DE19545676A1

DE19545676A1 - Verfahren zum Aktivieren von Leiterplatinen

Info

Publication number: DE19545676A1
Application number: DE1995145676
Authority: DE
Inventors: Oskar K Dr Wack; Martin Dr Hanek; Karsten Dr Lesmann
Original assignee: WACK O K CHEMIE GmbH
Current assignee: WACK O K CHEMIE GmbH
Priority date: 1995-12-07
Filing date: 1995-12-07
Publication date: 1997-06-12

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aktivieren von Leiterplatinen. In der Serienbestückung von Leiterplatinen werden diese zum Schutz der Kupferbahnen während der einzelnen Behandlungsschritte vor dem Bestücken und dem Lötprozeß mit einer Imidazolschutzschicht versehen. Insbesondere handelt es sich bei dem Lötvorgang dabei um Plasmalöten, also einem Löten ohne Flußmittel. Um die Imidazolschutzschicht wieder zu entfernen und das Kupfer wieder freizulegen, damit das Lötmittel aufgebracht werden kann, wird die Imidazolschicht mit Säure entfernt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorbehandlung vor dem Lötvorgang von Leiterplatinen zu vereinfachen.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Hauptanspruch.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Leiterplatine vor dem Lötvorgang einer Reinigung durch das im Hauptanspruch spezifizierte Gemisch zu unterziehen. Überraschenderweise ist dabei die Reinigungswirkung so hervorragend, daß anschließend der Lötvorgang direkt durchgeführt werden kann. Insbesondere ist es nicht notwendig, die Leiterplatinen mit der oben erwähnten Imidazolschutzschicht zu versehen, da die Reinigungswirkung durch das Gemisch hinreichend ist. Es findet offensichtlich eine Aktivierung der Kupferschicht dergestalt statt, daß anschließend ein Löten ohne Flußmittel direkt möglich ist, wobei sich das Lot in hervorragender Weise mit der durch das Gemisch aktivierten Kupferschicht der Leiterbahn verbindet. Insbesondere in Kombination mit Plasma kann auf den Einsatz von Flußmitteln beim Löten ganz verzichtet werden.

Bei Leiterplatten, die noch mit Imidazolschutzschicht versehen sind, wurde bislang diese Schicht mit einer sauren Ätzlösung, deren pH kleiner als 1 ist, entfernt. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise entfernt auch derartige Imidazolschichten, wobei zugleich ein Schutzfilm auf die Leiterbahnen aufgebracht wird durch das aufgebrachte Gemisch, der erst während der Vorheizphase verdampft und dann eine gereinigte und sehr aktive Kupferoberfläche für das Löten zur Verfügung stellt.

In idealer Weise ist das zur Aktivierung eingesetzte Gemisch geeignet, während der ohnehin notwendigen Vorheizphase vor dem eigentlichen Lötvorgang verdampft zu werden, und offensichtlich setzt die Aktivierung des Kupfers erst während dieses Verdampfungsvorganges ein. Damit wird erreicht, daß die Aktivierung erst unmittelbar vor dem Zeitpunkt eintritt, zu dem sie notwendig ist, es kann also zwischenzeitlich zwischen Aktivierung und Lötprozeß keine nennenswerte Oxidation des Kupfers mehr auftreten.

In bevorzugter Ausführungsform wird eine wäßrige Lösung des Reinigungsmittels eingesetzt, wodurch jegliches Risiko, daß durch einen niedrigen Flammpunkt des Reinigungsgemisches hervorgerufen werden könnte, ausgeschaltet wird.

Durch die Auswahl der Gemischkomponenten ist eine rückstandsfreie Verdampfung möglich, so daß keinerlei weitere Zwischenschritte zur Reinigung notwendig werden.

Versuchsbeispiel 1

Eine Leiterplatine, die ohne Imidazolschutzschicht die üblichen Vorbereitungsschritte einer großindustriellen Fertigung durchlaufen hat, wird bestückt und auf ihrer kupferbeschichteten Seite mit einem Gemisch gereinigt, indem die Platine für 3 min einem entsprechenden Bad bei Zimmertemperatur ausgesetzt wird. Als Gemisch wird verwendet:
40 Gew.% Ethoxy-propoxy-propanol der Formel:

7,5 Gew.% Dipropylenglykol-dimethyl-ether

2,5 Gew.% Aminobutanol der Formel

Ergänzt wird das Gemisch zu 100 Gew% mit voll entsalztem Wasser.

