DE60038563T2 - Selektive Ablagerung vom organischen Schutzmittel auf Kupfer - Google Patents

Selektive Ablagerung vom organischen Schutzmittel auf Kupfer Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verleihen eines Korrosionsschutzes mittels einer die Lötfähigkeit erhaltenden organischen Lösung an ein elektronisches Bauteil wie beispielsweise gedruckte Leiterplatten (PWBs), die sowohl eine Kupfer- als auch eine Goldschaltung aufweisen, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 (siehe zum Beispiel US-A-5 795 409 ), um das Kupfer vor dem Löten des Kupfers mit einem Schutzüberzug zu versehen, wobei die Goldbestandteile auf dem Substrat durch die Behandlung nicht verfärbt oder anderweitig elektrisch beeinträchtigt werden.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Bei der Herstellung von Metall, das zu lötende Komponenten enthält, muss das Metall im Hinblick auf eine Verbesserung seiner Lötfähigkeit vor Oxidation geschützt werden. Der Einfachheit halber ist die vorliegende Beschreibung auf die Herstellung von gedruckten Leiterplatten (PWBs) oder andere elektronische Bauteile mit einer zu lötenden Kupferschaltung gerichtet, bei denen es wesentlich ist, dass das Kupfer vor dem Löten nicht oxidiert oder anderweitig korrodiert wird.
  • Viele solche Komponenten, die eine Kupferschaltung aufweisen, haben üblicherweise auch Golddrähte oder andere elektrische Verbindungen, die für die Verbindung des elektronischen Bauteils mit einem anderen elektronischen Bauteil verwendet werden. Derzeit jedoch haben angewendete Verfahren für den Schutz der Kupferschaltung vor Durchführung des Lötvorgangs einen schädlichen Einfluss auf die Goldmetallurgie auf dem Substrat, indem sie das Gold fleckig machen oder das Gold auf andere Weise elektrisch beeinträchtigen.
  • Die heutzutage angewandten Verfahren zum Schützen von Kupfer vor Durchführung des Lötvorgangs verwenden einen auf dem Kupfer abgelagerten Schutzüberzug. Dieser Überzug wird als Alternative zur Einebnung des Lots mit Heißluft (HASL) und zu anderen Oberflächenvergütungen verwendet. Die Beschichtung sorgt für einen Schutz gegen eine Verschlechterung der Lötbarkeit von Kupfer, die durch verschiedene Verfahrensschritte im Herstellungsprozess verursacht wird, zum Beispiel durch mehrfache Zyklen der Erwärmung während der Fertigung von elektronischen Bauteile für die Oberflächenmontagetechnik (SMT) und die gemischte (PWB)-Montagetechnik.
  • Allgemein umfassen Schutzüberzugsysteme für Kupfer eine Anzahl von Schritten, u. a. Reinigen, Mikroätzen und Säurespülung, gefolgt von der Bildung eines Schutzüberzugs auf dem Kupfer unter Verwendung einer Lösung, die ein schutzbildendes Mittel enthält. Das schutzbildende Mittel ist normalerweise Imidazol- oder Benzimidazolderivat, und der Überzug wird allgemein als organischer Schutzüberzug zur Erhaltung der Lötfähigkeit (OSP) bezeichnet.
  • Auf diesem Gebiet wurde eine Anzahl von Patenten erteilt, mit denen versucht wurde, die mit der Bereitstellung eines Schutzüberzugs an Kupferschaltungen verbundenen Probleme zu lösen.
  • Das US-Patent Nr. 5,658,611 (Ishiko et al) gibt eine wässrige Oberflächenschutz-Zusammensetzung für PWBs an, die ein Benzimidazolderivat enthält und auf einen pH-Wert von 1–5 eingestellt ist, mit einer salzbildenden Säure eines Schwermetalls wie beispielweise Kupfer, Mangan und Zink in einer Menge, die 50 ppm nicht überschreitet.
