PL209814B1 - Kąpiel do immersyjnego nakładania powłok cynowych na powierzchnię miedzi - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest kąpiel do immersyjnego nakładania powłok cynowych na powierzchnię miedzi w celu zabezpieczenia lutowności miedzi w czasie przechowywania i w procesie montażu elektronicznego.

Powierzchnia miedzi zabezpieczona powłoką cyny chemicznej wykazuje dobrą zdolność do lutowania, jest płaska, może być magazynowana przez długi czas oraz jest kompatybilna z wieloma lutami oraz topnikami o niskiej aktywności i typu „no clean”. Na powłokach cynowych można wykonywać montaż powierzchniowy elementów z dużą liczbą końcówek, np. BGA. Powłoki cynowe mają jednak szereg wad, przede wszystkim jest to tendencja do tworzenia dendrytów w postaci kryształów nitkowych wiskerów oraz powstawanie kruchych związków międzymetalicznych Cu3Sn i Cu6Sn5. W czasie dłuższego przechowywania warstwa zabezpieczają ca pokrywa się ponadto tlenkami SnO i SnO2.

Ze względu na zalety, jakie mają powłoki cynowe, stale prowadzone są prace nad wprowadzaniem coraz to lepszych kąpieli do cynowania, które by eliminowały lub przynajmniej minimalizowały powyższe wady.

Znane kąpiele do chemicznego cynowania są typu alkalicznego i kwaśnego. Kąpiele typu alkalicznego zawierają sole cyny (II) najczęściej jest to uwodniony chlorek cyny, wodorotlenek sodu oraz związki o silnie redukujących własnościach. Wadą tych kąpieli jest długi czas osadzania powłok i praca w temperaturze ponad 70°C. W amerykańskim opisie patentowym nr 4 269 625 jako optymalna podawana jest temperatura pracy 75-90°C.

Znane kwaśne kąpiele do chemicznego cynowania przeważnie są oparte na chlorku cyny (II), kwasie solnym i związkach kompleksujących zawierających atom siarki w cząsteczce. Do kąpieli znanych z amerykańskich opisów patentowych US nr 4 093 466 i US nr 4 194 913 dodaje się tiomocznik i jego pochodne jako związek kompleksujący oraz dodatki poprawiające własności nakładanych powłok: żelatynę i związki powierzchniowo czynne. Kąpiele te zawierają w swym składzie również sole ołowiu i są przeznaczone głównie do osadzania warstw SnPb.

Opis patentowy USA nr 4 361 823 dotyczy immersyjnego procesu nakładania powłok cyny nie tworzącej wiskerów. Opatentowany jest dwuetapowy proces, którego zadaniem jest zapewnienie lutowności powierzchni miedzi i zapobieganie procesowi tworzenia wiskerów na powłoce cynowej. W pierwszym etapie na powierzchnię miedzi nakładana jest powłoka cynowa w procesie immersyjnym, a w drugim etapie nakładana jest powłoka stopowa zawierająca przynajmniej dwa metale wybrane z następujących metali; cyna, srebro, bizmut, cynk, ind, pallad, platyna, gal, kadm, ruten. W opisie dotyczącym immersyjnego procesu nakładania powłok cynowych stosowane są wodne kąpiele zawierające sole cyny (II), kwasy mineralne lub organiczne np. kwasy sulfonowe oraz związki kompleksujące. W zależności od stosowanego kwasu do kąpieli dodawane są sole cyny zawierające taki sam anion. Jako związki kompleksujące dodaje się: pochodne imidazoli, tiomocznik i jego pochodne. W celu zwię kszenia rozpuszczalnoś ci powstał ych zwią zków kompleksowych dodawane są rozpuszczalniki takie jak alkohole, glikole i ketony. W skład kąpieli wchodzą także niejonowe środki powierzchniowo czynne zawierające produkty kondensacji tlenków etylenu lub polietylenu ze związkami zawierającymi pierwszo i drugorzędowe grupy aminowe, grupy N-H, grupy hydroksylowe. W wyżej wymienionym opisie patentowym w celu zapobiegania tworzeniu się wiskerów na powłokę cyny nakładana jest dodatkowo powłoka stopowa zawierającą cynę i inny metal ze specjalnie opracowanej kolejnej kąpieli. Kąpiele oparte na kwasach sulfonowych są kosztowne z uwagi na wysokie ceny tych kwasów.

Celem wynalazku jest opracowanie taniej kąpieli do immersyjnego nakładania na powierzchnię miedzi powłok cynowych. Otrzymana powłoka cynowa ma chronić lutowność miedzi płytek drukowanych w czasie ich przechowywania i montażu podzespołów elektronicznych bez stosowania dodatkowych powłok.

Cel ten osiągnięto poprzez opracowanie kąpieli do immersyjnego nakładania na powierzchnię miedzi powłok cynowych zawierającej chlorek cyny (II) w ilości 23 + 45 g/dm³, kwas solny w ilości 7 + 11 g/dm³ oraz tiomocznik w ilości 46 + 57 g/dm³. Poza wymienionymi składnikami kąpiel zawiera jako stabilizator w ilości 1 + 5 cm³/dm³ roztwór wodny cynianu sodu w ilości 10 + 50 g/dm³ i siarczanu p-metyloaminofenolu o wzorze (HO-C6H4-NH-CH3)2 · H2SO4 w ilości od 0,5 do 15 g/dm³.

Kąpiel pracuje w temperaturze 60 + 70°C. W czasie 30 minut na powierzchnię miedzi nakładane są powłoki cynowe o grubości od 1,0 do 1,2 μm. Kąpiel według wynalazku jest stabilna i łatwa do

PL 209 814 B1 uzupełniania na podstawie prostych analiz chemicznych. Z kąpieli uzyskuje się błyszczące, nieporowate powłoki cyny o wysokiej odporności na korozję.

P r z y k ł a d

Kąpiel do immersyjnego nakładania powłok cynowych na powierzchnię miedzi zawiera:

g/dm³ dwuwodnego chlorku cyny (II), cm³/dm³ kwasu solnego, g/dm³ tiomocznika,

1,5 cm³/dm³ stabilizatora i ₃ wody dejonizowanej do 1 dm³.

dm³ stabilizatora zawiera cynian sodu w iloś ci 5 g/dm³ i siarczanu p-metyloaminofenolu o wzorze (HO-C6H4-NH-CH3)2 · H2SO4 w ilości od 0,5 g/dm³.

Kąpiel sporządza się dodając do wody dejonizowanej kolejno kwas solny, stabilizator, tiomocznik i sól cyny (II). Temperatura osadzania wynosi 65°C, czas osadzania 30 minut. Uzyskuje się powłokę cyny o grubości 1,1 μm, która po narażeniu przez cztery godziny w 155°C jest lutowna.

Claims (1)

1. Kąpiel do immersyjnego nakładania powłok cynowych na powierzchnię miedzi zawierająca chlorek cyny (II), kwas solny i tiomocznik, znamienna tym, że zawiera stabilizator w ilości 1 + 5 cm³/dm³ stanowiący roztwór wodny cynianu sodu o stężeniu od 10 do 50 g/dm³ i siarczanu p-metyloaminofenolu o wzorze (HO-C6H4-NH-CH3)2 · H2SO4 o stężeniu od 0,5 do 15 g/dm³, przy czym stężenie chlorku cyny (II) wynosi od 23 do 45 g/dm³, stężenie kwasu solnego wynosi od 7 do 11 g/dm³ oraz stężenie tiomocznika wynosi od 46 do 57 g/dm³.