[发明专利]无铅印制电路板用复配OSP处理剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于印制电路板多次高温无铅焊接的铜面OSP处理剂及其制备方法，用于铜面形成优良的可焊性保护膜，具有常温防锈、高温抗氧化和节能环保等优点。

背景技术

当印制电路板（PCB）在高温下进行元器件焊接（特别指无铅回流焊）时，保护铜焊盘免受高温氧化、维持其可焊性是极为重要的。如果在焊接之前铜面已经氧化或者有其他的污染，焊接后会导致焊点的焊接效果差、剪切强度低，不仅有焊点脱落的危险，甚至会导致元器件在使用过程中发生过热而烧毁。传统的方法是采用热风整平工艺（HASL）来保护焊盘铜在PCB制造和组装过程中免受污染和氧化。但是传统的HASL工艺存在一些明显的不足：1）焊盘不平整，致使SMT贴片时易发生偏离，并造成错位或短路；2）受HASL工艺操作时高温影响，印制电路板在热冲击下易发生板面翘曲；3）HASL高温热冲击导致细线路易发生断裂形成断路，而细间距的导线间则容易产生桥接以致短路；4）焊料与铜之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，同时还存在火警隐患；6）适用于有铅焊接，不符合国际无铅化的潮流；7）生产成本较高。在此背景下，PCB业迫切要求采用新的工艺来替代传统的热风整平技术，其中的OSP（有机可焊保护剂）工艺即为一种上佳的选择。

OSP（Organic Solderability Preservative，有机可焊保护剂），又叫水溶性有机预焊剂，国内更流行的称呼是铜面抗氧化剂，是一种无铅、水溶性、环保的产品。该技术通过将裸铜印制电路板浸入到OSP处理液中，利用络合反应选择性地在PCB铜表面形成一层厚度为0.2~0.5mm的憎水性有机膜，避免了PCB板在储存运输之后及SMT/SMD之前的铜面氧化而引起上锡不良。这层有机保护膜不仅能避免焊盘铜在焊接高温环境下氧化，而且在SMT/SMD过程中能被助焊剂迅速溶解而使新鲜铜面裸露出来，从而保证熔融的焊料锡能轻而易举地在铜表面铺开并与铜完成焊接合金反应。该技术的特点是：1）表面均匀平坦，膜厚0.2~0.5mm，非常适合于SMT贴装工艺和细导线、细间距PCB板的制造；2）水溶液操作，安全环保，且操作温度低，一般低于60℃，所以不会造成基板翘曲，且避免了生产过程中产生的高温、噪音和火灾隐患；3）膜层柔软易焊，与助焊剂兼容性好，且能承受3次以上的回流焊热冲击；4）OSP膜与焊盘铜之间没有IMC形成，允许焊接时焊料和铜直接焊接，因此焊点特别牢固，剪切强度很高；5）加工时能源消耗很少，整体运作成本比热风整平（HASL）工艺低25~50%；6）保存期可达一年，且易于返修。

OSP技术发展至今已经历了三大类材料和五代唑类的发展。三大类材料是指OSP技术所用的主剂化学类型曾出现过松香类（Rosin）、活性树脂类（Active Resin）和唑类（Azole）三种。目前使用最广的是唑类OSP，而唑类OSP又已经过了约5代的改善，这五代根据其唑类母环的结构分别简称为BTA，IA，BIA，SBA和较新的APA。早期的BTA类和IA类对湿度较敏感，库存寿命很短（仅3个月），不能承受多次加热，而且需要较强的助焊剂，所以性能不太好。美日等国的技术专家通过对唑类结构的不断改进，使OSP保护膜在耐湿性、抗高温和可焊性等方面的性能不断有所提高，已从第一代的BTA类OSP发展到当今广泛使用的APA类OSP，因而在此期间，出现了很多有关OSP工艺技术的专利文献。例如Ishiko等人的美国专利5,658,611为PCB的制造提供了一种水性表面处理剂组合，含有苯并咪唑衍生物，且用重金属离子如铜、锰、锌（含量不超过50ppm）的盐酸盐来调节pH值为1~5。其中，有效组分苯并咪唑衍生物可用如下通式来表示其化学结构：

式中，X是一个选自烷基、卤代氨基、低级二烷基氨基、低级烷氧基、氰基、乙酰基、苯甲酰基、氨基甲酰基、羧基、低级烷氧羰基以及硝基的基团，碳原子数为1-7，n和p为0-4的整数，m是1的整数倍。

Kinoshita等人的美国专利5,173,130公开了一种铜表面处理方法，包括将铜面浸入含有苯并咪唑化合物和一种有机酸的水溶液中，该化合物在2位上有一个至少3个碳原子的烷基，结构通式如下：

式中，R代表至少有3个碳原子的烷基。

Hirao等人的美国专利5,498,301和5,560,785则采用了2-芳基咪唑化合物作为活性组分来提高OSP膜的耐热性和耐湿性，结构通式如下：