  • In dem US-Patent Nr. 5,173,130 (Kinoshita et al) ist ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kupfer beschrieben, welches das Eintauchen der Kupferfläche in eine wässrige Lösung umfasst, die eine Benzimidazol-Verbindung enthält, die eine Alkylgruppe aus wenigsten drei Kohlenstoffatomen in der 2-Position und eine organische Säure aufweist. Ähnlich verwendet in dem US-Patent Nr. 5,498,301 und in dem US-Patent Nr. 5,560,785 (Hirao et al) ein Oberflächenbehandlungsmittel auf Wasserbasis, das für den Schutz von Kupfer auf einer gedruckten Leiterplatte mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit eingesetzt wird, als aktiven Bestandteil eine 2-Arylimidazolverbindung.
  • In der EPA-Veröffentlichung Nr. EP 0 791 671 (Hirao et al) ist ein Oberflächenbehandlungsmittel für Kupfer beschrieben, das eine wässrige Lösung umfasst, die eine Imidazolverbindung oder Benzimidazolverbindung, einen Komplexbildner und Eisenionen enthält. Es wird behauptet, dass das Oberflächenbehandlungsmittel selektiv auf der Oberfläche von Kupfer einen chemischen Film bildet, während auf anderen Metallen kein Film gebildet wird.
  • In dem US-Patent Nr. 5,362,334 (Adams et al) sind eine Zusammensetzung und ein Verfahren für die Oberflächenbehandlung von metallischen Oberflächen wie Kupferschaltungen auf gedruckten Schaltungsplatten beschrieben, das die Behandlung der Oberfläche mit einer wässrigen Lösung umfasst, die eine Benzimidazolverbindung mit entweder einer halogenierten Phenylgruppe, einer halogenierten Benzylgruppe oder einer halogenierten Ehtylphenylgruppe in der 2-Position enthält. In dem US-Patent 5,376,189 (Kukanskis) sind eine Zusammensetzung und ein Verfahren für die Behandlung von Metalloberflächen wie Kupfer auf gedruckten Leiterplatten beschrieben, das eine Behandlung der Oberfläche mit einer wässrigen Lösung umfasst, die eine Benzimidazolverbindung enthält, die wenigstens eine direkt an die Benzimidazolverbindung angelagerte Carboxyl- oder Sulfonsäuregruppe aufweist.
  • Leider haben derzeitige Verfahren für die Herstellung eines Schutzüberzugs an der Kupferoberfläche eine in variierendem Maße immer noch nachteilige Wirkung auf die Goldmetallurgie auf dem elektronischen Substrat, da sie die zum Beschichten des Kupfers verwendete Beschichtung anzieht und kosmetische Defekte in Form von Flecken erzeugt und die Leitfähigkeit der Goldkontaktoberfläche herabsetzen kann.
  • In Anbetracht der Probleme und Nachteile des Stands der Technik ist es deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren für die selektive Ablagerung einer die Lötfähigkeit erhaltenden organischen Beschichtung (OSP) auf Kupferoberflächen von elektronischen Bauteilen wie gedruckte Leiterplatten anzugeben, die als Schutzüberzug zur Erhaltung der Lötfähigkeit von Kupferoberflächen dient, während Goldflächen von der Anziehung desselben Schutzüberzugs ausgeschlossen werden und eine Fleckenbildung auf dem Gold und/oder eine Beeinträchtigung der Leitfähigkeit des Goldes verhindert werden.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, elektronische Bauteile wie beispielsweise gedruckte Leiterplatten bereitzustellen, die unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurden.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung.
  • Übersicht der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren gemäß Anspruch 1 an.
  • Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung sind R1, R2, R3 und R4 sämtlich Wasserstoff.
