銅または銅合金の表面処理剤及びその利用
【課題】プリント配線板回路部の銅または銅合金表面の半田濡れ性が良好となる表面処理剤および表面処理方法を提供する。
【解決手段】一般式(I)で示されるイミダゾール化合物を含有する表面処理剤。
（式中、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は同一または異なって、水素原子または炭素数が１〜８のアルキル基を表す。）
【解決手段】一般式(I)で示されるイミダゾール化合物を含有する表面処理剤。
（式中、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は同一または異なって、水素原子または炭素数が１〜８のアルキル基を表す。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品などをプリント配線板の銅または銅合金に半田付けする際に使用し得る表面処理剤及びその利用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近時プリント配線板の実装方法として、実装密度を向上させた表面実装が広く採用されている。このような表面実装方法は、チップ部品をクリーム半田で接合する両面表面実装、チップ部品のクリーム半田による表面実装とディスクリート部品のスルホール実装を組み合わせた混載実装等に分けられる。いずれの実装方法においても、プリント配線板は複数回の半田付けが行われるので、その度に高温に曝されて厳しい熱履歴を受ける。
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（以下、単に銅と云うことがある）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。
【０００３】
このようなプリント配線板の銅回路部を空気酸化から保護するために、表面処理剤を使用して該回路部表面に化成皮膜を形成させる処理が広く行われているが、銅回路部が複数回の熱履歴を受けた後も化成皮膜が変成（劣化）することなく銅回路部を保護し、これによって半田付け性を良好なものに保つことが要求されている。
【０００４】
従来から電子部品をプリント配線板などに接合する際には、錫−鉛合金の共晶半田が広く使用されていたが、近年その半田合金中に含まれる鉛による人体への有害性が懸念され、鉛を含まない半田を使用することが求められている。
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。
【０００５】
ところで、従来の錫−鉛系共晶半田は、接合母材に使用される金属、特に銅の表面に対する濡れ性に優れ銅に対して強固に接合するので、銅部材間の接合性については高い信頼性が得られている。
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ては、優れた耐熱性を有する化成皮膜を形成させることも望まれている。
【０００６】
このような表面処理剤の有効成分として、種々のイミダゾール化合物が提案されている。例えば、特許文献１には、２−ウンデシルイミダゾールの如き２−アルキルイミダゾール化合物が、特許文献２には、２−フェニルイミダゾールや２−フェニル−４−メチルイミダゾールの如き２−アリールイミダゾール化合物が、特許文献３には、２−ノニルベンズイミダゾールの如き２−アルキルベンズイミダゾール化合物が、特許文献４には、２−（４−クロロフェニルメチル）ベンズイミダゾールの如き２−アラルキルベンズイミダゾール化合物が、特許文献５には、２−（４−クロロフェニルメチル）イミダゾールや２−（２，４−ジクロロフェニルメチル）４，５−ジフェニルイミダゾールの如き２−アラルキルイミダゾール化合物が開示されている。
【０００７】
しかしながら、これらのイミダゾール化合物を含有する表面処理剤を使用した場合には、銅表面に形成される化成皮膜の耐熱性が未だ満足すべきものではなかった。また、半田付けを行う際にも、半田の濡れ性が不十分であり、良好な半田付け性を得ることができない。特に共晶半田に代えて、無鉛半田を使用して半田付けを行う場合には、前記の表面処理剤は実用に供し難いものであった。
【０００８】
【特許文献１】特公昭４６−１７０４６号公報
【特許文献２】特開平４−２０６６８１号公報
【特許文献３】特開平５−２５４０７号公報
【特許文献４】特開平５−１８６８８８号公報
【特許文献５】特開平７−２４３０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、無鉛半田を使用して電子部品等をプリント配線板に接合する際に、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に耐熱性に優れた化成皮膜を形成させ、且つ半田との濡れ性が向上し、半田付け性を良好なものとする表面処理剤および表面処理方法を提供することを目的とする。
また、前記の表面処理剤を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、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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、前記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、化１の一般式(I)で示されるイミダゾール化合物を含有する表面処理剤によって、プリント配線板を処理することにより、プリント配線板の回路部の銅表面に耐熱性に優れた、即ち無鉛半田の半田付け温度に耐え得る化成皮膜を形成させることができ、且つ無鉛半田を使用して半田付けを行うに際して、銅または銅合金の表面に対する半田の濡れ性を向上させることにより、良好な半田付け性が得られることを認め本発明を完成するに至ったものである。
即ち、第１の発明は、一般式(I)で示されるイミダゾール化合物を含有することを特徴とする銅または銅合金の表面処理剤である。第２の発明は、銅または銅合金の表面に、第１の発明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である。第３の発明は、銅回路部の銅または銅合金の表面に、第１の発明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である。第４の発明は、銅または銅合金の表面を、第１の発明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である。
