专利名称：用于有机可焊性保护剂的预涂层组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在印刷布线板制造期间涂布铜电路的有机可 焊性保护方法。本发明的改进的方法包含在主要的有机可焊性保 护剂镀液之前使用预涂层涂布以增强铜表面的可焊性。
背景技术：
在具有含有待焊接的元件的金属的印刷布线板(PWB)的制造 中，必须保护金属不被氧化以提高其可焊性。通常，许多这样的 电子元件上具有铜电路，并且也可以具有通常用于将该电子元件 与其他电子元件连接的金导线或其他电接线。现今用于在焊接前保护铜的方法通常包含沉积在铜上的保护 涂层。现有技术包括热风整平(HASL)、有机可焊性保护剂(OSP) 和其他金属印刷布线板表面抛光。保护涂层提供对抗由制造过程 中的各种加工步骤引起的铜可焊性退化的保护。铜保护涂层系统应用许多步骤，包括清洗、微蚀和酸洗，随 后在铜上用含有保护剂形成试剂的溶液形成保护涂层。通常，铜或铜合金的表面首先通过在清洗剂中浸泡板来清洗， 而后优选将其蚀刻以增加铜的粘附性。铜而后浸泡在含有诸如液中。还可应用喷雾或其他的涂布形式。PWB的清洗可以用多种清洗剂进行，包括碱性清洗剂、酸性 清洗剂或中性清洗剂，优选包含硫酸、盐酸或杆檬酸的酸性清洗剂。PWB通常在80 ~ 120。F下与清洗剂接触约5分钟。蚀刻剂优选用于微蚀铜的表面。通常在70 - 100。F下使用蚀刻 剂如酸化的过硫酸盐(如过硫酸钠)或硫酸/过氧化物型材料蚀刻约 1分钟。在传统OSP方法中的所有步骤后，通常用去离子水清洗基底。 清洗通常在常温下进行。有机可焊性保护剂涂层通常包含一种材料，如三唑、咪唑或 苯并咪唑、或其衍生物。基底用OSP溶液处理以形成铜冶金学上 的保护剂层。该步骤通常在95~ 115。F下，优选约105- ll(TF下实 施约15秒~ 1分钟。已经公布了许多OSP涂层的专利，其目的是提供更均一的并 且有更好的外观的保护剂涂层，并且改善可焊性也是其目的。Ishiko等人的第5,658,611号美国专利(其主题在此全部并入作 为参考)提供了一种用于PWB的含苯并咪唑衍生物的含水表面保 护组合物，其中用少于50ppm的量的重金属(如铜、锰和锌)的成 盐的酸调节该组合物的pH至1 ~ 5。Kinoshita等人的第5,173,130号美国专利(其主题在此全部并 入作为参考)描述了 一种铜的表面处理方法，其包含将铜表面浸入 含有苯并咪唑化合物和有机酸的水溶液中，此苯并咪唑化合物在2 位上具有至少三个碳原子的烷基基团。类似地，Hirao等人的第 5,498,301号和第5,560,785号美国专利(其主题在此全部并入作为 参考)中描述了 一种用于保护具有优越的耐热性和抗湿性的印刷 布线板上的铜的水基表面处理剂，其用2-芳基咪唑化合物作为活 性成分。Adams等人的第5,362,334号美国专利(其主题在此全部并入 作为参考)描述了 一种组合物和方法，用于金属表面如印刷电路板上的铜电路的表面处理，其包含用含有在2位具有卣代苯基、囟 代千基或囟代乙基苯基的苯并咪唑化合物的水溶液处理表面。Kukanskis的第5,376,189号美国专利(其主题在此全部并入作 为参考)描述了 一种用于金属表面如印刷电路板上的铜的表面处 理的组合物和方法，其包含用含有苯并咪唑化合物的水溶液处理 表面，该苯并咪唑化合物具有至少一个直接或间接与苯并咪唑化 合物连接的羧酸基或磺酸基。羧酸基或磺酸基被认为能增加苯并 咪唑的溶解性，其提供更长的电解槽寿命并且易于操作。Cavallotti等人的第6,635,123号美国专利(其主题在此全部并 入作为参考)提供在OSP溶液中添加锌盐以改善铜表面特征。