DE2531163A1 - Verfahren zur verbesserung der loetbarkeit elektrischer leiterplatten - Google Patents

Verfahren zur verbesserung der loetbarkeit elektrischer leiterplatten

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DE2531163A1 DE19752531163 DE2531163A DE2531163A1 DE 2531163 A1 DE2531163 A1 DE 2531163A1 DE 19752531163 DE19752531163 DE 19752531163 DE 2531163 A DE2531163 A DE 2531163A DE 2531163 A1 DE2531163 A1 DE 2531163A1
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Description

SISKElTS AESIEITGIISDLLSCHAET München 2, den
Berlin und Ilünchen '.iittelsoacherplats 2
2531163 VPA 75 P 7 1 0 2 BRD
Verfahren zur Verbesserung der Lotbarkeit elektrischer Le iterplatten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Lötbarkeit elektrischer Leiterplatten mit Leiterbahnen aus Kupfer oder Kupferlegierungen, bei welchem die Leiterbahnen zumindest an den zu lötenden Stellen in einer ersten Lösung gereinigt und deoxidiert und ap.schließend in einer zweiten Lösung aktiviert v/erden.
Nach der fertigstellung von Leiterplatten mit Leiterbahnen aus Kupfer oder Kupferlegierungen treten auf C-rund fertigungsbedingter Rückstände bzw. Verunreinigungen Schwierigkeiten hinsichtlich der Lötbarkeit dor Leiterbahnen auf, die durch eine längere Lagerung der Leiterplatten noch verstärkt werden. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die beste Abhilfe gegen Lötfehler durch eine sorgfältige und geeignete Reinigung der Leiterplatten und das anschliei3ende Aufbringen eines Lötiüittels gegeben ist. Hierzu können die Oberflächen der Leiterbahnen auf mechanischen Wege durch Sandstrahlen, Scheuern, Schleifen, Schwabbeln, Bürsten und sogar durch Radieren mit einem Spezialguinmi von Verunreinigungen befreit werden. Bei diesen mechanischen Reinigungsverfahren ist es jedoch schwierig, den Umfang der Metallabtragung von der Oberfläche der Leiterbahnen zu kontrollieren. Außerdem können sich die verwendeten Schleifmittel und der Abrieb an schlecht zugänglichen Stellen festsetzen und die Lötung beeinträchtigen,
Aus diesem Grund v/erden in der Regel chemische Reinigungsverfahren bevorzugt. So ist aus der US-PS 3 020 175 ein chemi-
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KIk 17 "The
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sches Reinigungsverfahren für elektrische Leiterplatten "bekannt, "bei welchen die Oberflächen der Leiterbahnen in einer ersten sauren oxydierenden Lösung, beispielsweise einer Kisclrang aus Chromsäure und Schwefelsäure, von Schmutz und (beiden befreit -wird. Anschließend wird die Oberfläche der Leiterbalmen in einer- zweiten Lösung, beispielsweise verdünnter Salzsäure aktiviert, d.h. in einen Zustand guter Lotbarkeit gebracht. In dieser zweiten Lösung werden Salzfilme, wie beispielsweise Chroinatfilme, die bei der Behandlung in der ersten Lösung entstanden sind, vollständig entfernt. Die mit diesem chemischen Reinigungsverfahren erzielte Verbesserung der Lösbarkeit nimmt jedoch mit zunehmender Lagerdauer stark ab. Außerdem sind die in chemischen Reinigungsverfahren verwendeten Bäder neben der aufwendigen Wartung meist sehr aggressiv und abwassertechnisch kompliziert aufzubereiten.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Oberflächenbehandlungsverfahren anzugeben, das eine hohe und langer anhaltende Lötbarkeit der Leiterplatten gewährleistet und keine abwassertechnischen Probleme aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren der einfangs genannten Art vor, wobei als erste Lösung eine wäßrige Lösung nichtionogener tenside und einer organischen Säure und ale zweite Lösung eine wäßrige Lösung des Kaliumperoxo-disulfat-Salzes und einer Säure verwendet wird.