【００１１】
【化１】
（式中、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は同一または異なって、水素原子または炭素数が１〜８のアルキル基を表し、Ｒ１、Ｒ２またはＲ３から選択される少なくとも１つは、炭素数が４以上のアルキル基である。）
【発明の効果】
【００１２】
本発明の表面処理剤は、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に、耐熱性に優れた化成皮膜を形成させることができると共に、該表面に対する無鉛半田の濡れ性を飛躍的に向上させ、半田付け性を良好なものとすることができる。
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の実施において使用するイミダゾール化合物は、化２の一般式(I)で示されるものである。
【００１４】
【化２】
（式中、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は前記と同様である。）
【００１５】
前記一般式(I)におけるＲ１〜Ｒ３は、水素原子またはアルキル基であるが、該アルキル基とは、直鎖状または分岐状の飽和脂肪族基である。このようなアルキル基の例としては、メチル基（炭素数１）、エチル基（炭素数２）、プロピル基（炭素数３）、イソプロピル基（炭素数３）、ブチル基（炭素数４）、イソブチル基（炭素数４）、ｓｅｃ−ブチル基（炭素数４）、ｔｅｒｔ−ブチル基（炭素数４）、ペンチル基（炭素数５）、ヘキシル基（炭素数６）、ヘプチル基（炭素数７）、オクチル基（炭素数８）等が挙げられる。
【００１６】
本願発明の実施において使用するイミダゾール化合物は、例えば、化３の反応スキームで示される合成法を採用することにより合成することができる。
【００１７】
【化３】
（式中、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は前記と同様であり、Ｘは塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子を表す。）
【００１８】
本発明の実施において使用する一般式(I)で示されるイミダゾール化合物としては、
２−（４−ブチルベンジル）−４−フェニルイミダゾール、
２−（４−ｔｅｒｔ−ブチルベンジル）−４−フェニルイミダゾール、
２−（２−ｓｅｃ−ブチルベンジル）−４−フェニルイミダゾール、
２−（４−ペンチルベンジル）−４−フェニルイミダゾール、
２−（４−ヘキシルベンジル）−４−フェニルイミダゾール、
２−（４−ヘプチルベンジル）−４−フェニルイミダゾール、
２−（４−オクチルベンジル）−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−４−（２−ブチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（３−ブチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ブチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−イソブチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ｓｅｃ−ブチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ペンチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−イソペンチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ネオペンチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（２−ヘキシルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（３−ヘキシルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ヘキシルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−シクロヘキシルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ヘプチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−オクチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−５−ブチル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−イソブチル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−ｓｅｃ−ブチル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−ｔｅｒｔ−ブチル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−ペンチル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−イソペンチル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−ネオペンチル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−ヘキシル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−ヘプチル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−オクチル−４−フェニルイミダゾール、
２−（２−ブチルベンジル）−４−（２−メチルフェニル）イミダゾール、
２−（４−ブチルベンジル）−４−（４−メチルフェニル）イミダゾール、
４−（３−エチルフェニル）−２−（４−ヘキシルベンジル）イミダゾール、
２−（３−ｔｅｒｔ−ブチルベンジル）−５−メチル−４−（３−メチルフェニル）イミダゾール、
２−（４−ヘキシルベンジル）−４−（４−イソプロピルフェニル）−５−メチルイミダゾール、
２−（４−ブチルベンジル）−５−メチル−４−フェニルイミダゾール、
