軟性印刷電路板用化學錫溶液的製作方法
2023-08-05 12:30:56 1
專利名稱：軟性印刷電路板用化學錫溶液的製作方法
技術領域：
本發明涉及軟性印刷電路板表面處理用的材料，尤其涉及一種軟性印刷電路板用化學錫溶液。
背景技術：
軟性電路是在較薄且可任意彎曲的基材上設計形成的一種印刷線路的內連接形式，它能夠在極小的三維空間內進行摺疊或者彎曲，這是硬性電路板無法實現的，因此，軟性電路板被廣泛應用在具有極小三維空間、並需要長時間及多次彎曲和摺疊、保證可靠使用壽命的產品中，例如行動電話、數位照相機、數碼攝相機、傳真機、筆記本電腦、印表機、硬碟驅動器、光碟驅動器以及儀錶盤等。
現有的軟性電路板使用的材料主要包括基材，其一般採用聚醯亞胺膜、聚脂薄膜、玻璃纖維加環氧樹脂聚脂膜或樹脂塗覆紙等製成；導體，其採用具有導電性能的金屬材質，例如銅箔、不鏽鋼箔、鋁箔等；層壓板(粘合劑基材)，其採用環氧樹脂類、丙烯酸或酚類樹脂等粘合型材料；粘合劑層，一般採用環氧樹脂類、丙烯酸、酚類樹脂等粘合劑，或者壓敏性粘合劑；覆蓋層，一般採用聚醯亞胺膜、聚脂薄膜、軟性電路板專用阻焊油墨等；強化材料，採用聚醯亞胺膜、聚脂薄膜、玻璃纖維加環氧樹脂聚脂膜或金屬板。其中，設置覆蓋層是軟性電路板與硬性電路板的主要區別，它是軟性電路板上薄脆性導體的機械性保護層，薄膜類覆蓋層和軟性電路板專用阻焊油墨是現有軟性電路板的標準材料，為了滿足一些高密度內連接軟性電路板的嚴格要求，市場上開發出幾種感光性覆蓋層材料，其主要採用的仍然是薄膜類覆蓋材料，這些覆蓋膜都塗有一層半固化的環氧樹脂或者丙烯酸樹脂作為粘合劑，例如，杜邦公司生產的產品，(商品名為Pyralux LF)其塗有一層丙烯酸樹脂；日建公司生產的產品CISV用的是環氧樹脂類的粘合劑。通過上述材料成型的電路板還需要經過最終表面處理(如熱風整平工藝等)，以保持基材的可焊性。
近年來，化學錫技術被廣泛認知是替代熱風整平噴錫工藝而作為印刷電路板上裸露的銅線路表面的最終處理方法的一種良好的選擇，經過化學錫工藝處理後的印刷電路板，通過化學置換反應可以產生一層厚度均勻且表面平整的純錫鍍層，使後續電子元件表面貼裝程序的操作方便，可以使用大規模的連續自動化生產模式，且貼裝質量提高，解決了現有熱風整平噴錫工藝存在的線路表面厚度不均而且高低不平以至影響電子元件自動化表面貼裝的問題；另外，該工藝可以避免使用電子工業行業中禁止使用的鉛，而化學錫工藝與其他化學鎳金、化學銀、化學鈀等新的工藝類型相比較，又具有成本低的優點。因此，化學錫技術被廣泛地用於處理銅及其合金，例如英國專利GB1058210，美國專利US6063172、US4175894、US4657632，歐洲專利EP0545218等專利文獻中均有闡述。現有化學錫溶液包括的主要成分為錫鹽類化合物、絡合劑、與錫鹽類化合物官能團相同的無機酸或有機酸；其中，使用的錫鹽類化合物有硫酸亞錫、氯化亞錫、氟硼酸亞錫、甲基磺酸亞錫或者其他水溶性錫鹽；單獨使用一種與錫鹽類化合物官能團相同的無機酸或有機酸，或者同時含有其他酸類化合物，例如有硫酸、鹽酸、氟硼酸、烷基磺酸、烷醇類磺酸等，比如選擇硫酸亞錫時，可採用硫酸；使用的絡合劑有硫脲及其衍生物，或者咪唑-2-硫酮類化合物等；另外，化學錫溶液中還可加入適量的抗氧化劑，以阻止二價錫變成四價錫，例如英國專利GB1058210中使用的次亞磷酸鈉，化學錫鍍槽中加入適量的表面活性劑作為潤溼劑，如美國專利US20020064676中詳細披露的適合的表面活性劑類型。
但是，上述這種現有化學錫溶液只能應用在硬性電路板上，不適合應用在軟性電路板上，特別是不能應用在使用丙烯酸類或環氧樹脂類粘合劑型薄膜材料作為覆蓋層的軟性電路板上，因為這種化學錫溶液在使用後，會在覆蓋層材料和銅基材接口點處的粘合劑下方的銅表面上形成一種錫坑，錫坑的出現會使接口處的牢固程度降低，並使錫坑下方銅基材的厚度減少，這樣，電路板在經過多次彎曲和摺疊後，就有可能造成線路的斷裂而無法正常工作，大大有損於使用軟性電路板作為內連接件的電子器件性能的可靠性。另外，採用這種化學錫溶液處理的軟性電路板表面色澤不均勻，特別是在覆蓋層和裸露銅接合處附近的表面，並不光亮潔白，在某種程度上呈現灰色或深灰色，這些表面色澤不好的區域因可焊性低而影響後續的組裝工序。