在焊 接和暴露于大气期间，甚至在高温下长时间之后，锌盐的添加导 致表面氧化的降低，并且改善了铜表面的润湿性。另外，锌盐的 添加改善了锡焊料合金与表面的附着力。其他现有技术已经提出在施覆最终保护涂层之前先在铜表面 上形成预涂布层。例如，Parker, Jr.等人的第4,373,656号美国专利 (其主题在此全部并入作为参考)描述了 一种用于处理棵铜印刷电 路板的方法，包含首先将铜表面置于温和蚀刻溶液中，通过磷酸 水溶液结合乙二醇的处理而稳定表面，随后用唑类(如咪唑)处理表 面。Wengenroth的第6,524,644号美国专利(其主题在此全部并入 作为参考)提供在OSP涂布之前的预处理步骤以提供增强的最终 保护涂层，包含苯并咪唑化合物和链烷醇胺。Wengenroth所述的 预处理涂层被认为能保持铜表面的可焊性，同时充分排除了金表 面对OSP涂层的吸附，其能导致生锈形式的外观缺陷并可能降低 金接触面的电导率。本发明的发明人已经确定，能对OSP涂布方法进行另外的改进，以产生更均一的具有更好的外观和色泽的涂层。为此，本发 明的发明人开发了新颖的预处理组合物，其包含脂肪族羧酸和优 选的胺。 一旦基底用本发明的新颖的预涂层组合物涂布，基底能 以常规方式进行加工(即用包含唑类化合物的OSP涂布)。发明内容本发明的一个目的是提供改进的OSP涂布方法，该方法为在 OSP涂布之前使用预处理组合物。本发明的另一个目的是用本发明的改进的OSP涂布方法制备电子元件如印刷布线4反。为此，本发明涉及一种增强铜表面的可焊性的方法，包含如下步骤a) 将一个或多个铜表面与预处理组合物接触，该组合物包含脂 肪族羧酸和优选的从由胺和氨构成的組中选出的添加剂的溶液； 和其后b) 将该一个或多个表面与有机可焊性保护剂组合物接触。
具体实施方式
本发明涉及用于铜冶金学上的涂布包括铜垫和通孔的印刷布 线板(PWB)上的改进的保护剂涂布系统。在本发明中，传统的唑基OSP涂布通过应用预处理步骤而改 善，其中铜表面与包含脂肪族羧酸和优选的胺的预处理溶液在 OSP处理前接触。本发明的发明人发现本发明的预处理组合物的 应用增强了铜表面上的最终保护涂层，并提供了更均一同时具有 更好外观和色泽的涂层。更特别地，本发明涉及一种增强铜表面的可焊性的方法，包含如下步骤a) 将一个或多个铜表面与预处理组合物接触，该组合物包含脂 肪族羧酸和优选的/人由胺和氨构成的组中选出的添加剂的稀溶 液；和其后b) 将该 一 个或多个表面与有机可焊性保护剂组合物接触。本发明的改进的预处理层优选为脂肪族羧酸和选自胺和氨 (尽管胺通常是更优选的)的添加剂的稀释混合物。脂肪族羧酸优选 为C5 C9链长，包括戊酸、己酸、庚酸、辛酸和壬酸。在优选实 施方案中，脂肪族羧酸为庚酸。如果被应用，胺通常从由三乙醇 胺、二甲胺、二丙胺、二乙醇胺、氨和乙醇胺构成的组中选出。 在一个优选实施方案中，胺是三乙醇胺或类似化合物。可用于本发明的实施的溶液的 一 个实例是庚酸和三乙醇胺各 自为约lg/1的稀溶液。此溶液优选约等摩尔，也就是，含有约相 同数量的每个组分的分子，能被视为三乙醇胺和庚酸的盐溶液， pH约为6。优选溶液中脂肪族羧酸和胺的浓度各自为约lg/l 约 10g/l,优选各自组分为约lg/l 约5g/1。改变酸和胺的比例，从而 在本发明的实施中实现pH在约4.5-9.5间的变化。使PCB铜表 面的预涂层是疏水性的，标志着薄膜的形成。由铜表面的疏水性 的损失证明，此薄膜可以在冲洗期间被变薄、改变或解吸。本发明的预处理组合物能在室温或更高温度下应用。优选地， 将电子元件与预处理组合物接触的步骤包含将电子元件浸入预处 理组合物中。在此情况下，电子元件在溶液中的停留时间为1-5 分钟，优选约1 ~ 2分钟。