２−（２−イソペンチルベンジル）−４−フェニル−５−プロピルイミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ブチルフェニル）−５−メチルイミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−５−メチルイミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ヘキシルフェニル）−５−メチルイミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−シクロヘキシルフェニル）−５−メチルイミダゾール、
２−ベンジル−５−メチル−４−（４−オクチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−イソブチルフェニル）−５−メチルイミダゾール、
５−エチル−４−（４−ヘキシルフェニル）−２−（３−メチルベンジル）イミダゾール、
４−（２−ヘプチルフェニル）−２−（２−イソプロピルベンジル）イミダゾール、
２−ベンジル−５−ブチル−４−（４−メチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−５−ペンチル−４−（４−プロピルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−５−ヘキシル−４−（４−イソプロピルフェニル）イミダゾール、
５−ヘプチル−２−（４−メチルベンジル）−４−（２−メチルフェニル）イミダゾール、
２−（３−イソプロピルベンジル）−５−オクチル−４−フェニルイミダゾール、
４−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−５−メチル−２−（４−ペンチルベンジル）イミダゾール、
２−（４−ブチルベンジル）−４−（４−ヘキシルフェニル）イミダゾール、
５−ヘキシル−４−（４−イソブチルフェニル）−２−（４−メチルベンジル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（２−イソペンチル）−５−ネオペンチルイミダゾール、
２−（４−ブチルベンジル）−５−ヘキシル−４−フェニルイミダゾール、
５−ヘプチル−４−（４−イソプロピルフェニル）−２−（４−ペンチルベンジル）イミダゾール、
２−（４−ヘキシルベンジル）−５−オクチルイミダゾール、
５−ヘプチル−４−（３−ヘキシルフェニル）−２−（４−イソブチルベンジル）イミダゾール、
４−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−２−（４−ネオペンチルベンジル）−５−オクチルイミダゾール等が挙げられる。
【００１９】
これらのイミダゾール化合物は、水に溶解させて調製した表面処理剤の有効成分として使用される。これらのイミダゾール化合物は表面処理剤中に、０．０１〜１０重量％の割合、好ましくは０．１〜５重量％の割合で含有される。イミダゾール化合物の含有割合が０．０１重量％より少ないと、銅表面に形成される化成皮膜の膜厚が薄くなり、銅表面の酸化を十分に防止することができない。また、１０重量％より多い場合には表面処理剤中にイミダゾール化合物が溶け残ったり、あるいは完溶したとしても再析出する虞があり好ましくない。
なお、本願発明の実施においては、一般式(I)で示されるイミダゾール化合物のうち、適宜の１種類のみを使用する他、種類の異なるイミダゾール化合物を組み合わせて使用することも可能である。
【００２０】
本発明の実施において、イミダゾール化合物を水に溶解させる（水溶液化）に当たっては、一般的には、酸として有機酸または無機酸を使用するが、少量の有機溶媒を併用しても良い。この際に使用される代表的な有機酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、グリオキシル酸、ピルビン酸、アセト酢酸、レブリン酸、ヘプタン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、グリコール酸、グリセリン酸、乳酸、アクリル酸、メトキシ酢酸、エトキシ酢酸、プロポキシ酢酸、ブトキシ酢酸、２−（２−メトキシエトキシ）酢酸、２−［２−（２−エトキシエトキシ）エトキシ］酢酸、２−｛２−［２−（２−エトキシエトキシ）エトキシ］エトキシ｝酢酸、３−メトキシプロピオン酸、３−エトキシプロピオン酸、３−プロポキシプロピオン酸、３−ブトキシプロピオン酸、安息香酸、パラニトロ安息香酸、パラトルエンスルホン酸、サリチル酸、ピクリン酸、シュウ酸、コハク酸、マレイン酸、フマール酸、酒石酸、アジピン酸等が挙げられ、無機酸としては、塩酸、リン酸、硫酸、硝酸等が挙げられる。これらの酸は、表面処理剤中に０．１〜５０重量％の割合、好ましくは１〜３０重量％の割合で含有される。
【００２１】
また、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどの低級アルコールあるいはアセトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、エチレングリコール等の水と自由に混和するものが適している。
【００２２】
本発明の表面処理剤には、銅または銅合金の表面における化成皮膜の形成速度を速めるために銅化合物を添加することができ、また形成された化成皮膜の耐熱性を更に向上させるために亜鉛化合物を添加しても良い。
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、何れも表面処理剤中に０．０１〜１０重量％の割合、好ましくは０．０２〜５重量％の割合で含有させれば良い。
【００２３】
これらの銅化合物や亜鉛化合物を用いる場合には、有機酸または無機酸の他に、アンモニアあるいはモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアミン類等の緩衝作用を有する物質を添加して溶液のｐＨを安定にすることが好ましい。
【００２４】
本発明の表面処理剤には、化成皮膜の形成速度および該皮膜の耐熱性を更に向上させるために、ハロゲン化合物を表面処理剤中に０．００１〜１重量％、好ましくは０．０１〜０．１重量％の含有割合となるように添加することができる。ハロゲン化合物としては、例えばフッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化アンモニウム、塩化ナトリム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化アンモニウム、ヨウ化ナトリム、ヨウ化カリウム、ヨウ化アンモニウム等が挙げられる。
