JP5020312B2 - 銅表面のはんだ付け性を向上する方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板を製造する間に銅回路を被覆する有機系はんだ付け保護方法に関する。本発明の改良された方法は、銅表面のはんだ付け性を向上させるために主工程である有機系はんだ付け保護浴の前に下塗り被覆を使用することを含む。

はんだ付けされる金属含有構成部品を有するプリント基板の製造において、はんだ付け性を向上させるために、酸化作用から金属を保護することが必要である。一般的に、多くの電子部品がその上に銅回路を有し、更に、金製のリード線、又は電子部品を他の電子部品に接続するために概して使用する他の電気的接続を有してもよい。

現在、はんだ付けの前に銅を保護するために使用する方法として、概して、銅の上に堆積する保護被覆を用いている。先行技術の方法は、ホットエアーレベラー（ＨＡＳＬ）、有機系はんだ付け保護（ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅｓ）（ＯＳＰ）形成、及び他の金属プリント回路基板表面仕上げを含む。保護被覆は、製造プロセスにおいて様々な工程段階で生じる銅はんだ付け性を劣化から保護している。

銅保護被覆システムは、クリーニング、マイクロエッチング、及び酸洗浄工程を含む多数の工程を利用し、続いて、保護形成剤を含む溶液を使用して銅に保護被覆を形成する。

概して、銅、又は銅合金の表面は、まず、クリーナーに回路基板を浸漬することで清浄され、そして、好ましくは、銅の接着性を改良するためにエッチングされる。そして、銅は、トリアゾール、イミダゾール、ベンズイミダゾール又はその誘導体等の有機系はんだ付け保護材を含む溶液に浸漬される。噴霧または他の被覆形態を使用してもよい。

プリント基板のクリーニングは、アルカリ性、酸性、又は中性クリーナーを含むいくつものクリーナーを使用して行ってもよく、好ましくは、硫酸、塩酸、又はクエン酸を含む酸性クリーナーである。プリント基板は、概して、華氏８０度〜１２０度の温度で最長約５分間クリーナーと接触する。

エッチング液は、好ましくは、銅表面をマイクロエッチングするために使用される。概して、酸性過硫酸塩等、例えば、過硫酸ナトリウム、又は硫酸／過酸化水素材等のエッチング液を華氏７０度〜１００度で約１分間用いる。

従来のＯＳＰ方法における全ての工程の後には、次に、概して、脱イオン水での基板の洗浄工程が行われる。洗浄は、通常、周囲温度で行われる。

有機系はんだ付け保護被覆は、一般的に、トリアゾール、イミダゾール、又はベンズイミダゾール、又はその誘導体等の材料を含む。基板は、加工された銅上に保護層を形成するためにＯＳＰ溶液で処理される。これは、通常、温度が華氏９５〜１１５度、好ましくは、約華氏１０５〜１１０度で約１５秒〜１分間行われる。

より均一で、より優れた外観を有する保護被覆を提供し、且つはんだ付け性の改良を目的とするＯＳＰ被覆に関して多数の特許が取得されている。

特許文献１は、５０ｐｐｍ未満の量で銅、マンガン及び亜鉛等の重金属の酸を形成する塩でｐＨを１〜５に調製したベンズイミダゾール誘導体を含むプリント基板用水性表面保護組成物を提供し、その主題を参照することにより全体を本願に援用する。

特許文献２は、２位に少なくとも炭素数３のアルキル基を有するベンズイミダゾール化合物と有機酸とを含む水溶液中に銅表面を浸漬する工程を含む銅表面処理方法を記載し、その主題を参照することにより全体を本願に援用する。同様に、特許文献３及び４は、プリント基板の銅を保護するために使用し、且つ有効成分として２‐アリールイミダゾール化合物を使用する耐熱性及び耐湿性に優れた水性表面処理剤を記載し、その各主題を参照することにより全体を本願に援用する。

特許文献５は、２位にハロゲン化フェニル基、ハロゲン化ベンジル基、又はハロゲン化エチルフェニルを有するベンズイミダゾール化合物を含む水溶液で表面を処理する工程を含むプリント回路基板上の銅回路等の金属表面の表面処理用組成物及び方法を記載し、その主題を参照することにより全体を本願に援用する。

特許文献６は、ベンズイミダゾール化合物に直接もしくは非直接的に結合する少なくとも１つのカルボン酸、又はスルホン酸基を有するベンズイミダゾール化合物を含む水溶液で表面を処理する工程を含むプリント回路基板上の銅等の金属表面処理用組成物及び方法を記載し、その主題を参照することにより全体を本願に援用する。カルボン酸、又はスルホン酸基は、より長い浴寿命、及び作業容易性を提供するベンズイミダゾールの溶解度を増大させると考えられていた。

特許文献７は、銅表面特性を改良するためにＯＳＰ溶液に亜鉛塩を加えることを提供し、その主題を参照することにより全体を本願に援用する。亜鉛塩を加えると、はんだ付けする間、及び大気暴露の間に表面の酸化を減らし、恒温で長時間後でも銅表面の濡れ性が向上する。更に、亜鉛塩を加えると、表面に対するはんだ合金の接着性が改善される。