  • Die zur Bildung der Vorbehandlungslösung verwendete Benzimidazolverbindung wird aufgelöst, um eine vorzugsweise wässrige Lösung zu bilden, und sie enthält vorzugsweise eine korrosionshemmende Verbindung wie zum Beispiel ein Alkanolamin, z. B. ein C1-C4 Alkanolamin wie Triisopropanolamin, und eine Puffersubstanz, beispielsweise ein Salz wie Ammoniumacetat, um den pH-Wert zu stabilisieren. Die Lösung kann über einen weiten Temperaturbereich verwendet werden, normalerweise von 21,11°C (70°F) bis zu dem Siedepunkt der Lösung, normalerweise 21,11°C bis 48,89°C (70°F bis 120°F), vorzugsweise 21,11°C bis 32,22°C (70°F bis 90°F). Ebenso weitreichend kann der pH-Wert der Lösung sein, nämlich von etwa 1 bis 11, vorzugsweise etwa 7 bis 10, z. B. 8 bis 9.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Der Einfachheit halber wird die vorliegende Erfindung speziell für ein Schutzüberzugssystem für eine Kupfermetallurgie auf gedruckten Leiterplatten (PWBs) beschrieben, die Kupfer-Pads und Durchgangsöffnungen aufweisen. Der Schutzüberzug wird als Alternative zu der Einebnung des Lots durch Heißluft (HASL) und zu anderen metallischen Oberflächenvergütungen von PWBs verwendet. Der erfindungsgemäße Überzug bietet einen ausgezeichneten Schutz gegen eine Verschlechterung der Lötfähigkeit von Kupfer, die dadurch verursacht wird, dass das Kupfer während der SMT-Montage und der gemischten Montage von PWBs mehrfachen Zyklen einer Erwärmung ausgesetzt wird.
  • Die vorgenannten Patente beziehen sich auf den Oberflächenschutz von Kupfermetallurgie auf PWBs und beschreiben den grundlegenden OSP-Prozess für die Behandlung des PWB. Im Allgemeinen wird die Oberfläche des Kupfers oder der Kupferlegierung zuerst gereinigt, indem die Platte in einen Reiniger getaucht wird, und dann wird sie vorzugsweise geätzt, um die Adhäsion des Kupfers zu erhöhen. Das Kupfer wird dann in eine Lösung getaucht, die eine die Lötfähigkeit erhaltende organische Substanz wie Triazol, Imidazol, Benzimidazol oder deren Derivate enthält. Ein Aufsprühen oder andere Formen der Beschichtung sind ebenfalls möglich.
  • Die Reinigung der PWB kann unter Einsatz einer beliebigen Anzahl von Reinigern wie u. a. alkalihaltige, säurehaltige oder neutrale Reiniger erfolgen, vorzugsweise durch einen Säurereiniger wie Schwefelsäure, HCl- und Citronensäure. Normalerweise wird die PWB bei einer Temperatur von 26,66°C bis 48,89°C (80°F bis 120°F) über eine Dauer von circa 5 Minuten mit dem Reiniger kontaktiert.
  • Auf sämtliche Schritte des konventionellen OSP-Prozesses folgt ein Spülen des Substrats mit entionisiertem Wasser. Der Spülvorgang erfolgt normalerweise bei einer Umgebungstemperatur von z. B. 23,89°C (75°F).
  • Es wird vorzugsweise ein Ätzmittel verwendet, zum Mikroätzen der Oberfläche des Kupfers, um die Adhäsion des Kupfers zu erhöhen, wobei typischerweise ein Ätzmittel wie Persulfatsalz, z. B. Natriumpersulfat oder eine Substanz in der Art von Schwefelperoxid bei 21,11°C bis 37,77°C (70°F bis 100°F) über eine Dauer von circa 1 Minute zum Einsatz kommen.
  • Die Verwendung einer wässrigen Schwefelsäurelösung, zum Beispiel 5 Gew.-% Schwefelsäurelösung bei 21,11°C bis 32,22°C (70°F bis 90°F) über eine Dauer von bis zu 2 Minuten, ist optional, wird jedoch bevorzugt, um eine degradierende Kontaminierung der OSP-Lösung durch die Ätzlösung zu verhindern.
  • Dem üblichen Ablauf folgend ist das Substrat nunmehr fertig für die Behandlung mit der OSP-Lösung, um die Schutzschicht auf der Kupfermetallurgie zu bilden. Dies geschieht normalerweise bei einer Temperatur von 35°C bis 46,11°C (95°F bis 115°F), vorzugsweise etwa 40,56°C bis 43,33°C (105°F bis 110°F), über eine Dauer von etwa 15 Sekunden bis 1 Minute.
  • Nach der OSP-Behandlung wird das Substrat gespült und durch trockene Gebläseluft getrocknet. Das Substrat ist nunmehr lötfertig und wird vor einer Oxidation geschützt, bis der Schritt des Lötens beendet ist.