【００２５】
本発明の表面処理剤を用いて銅または銅合金の表面を処理する際の条件としては、表面処理剤の液温を１０〜７０℃、接触時間を１秒〜１０分とすることが好ましい。接触方法としては、浸漬、噴霧、塗布等の方法が挙げられる。
【００２６】
また本発明の表面処理を行った後、化成皮膜上に熱可塑性樹脂により二重構造を形成し、更に耐熱性を高めることも可能である。
即ち、銅または銅合金の表面上に化成皮膜を生成させた後、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皮膜上に膜厚１〜３０μｍの厚みになるように均一に塗布して、化成皮膜と熱可塑性樹脂の二重構造を形成させれば良い。
【００２７】
本発明の実施に適する無鉛半田としては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系等の無鉛半田が挙げられる。
【００２８】
また本発明の半田付け方法は、加熱溶融した液体状の半田が入っている半田槽の上を、プリント配線板を流し、電子部品とプリント配線板の接合部に半田付けを行なうフロー法または、予めプリント配線板にペースト状のクリーム半田を回路パターンに合わせて印刷し、そこに電子部品を実装し、プリント配線板を加熱して半田を溶融させ、半田付けを行うリフロー法等に適応し得るものである。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明を実施例および比較例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３０】
［イミダゾール化合物］
実施例に使用したイミダゾール化合物は以下のとおりである。
・２−（４−ブチルベンジル）−５−メチル−４−フェニルイミダゾール（「ＩＭＺ−Ａ」と略記する）
・２−（４−ヘキシルベンジル）−４−フェニルイミダゾール（「ＩＭＺ−Ｂ」と略記する）
・２−ベンジル−４−（４−ブチルフェニル）イミダゾール（「ＩＭＺ−Ｃ」と略記する）
・２−ベンジル−４−（４−ｓｅｃ−ブチルフェニル）イミダゾール（「ＩＭＺ−Ｄ」と略記する）
・２−ベンジル−５−メチル−４−（４−オクチルフェニル）イミダゾール（「ＩＭＺ−Ｅ」と略記する）
・２−（４−ブチルベンジル）−５−ヘキシル−４−フェニルイミダゾール（「ＩＭＺ−Ｆ」と略記する）
比較例に使用したイミダゾール化合物は、以下のとおりである。
・２−（４−メチルベンジル）−４−フェニルイミダゾール（「ＩＭＺ−Ｇ」と略記する）
・２−ベンジル−５−メチル−４−（４−メチルフェニル）イミダゾール（「ＩＭＺ−Ｈ」と略記する）
・２−フェニルイミダゾール（「ＩＭＺ−Ｉ」と略記する）
・２−ノニルベンズイミダゾール（「ＩＭＺ−Ｊ」と略記する）
・２−（４−クロロベンジル）ベンズイミダゾール（「ＩＭＺ−Ｋ」と略記する）
【００３１】
実施例に使用したイミダゾール化合物（ＩＭＺ−Ａ〜ＩＭＺ−Ｆ）と、比較例に使用したイミダゾール化合物（ＩＭＺ−Ｇ〜ＩＭＺ−Ｋ）の化学式を、各々化４および化５に示す。
【００３２】
【化４】
【００３３】
【化５】
【００３４】
実施例および比較例で採用した評価試験方法は、以下のとおりである。
【００３５】
［半田上がり性の評価試験］
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の化成皮膜を形成させた。
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２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。
【００３６】
［半田広がり性の評価試験］
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の化成皮膜を形成させた。
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。
【００３７】
〔実施例１〕
イミダゾール化合物として２−（４−ブチルベンジル）−５−メチル−４−フェニルイミダゾール、酸として酢酸および乳酸、金属塩として酢酸銅および酢酸亜鉛、ハロゲン化合物として臭化アンモニウムを、表１記載の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ｐＨ２．７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１２０秒間浸漬したのち、水洗、乾燥し、半田上がり性およ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。
【００３８】
〔実施例２〜６〕
実施例１と同様にして、表１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、半田上がり性およ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。
【００３９】
〔比較例１〜５〕
実施例１と同様にして、表１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、半田上がり性およ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。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示した試験結果によれば、本願発明の表面処理剤をプリント配線板の銅回路部に接触させて、銅の表面に化成皮膜を形成させることにより、銅表面に対する共晶半田および無鉛半田の濡れ性が向上したものと認められ、銅表面に対する共晶半田および無鉛半田の半田付け性（半田上がり性、半田広がり性）が飛躍的に向上した。本願発明の表面処理剤は、共晶半田を用いた半田付け時に使用可能であることは云うまでもないが、無鉛半田を用いた半田付け時において好適に使用し得るものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品などをプリント配線板の銅または銅合金に半田付けする際に使用し得る表面処理剤及びその利用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近時プリント配線板の実装方法として、実装密度を向上させた表面実装が広く採用されている。このような表面実装方法は、チップ部品をクリーム半田で接合する両面表面実装、チップ部品のクリーム半田による表面実装とディスクリート部品のスルホール実装を組み合わせた混載実装等に分けられる。いずれの実装方法においても、プリント配線板は複数回の半田付けが行われるので、その度に高温に曝されて厳しい熱履歴を受ける。