また、他の先行技術の方法は、最終保護被覆を塗布する前に、銅表面に下塗り層を形成することを示唆している。例えば、特許文献８は、まず、銅表面を軽度のエッチング用溶液にさらし、グリコールと一緒にリン酸水溶液で処理することで表面を安定させ、次にアゾール（例、イミダゾール）で表面を処理する裸銅のプリント回路基板の処理方法を記載し、その主題を参照することにより全体を本願に援用する。

特許文献９は、ベンズイミダゾール化合物及びアルカノールアミンを含む改良された最終保護被覆を提供するために、ＯＳＰ被覆を塗布する前に前処理工程を提供し、その主題を参照することにより全体を本願に援用する。特許文献９に記載の前処理被覆は、汚染の形で表面的な欠陥を招き、金の接触面の導電性が減少する可能性があるＯＳＰ被覆が金表面からはほぼ除かれ、更に銅表面のはんだ付け性を保護すると考えられる。

本発明の発明者等は、より優れた外観及び色を有するより均一な被覆を形成するＯＳＰ被覆方法の更なる改良を見出した。すなわち、本発明の発明者等は、脂肪族カルボン酸と、好ましくは、アミンとを含む新規の前処理組成物を開発した。基板が本発明の新規の下塗り組成物で被覆されると、基板は、通常の方法で処理できる（すなわち、アゾール化合物を含むＯＳＰで被覆される）。

米国特許第５，６５８，６１１号明細書（石堂等） 米国特許第５，１７３，１３０号明細書（木下等） 米国特許第５，４９８，３０１号明細書（平尾等） 米国特許第５，５６０，７８５号明細書（平尾等） 米国特許第５，３６２，３３４号明細書（Ａｄａｍｓ等） 米国特許第５，３７６，１８９号明細書（Ｋｕｋａｎｓｋｉｓ） 米国特許第６，６３５，１２３号明細書（Ｃａｖａｌｌｏｔｔｉ等） 米国特許第４，３７３，６５６号明細書（Ｐａｒｋｅｒ，Ｊｒ．等） 米国特許第６，５２４，６４４号明細書（Ｗｅｎｇｅｎｒｏｔｈ）

本発明の目的は、有機系はんだ付け保護（ＯＳＰ）被覆の前に前処理組成物を使用する改良された有機系はんだ付け保護（ＯＳＰ）被覆方法を提供することである。

また、本発明の他の目的は、プリント基板等の電子部品を調製する本発明の改良された有機系はんだ付け保護（ＯＳＰ）被覆方法を使用することである。

よって、本発明は、下記工程を含む銅表面のはんだ付け性を向上する方法に関する。
ａ）脂肪族カルボン酸と、好ましくは、アミン及びアンモニアからなる群より選択される添加剤とからなる溶液を含む前処理組成物と１つ以上の銅表面を接触させる工程、その後、
ｂ）有機系はんだ付け保護組成物と前記１つ以上の銅表面を接触させる工程。

本発明は、銅パッド及びスルーホールを含むプリント基板上で加工された銅を被覆する改良された保護被覆システムに関する。

本発明において、従来のアゾール系ＯＳＰ被覆は、前処理工程を使用することで改良され、銅表面が、ＯＳＰ処理前に脂肪族カルボン酸と、好ましくは、アミンとを含む前処理溶液と接触する。本発明の発明者等は、本発明の前処理組成物の使用により、銅表面の最終保護被覆を改良し、より優れた外観及び色も有するより均一な被覆を提供することを見出した。

より詳細には、本発明は、下記工程を含む銅表面のはんだ付け性を向上する方法に関する。
ａ）１つ以上の銅表面を脂肪族カルボン酸と、好ましくは、アミン、アンモニアからなる群より選択される添加剤とからなる希薄溶液を含む前処理組成物と接触させる工程、その後、
ｂ）１つ以上の銅表面を有機系はんだ付け保護組成物と接触させる工程。

本発明の改良された前処理層は、好ましくは、脂肪族カルボン酸と、アミン及びアンモニアから選択される、概してアミンが最も好ましい添加剤との希釈混合物である。脂肪族カルボン酸は、好ましくは、炭素鎖長が５〜９であり、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、及びノナン酸を含む。好適な実施形態において、脂肪族カルボン酸がヘプタン酸である。使用される場合、アミンは、概して、トリエタノールアミン、ジメチルアミン、ジプロピルアミン、ジエタノールアミン、アンモニア、及びエタノールアミンからなる群より選択される。好適な実施形態において、アミンが、トリエタノールアミン、又は同様の化合物である。