  • Wie aus den vorgenannten Patenten ersichtlich ist, wurde eine Vielzahl von OSP-Lösungen entwickelt, die zur Bildung der OSP-Beschichtung verwendet werden können. Bei vorliegender Erfindung wird die PWB vor der OSP-Behandlung behandelt, um eine Vorbeschichtung des Kupfers vorzunehmen, wofür beliebig geeignete OSP-Lösungen des Stands der Technik verwendet werden können, um die abschließende Beschichtung auf der Substratmetallurgie vorzusehen.
  • Bei dem oben genannten US-Patent Nr. 5,362,334 zum Beispiel können OSP-Lösungen verwendet werden, die die folgende Verbindung enthalten:
    Figure 00070001
    wobei zumindest 1 der Bestandteile R1, R2, R3, R4 und R5 aus der Gruppe ausgewählt werden muss, die aus Halogenen, substituierten oder nichtsubstituierten halogenierten Alkylgruppen und substituierten oder nichtsubstituierten halogenierten Arylgruppen besteht; und
    wobei die restlichen Bestandteile, R1, R2, R3, R4 und R5 aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Wasserstoff, Nitrogruppen, substituierten oder nichtsubstituierten Alkylgruppen und substituierten oder nichtsubstituierten Arylgruppen besteht.
  • In dem US-Patent Nr. 5,376,189 werden anhand der folgenden allgemeinen Formel dargestellte Verbindungen in der OSP-Lösung verwendet:
    Figure 00080001
    wobei zumindest 1 der Bestandteile R1, R2, R3, R4 und R5 aus der Gruppe ausgewählt werden muss, die aus Carboxylsäuregruppen, Sulfonsäuregruppen, mit Carboxyl- oder Sulfonsäuregruppen substituierten Alkylgruppen und mit Carboxyl- oder Sulfonsäuregruppen substituierten Arylgruppen besteht.
  • In dem US-Patent 5,658,611 enthält ein Benzimidazolderivat, das in OSP-Lösungen verwendet wird, einen wirksamen Bestandteil, der durch die allgemeine Formel von
    Figure 00080002
    dargestellt ist, wobei X ein Radikal mit einer Anzahl von Kohlenstoffatomen von 1 bis 7 der aus Alkylgruppen, Halogenatomen, Aminogruppen, niederen Dialkylaminogruppen, niederen Alkoxylgruppen, Cyanogruppen, Acetylgruppen, Benzoylgruppen, Carbamoylgruppen, Formylgruppen, Carboxylgruppen, niederen Alkodylcarbonylgruppen und Nitrogruppen bestehenden Gruppe ist, wobei n und p ganze Zahlen von 0 bis 4 sind und wobei m eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist.
  • Die Lösung wird auf einen pH-Bereich von 1 bis 5 eingestellt, mit einer salzbildenden Säure, und die wässrige Lösung hat einen Metallgehalt eines Schwermetalls, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Kupfer, Mangan und Zink besteht, wobei das Metall nicht mehr als 50 ppm beträgt.
  • In den US-Patenten Nr. 5,498,301 und 5,560,785 enthält ein Oberflächenbehandlungsmittel auf Wasserbasis als aktiven Bestandteil eine 2-Arylimidazolkomponente, die durch die folgende Formel dargestellt wird:
    Figure 00090001
    wobei R ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe ist, R1 und R2 Wasserstoffatome, niedere Alkylgruppen oder Halogenatome, und R3 und R4 Wasserstoffatome, niedere Alkylgruppen, Halogenatome, niedere Alkoxylgruppen, niedere Dialkylaminogruppen, Cyanogruppen oder Nitrogruppen sind.
  • In dem US-Patent Nr. 5,173,130 werden OSP-Lösungen verwendet, die Verbindungen enthalten, die durch die folgende allgemeine Formel dargestellt werden:
    Figure 00090002
    wobei R1 eine Alkylgruppe mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen darstellt.
  • Ferner können für die Durchführung des Verfahrens auch Verbindungen verwendet werden, die durch die folgende allgemeine Formel dargestellt sind:
    Figure 00100001
    wobei R1 eine Alkylgruppe mit wenigstens 3 Kohlenstoffatomen darstellt und wobei R2, R3 und R4 eine niedere Alkylgruppe, ein Halogenatom, eine Nitrogruppe oder ein Wasserstoffatom darstellen, unter der Voraussetzung, dass zumindest eines von R2, R3 und R4 eine niedrigere Alkylgruppe, ein Halogenatom oder eine Nitrogruppe darstellt.
