃とした。
また、前記の表面処理を行った試験片について、錫−鉛系共晶半田の場合と同様にして無鉛半田を使用して半田付けを行った。なお、使用した半田は、96.5錫-3.0銀-0.5銅(重量%)の組成を有する無鉛半田(商品名:H705「エコソルダー」、千住金属工業製)であり、半田付けに際して使用したフラックスはJS−E−09(弘輝製)である。また、リフロー加熱のピーク温度は245℃であり、半田温度も245℃とした。
半田付けを行った試験片について、銅スルーホールの上部ランド部分まで半田が上がった(半田付けされた)スルーホール数を計測し、全スルーホール数(300穴)に対する割合(%)を算出した。
銅の表面に対して半田の濡れ性が大きい程、溶融した半田が銅スルーホール内を浸透し該スルーホールの上部ランド部分まで上がり易くなる。即ち、全スルーホール数に対する上部ランド部分まで半田が上がったスルーホール数の割合が大きい程、銅に対する半田濡れ性が優れ、半田付け性が良好なものと判定される。
試験片として、50mm(縦)×50mm(横)×1.2mm(厚み)のガラスエポキシ樹脂製のプリント配線板(回路パターンとして、銅箔からなる導体幅0.80mm、長さ20mmの回路部を、1.0mmの間隔にて幅方向に10本形成させたもの)を使用した。この試験片を脱脂、ソフトエッチング及び水洗を行った後、所定の液温に保持した表面処理剤に所定時間浸漬し、次いで水洗、乾燥して銅表面上に厚さ約0.10〜0.50μmの化成被膜を形成させた。
この表面処理を行った試験片について、赤外線リフロー装置(製品名:MULTI−PRO−306、ヴィトロニクス社製)を用いて、ピーク温度が240℃であるリフロー加熱を1回行った。その後、開口径1.2mm、厚み150μmのメタルマスクを使用して銅回路部の中央に錫−鉛系クリーム半田を印刷し、前期条件でリフロー加熱を行い、半田付けを行った。なお、使用した錫−鉛系クリーム半田は63錫-37鉛(重量%)からなる組成の共晶半田(商品名:OZ−63−330F−40−10、千住金属工業製)である。
また、前記の表面処理を行った試験片について、錫−鉛系クリーム半田の場合と同様にして無鉛系クリーム半田を使用して半田付けを行った。なお、使用した無鉛系クリーム半田は、96.5錫-3.0銀-0.5銅(重量%)からなる組成の無鉛半田(商品名:M705−221BM5−42−11、千住金属工業製)である。また、クリーム半田の印刷前および印刷後に行うリフロー加熱は、ピーク温度が245℃になるように設定した。
得られた試験片について、銅回路部上に濡れ広がった半田の長さ(mm)を測定した。
この長さが大きい程、半田濡れ性が優れ、半田付け性が良好なものと判定される。
イミダゾール化合物として2−(1−ナフチル)−4−フェニルイミダゾール、酸として酢酸及びn−ヘプタン酸、金属塩として酢酸銅及び、ハロゲン化合物として塩化アンモニウムを、表1に記載した組成になるようにイオン交換水に溶解させた後、アンモニア水でpH3.1に調整して表面処理剤を調製した。
次いで、プリント配線板の試験片を40℃に温調した表面処理剤に60秒間浸漬したのち、水洗、乾燥し、半田上がり性及び半田広がり性を測定した。これらの試験結果は表1に示したとおりであった。
実施例1と同様にして、表1記載のフェニルナフチルイミダゾール化合物、酸、金属塩およびハロゲン化合物を使用して、表1記載の組成を有する表面処理剤を調製し、表1に記載の処理条件にて表面処理を行った。得られた試験片について、半田上がり性及び半田広がり性を測定した。これらの試験結果は表1に示したとおりであった。
なお、酸として使用した2−(2−メトキシエトキシ)酢酸は、SIGMA-ALDRICH社製の試薬である。また、2−[2−(2−エトキシエトキシ)エトキシ]酢酸および2−{2−[2−(2−エトキシエトキシ)エトキシ]エトキシ}酢酸については、「油化学,32,118(1983)」に記載の合成方法に準拠して合成したものを使用した。
実施例1と同様にして、表2記載のイミダゾール化合物、酸、金属塩およびハロゲン化合物を使用して、表2記載の組成を有する表面処理剤を調製し、表2に記載の処理条件にて表面処理を行った。得られた試験片について、半田上がり性及び半田広がり性を測定した。これらの試験結果は表2に示したとおりであった。
Claims (4)
- 銅または銅合金の表面に、請求項1記載の表面処理剤を接触させることを特徴とする銅または銅合金の表面処理方法。
- 銅回路部の銅または銅合金の表面に、請求項1記載の表面処理剤を接触させたことを特徴とするプリント配線板。
- 銅または銅合金の表面を、請求項1記載の表面処理剤で接触させた後に半田付けを行うことを特徴とする半田付け方法。
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