本発明の実施に際して使用可能な溶液の一例としては、それぞれ約１ｇ／ｌのヘプタン酸とトリエタノールアミンとからなる希薄溶液である。そのような溶液は、好ましくは、約等モル、すなわち、各成分の分子を同数程度含み、ｐＨが約６であるトリエタノールアミンとヘプタン酸との塩の溶液として見なされる。好ましくは、溶液中の脂肪族カルボン酸とアミンの濃度は、各原料に対して約１ｇ／ｌ〜約１０ｇ／ｌの間で、好ましくは、各原料に対して約１ｇ／ｌ〜約５ｇ／ｌで変化し得る。酸とアミンとの比率が変化するため、本発明の実施に際して、実際にはｐＨが約４．５〜９．５に変更される。下塗りが残っているプリント基盤の銅表面は、疎水性であり、膜形成を示す。銅表面が疎水性を失うことから明らかなように、該膜は、洗浄する間に薄く、変更、又は脱離してもよい。

本発明の前処理組成物は、室温で、又は室温よりも高い温度で使用できる。好ましくは、電子部品を前処理組成物と接触させる工程は、電子部品を前処理組成物に浸漬する工程を含む。この場合、電子部品の溶液中の滞留時間は、約１〜５分、好ましくは、約１〜２分である。

洗浄工程は、また、過剰な前処理溶液を取り除くために前処理工程と有機系はんだ付け保護形成工程との間に行われてもよい。

ＯＳＰ被覆を形成するために使用してもよい多くのＯＳＰ溶液が開発されており、いくつかの例を本願に援用する。しかしながら、先行技術に記載の適切なＯＳＰ溶液は、基板上で加工された銅による最終被覆を提供するために使用してもよい。好ましくは、有機系はんだ付け保護は、少なくとも、１つのアゾールを含み、より好ましくは、アゾールがイミダゾールである。

本発明の前処理組成物及び工程の後には、好ましくは洗浄工程後に、有機系はんだ付け保護組成物の塗布工程が続く。有機系はんだ付け保護組成物は、好ましくは、置換もしくは非置換トリアゾール、置換もしくは非置換イミダゾール、置換もしくは非置換ベンズイミダゾール、置換もしくは非置換ベンゾトリアゾール及び／又は置換もしくは非置換アゾールの水溶液である。発明者らは、２位又は５位がアルキル基で置換されたイミダゾール又はベンズイミダゾールが最も有益であることを見出した。５‐メチルベンズイミダゾールが特に好ましい。ＯＳＰ水溶液中の前記アゾールの濃度は、好ましくは、０．５〜５０ｇ／ｌであり、ｐＨは、好ましくは、約３〜１１である。銅表面は、浸漬、噴霧、又は流し掛け（ｆｌｏｏｄ）により室温〜約華氏１８０度でＯＳＰ溶液と接触する。

本発明の下塗りを使用する利点は、より均一で、且つ、より優れた外観を有する被覆を提供するより優れた有機系はんだ付け保護被覆である。結果的に、はんだ付け性もまた、より優れる。

ＯＳＰ処理後、基板が洗浄され、概して、強制空気で乾燥される。そして、基板ははんだ付けしてもよく、はんだ付け工程が行われるまで、酸化作用から保護される。

従って、本発明は、有機系はんだ付け保護の前に新規の下塗り組成物を使用することで改良されたはんだ付け可能な銅表面を提供すると考えられる。

Claims (13)

1. 銅表面のはんだ付け性を向上する方法であって、
   ａ）脂肪族カルボン酸と、アミン及びアンモニアからなる群より選択される添加剤とからなる溶液を含む前処理組成物と銅表面を接触させる工程、その後
   ｂ）２位及び５位のいずれかがアルキル基で置換されたイミダゾール及びベンズイミダゾールの少なくともいずれかを含む有機系はんだ付け保護（ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ）組成物と前記１つ以上の銅表面を接触させる工程
   を含むことを特徴とする銅表面のはんだ付け性を向上する方法。
2. 有機系はんだ付け保護組成物が、５−メチルベンズイミダゾールを含む請求項１に記載の方法。
3. 脂肪族カルボン酸が、炭素数５〜９のカルボン酸からなる群より選択される請求項１から２のいずれかに記載の方法。
4. 脂肪族カルボン酸が、ヘプタン酸を含む請求項３に記載の方法。
5. トリエタノールアミン、ジメチルアミン、ジプロピルアミン、ジエタノールアミン、アンモニア、及びエタノールアミンからなる群より選択されるアミンを含む添加剤が使用される請求項１から２のいずれかに記載の方法。
6. アミンが、トリエタノールアミンである請求項５に記載の方法。
7. 脂肪族カルボン酸及びアミンの濃度が、それぞれ１ｇ／ｌ〜１０ｇ／ｌで前処理組成物中に存在する請求項１から６のいずれかに記載の方法。
8. 前処理溶液のｐＨが、４．５〜９．５である請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. 前処理溶液のｐＨが、６．０である請求項８に記載の方法。
10. 前処理組成物が、添加剤を含む請求項１から９のいずれかに記載の方法。
11. 洗浄工程が、前処理工程と有機系はんだ付け保護形成工程との間に行われる請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
12. 銅表面が、電子部品の表面であり、銅表面を前処理組成物と接触させる工程が、前記電子部品を前記前処理組成物に浸漬する工程を含む請求項１から９のいずれかに記載の方法。
13. 電子部品が、前処理組成物中に１分間〜５分間浸漬される請求項１２に記載の方法。