發明內容
為了克服現有產品存在的上述缺點，本發明提供一種軟性印刷電路板用化學錫溶液，其對化學錫溶液的配方進行改進，一是在化學錫溶液中加入腐蝕抑制劑，防止在覆蓋層材料粘合劑下方的銅表面上發生腐蝕現象，避免產生錫坑的現象；二是使用全氟表面活性劑作為潤溼劑，可以提高鍍層的外觀質感，使整個銅基材的表面經過處理後色澤潔白均勻，沒有色差和瑕疵；便於後續電子元件自動化表面貼裝工序的操作，保證產品質量。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是本發明軟性印刷電路板用化學錫溶液，其為包括錫鹽類化合物、絡合劑、與錫鹽類化合物官能團相同的無機酸或有機酸、腐蝕抑制劑、表面活性劑、螯合劑的水溶液。
前述的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其中腐蝕抑制劑可以是羧烷基巰基丁二酸類化合物，其通式為HOOC——(CH2)n----S----CH----COOHR----CH----COOH通式中，n為1至3的正整數，R代表一個氫原子或一個甲基。
前述的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其中腐蝕抑制劑可以是三氮唑類化合物。
前述的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其中腐蝕抑制劑可以是羧烷基巰基丁二酸類化合物及三氮唑類化合物的混合物。
前述的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其中表面活性劑由至少一種以上的全氟類表面活性劑構成，其通式為F(CF2CF2)nCH2CH2O(CH2CH2O)mH通式中，n為0至25的正整數，m為1至9的正整數。
前述的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其中螯合劑為一種以上。
前述的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其中錫鹽類化合物含量為1至100克/升；絡合劑含量為5至200克/升；與錫鹽類化合物官能團相同的無機酸或有機酸含量為40至500克/升；腐蝕抑制劑含量為5至50克/升；表面活性劑含量為0.001至10克/升；螯合劑含量為1至50克/升。
前述的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其中螯合劑為檸檬酸(鹽)、蘋果酸(鹽)、酒石酸(鹽)、葡萄糖酸(鹽)、乙二胺四乙酸(鹽)、重氮化三乙酸(鹽)、對羥基苯磺酸、對甲基苯磺酸、苯甲酸。
前述的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其中還包括抗氧化劑，該抗氧化劑為次亞磷酸、次亞磷酸鈉或對氨基苯磺酸。
本發明的有益效果是，由於化學錫溶液中加入腐蝕抑制劑，有效地防止在覆蓋層材料粘合劑下方的銅表面上發生腐蝕現象，避免產生錫坑的現象；使用全氟表面活性劑作為潤溼劑，可以提高鍍層的外觀質感，使整個銅基材的表面經過處理後色澤潔白均勻，沒有色差和瑕疵；便於後續電子元件自動化表面貼裝工序的操作，保證產品質量。參閱附件所示，附件中圖片顯示了採用現有技術和本發明化學錫溶液處理的銅基材表面效果的對比狀態；其中，右側圖片顯示的是採用現有技術處理的銅基材，其覆蓋層材料和銅基材的接口處粘合劑下方的銅基材表面，形成有錫坑；左側圖片顯示使用本發明化學錫溶液處理的銅基材表面的效果，其在覆蓋層材料和銅基材接口處粘合膠下方的銅表面上，沒有形成錫坑，銅質電路表面形成一層潔白且緻密的純錫層。
具體實施例方式
