CN101575704B - 铜及铜合金表面处理剂 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料表面处理技术领域，具体是铜及铜合金表面处理剂，其水溶液包含重量比0.02～5.0％的嘌呤(Purine)类化合物、重量比0.1～10.0％的无机碱、重量比0.01～1.0％的卤素化合物，以熔点较高的嘌呤(Purine)类化合物取代现有技术中使用的熔点较低的苯并咪唑化合物，经其处理的印刷电路板更加耐高温封装，能适应表面多次装配装置制程(SMT)，不易造成贾凡尼效应(Galvanic effect)，能确保较佳的印刷电路板外观，可加速铜或铜合金表面的有机膜成形速率，并且不易生成沉淀物污染药液，延长了药液使用寿命。

Description

铜及铜合金表面处理剂
技术领域
本发明属于金属材料表面处理技术领域，具体是铜及铜合金表面处理剂。
背景技术
为对印刷电路板的铜及铜合金表面进行处理，美国专利第6524644号曾提出以苯并咪唑benzimidazole在碱性pH 8～9条件下操作的有机保焊剂预浸剂制程，不过苯并咪唑水溶性不佳，因此使用醇类如添加20％重量比的异丙醇当助溶剂以溶解苯并咪唑，同时使用三异丙醇氨当腐蚀抑制剂、使用氨盐如乙酸氨当缓冲剂。而其他有取代基的苯并咪唑对于醇类溶解度很差，所以更无法应用于碱性条件制程。实际生产中，发现其具有下列缺陷：
(1)上述的苯并咪唑化合物熔点较低(约250℃)，并且当槽液金属离子如铜离子浓度上升至10ppm时，苯并咪唑即会与铜离子作用生成沉淀物，造成药液污染，缩减了槽液寿命；
(2)碱性环境是避免造成贾凡尼效应(Galvanic effect)的重要条件，现有技术因为需使用有机溶剂如醇类当助溶剂，其操作环境碱性较弱，不利于确保较佳的印刷电路板外观。
发明内容
为弥补上述现有技术的缺陷，本发明提出了一种铜及铜合金表面处理剂，以熔点较高的嘌呤(Purine)类化合物取代现有技术中使用的熔点较低(约250℃)的苯并咪唑化合物，
经其处理的印刷电路板更加耐高温封装，能适应表面多次装配装置制程(SMT)，并且作为预浸剂使用时可以选择性地在铜或铜合金表面上形成有机薄膜，抑制或避免在其它镀金表面上形成有机薄膜。
本发明所采用的技术方案如下：
一种铜及铜合金表面处理剂，其水溶液包含重量比0.02～5.0％的嘌呤(Purine)类化合物、重量比0.1～10.0％的无机碱、重量比0.01～1.0％的卤素化合物。当嘌呤(Purine)类化合物的浓度低于重量比0.02％时有机膜之形成速率会变的很慢，而浓度高于重量比5.0％时会因为溶解度饱和造成部分嘌呤(Purine)类化合物析出。
作为上述技术方案的改进，所述的嘌呤(Purine)类化合物选自黄嘌呤或腺嘌呤或鸟嘌呤或其他嘌呤(Purine)类化合物及其衍生物中的一种或几种的组合。嘌呤(Purine)类化合物熔点多超过285℃，例如黄嘌呤的熔点即高达300℃以上。
作为上述技术方案的改进，所述的嘌呤(Purine)类化合物采用黄嘌呤最佳，其化学式如下
Figure GSB00000244125000011
作为上述技术方案的改进，所述的无机碱为碳酸钠或碳酸氢钠或氢氧化钠或氢氧化钾或其他类似物中的一种或几种的组合。
作为上述技术方案的改进，所述的无机碱采用碳酸钠最佳。
作为上述技术方案的改进，所述的卤素化合物为溴化氨或氯化氨或碘化氨或溴化钠或氯化钠或碘化钠或其他类似物中的一种或几种的组合。
较佳的，上述技术方案中的嘌呤(Purine)类化合物的含量为重量比0.1-2.0％、无机碱的含量为重量比3.5-7.0％、卤素化合物的含量为重量比0.2-0.6％。
本发明应用到印刷电路板有机保焊膜制程中可作为预浸剂使用，印刷电路板有机保焊涂膜制程中，先经过酸性或碱性清洁剂除去印刷电路板表面的油污，水洗后再经硫酸/双氧水之微蚀液使铜或铜合金表面粗化，以提升有机保焊膜在铜或铜合金上的附着力。微蚀后的铜或铜合金在浓度为5～10％的稀硫酸中清洗掉残留的微蚀液，再经水洗及冷空气吹干后放入上述预浸剂中30秒，再经水洗及冷空气吹干后放入有机保焊膜主液中120秒，以使铜表面形成厚度均匀的保焊膜，用冷空气吹干后的印刷电路板经去离子水洗净、烘干后，即完成有机保焊涂膜制程。
和现有技术相比，本发明具有以下积极效果：
(1)经其处理的印刷电路板更加耐高温封装，铜或铜合金能适应表面多次装配装置制程(SMT)。
(2)不需要助溶剂，可在碱性更高的条件下操作，不易造成贾凡尼效应(Galvanic effect)，能确保较佳的印刷电路板外观。
(3)结合溶液中的铜化合物，可加速铜或铜合金表面的有机膜成形速率。
(4)槽液金属离子(如铜离子)浓度不超过150ppm时，不易生成沉淀物污染药液，延长了药液使用寿命。
(5)作为预浸剂使用时可以选择性地在铜或铜合金表面上形成有机薄膜，抑制或避免在其它镀金表面上形成有机薄膜。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
本发明应用到印刷电路板有机保焊膜制程中可作为预浸剂使用，所述的预浸剂水溶液中含重量比0.85％的黄嘌呤、重量比5.1％的碳酸钠、重量比0.8％的氢氧化钠、重量比0.038％的溴化氨，PH值调整至11，温度设定为25℃。
印刷电路板有机保焊涂膜制程中，先经过酸性或碱性清洁剂除去印刷电路板表面的油污，水洗后再经硫酸/双氧水之微蚀液使铜或铜合金表面粗化，以提升有机保焊膜在铜或铜合金上的附着力。微蚀后的铜或铜合金在浓度为5～10％的稀硫酸中清洗掉残留的微蚀液，再经水洗及冷空气吹干后放入上述预浸剂中30秒，再经水洗及冷空气吹干后放入有机保焊膜主液(其组成包含重量比5.0％的2-戊基苯并咪唑，重量比20％的乙酸，重量比0.2％的庚酸，重量比0.8％的乙二氨四乙酸钠，温度为38℃，PH值为3.3)中120秒，以使铜或铜合金表面形成厚度均匀的保焊膜，用冷空气吹干后的印刷电路板经去离子水洗净、烘干后，即完成有机保焊涂膜制程。
取5mm×50mm×0.3mm的铜板作为试件，采用上述的预浸剂进行如下测定：
以酸性或碱性脱脂剂为试件进行脱脂后以水漂洗，经硫酸/双氧水微蚀药水咬蚀试件表面约40～60μinch，再以水漂洗，接着将试件浸泡于上述预浸剂中处理30秒，试件表面形成有机膜后，用水漂洗后干燥，以红外线(IR)回焊装置经过235℃的尖峰温度处理，然后测定其沾锡天平与锡球扩散率，结果分别列于表一及表二：
表一，红外线(IR)回焊接次数与沾锡时间关系
Figure GSB00000244125000021
表二，红外线(IR)回流焊接次数与锡球扩散率关系
Figure GSB00000244125000031
利用稀盐酸水溶液从铜面上生成的有机皮膜中溶析出嘌呤(Purine)类化合物，然后使用波长为270nm紫外线分光光度计测定盐酸水溶液中嘌呤(Purine)类化合物之浓度，还可计算出有机皮膜之厚度。
下面以处理相同的具有铜及镀金二种焊垫之印刷电路板试片的实施例和比较例来说明本发明提供的铜及铜合金表面处理剂在印刷电路板有机保焊涂膜制程中作为预浸剂的功效。
(1)实施例：
流程                        浸泡时间(sec)    温度(℃)
清洁                        120              40
水洗                        60               25
微蚀                        60               25
水洗                        60               25
有机保焊剂预浸液(Pre-dip)   60               25
水洗                        60               25
有机保焊剂(OSP)主液         60               38
水洗                        60               25
烘干                        60               25
上述有机保焊剂预浸液(Pre-dip)pH调整至11，其组成按重量百分比为：
黄嘌呤0.85％，氢氧化钠0.8％，碳酸钠5.1％，溴化氨0.038％。
上述有机保焊剂(OSP)主液PH值调整至3.3，其组成按重量百分比为：
2-戊庚基苯并咪唑5.0％，乙酸20％，庚酸0.2％，乙二氨四乙酸钠0.8％。
(2)比较例：
流程                    浸泡时间(sec)          温度(℃)
清洁                    120                    40
水洗                    60                     25
微蚀                    60                     25
水洗                    60                     25
有机保焊剂(OSP)主液     60                     38
水洗                    60                     25
烘干                    60                     25
上述有机保焊剂(OSP)主液与实施例相同。
实施例与比较例测之有机膜厚测量数据如下表：
Figure GSB00000244125000041
由上表数据得知该表面处理剂当预浸剂使用时可以选择性地在铜表面上形成有机薄膜，抑制或避免在镀金表面上形成有机薄膜。