  • In EP 0 551 112 wird ein in OSP-Lösungen verwendetes Benzimidazolderivat durch die folgende Formel dargestellt:
    Figure 00100002
    wobei R1 ein Wasserstoffatom, eine niedere Alkylgruppe oder ein Halogenatom; R2 ein Wasserstoffatom oder eine niedere Alkylgruppe; R3 eine Alkylengruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist und wobei n und m ganze Zahlen von 0 bis 3 sind.
  • In EP 0 791 671 ist eine eine Imidazolverbindung oder eine Benzimidazolverbindung enthaltende OSP-Lösung gezeigt, die einen Komplexbildner und Eisenionen aufweist.
  • Bei vorliegender Erfindung wird der vorstehende OSP-Prozess verbessert, indem ein Vorbehandlungsschritt verwendet wird, in dem das Substrat vor der OSP-Behandlung mit einer Vorbehandlungslösung in Kontakt gebracht wird, wobei die Vorbehandlungslösung eine Benzimidazolverbindung der folgenden Formel umfasst:
    Figure 00110001
    wobei R1, R2, R3 und R4 unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe, die aus Wasserstoffatomen, substituierten oder nichtsubstituierten Alkylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise einem niederen Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, substituierten oder nichtsubstituierten Arylgruppen, Halogenatomen, Alkoxygruppen mit 1–10 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Alkylaminogruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Cyanogruppen, Nitrogruppen und Mischungen derselben besteht.
  • Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde festgestellt, dass der Vorbehandlungsschritt die endgültige Schutzschicht an der Kupfermetallurgie verbessert, wobei andere Metallurgie, wie zum Beispiel Gold, auf dem Substrat von dem OSP-Behandlungsprozess, der zum Schutz der Kupferoberfläche angewandt wird, unberührt bleibt.
  • Die Vorbehandlungslösung ist vorzugsweise eine wässrige Lösung mit einem pH-Wert von etwa 1 bis 11, vorzugsweise 7 bis 10 und höchst vorzugsweise 8 bis 9, und sie wird bei einer Temperatur von etwa 21,11°C bis 48,89°C (70°F bis 120°F) oder höher, vorzugsweise 21,11°C bis 32,22°C (70°F bis 90°F) verwendet. Der Benzimidazolwirkbestandteil in der Lösung wird typisch in einem Bereich von etwas 0,1 bis 10 g/l, vorzugsweise 0,5 bis 2 g/l, z. B. 1 g/l verwendet. Die Kontaktdauer kann ebenfalls in einem weiten Bereich variieren, von etwa 5 Sekunden bis 10 Minuten, vorzugsweise 15 Sekunden bis 1 Minute, wobei 15 Sekunden bei einem Fördersystem und 1 Minute bei einem Tauchbehälterverfahren typisch sind.
  • Lösungsvermittler und Puffersubstanzen werden normalerweise verwendet, um den Bezimidazolwirkbestandteil in der Lösung aufzuschließen bzw. um den pH-Wert der Lösung beizubehalten. Ein Alkohol wie beispielsweise Isopropanol kann verwendet werden, um den Wirkbestandteil aufzuschließen, wobei der Wirkbestandteil in dem Alkohol aufgelöst und dann dem verwendeten Wasser zugegeben wird, um die Vorbehandlungslösung herzustellen. Wenn Isopropylalkohol verwendet wird, wird der Alkohol, wie festgestellt wurde, in der typischen Weise aus der für die Vorbehandlung des Substrats verwendeten Arbeitslösung verdampft. Zur Lösungsvermittlung des Wirkbestandteils kann auch Wärme zum Einsatz kommen. Korrosionshemmer wie Triisopropanolamin und andere Alkanolamine (z. B. C1-C4 Alkanolamin) und andere solche Substanzen werden in der Zusammensetzung vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,05 bis 5 g/l, vorzugsweise 0,5 bis 1 g/l, z. B. 0,7 g/l verwendet. Salze, vorzugsweise Ammoniumsalze wie Ammoniumacetat, Ammoniumformiat und dergleichen können als Puffersubstanz verwendet werden, um den Säurewert der Lösung auf etwa 0,1 bis 5 g/l, vorzugsweise 0,25 bis 0,6 g/l, z. B. 0,4 g/l zu halten.