Unter Tensiden werden wasserlösliche grenzflächenaktive Verbindungen verstanden, deren Molekül wenigstens einen hydrophilen Teil sowie einen hydrophoben Rest besitzt. Bei den niehtionogenen Tensiden ist der hydrophile Teil des Moleküls Sitz einer elektroneutralen Gruppe. Der hydrophile Rest des Tensid-Moleküls wird bei den niehtionogenen Tensiden vorwiegend von modifizierten Amidgruppen von Polyätherketten
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oder Polyalkoholresten gebildet. Der hydrophobe Teil eines Tensid-Moleküls besteht aus Kohlenwasserstoffketten, die auch über aliphatische oder aromatische Ringsysteme mit der hydrophilen Gruppe verbunden sein können.
Durch die kombinierte Behandlung in den beiden genannten Lösungen wird in überra.schender V/eise eine äußerst effektive Erhöhung der Lötbarkeit der Leiterbahnen erzielt. Das erzielte Ergebnis ist wesentlich besser als die mit bisher bekannten Verfahren ermöglichte Verbesserung der Lötbarkeit. Das Verfahren ist auch dazu geeignet, Oberflächen, die keine Lötbarkeit mehr besitzen, zu reaktivieren. Ein weiterer Vorteil ist, daß beide Lösungen nach längerer Benutzung abwassertechnisch leicht beseitigt v/erden können. Die beiden Lösungen können durch eine einfache nachbehandlung in eine umweltfreundliche v/asserhelle Lösung überführt und ins Abwasser abgepumpt v/erden.
Vorzugsweise wird eine erste Lösung mit einem Tensid aus der Gruppe der oxäthylierten Tenside verwendet· Derartige oxäthylierte Tenside werden durch die Umsetzung von Äthylenoxid zu Polyätherketten die sog. Oxäthylierungsreaktion gebildet. Findet diese Reaktion mit einer Substanz statt, die reaktionsfähige Η-Atome hat, z.B. mit einer Fettsäure oder einem Phenol, so lagern sich in Gegenwart von Katalysatoren Polyätherketten an, deren Endgruppen Hydroxilgruppen sind:
β CH7-CH, O V ν / S
Bei der Oxäthylierungsreaktion können beispielsweise Fettsäuren, Fettalkohole, Fettamine, Fettsäureamide, Phenolhomologe, Mercaptane oder Terpenalkohole mit Ä$hylenoxid umgesetzt werden. Hierbei geht nan von Verbindungen aus, die etwa 10 bis 18 C-Atome in Form hydrophober Ketten enthalten. Man lagert soviel Äthylenoxid an, daß "Oxäthylierungsgrade"
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entsprechend 2 bis 40 KoI Äthylenoxid erreicht werden. Der Grad der Oxäthylierung definiert hierbei keine eindeutige Kettenlänge, da diese, wie bei allen Polymeren, statistisch um einen Mittelwert verteilt ist.
Vorteilhaft wird eine erste Lösung mit oxäthylierten Alkylphenol als Tensid verwendet. Yfird als erste Lösung eine wäßrige Lösung mit 20 bis 10Og oxäthyliertem Alkylphenol pro Liter und 15 bis 80 g einer organischen Säure pro Liter verwendet, so werden in der ersten Behandlungsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine vorzügliche Reinigung und eine sichere Deoxydation der Leiterbahnen gewährleistet.