本發明軟性印刷電路板用化學錫溶液的配製方法是室溫下，在1升水中加入1至100克錫鹽類化合物，5至200克絡合劑，40至500克與錫鹽類化合物官能團相同的無機酸或有機酸，5至50克腐蝕抑制劑；0.001至10克表面活性劑，1至50克螯合劑，5至50克抗氧化劑。
本發明使用的錫鹽類化合物可以是錫的氧化物、錫的硫酸鹽、錫的滷化物、錫的醋酸鹽、錫的氟硼酸鹽、錫的烷基磺酸鹽、錫的氨基磺酸鹽等；絡合劑可以是硫脲及其衍生物、咪唑硫酮類化合物，其作用是保證置換反應的順利進行；可以用一種與錫鹽類化合物官能團相同的無機酸或有機酸，或者是一種與錫鹽類化合物官能團相同的無機酸或有機酸與其他酸類化合物混用；使用的腐蝕抑制劑可以是羧烷基巰基丁二酸類化合物、三氮唑類化合物、或者是羧烷基巰基丁二酸類化合物與三氮唑類化合物的混合物；使用的表面活性劑可以是一種以上的全氟類表面活性劑；使用的螯合劑可以是為檸檬酸(鹽)、蘋果酸(鹽)、酒石酸(鹽)、葡萄糖酸(鹽)、乙二胺四乙酸(鹽)、重氮化三乙酸(鹽)、對羥基苯磺酸、對甲基苯磺酸、苯甲酸；使用的抗氧化劑可以是次亞磷酸、次亞磷酸鈉或對氨基苯磺酸。
本發明的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其使用方法與現有技術相同，即，包括以下步驟1、用酸性清洗劑清洗電路板基材表面，然後用水充分衝洗；2、用含有硫酸和與雙氧水混合的微腐蝕性溶液進一步清洗基材表面，並充分水洗；3、預浸鍍，即，將經過上述兩步驟處理過的基材在室溫下浸泡在化學錫溶液中，約1至5分鐘；4、浸鍍，即將化學錫溶液加溫至50至70℃，使基材在該溫度的化學錫溶液中浸鍍5至30分鐘，達到所需要厚度的純錫覆蓋層；5、取出浸鍍後的電路板，充分水洗後乾燥。
下面列表說明本發明較佳實施例的化學錫溶液配比及其使用效果比較。
表一為本發明的四種不同配方的化學錫溶液(表中每種溶液的體積為1升，各組分的含量為克/升)
表二為本發明的四種不同配方的化學錫溶液(表中每種溶液的體積為1升，各組分的含量為克/升)
使用上述表一、表二中A1至A4和B1至B4八種不同配方的化學錫溶液，對同一種軟性電路板進行處理，該軟性板的覆蓋層材料為杜邦公司生產的Pyralux LF薄膜並帶有一層丙烯酸樹脂類粘合劑。用A1至A4的溶液處理後的樣品進行錫坑檢測比較，用B1至B4的溶液處理後的樣品進行鍍層的外觀和色澤比較，比較結果如下例一取10片同樣的軟性板用A1溶液處理，預浸鍍時間為1分鐘，溫度為30℃；浸鍍錫時間為10分鐘，溫度為65℃。實驗結果顯示純錫鍍層的厚度為0.84微米，所有樣品的橫向切面都觀察到，在覆蓋層材料和銅基材的接口點處粘合劑下方的銅表面上形成了錫坑，平均深度為5.8微米。
例二取10片同樣的軟性板用A2溶液處理，預浸鍍時間為1分鐘，溫度為30℃；浸鍍錫時間為10分鐘，溫度為65℃。實驗結果顯示純錫鍍層的厚度為0.85微米，所有樣品的橫向切面都未觀察到錫坑現象。
例三取10片同樣的軟性板用A3溶液處理，預浸鍍時間為1分鐘，溫度為30℃；浸鍍錫時間為10分鐘，溫度為65℃。實驗結果顯示純錫鍍層的厚度為0.79微米，所有樣品的橫向切面都觀察到，在覆蓋層材料和銅基材的接口點處粘合劑下方的銅表面上形成了錫坑，平均深度為5.2微米。
例四取10片同樣的軟性板用A4溶液處理，預浸鍍時間為1分鐘，溫度為30℃；浸鍍錫時間為10分鐘，溫度為65℃。實驗結果顯示純錫鍍層的厚度為0.77微米，所有樣品的橫向切面都未觀察到錫坑現象。
例五取10片同樣的軟性板用B1溶液處理，預浸鍍時間為1分鐘，溫度為30℃；浸鍍錫時間為10分鐘，溫度為65℃。實驗結果顯示純錫鍍層的厚度為0.85微米，整個裸露的銅表面上都被一層光亮潔白的錫層覆蓋，沒有任何色澤差異。
例六取10片同樣的軟性板用B2溶液處理，預浸鍍時間為1分鐘，溫度為30℃；浸鍍錫時間為10分鐘，溫度為65℃。實驗結果顯示純錫鍍層的厚度為0.84微米，在覆蓋層和裸露銅接合處附近表面的某些地方鍍層呈深灰色。