Nach Entnahme der Platine aus dem Bad zeigt sich eine blanke Kupferoberfläche der auf der Platine aufgedruckten Leitungen. Während der Vorheizphase verdampfen die auf der Platine verbliebenen Badreste rückstandsfrei, der anschließende Plasmalötvorgang ergibt keine Fehlerraten. Eine Unterstützung mit Hilfe von Ultraschall im Bad wurde untersucht, sie hat die Versuchsergebnisse nicht nachweisbar beeinflußt.

Versuchsbeispiel 2

Die Platinen wurden mit dem gleichen Gemisch wie in Versuchsbeispiel 1 behandelt, jedoch wurde diesmal das Gemisch bei einer Temperatur von 50°C aufgesprüht. Zum anschließenden Reinigen wurde entweder reines vollentsalztes Wasser oder eine Mischung von 90 Gew% VE- Wasser und 10 Gew% der Reinigungsmischung verwendet. In beiden Fällen ergab sich bei dem anschließenden Bearbeiten eine Fehlerrate von 0, wobei die Platinen einmal einem flußmittelaktivierten Wellenlötprozeß und außerdem alternativ einem plasmaaktivierten Lötprozeß ohne Flußmittel unterzogen wurden.

Der Sprühvorgang wurde in einer Inline - Durchlaufanlage sowie alternativ in einer Einkammersprühanlage durchgeführt, die Ergebnisse unterschieden sich nicht signifikant.

Versuchsbeispiel 3

Die Gemischzusammensetzung enthielt in gleichen Anteilen das Ethoxypropoxypropanol und Dipropylenglykol-dimethyl-ether wie im Versuchsbeispiel 1, das Aminobutanol mit ebenfalls 2,5 Gew.% hat die Formel:

Die Ergebnisse entsprechen den im Versuchsbeispiel 1 erzielten Ergebnissen.

Überprüfungen in weiteren Versuchsreihen haben ergeben, daß eine ganze Reihe von weiteren Aminoverbindungen in Frage kommen, genannt seien:

1. 2-Amino-3-methyl-1-butanol
2. 1-Amino-3-methyl-2-butanol
3. 2-Amino-2-methyl-1-propanol
4. 1-Amino-2-methyl-2-propanol
5. 1-Amino-2-propanol
6. 2-Amino-1-propanol
7. 3-Amino-1-propanol
8. 3-Amino-1,2-propandiol
9. 2-Amino-1,3-propandiol
10. 2-Amino-2-methyl-1-propanol
11. 1-Amino-2-methyl-propanol
12. 4-Aminomorpholin
13. 3-Amino-methyl-1,2-propandiol
14. 2-Amino-methyl-1,3-propandiol
15. Alkanol-amine der allgemeinen Formel H₂N-(CH₂)_n-OHmit n = 1 bis 6
16. Alkanol-diamine der allgemeinen Formel mit n = 1 bis 6 und m = 1 bis 6
17. Isopropanolamin
18. Diisopropanolamin
19. Isobutanolamin oder
20. Diisobutanolamin oder
21. Isopentanolamin oder oder
22. Diisopentanolamin oder oder
23. Alkylamine der allgemeinen Formel R-NH₂wobei R ein Alkylrest mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen darstellt.
24. Alkyldiamine der allgemeinen Formel H₂N-(CH₂)_n-NH₂mit n von 1 bis 8
25. Sekundäre Amine der allgemeinen Formel mit
R₁ = C₁ bis C₆
und
R₂ = C₁ bis C₆
26. Diamine der allgemeinen Formel mit
n = 0 bis 4
m = 0 bis 4
k = 1 bis 4
27. Amino-alkoxy-alkohole der allgemeinen Formel H₂N-(CH₂)_n-O-(CH₂)_m-OHmit
n = 1 bis 6
und
m = 1 bis 6
28. Dialkoxy-diamine der allgemeinen Formel H₂N-(CH₂)_m-O-CH₂-(CH₂)_n-O-(CH₂)_m-NH₂mit
n = 1 bis 2
m = 1 bis 4

Als Trägerzusammensetzungen kommen im Gemisch oder in reiner Form neben dem oben erwähnten Ethoxy-propoxy-propanol auch Dipropylenglykolmonoether der allgemeinen Formel in Frage:

wobei R₁ eine Kohlenstoffkette mit einer Länge von 1 bis 6 Atomen ist.