Claims (7)

1.铜及铜合金表面处理剂，其特征在于：其水溶液包含重量比0.02～5.0％的嘌呤(Purine)类化合物、重量比0.1～10.0％的无机碱、重量比0.01～1.0％的卤素化合物，所述的无机碱为碳酸钠或碳酸氢钠或氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或几种的组合，所述的卤素化合物为溴化氨或氯化氨或碘化氨或溴化钠或氯化钠或碘化钠中的一种或几种的组合。
2.根据权利要求1所述的铜及铜合金表面处理剂，其特征在于：所述的嘌呤(Purine)类化合物选自黄嘌呤或腺嘌呤或鸟嘌呤或其他嘌呤(Purine)类化合物及其衍生物中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求2所述的铜及铜合金表面处理剂，其特征在于：所述的嘌呤(Purine)类化合物是黄嘌呤，其化学式为——
4.根据权利要求1所述的铜及铜合金表面处理剂，其特征在于：所述的无机碱是碳酸钠。
5.根据权利要求1到4任一项所述的铜及铜合金表面处理剂，其特征在于：所述的嘌呤(Purine)类化合物的含量为重量比0.1-2.0％。
6.根据权利要求1到4任一项所述的铜及铜合金表面处理剂，其特征在于：所述的无机碱的含量为重量比3.5-7.0％。
7.根据权利要求1到4任一项所述的铜及铜合金表面处理剂，其特征在于：所述的卤素化合物的含量为重量比0.2-0.6％。
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