也可以在预处理步骤和有机可焊性保护剂步骤之间进行冲洗 步骤以去除过量的预处理溶液。已经开发出许多可以用于形成OSP涂层的OSP溶液，在此也引用了许多实例。然而，在现有技术中描述的任何适合的OSP溶 液可以被用于提供在基底上冶金学的最终涂层。优选地，有机可 焊性保护剂包含至少一种唑，更优选地，该唑为咪唑。本发明的预处理组合物和步骤优选在冲洗后随后应用有机可 焊,性保护剂。有机可焊性保护剂优选为取代的或未取代的三唑、 耳又代的或未耳又^的。米唑、取^代的或未取代的苯并n米哇、取^的或 未取代的苯并三哇和/或取代的或未取代的唑的水溶液。本发明人发现在2位和5位被烷基取代的咪唑或苯并咪唑最有益。5-曱基 苯并咪唑是特别优选的。OSP水溶液中的前述唑类的浓度优选为 0.5~50g/l, pH优选为约3 11。在从室温至约180°F的温度下， 铜表面与OSP溶液通过浸入、喷雾或溢流接触。应用本发明的预涂层的益处是更好的有机可焊性保护剂涂 层，其提供更均一的涂层并且还具有更好的外观。因此，可焊性 也更好。当OSP处理后，基底被冲洗并且通常通过干燥强制风干燥。 而后直到进行焊接步骤，基底可以被焊接并被保护以抗氧化。由此可见，本发明通过在使用有机可焊性保护剂之前先应用 新颖的预涂布组合物来提供改进的可焊的铜表面。
权利要求
1.一种增强铜表面的可焊性的方法，包含如下步骤a)将该铜表面与预处理组合物接触，该组合物包含脂肪族羧酸和非强制性选择的但是优选的从由胺和氨构成的组中选出的添加剂的溶液；和其后b)将该一个或多个表面与有机可焊性保护剂组合物接触。
2. 依据权利要求1的方法，其中该有机可焊性保护剂组合物包 含从由取代的或未取代的三唑、取代的或未取代的咪唑、取代的 或未取代的苯并咪唑、取代的或未取代的苯并三唑和/或取代的或 未取代的唑构成的组中选出的 一种或多种材料的水溶液。
3. 依据权利要求2的方法，其中该脂肪族羧酸选自具有5 ~ 9 个碳原子的羧酸。
4. 依据权利要求3的方法，其中该脂肪族羧酸包含庚酸。
5. 依据权利要求2的方法，其中使用该添加剂，并且该添加剂 包含从由三乙醇胺、二曱胺、二丙胺、二乙醇胺、氨和乙醇胺构 成的组中选出的胺。
6. 依据权利要求5的方法，其中该胺是三乙醇胺。
7. 依据权利要求5的方法，其中该脂肪族羧酸和该胺各自以约 1~约10g/l的浓度存在于该预处理组合物中。
8. 依据权利要求2的方法，其中该预处理溶液的pH为约4.5~ 约9.5。
9. 依据权利要求8的方法，其中该预处理溶液的pH为约6.0。
10. 依据权利要求2的方法，其中该预处理组合物包含该添加剂。
11. 依据权利要求2的方法，其中在该预处理步骤和该有机可焊性保护剂步骤之间进行沖洗步骤。
12. 依据权利要求2的方法，其中所述的电子元件与该预处理 组合物接触的步骤包含将该电子元件浸入至'j该预处理组合物中。
13. 依据权利要求12的方法，其中该电子元件被浸入到该预处 理组合物中约1 ~约5分钟。
14. 依据权利要求1的方法，其中该有机可焊性保护剂组合物包含至少 一 种哇。
15. 依据权利要求14的方法，其中该至少一种唑为咪唑。
全文摘要
本发明涉及一种改进的增强铜表面可焊性的方法，包含将一个或多个铜表面与预处理组合物接触的步骤，该组合物包含脂肪族羧酸和从由胺和氨构成的组中选出的添加剂的稀溶液；和其后将该一个或多个表面与有机可焊性保护剂组合物接触的步骤。本发明的改进的有机可焊性保护方法形成更均一的具有更好的外观和色泽的涂层。
文档编号C23F11/00GK101405363SQ200780009698
公开日2009年4月8日 申请日期2007年1月3日 优先权日2006年3月22日
发明者布莱恩·拉尔森, 维托尔德·波 申请人:麦克德米德有限公司