Als weitere Komponente können neben der oben genannten Verbindung Dipropylenglykol dimethyl-ether auch Polypropylenglykolether der allgemeinen Formel

eingesetzt werden, wobei
R₂ eine Kohlenstoffkette von 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und R₃ eine Kette von Wasserstoff- oder Kohlenstoffatomen mit einer Länge zwischen 1 und 6 Atomen ist.

Als Trägersubstanz haben sich insbesondere Glykolether bewährt, daneben sind aber auch andere Verbindungen geeignet, nämlich:

a. Alkohole der allgemeinen Formel: R-OHwobei R eine Kohlenstoffkette mit 1 bis 9 Kohlenstoffatomen ist,
b. Ether der allgemeinen Formel: R₁-O-R₂wobei R₁ eine Kohlenstoffkette mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und R₂ eine Kohlenstoffkette mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen ist, und R₁ und R₂ verschieden sein können,
c. Ester der allgemeinen Formel: wobei R₁ eine Kohlenstoffkette mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und R₂ eine Kohlenstoffkette mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist, und R₁ und R₂ verschieden sein können,
d. Carbonylverbindungen der allgemeinen Formel: wobei R₁ eine Kohlenstoffkette mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder ein Wasserstoffatom, oder
R₁ = mit n = 1 bis 6 ist, und
R₂ = R₁;
oder
e. Kohlenwasserstoffe mit einer Kettenlänge zwischen 6 und 12 Kohlenstoffatomen.

Claims

1. Verfahren zum Aktivieren von Leiterplatinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatinen einem Gemisch ausgesetzt werden, das
zwischen 25 und 90 Gew% einer Trägersubstanz bestehend aus einem Glykolether, einem Alkohol, einem Ether, einem Ester, einer Carbonylverbindung, einem Kohlenwasserstoff oder einem Gemisch davon,
und zwischen 0,5 und 10 Gew% eine Aminoverbindung
enthält, wobei der Rest aus Wasser besteht,
wobei die Platinen dem Gemisch als Bad und/oder im Sprühvorgang ausgesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch der Trägersubstanz einen Anteil zwischen 2 und 30 Gew.% Polypropylenglykolether enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platinen unmittelbar nach dem Aktivierungsvorgang einem Plasmalötvorgang unterzogen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trägersubstanz Ethoxy-propoxy-propanol als Anteil verwendet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trägersubstanz Dipropylenglykol-dimethyl-ether enthalten ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Aminoverbindungen ein der folgenden Verbindungen ausgewählt wird:
2-Amino-3-methyl-1-butanol
1-Amino-3-methyl-2-butanol
2-Amino-2-methyl-1-propanol
1-Amino-2-methyl-2-propanol
1-Amino-2-propanol
2-Amino-1-propanol
3-Amino-1-propanol
3-Amino-1,2-propandiol
2-Amino-1,3-propandiol
2-Amino-2-methy l-1-propanol
1-Amino-2-methyl-propanol
4-Aminomorpholin
3-Amino-methyl-1,2-propandiol
2-Amino-methyl-1,3-propandiol
Alkanol-amine
Alkanol-diamine
Isopropanolamin
Diisopropanolamin
Isobutanolamin
Diisobutanolamin
Isopentanolarnin
Dii sopentanolamin
Alkylamin
Alkyldiamine
Sekundäres Amin
Diamin
Amino-alkoxy-alkohol
Dialkoxy-diamin

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägersubstanz ausgewählt wird aus einer der folgenden Verbindungen: