[发明专利]防裂隙腐蚀用有机聚合物涂层

说明书

技术领域

本发明涉及改善的有机表面终饰，用于印刷线路板和类似基 板，所述有机表面终饰在这些基板的最终金属终饰上提供改善的 裂隙腐蚀抗性。

背景技术

由于对增强性能的需求增加，因此印刷线路板(PWB)的制造工 艺的发展和变化极快。对增强性能的需求的原因在于，例如更高 的电路密度、线路板的复杂性增加以及符合环保要求的成本增加。 在PWB上使用了各种类型的最终终饰，而对最终终饰的选择通常 取决于线路板最终所必须达到的要求。PWB上的表面电路一般包 括铜和铜合金材料，这些材料通常必须经包覆以在与其它装置的 装配中提供良好的机械连接及电连接。

通常，将电路上的涂层称之为表面终饰。电路包括非接触区 域和接触区域。将应用于非接触区域的终饰称为非接触终饰，而 将应用于接触区域的终饰称为接触终饰。非接触区域包括引线接 合区、芯片贴装区、焊接区和其它非接触区域。非接触终饰和接 触终饰必须满足某些不同的要求。例如，非接触终饰必须具有良 好的可焊性、良好的引线接合性能和较高的耐腐蚀性。另一方面， 接触终饰必须具有较高的导电性、较高的耐磨性和较高的耐腐蚀 性。为了达到这些不同的要求，已经开发出了用于非接触终饰和 接触终饰的不同涂层。

一些典型的非接触终饰包括(i)热风焊料整平(HASL)涂层，(ii) 化学镀镍/沉金(ENIG)，(iii)有机保焊剂(OSP)，(iv)有机金属涂层， 例如有机银，其中有机物与银共沉淀，(v)浸镀银(ImAg)和(vi)浸镀 锡(ImSn)。通常开发这些最终终饰以在电路板装配过程中确保元 件装配有一个良好的可焊表面。一种典型的接触终饰可包括在上 层涂覆有电解硬金层(含有少于约0.3重量百分比的镍或钴的金-镍 合金或金-钴合金)的电解镍。将以上任一种非接触终饰涂覆在非接 触区域上或将终饰涂覆在接触区域上需要相当多的处理步骤以及 大量的时间，这潜在地降低了产品收率并同时增加了成本。

PWB工业已经开始评估表面终饰替换物。对于可用于非接触 区域和接触区域并且在PWB终饰工艺中可替代锡-铅的多用途终 饰有很高的需求，以降低环境污染问题，并使电子电路制造更加 “绿色”。为了达到这种要求，此种终饰应具有较高的蚀刻抗性、 良好的可焊性、良好的引线接合性能、较高的导电性、较高的耐 磨性、较高的耐腐蚀性/较低的孔隙率、共面性(厚度分布均匀)、 暴露于焊接温度后可保持完整性、可应用在目前的制造工艺中、 储存寿命长和环境安全。

一些公知的生产方法使用高铅焊接材料。虽然大多数高铅焊 料相对便宜同时也展现出了理想的特性，但从环境和职业健康的 角度，在芯片贴装和其它焊接材料中铅的使用已受到越来越严格 的检查。因此，已经采用了各种方法以用无铅材料代替含铅焊料。

当今应用于印刷电路板和其它类似装置中最常见的无铅最终 终饰为有机保焊剂(OSP)、浸镀银(ImAg)、化学镀镍/沉金(ENIG) 和浸镀锡(ImSn)，它们通常开发用以在电路板装配过程中确保元 件装配有一个良好的可焊表面。OSP组合物的实例在例如Cole等 人发明的美国专利5,858,074、Cavallotti等人发明的美国专利 6,635,123和Cavallotti等人发明的美国专利6,815,088中有描述， 它们中的每个主题皆以引用方式整体地纳入此文。

特别是在恶劣的工业环境中，耐腐蚀性并不是一个设计准则。 在无铅领域中，环境污染物对引发电子产品的故障的影响远远更 为严重。随着向无铅的过渡，两个关键因素的改变使电路更易受 到环境的腐蚀。第一，HASL-替代涂层依赖于非常薄的沉积层， 其作为污染物的防御层不是特别的坚固耐用。第二，焊接这些涂 层而增高的温度，经常降低其在长时间后期装配暴露中保护电路 的能力。印刷电路板工业已经确定了几种由环境条件导致腐蚀所 引起故障的案例，包括被称为“裂隙腐蚀”的特定类型腐蚀。

在这些终饰上已经观察到了加速的裂隙腐蚀，特别是在含硫 环境中，例如造纸厂在漂白过程中使用硫、轮胎制造工厂利用了 橡胶硫化过程、和汽车原型设计工作室所使用的模型用粘土中可 包含超过40％的硫元素，只作举例且并不限于此。凡发生此种情 况，由腐蚀产物的增长可引发短路，从而导致系统故障。

本发明的发明人已经确定，将改性的OSP-型涂层组合物与乳 液聚合物结合使用，使印刷线路板上的金属终饰(如银最终终饰) 展示出了改善的裂隙腐蚀抗性。

发明内容