Als besondex^s geeignet hat sich die Verwendung einer mit Kalium-peroxo-disulfat-Salz gesättigten zweiten Lösung herausgestellt. Vorzugsweise wird die zv/eite Lösung durch Zugabe von Schwefelsäure auf einen pH-Wert zwischen 2,0 und 4>0 eingestellt und mit konzentrierter Phosphorsäure stabilisiert. Die mit einer derartigen zweiten Lösung aktivierten Oberflächen sind hell und gleichmäßig matt und zeigen bein Löten eine ausgezeichnete Benetzung bei gleichmäßiger Lotverteilung. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberfläche der Leiterbahnen in die erste Lösung getaucht, danach mit Leitungswasser gespült und mit der zweiten Lösung aktiviert, darauf wieder mit Leitungswasser gespült und nochmals in die erste Lösung getaucht, danach abermals mit Leitungswasser gespült und schließlich an der Luft getrocknet. Bei dieser Behandlungsweise wird eine besonders lang anhaltende Verbesserung der Lötbarkeit erzielt. Werden die Oberflächen der Leiterbahnen zusätzlich mit einem Lötmittel überzogen, so ist auch nach einjähriger Lagerdauer noch eine sichere Lötbarkeit der Leiterplatten gewährleistet.
Beispiel
Nach ihrer Fertigstellung werden die Leiterplatten während
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einer Zeitdauer zwischen. 1 Minute und 3 Minuten in eine erste Lösung getaucht und anschließend langsam herausgezogen, uri die Ausschleppung möglichst gering zu halten. Die Temperatur der ersten Lösiing, die sich nach der Verschmutzung der Leiterplatten richtet, entspricht im allgemeinen der Raumtemperatur. Der Ansatz der ersten Lösung besteht aus einem Liter Wasser, in dem 25g ^OOfo oxäthyliertes Alkylphenol mit einem Äthylierungsgrad 8-14 und 20g 100^ige Ameisensäure gelöst sind.
ITach einer ca. 12 Sekunden andauernden Spült)ehandlung in Leitungswasser v/erden die Oberflächen der Leiterplatten dann in einer zweiten Lösung bei Raumtemperatur ohne Warenbewegung aktiviert. Die Verweilzeit der Leiterplatten in dieser zweiten Lösung beträgt ca, 5 Hinuten. Der Ansatz der swsiten Lösung erfolgt durch die Auflösung von 54 g Kaliumperoxo-disulfat-Salz pro Liter Leitungswasser bei einer Wassertemperatur von 200C und durch die Zugabe ca. 10biger Schwefelsäure. Die Mengen der zugesetzten Schwefelsäure werden hierbei so dosiert, daß der pH-Wert des Ansatzes auf 2 eingestellt wird. Zur Stabilisierung können pro 1 Ansatz- 0,5 g Orthophosphorsäure (Η.,?0Λ) konzentriert zugegeben werden.
Nach dem Aktivieren v/erden die Leiterplatten einer erneuten ca. 12 Sekunden andauernden Spülbehandiung in Leitungswasser unterzogen. Sodann werden die Leiterplatten ca. 1 Minute la.ng erneut in die erste Lösung oder in eine der ersten Lösung entsprechende Lösung getaucht und anschließend langsam herausgezogen, um die Ausschleppung möglichst gering zu halten.
Im Anschluß an eine erneute ca. 12 Sekunden andauernde Spülbehandlung in Leitungswasser werden die Leiterplatten dann mit Hilfe von ölfreier Preßluft getrocknet und mit einem 7 bis 10/um dicken Lötmittelauftrag versehen. Das Auftragen des Lötmittels kann hierbei durch Tauchen, Aufsprühen oder Aufwalzen vorgenommen v/erden. Geeignete Lötmittel sind beispiels-
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weise Kolloplioniuin oder Lötlacke. Nach dem Trocknen des Lötmittels an der Luft und im Frischluftofen bei einer Tenperätur von ca. 60 Clconnen die Leiterplatten dann gelagert werden. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse müssen die verwendeten Lösungen überwacht v/erden. Die erste Lösung hat praktisch eine unbegrenzte Standzeit, Es empfiehlt sich jedoch in Abständen die Dichte und den pH-Wert der ersten Lösung zu über-, weichen, wobei die Dichte ca. 1,004 g/cm bzw, 0,7 Be (Eaume-G-rade) und der pH-Wert 2 betragen sollen. Abweichungen sind mit dem bereits erwähnten Konzentrat zu korrigieren. Verdunstungsveriuate werden durch die Zugabe von Leitungswasser ausgeglichen. Wird nach längerer Benutzung dine starke Trübung der Lösung durch Schmutzpartikel festgestellt, so empfiehlt es sich, den Ansatz zu verwerfen.