  • Für den Fachmann versteht sich, dass höhere Kontakttemperaturen normalerweise die für die Bereitstellung des gewünschten Vorbehandlungseffekts benötigte Zeit verkürzen. Ähnlich wird eine stärkere Konzentration die für die Bereitstellung des gewünschten Vorbehandlungseffekts benötigte Zeit verkürzen.
  • Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die folgenden speziellen Beispiele dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass diese Beispiele nur zur Darstellung dienen und die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken.
  • Was die Beispiele anbelangt, so wurden die getesteten Proben sowohl unter Einsatz eines Förderers behandelt, wobei die genannten Lösungen auf die Oberfläche der Probe aufgesprüht wurden, als auch unter Einsatz eines Tauchbehälters, wobei die Proben in die genannten Lösungen getaucht wurden. Bei beiden Verfahren wurden ähnliche Ergebnisse erzielt.
  • Beispiel 1
  • Proben von PWBs mit sowohl verkupferten als auch vergoldeten Pad-Systemen sowie Dickentestcoupons aus Kupfer und Gold wurden gemäß dem folgenden Ablauf behandelt:
    Lösung Förderer Tauchbehälter Temperatur
    1. Reiniger 15 Sek. 2 Min. 37,78°C
    2. Spülung 15 Sek. 1 Min. 23,89°C
    3. Ätzmittel 15 Sek. 1 Min. 26,66°C
    4. Spülung 15 Sek. 1 Min. 23,89°C
    5. Vorbeschichtunga 15 Sek. 1 Min. 23,89°C
    6. Spülung 15 Sek. 1 Min. 23,89°C
    7. OSP-Lösungb 1 Min. 1 Min. 29,44°C–43,33°C
    8. Spülung 15 Sek. 1 Min. 48,89°C
    9. trockene Gebläseluft 15 Sek. 1 Min. 48,89°C
    • a Zusammensetzung der Vorbeschichtungs-Arbeitslösung: Benzimidazol, 1 g/l; Triisopropanolamin, 0,7 g/l; Ammoniumacetat, 0,39 g/l; in wässriger Lösung. Isopropanol wurde zum Aufschließen des Benzimidazols verwendet und hat sich im Wesentlichen aus der Arbeitsflüssigkeit verflüchtigt.
    • b Eine handelsübliche OSP-Lösung, die eine substituierte Benzimidazolverbindung in 2-Position mit weniger als 25 ppm Kupfer als in der Lösung enthaltenes Metall enthielt.
  • Die Beobachtung der Goldmerkmale zeigte glänzendes, fleckenfreies Gold, im Wesentlichen frei von einer Ablagerung der OSP-Beschichtung. Die Dicke der Ablagerung auf Gold und Kupfer wurde anhand des Dickentests mittels des Testcoupons ermittelt und hat 0,3 bis 0,4 Mikron OSP-Ablagerung auf Kupfer und 0,0 bis 0,01 Mikron OSP-Ablagerung auf Gold bestätigt.
  • Eine weitergehende Untersuchung der Beschichtung auf die Fähigkeit, einen robusten Schutz für Kupfer-Pads als Mittel zur Erhaltung der Lötfähigkeit zu bieten, wurde mit einem simulierten Reflow und anschließendem Wellenlöten der beschichteten PWB-Proben nach einer beschleunigten Alterung bei 40°C und 90% relativer Luftfeuchtigkeit über 10 Tage im Vergleich zu Kontrollproben, die in dem Vergleichsbeispiel 1 beschrieben sind, durchgeführt. Die Ergebnisse des Füllens der Löcher mit Lötmasse zeigten einen Schutz, der gleich oder besser war als der der Kontrolle, die als Industrienorm für eine OSP-Funktion gilt, wobei nach dem Wellenlöten 98 bis 100% der Löcher vollständig gefüllt waren.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Proben von PWBs mit sowohl verkupferten als auch vergoldeten Pad-Systemen sowie Dickentestcoupons aus Kupfer und Gold wurden gemäß dem folgenden Ablauf behandelt:
    Lösung Förderer Tauchbehälter Temperatur
    1. Reiniger 15 Sek. 2 Min. 37,78°C
    2. Spülung 15 Sek. 1 Min. 23,89°C
    3. Ätzmittel 15 Sek. 1 Min. 26,66°C
    4. Spülung 15 Sek. 1 Min. 23,89°C
    5. 5% Schwefelsäure 15 Sek. 1 Min. 23,89°C
    6. Spülung 15 Sek. 1 Min. 23,89°C
    7. OSP-Lösungc 1 Min. 1 Min. 43,33°C
    8. Spülung 15 Sek. 1 Min. 23,89°C
    9. trockene Gebläseluft 15 Sek. 1 Min. 48,89°C
    • c Die gleiche OSP-Lösung wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass mehr als 25 ppm Kupfer als Metall in der Lösung enthalten waren.
  • Die Beobachtung der Merkmale des Goldes zeigte fleckiges und verfärbtes Gold durch die Ablagerung der OSP-Beschichtung. Die Dicke der Ablagerung auf Gold und Kupfer wurde anhand des Dickentests mittels der Testcoupons ermittelt und hat 0,3 bis 0,4 Mikron OSP-Ablagerung auf Kupfer und 0,1 bis 0,02 Mikron OSP-Ablagerung auf Gold bestätigt.
  • Eine weitergehende Untersuchung der Beschichtung auf die Fähigkeit, einen robusten Schutz für Kupfer-Pads als Mittel zur Erhaltung der Lötfähigkeit zu bieten, wurde mit einem simulierten Reflow und anschließendem Wellenlöten der beschichteten PWB-Proben nach einer beschleunigten Alterung bei 40°C und 90% relativer Luftfeuchtigkeit über 10 Tage durchgeführt. Die Ergebnisse des Füllens der Löcher mit Lötmasse zeigten eine exzellente Lötfähigkeit, wobei nach dem Wellenlöten 98 bis 100% der Löcher vollständig gefüllt waren.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Proben von PWBs mit sowohl verkupferten als auch vergoldeten Pad-Systemen sowie Dickentestcoupons aus Kupfer und Gold wurden gemäß dem folgenden Ablauf behandelt:
    Lösung Förderer Tauchbehälter Temperatur
    1. Reiniger 15 Sek. 2 Min. 37,78°C
    2. Spülung 15 Sek. 1 Min. 23,89°C
    3. Ätzmittel 15 Sek. 1 Min. 26,66°C
    4. Spülung 15 Sek. 1 Min. 23,89°C
    5. 5% Schwefelsäure 15 Sek. 1 Min. 23,89°C
    6. Spülung 15 Sek. 1 Min. 23,89°C
    7. OSP-Lösungd 1 Min. 1 Min. 43,33°C
    8. Spülung 15 Sek. 1 Min. 23,89°C
    9. trockene Gebläseluft 15 Sek. 1 Min. 48,89°C
    • d Die gleiche OSP-Lösung wie in Beispiel 1.
  • Die Beobachtung der Goldmerkmale zeigte glänzendes, fleckenfreies Gold, frei von einer Ablagerung der OSP-Beschichtung. Die Dicke der Ablagerung auf Gold und Kupfer wurde anhand des Dickentests mittels Testcoupons ermittelt und hat 0,08 bis 0,1 Mikron OSP-Ablagerung auf Kupfer und 0,0 bis 0,01 Mikron OSP-Ablagerung auf Gold bestätigt. Zwar konnte die gewünschte zu vernachlässigende Ablagerung auf dem Gold beobachtet werden, doch das Ergebnis auf Kupfer waren eine nicht akzeptierbare geringe Dicke und ein nicht einheitliches Aussehen.
