[发明专利]OSP防氧化有机预焊剂

说明书

技术领域

本发明涉及在PCB(印制电路板)行业制造过程中电路板铜表面的处理方法中用于保护铜表面免受氧化并增强它的后续工序中的可焊性能OSP防氧化有机预焊剂。

背景技术

在PCB元器件焊接时，保护金属免受氧化以及增强它的耐热性和膜厚达到可焊性是很有必要的。通常，许多含有铜的电路板的此类电子元器件在焊接时由于表面氧化或玷污后，焊点不可靠，导致元器件在使用的过程中容易烧毁。传统的方法是采用热风整平工艺(HASL)来实现保护技术铜在PCB制造过程中免受氧化。但是传统的工艺存在如下不足之处：1)焊盘不平整，致使SMT贴片是易偏离，造成错位或短路；2)受热风整平操作时高温热冲击，印制板板面翘曲；3)受热风整平操作时高温热冲击，细导线易断裂造成短路，细间距的导线间容易产生桥接以致短路；4)焊料与铜间易形成晶状化合物，易脆；5)操作时的高温和噪音不利于环保，同时还存在火警的隐患；6)生产费用高。这就要求采用其他的工艺来替代传统的热风焊料整平(HASL)工艺，有机预焊保护膜工艺于是产生了。

现在用于在焊接前保护铜的方法采用了OSP防氧化有机预焊剂，是通过将裸铜印制板浸入一种水溶液中，通过化学反应在铜表面形成一层厚度0.2～0.5um的憎水性的有机保护膜，这层膜能够保护铜表面避免氧化，有助焊功能，对各种焊剂兼容并能承受三次以上热冲击，成为热风整平工艺的替代工艺。该工艺特点：1)表面均匀平坦，膜厚0.2～0.5um，适合于SMT装贴，细导线，细间距的导线印制板的制造；2)水溶液操作，操作温度在80℃以下，不会造成基板翘曲；3)膜层不脆、易焊，与任何焊料兼容并能承受三次以上的热冲击；4)避免了生产过程中产生的高温、噪音和火警隐患；5)操作成本比热风整平工艺低25～50％；6)保存期可达一年，并且易于返修。

OSP发展了三大类的材料：松香类，活性树脂类(Active Resin)和唑类(Azole)。目前使用最广的是唑类OSP。唑类OSP已经经过了约5代的改善，这五代分别名为BTA，IA，BIA，SBA和最新的APA。耐高温性和足够的膜厚度是无铅焊接对OSP工艺最关键的两个要求。没有足够的耐高温性和膜厚度，在无铅组装过程中铜表面就会被氧化而降低焊接可靠性。

在尝试解决有关PCB制造过程中在铜电路上提供保护性的有机涂层问题方面已经发表了一系列专利。Ishiko等人的美国专利5,658,611为PCB的提供了一种水性表面组合物，它含有苯丙咪唑衍生物，并且用重金属离子如铜、锰、铅的盐酸盐来调节PH值为1-5。

在Kinoshita等人的美国专利5,173,130中公开了铜表面处理的一种方法，它包括将铜面浸入含有苯丙咪唑化合物和一种有机酸中，该化合物在2位上至少有一个至少有3个碳原子的烷基。相似用来保护具有优秀耐热性和耐湿性的印制电路板上的铜的水基表面处理剂2-芳基咪唑化合物作为活性物质。

在Hirao等人的欧洲专利公开的0791671中公开了一种铜的表面处理剂，包括含有咪唑化合物或苯丙咪唑化合物的水性溶液、配合物和铁离子。他们认为该表面处理剂在铜表面选择性地形成了化学薄膜，而在其他金属上没有成膜。

在Adams等人的美国专利5,362,334中公开的了一种金属表面如印制电路板上的铜进行表面处理的组合物和方法。它包含用含苯丙咪唑化合物的水性溶液来处理表面，该化合物在2位上有卤代苯基、卤代苄基或卤代乙基苯基。

在Kukanskis的美国专利5,376,198中公开了含有苯丙咪唑化合物的水性溶液来处理表面，这种苯丙咪唑化合物上直接或间接地接上了一个羧基或磺酸基。

可以从上面引述的专利看出，已经开发了许多可以用来形成OSP涂层的OSP溶液。本发明在OSP处理前处理PCB以预涂铜，并且现在技术中任何合适的OSP溶液都可以用来提供底基金属上的最终涂层。

例如，前述的美国专利5,362,334中，可以采用含如下化合物的OSP溶液：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄和R₅中的至少一个必须选自卤素、取代或未取代的卤代烷基和取代或未取代的卤代芳基；并且

其中，剩余的部分R₁、R₂、R₃、R₄和R₅选自氢、硝基、取代或未取代的烷基以及取代或未取代的芳基。