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（以下、単に銅と云うことがある）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。
【０００３】
このようなプリント配線板の銅回路部を空気酸化から保護するために、表面処理剤を使用して該回路部表面に化成皮膜を形成させる処理が広く行われているが、銅回路部が複数回の熱履歴を受けた後も化成皮膜が変成（劣化）することなく銅回路部を保護し、これによって半田付け性を良好なものに保つことが要求されている。
【０００４】
従来から電子部品をプリント配線板などに接合する際には、錫−鉛合金の共晶半田が広く使用されていたが、近年その半田合金中に含まれる鉛による人体への有害性が懸念され、鉛を含まない半田を使用することが求められている。
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。
【０００５】
ところで、従来の錫−鉛系共晶半田は、接合母材に使用される金属、特に銅の表面に対する濡れ性に優れ銅に対して強固に接合するので、銅部材間の接合性については高い信頼性が得られている。
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ては、優れた耐熱性を有する化成皮膜を形成させることも望まれている。
【０００６】
このような表面処理剤の有効成分として、種々のイミダゾール化合物が提案されている。例えば、特許文献１には、２−ウンデシルイミダゾールの如き２−アルキルイミダゾール化合物が、特許文献２には、２−フェニルイミダゾールや２−フェニル−４−メチルイミダゾールの如き２−アリールイミダゾール化合物が、特許文献３には、２−ノニルベンズイミダゾールの如き２−アルキルベンズイミダゾール化合物が、特許文献４には、２−（４−クロロフェニルメチル）ベンズイミダゾールの如き２−アラルキルベンズイミダゾール化合物が、特許文献５には、２−（４−クロロフェニルメチル）イミダゾールや２−（２，４−ジクロロフェニルメチル）４，５−ジフェニルイミダゾールの如き２−アラルキルイミダゾール化合物が開示されている。
【０００７】
しかしながら、これらのイミダゾール化合物を含有する表面処理剤を使用した場合には、銅表面に形成される化成皮膜の耐熱性が未だ満足すべきものではなかった。また、半田付けを行う際にも、半田の濡れ性が不十分であり、良好な半田付け性を得ることができない。特に共晶半田に代えて、無鉛半田を使用して半田付けを行う場合には、前記の表面処理剤は実用に供し難いものであった。
【０００８】
【特許文献１】特公昭４６−１７０４６号公報
【特許文献２】特開平４−２０６６８１号公報
【特許文献３】特開平５−２５４０７号公報
【特許文献４】特開平５−１８６８８８号公報
【特許文献５】特開平７−２４３０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、無鉛半田を使用して電子部品等をプリント配線板に接合する際に、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に耐熱性に優れた化成皮膜を形成させ、且つ半田との濡れ性が向上し、半田付け性を良好なものとする表面処理剤および表面処理方法を提供することを目的とする。
また、前記の表面処理剤を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、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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、前記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、化１の一般式(I)で示されるイミダゾール化合物を含有する表面処理剤によって、プリント配線板を処理することにより、プリント配線板の回路部の銅表面に耐熱性に優れた、即ち無鉛半田の半田付け温度に耐え得る化成皮膜を形成させることができ、且つ無鉛半田を使用して半田付けを行うに際して、銅または銅合金の表面に対する半田の濡れ性を向上させることにより、良好な半田付け性が得られることを認め本発明を完成するに至ったものである。
即ち、第１の発明は、一般式(I)で示されるイミダゾール化合物を含有することを特徴とする銅または銅合金の表面処理剤である。第２の発明は、銅または銅合金の表面に、第１の発明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である。第３の発明は、銅回路部の銅または銅合金の表面に、第１の発明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である。第４の発明は、銅または銅合金の表面を、第１の発明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である。
【００１１】
【化１】
（式中、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は同一または異なって、水素原子または炭素数が１〜８のアルキル基を表し、Ｒ１、Ｒ２またはＲ３から選択される少なくとも１つは、炭素数が４以上のアルキル基である。）
【発明の効果】
【００１２】
本発明の表面処理剤は、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に、耐熱性に優れた化成皮膜を形成させることができると共に、該表面に対する無鉛半田の濡れ性を飛躍的に向上させ、半田付け性を良好なものとすることができる。
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の実施において使用するイミダゾール化合物は、化２の一般式(I)で示されるものである。
【００１４】
【化２】
（式中、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は前記と同様である。）
【００１５】