例七取10片同樣的軟性板用B3溶液處理，預浸鍍時間為1分鐘，溫度為30℃；浸鍍錫時間為10分鐘，溫度為65℃。實驗結果顯示純錫鍍層的厚度為0.77微米，整個裸露的銅表面上都被一層光亮潔白的錫層覆蓋，沒有任何色澤差異。
例八取10片同樣的軟性板用B4溶液處理，預浸鍍時間為1分鐘，溫度為30℃；浸鍍錫時間為10分鐘，溫度為65℃。實驗結果顯示純錫鍍層的厚度為0.79微米，在覆蓋層和裸露銅接合處附近表面的某些地方鍍層呈灰色。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種軟性印刷電路板用化學錫溶液，其為包括錫鹽類化合物、絡合劑、與錫鹽類化合物官能團相同的無機酸或有機酸、腐蝕抑制劑、表面活性劑、螯合劑的水溶液。
2.根據權利要求1所述的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其特徵在於，所述的腐蝕抑制劑可以是羧烷基巰基丁二酸類化合物，其通式為HOOC-(CH2)n----S----CH----COOHR----CH----COOH通式中，n為1至3的正整數，R代表一個氫原子或一個甲基。
3.根據權利要求1所述的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其特徵在於，所述的腐蝕抑制劑可以是三氮唑類化合物。
4.根據權利要求1所述的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其特徵在於，所述的腐蝕抑制劑可以是羧烷基巰基丁二酸類化合物及三氮唑類化合物的混合物。
5.根據權利要求1所述的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其特徵在於，所述的表面活性劑由至少一種以上的全氟類表面活性劑構成，其通式為F(CF2CF2)nCH2CH2O(CH2CH2O)mH通式中，n為0至25的正整數，m為1至9的正整數。
6.根據權利要求1所述的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其特徵在於，所述的螯合劑為一種以上。
7.根據權利要求1所述的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其特徵在於，所述的錫鹽類化合物含量為1至100克/升；絡合劑含量為5至200克/升；與錫鹽類化合物官能團相同的無機酸或有機酸含量為40至500克/升；腐蝕抑制劑含量為5至50克/升；表面活性劑含量為0.001至10克/升；螯合劑含量為1至50克/升。
8.根據權利要求1所述的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其特徵在於，所述的螯合劑為檸檬酸(鹽)、蘋果酸(鹽)、酒石酸(鹽)、葡萄糖酸(鹽)、乙二胺四乙酸(鹽)、重氮化三乙酸(鹽)、對羥基苯磺酸、對甲基苯磺酸、苯甲酸。
9.根據權利要求1所述的軟性印刷電路板用化學錫溶液，其特徵在於，其還包括抗氧化劑，該抗氧化劑為次亞磷酸、次亞磷酸鈉或對氨基苯磺酸。
全文摘要
本發明提供一種軟性印刷電路板用化學錫溶液，其為包括錫鹽類化合物、絡合劑、與錫鹽類化合物官能團相同的無機酸或有機酸、腐蝕抑制劑、表面活性劑、螯合劑、抗氧化劑的水溶液，該化學錫溶液中加入腐蝕抑制劑，可防止在覆蓋層材料粘合劑下方的銅表面上發生腐蝕現象，避免產生錫坑的現象，使用全氟表面活性劑作為潤溼劑，可以提高鍍層的外觀質感，使整個銅基材的表面經過處理後色澤潔白均勻，沒有色差和瑕疵，便於後續電子元件自動化表面貼裝工序的操作，保證產品質量。
文檔編號B23K35/02GK1569382SQ0313040
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月15日 優先權日2003年7月15日
發明者趙紅韶 申請人:天津英諾泰克科技發展有限公司