  • Eine weitergehende Untersuchung der Beschichtung auf die Fähigkeit, einen robusten Schutz für Kupfer-Pads als Mittel zur Erhaltung der Lötfähigkeit zu bieten, wurde mit einem simulierten Reflow und anschließendem Wellenlöten der beschichteten PWB-Proben nach einer beschleunigten Alterung bei 40°C und 90% relativer Luftfeuchtigkeit über 10 Tage im Vergleich zu Kontrollproben, die in dem Vergleichsbeispiel 1 beschrieben sind, durchgeführt. Die Ergebnisse des Füllens der Löcher mit Lötmasse zeigte einen geringeren Schutz als die Kontrolle, die als Industrienorm für eine OSP-Funktion hinreichend definiert ist, wobei nach dem Wellenlöten im Vergleich zu den 98 bis 100% der Löcher, die bei der Kontrollprobe vollständig gefüllt waren, nur 58–75% der Löcher vollständig gefüllt waren. Daher wird die im Stand der Technik beanspruchte Erfindung für die Bereitstellung eines Verfahrens, das zusammenhängend eine geeignete OSP-Beschichtung produzieren kann, die einen ausreichenden Schutz für Kupfer-Pads bietet, was die primäre Aufgabe von OSP-Beschichtungen ist, als nicht adäquat betrachtet.
  • Beispiel 2
  • Das Verfahren von Beispiel 1 wird unter Verwendung einer Reihe von OSP-Lösungen auf der Grundlage von Derivaten wiederholt, die in den US-Patenten Nr. 5,173,130 ; 5,362,334 ; 5,367,189 ; 5,498,301 ; 5,560,789 ; 5,658,611 und EP 0 551 112 und EP 0 791 671 beschrieben sind. Es wurden ähnliche Ergebnisse hinsichtlich des Schutzes der Lötfähigkeit erzielt.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Verleihen eines Korrosionsschutzes mittels einer die Lötbarkeit erhaltenden organischen Lösung an ein elektronisches Bauteil in Vorbereitung für das Löten, wobei das Bauteil eine Kupferschaltung und eine Goldschaltung aufweist, wobei das Verfahren den Schritt des Kontaktierens des Bauteils mit der organischen Lösung zum Erhalt der Lötbarkeit umfasst, um selektiv ein Lötbarkeits-Erhaltungsmittel auf der Kupferschaltung abzuscheiden, während eine Abscheidung eines Lötbarkeits-Erhaltungsmittels auf der Goldschaltung im wesentlichen ausgeschlossen wird, um dadurch eine Fleckenbildung an der Goldschaltung und eine Verschlechterung der Leitfähigkeit der Goldschaltung durch das organische Lötbarkeits-Erhaltungsmittel zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner den vor dem Kontaktierungsschritt durchgeführten Schritt des Kontaktierens des Bauteils mit einer Vorbehandlungslösung umfasst, die der Kupferschaltung gegenüber der Goldschaltung eine Selektivität für das organische Lötbarkeits-Erhaltungsmittel verleiht, wobei die Vorbehandlungslösung eine Benzimidazol-Verbindung der folgenden Formel umfasst:
    Figure 00180001
    wobei R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoffatomen, substituierten oder nichtsubstituierten Alkylgruppen mit 1–10 Kohlenstoffatomen, substituierten oder nichtsubstituierten Arylgruppen, Halogenatomen, Alkoxygruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkylaminogruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Cyanogruppen, Nitrogruppen und Mischungen davon.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei R1, R2, R3 und R4 sämtlich Wasserstoff sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorbehandlungslösung ferner einen Korrosionshemmer enthält.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Korrosionshemmer ein C1-C4 Alkanolamin ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Alkanolamin Triisopropanolamin ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorbehandlungslösung ferner eine Puffersubstanz enthält, um den pH-Wert der Lösung zu stabilisieren.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Puffersubstanz ein Ammoniumsalz ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ammoniumsalz Ammoniumacetat ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorbehandlungslösung bei einer Temperatur von ca. 21°C bis 49°C verwendet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der pH-Wert der Vorbehandlungslösung etwa 7–10 beträgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das organische Lötfähigkeits-Erhaltungsmittel eine Lösung von Triazol, Imidazol oder Benzimidazol oder Derivaten davon ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die organische Lötfähigkeits-Erhaltungslösung von Triazol, Imidazol oder Benzimidazol oder Derivaten davon ein Schwermetall in einer Menge von weniger als etwa 50 ppm eines Schwermetalls enthält.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Kontaktieren des Bauteils mit einer Vorbehandlungslösung und das Kontaktieren des Bauteils mit dem organischen Lötbarkeits-Erhaltungsmittel der Reihe nach erfolgen.
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