前記一般式(I)におけるＲ１〜Ｒ３は、水素原子またはアルキル基であるが、該アルキル基とは、直鎖状または分岐状の飽和脂肪族基である。このようなアルキル基の例としては、メチル基（炭素数１）、エチル基（炭素数２）、プロピル基（炭素数３）、イソプロピル基（炭素数３）、ブチル基（炭素数４）、イソブチル基（炭素数４）、ｓｅｃ−ブチル基（炭素数４）、ｔｅｒｔ−ブチル基（炭素数４）、ペンチル基（炭素数５）、ヘキシル基（炭素数６）、ヘプチル基（炭素数７）、オクチル基（炭素数８）等が挙げられる。
【００１６】
本願発明の実施において使用するイミダゾール化合物は、例えば、化３の反応スキームで示される合成法を採用することにより合成することができる。
【００１７】
【化３】
（式中、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は前記と同様であり、Ｘは塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子を表す。）
【００１８】
本発明の実施において使用する一般式(I)で示されるイミダゾール化合物としては、
２−（４−ブチルベンジル）−４−フェニルイミダゾール、
２−（４−ｔｅｒｔ−ブチルベンジル）−４−フェニルイミダゾール、
２−（２−ｓｅｃ−ブチルベンジル）−４−フェニルイミダゾール、
２−（４−ペンチルベンジル）−４−フェニルイミダゾール、
２−（４−ヘキシルベンジル）−４−フェニルイミダゾール、
２−（４−ヘプチルベンジル）−４−フェニルイミダゾール、
２−（４−オクチルベンジル）−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−４−（２−ブチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（３−ブチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ブチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−イソブチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ｓｅｃ−ブチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ペンチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−イソペンチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ネオペンチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（２−ヘキシルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（３−ヘキシルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ヘキシルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−シクロヘキシルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ヘプチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−オクチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−５−ブチル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−イソブチル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−ｓｅｃ−ブチル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−ｔｅｒｔ−ブチル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−ペンチル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−イソペンチル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−ネオペンチル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−ヘキシル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−ヘプチル−４−フェニルイミダゾール、
２−ベンジル−５−オクチル−４−フェニルイミダゾール、
２−（２−ブチルベンジル）−４−（２−メチルフェニル）イミダゾール、
２−（４−ブチルベンジル）−４−（４−メチルフェニル）イミダゾール、
４−（３−エチルフェニル）−２−（４−ヘキシルベンジル）イミダゾール、
２−（３−ｔｅｒｔ−ブチルベンジル）−５−メチル−４−（３−メチルフェニル）イミダゾール、
２−（４−ヘキシルベンジル）−４−（４−イソプロピルフェニル）−５−メチルイミダゾール、
２−（４−ブチルベンジル）−５−メチル−４−フェニルイミダゾール、
２−（２−イソペンチルベンジル）−４−フェニル−５−プロピルイミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ブチルフェニル）−５−メチルイミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−５−メチルイミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−ヘキシルフェニル）−５−メチルイミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−シクロヘキシルフェニル）−５−メチルイミダゾール、
２−ベンジル−５−メチル−４−（４−オクチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（４−イソブチルフェニル）−５−メチルイミダゾール、
５−エチル−４−（４−ヘキシルフェニル）−２−（３−メチルベンジル）イミダゾール、
４−（２−ヘプチルフェニル）−２−（２−イソプロピルベンジル）イミダゾール、
２−ベンジル−５−ブチル−４−（４−メチルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−５−ペンチル−４−（４−プロピルフェニル）イミダゾール、
２−ベンジル−５−ヘキシル−４−（４−イソプロピルフェニル）イミダゾール、