Die zv/eite Lösung hat beim Heuansats eine Dichte von 1,033 g/cm bzw. 4,9° Be und einen pH-Wert 2. Durch den Kontakt mi?; den Leiterbahnen aus Kupfer oder Kupferlegierungen verbraucht sich die Lösung, M3 die maximale Kupferaufnahme von 12 g/l und eine entsprechende Dichte dor Lösung von 1,057 g/cm bzw. 7,9 Be erreicht ist. Damit verliert die zweite Lösung ihre Wirksamkeit· Zur Badüberwachung der zweiten Lösung ist in Abständen lediglich die Dichte und der pH-Wert zu überprüfen. Verdunstungsverluste werden durch die Zufuhr von Leitungswasser ausgeglichen. Den pH-Wert korrigiert man durch Zugabe geringer Kengen verdünnter Schwefelsäure. Damit für die Aktivierung der Leiterplatten eine genügende Sicherheit gewährleistet ist, wird der Ansatz der zweiten Lösung verworfen, wenn die Dichte einen Wert von 1,054 g/cm bzw. 7,5 Be erreicht.
Die abwassertechnische Beseitigung der ersten und der zweiten Lösung erfolgt durch Ablassen der Bäder in die Konzentratbehälter einer Abwasseranlage und die Neutralisierung mit Kali- bzw. Natronlauge. Die gelösten Kupferionen v/erden Sann als Kupferhydroxid ausgefällt, an dem ein Großteil der
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{Tenside adsorbiert wird. Die Tenside und die Ameisensäure werden durch die Peroxide zu Kohlendioxid aufoxydiert.
Die so erhaltene neutrale Lösung kann nun über ein Filter— aggregat unbedenklich als umweltfreundliche, "biologisch nutzbare ,wasserhelle ,klare Kaliumsulfat-Lösung ins Abwasser abgepumpt v/erden.
S Patentansprüche
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Claims (8)

-8-Patentansprüche
1. Verfahren zur Verbesserung der Lötbarkeit elektrischer Leiterplatten mit Leiterbahnen aus Kupfer oder Kupferlegierungen, bei welchem die Leiterbahnen zumindest an den zu lötenden Stellen in einer ersten Lösung gereinigt und deoxidiert und anschließend in einer zweiten Lösung aktiviert werden, dadurch gekennzeichnet , daß als erste Lösung eine wäßrige Lösung nichtionogener Tenside und einer organischen Säure und als zweite Lösung eine wäßrige Lösung des Kaliumperoxo-disulfat-Salzes und einer Säure verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß eine erste Lösung mit einen Tensid aus der Gruppe der oxäthylierten Tenside verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß eine- erste Lösung mit oxäthyliertem Alkylphenol als Tensid verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet , daß als erste Lösung eine wäßrige Lösung mit 20 bis 100 g oxäthyliertem Alkylphenol pro Liter und 15 bis 80 g einer organischen Säure pro Liter verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß als zweite Lösung eine mit Kaliumperoxo-disulfat-Salz gesättigte Lösung verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Lösung durch Zugabe von Schwefelsäure auf einen pH-Wert zwischen 0,2 und 4»0 eingestellt und durch Zugabe von Phosphorsäure gegen Zersetzung stabilisiert wird.
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6 0 9 8 8 5/1121 original inspected
7. Verfahren nach, einen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche der Leiterbahnen in die erste Lösung getaucht, danach mit Leitungsv/asser gespült und mit der zv/eiten Lösung aktiviert wird, darauf wieder mit Leitungswasser gespült und nochmals in die erste Lösung getaucht wird, danach abermals nit Leitungsv/asser gespült und schließlich an der Luft getrocknet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche der Leiterbahnen zusätzlich mit einem Lötmittel überzogen wird.
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6 0 9 8 8 5/1121 ORiGiNAL inspects)
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