５−ヘプチル−２−（４−メチルベンジル）−４−（２−メチルフェニル）イミダゾール、
２−（３−イソプロピルベンジル）−５−オクチル−４−フェニルイミダゾール、
４−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−５−メチル−２−（４−ペンチルベンジル）イミダゾール、
２−（４−ブチルベンジル）−４−（４−ヘキシルフェニル）イミダゾール、
５−ヘキシル−４−（４−イソブチルフェニル）−２−（４−メチルベンジル）イミダゾール、
２−ベンジル−４−（２−イソペンチル）−５−ネオペンチルイミダゾール、
２−（４−ブチルベンジル）−５−ヘキシル−４−フェニルイミダゾール、
５−ヘプチル−４−（４−イソプロピルフェニル）−２−（４−ペンチルベンジル）イミダゾール、
２−（４−ヘキシルベンジル）−５−オクチルイミダゾール、
５−ヘプチル−４−（３−ヘキシルフェニル）−２−（４−イソブチルベンジル）イミダゾール、
４−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−２−（４−ネオペンチルベンジル）−５−オクチルイミダゾール等が挙げられる。
【００１９】
これらのイミダゾール化合物は、水に溶解させて調製した表面処理剤の有効成分として使用される。これらのイミダゾール化合物は表面処理剤中に、０．０１〜１０重量％の割合、好ましくは０．１〜５重量％の割合で含有される。イミダゾール化合物の含有割合が０．０１重量％より少ないと、銅表面に形成される化成皮膜の膜厚が薄くなり、銅表面の酸化を十分に防止することができない。また、１０重量％より多い場合には表面処理剤中にイミダゾール化合物が溶け残ったり、あるいは完溶したとしても再析出する虞があり好ましくない。
なお、本願発明の実施においては、一般式(I)で示されるイミダゾール化合物のうち、適宜の１種類のみを使用する他、種類の異なるイミダゾール化合物を組み合わせて使用することも可能である。
【００２０】
本発明の実施において、イミダゾール化合物を水に溶解させる（水溶液化）に当たっては、一般的には、酸として有機酸または無機酸を使用するが、少量の有機溶媒を併用しても良い。この際に使用される代表的な有機酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、グリオキシル酸、ピルビン酸、アセト酢酸、レブリン酸、ヘプタン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、グリコール酸、グリセリン酸、乳酸、アクリル酸、メトキシ酢酸、エトキシ酢酸、プロポキシ酢酸、ブトキシ酢酸、２−（２−メトキシエトキシ）酢酸、２−［２−（２−エトキシエトキシ）エトキシ］酢酸、２−｛２−［２−（２−エトキシエトキシ）エトキシ］エトキシ｝酢酸、３−メトキシプロピオン酸、３−エトキシプロピオン酸、３−プロポキシプロピオン酸、３−ブトキシプロピオン酸、安息香酸、パラニトロ安息香酸、パラトルエンスルホン酸、サリチル酸、ピクリン酸、シュウ酸、コハク酸、マレイン酸、フマール酸、酒石酸、アジピン酸等が挙げられ、無機酸としては、塩酸、リン酸、硫酸、硝酸等が挙げられる。これらの酸は、表面処理剤中に０．１〜５０重量％の割合、好ましくは１〜３０重量％の割合で含有される。
【００２１】
また、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどの低級アルコールあるいはアセトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、エチレングリコール等の水と自由に混和するものが適している。
【００２２】
本発明の表面処理剤には、銅または銅合金の表面における化成皮膜の形成速度を速めるために銅化合物を添加することができ、また形成された化成皮膜の耐熱性を更に向上させるために亜鉛化合物を添加しても良い。
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、何れも表面処理剤中に０．０１〜１０重量％の割合、好ましくは０．０２〜５重量％の割合で含有させれば良い。
【００２３】
これらの銅化合物や亜鉛化合物を用いる場合には、有機酸または無機酸の他に、アンモニアあるいはモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアミン類等の緩衝作用を有する物質を添加して溶液のｐＨを安定にすることが好ましい。
【００２４】
本発明の表面処理剤には、化成皮膜の形成速度および該皮膜の耐熱性を更に向上させるために、ハロゲン化合物を表面処理剤中に０．００１〜１重量％、好ましくは０．０１〜０．１重量％の含有割合となるように添加することができる。ハロゲン化合物としては、例えばフッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化アンモニウム、塩化ナトリム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化アンモニウム、ヨウ化ナトリム、ヨウ化カリウム、ヨウ化アンモニウム等が挙げられる。
【００２５】
本発明の表面処理剤を用いて銅または銅合金の表面を処理する際の条件としては、表面処理剤の液温を１０〜７０℃、接触時間を１秒〜１０分とすることが好ましい。接触方法としては、浸漬、噴霧、塗布等の方法が挙げられる。
【００２６】
また本発明の表面処理を行った後、化成皮膜上に熱可塑性樹脂により二重構造を形成し、更に耐熱性を高めることも可能である。
即ち、銅または銅合金の表面上に化成皮膜を生成させた後、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皮膜上に膜厚１〜３０μｍの厚みになるように均一に塗布して、化成皮膜と熱可塑性樹脂の二重構造を形成させれば良い。
【００２７】
本発明の実施に適する無鉛半田としては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系等の無鉛半田が挙げられる。
【００２８】
また本発明の半田付け方法は、加熱溶融した液体状の半田が入っている半田槽の上を、プリント配線板を流し、電子部品とプリント配線板の接合部に半田付けを行なうフロー法または、予めプリント配線板にペースト状のクリーム半田を回路パターンに合わせて印刷し、そこに電子部品を実装し、プリント配線板を加熱して半田を溶融させ、半田付けを行うリフロー法等に適応し得るものである。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明を実施例および比較例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３０】
［イミダゾール化合物］
実施例に使用したイミダゾール化合物は以下のとおりである。
・２−（４−ブチルベンジル）−５−メチル−４−フェニルイミダゾール（「ＩＭＺ−Ａ」と略記する）
・２−（４−ヘキシルベンジル）−４−フェニルイミダゾール（「ＩＭＺ−Ｂ」と略記する）
・２−ベンジル−４−（４−ブチルフェニル）イミダゾール（「ＩＭＺ−Ｃ」と略記する）
・２−ベンジル−４−（４−ｓｅｃ−ブチルフェニル）イミダゾール（「ＩＭＺ−Ｄ」と略記する）
・２−ベンジル−５−メチル−４−（４−オクチルフェニル）イミダゾール（「ＩＭＺ−Ｅ」と略記する）
・２−（４−ブチルベンジル）−５−ヘキシル−４−フェニルイミダゾール（「ＩＭＺ−Ｆ」と略記する）
比較例に使用したイミダゾール化合物は、以下のとおりである。
・２−（４−メチルベンジル）−４−フェニルイミダゾール（「ＩＭＺ−Ｇ」と略記する）
・２−ベンジル−５−メチル−４−（４−メチルフェニル）イミダゾール（「ＩＭＺ−Ｈ」と略記する）
・２−フェニルイミダゾール（「ＩＭＺ−Ｉ」と略記する）
・２−ノニルベンズイミダゾール（「ＩＭＺ−Ｊ」と略記する）
・２−（４−クロロベンジル）ベンズイミダゾール（「ＩＭＺ−Ｋ」と略記する）
【００３１】
実施例に使用したイミダゾール化合物（ＩＭＺ−Ａ〜ＩＭＺ−Ｆ）と、比較例に使用したイミダゾール化合物（ＩＭＺ−Ｇ〜ＩＭＺ−Ｋ）の化学式を、各々化４および化５に示す。
【００３２】
【化４】
【００３３】
【化５】
【００３４】
実施例および比較例で採用した評価試験方法は、以下のとおりである。
【００３５】
［半田上がり性の評価試験］
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の化成皮膜を形成させた。
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２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。
【００３６】
［半田広がり性の評価試験］
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の化成皮膜を形成させた。
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。
【００３７】
〔実施例１〕
イミダゾール化合物として２−（４−ブチルベンジル）−５−メチル−４−フェニルイミダゾール、酸として酢酸および乳酸、金属塩として酢酸銅および酢酸亜鉛、ハロゲン化合物として臭化アンモニウムを、表１記載の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ｐＨ２．７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１２０秒間浸漬したのち、水洗、乾燥し、半田上がり性およ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。
【００３８】
〔実施例２〜６〕
実施例１と同様にして、表１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、半田上がり性およ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。
【００３９】
〔比較例１〜５〕
実施例１と同様にして、表１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、半田上がり性およ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。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示した試験結果によれば、本願発明の表面処理剤をプリント配線板の銅回路部に接触させて、銅の表面に化成皮膜を形成させることにより、銅表面に対する共晶半田および無鉛半田の濡れ性が向上したものと認められ、銅表面に対する共晶半田および無鉛半田の半田付け性（半田上がり性、半田広がり性）が飛躍的に向上した。本願発明の表面処理剤は、共晶半田を用いた半田付け時に使用可能であることは云うまでもないが、無鉛半田を用いた半田付け時において好適に使用し得るものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化１の一般式(I)で示されるイミダゾール化合物を含有することを特徴とする銅または銅合金の表面処理剤。
【化１】
（式中、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は同一または異なって、水素原子または炭素数が１〜８のアルキル基を表し、Ｒ１、Ｒ２またはＲ３から選択される少なくとも１つは、炭素数が４以上のアルキル基である。）
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項１】
化１の一般式(I)で示されるイミダゾール化合物を含有することを特徴とする銅または銅合金の表面処理剤。
【化１】
（式中、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は同一または異なって、水素原子または炭素数が１〜８のアルキル基を表し、Ｒ１、Ｒ２またはＲ３から選択される少なくとも１つは、炭素数が４以上のアルキル基である。）
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【公開番号】特開２０１０−５９４４５（Ｐ２０１０−５９４４５Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２３６６３（Ｐ２００８−２２３６６３）
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【出願人】（０００１８０３０２）四国化成工業株式会社 (167)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【出願人】（０００１８０３０２）四国化成工業株式会社 (167)
【Ｆターム（参考）】
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